《TCPIP基本原理》課件

TCP/IP基本原理TCP/IP協(xié)議是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。它定義了網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。byTCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介TCP/IP是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。TCP/IP定義了計(jì)算機(jī)如何通過網(wǎng)絡(luò)連接并交換數(shù)據(jù)。TCP/IP協(xié)議廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和許多其他網(wǎng)絡(luò)。它使不同類型的設(shè)備能夠相互通信。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1應(yīng)用層提供用戶服務(wù)2傳輸層提供端到端連接3網(wǎng)絡(luò)層提供邏輯地址4數(shù)據(jù)鏈路層提供物理地址5物理層物理連接網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由多層組成，每一層都提供特定的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)遵循分層模型，將復(fù)雜的任務(wù)分解成更小的模塊，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理。物理層物理介質(zhì)物理層使用物理介質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù)，包括雙絞線、同軸電纜、光纖等。信號(hào)編碼將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便通過物理介質(zhì)傳輸，例如曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼。傳輸方式包括單工、半雙工和全雙工傳輸，用于控制數(shù)據(jù)在物理層上的傳輸方向。物理連接器不同的物理介質(zhì)使用不同的連接器，例如RJ-45、BNC、SC等。數(shù)據(jù)鏈路層MAC地址MAC地址是物理地址，每個(gè)網(wǎng)卡都有唯一的MAC地址。MAC地址用于在同一局域網(wǎng)內(nèi)識(shí)別設(shè)備。數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)報(bào)封裝成數(shù)據(jù)幀，包含MAC地址、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)和等信息。數(shù)據(jù)幀在局域網(wǎng)中傳輸。訪問控制數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)控制節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問，避免沖突和亂序。常見的訪問控制方法包括CSMA/CD、令牌環(huán)等。網(wǎng)絡(luò)層路由選擇網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由選擇，根據(jù)源地址和目的地址，將數(shù)據(jù)包傳遞到正確的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)報(bào)封裝網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包封裝成IP數(shù)據(jù)報(bào)，包含源地址、目的地址、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)層可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT），將私有IP地址轉(zhuǎn)換為公有IP地址，實(shí)現(xiàn)私有網(wǎng)絡(luò)與公有網(wǎng)絡(luò)之間的通信。傳輸層11.提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)負(fù)責(zé)在兩個(gè)主機(jī)上的應(yīng)用程序之間建立連接，并確保數(shù)據(jù)可靠、有序地傳輸。22.定義了數(shù)據(jù)報(bào)文格式傳輸層將數(shù)據(jù)報(bào)文封裝為數(shù)據(jù)段，并添加端口號(hào)等信息，用于識(shí)別目標(biāo)應(yīng)用程序。33.提供流量控制和擁塞控制機(jī)制控制數(shù)據(jù)傳輸速度，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證數(shù)據(jù)傳輸效率。44.支持兩種主要協(xié)議TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議），分別提供面向連接和無連接的服務(wù)。應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用層為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電子郵件發(fā)送和文件傳輸。直接與用戶交互應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中最靠近用戶的一層，直接與用戶進(jìn)行交互。提供應(yīng)用接口應(yīng)用層為應(yīng)用程序提供與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的接口，例如Socket編程接口。IP地址IP地址是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址的簡(jiǎn)稱，用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或手機(jī)。IP地址就像每個(gè)人的身份證號(hào)碼，使每個(gè)設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)上具有唯一性，方便網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。32位IP地址由32個(gè)二進(jìn)制位組成，分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分。4字節(jié)IP地址通常用點(diǎn)分十進(jìn)制表示，例如。2^32地址理論上，IPv4地址可以支持2^32個(gè)設(shè)備，但實(shí)際使用受到限制。IPv4地址類型公網(wǎng)地址公網(wǎng)地址用于連接到互聯(lián)網(wǎng)，每個(gè)地址都是唯一的，全球范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)都可以識(shí)別它們。私網(wǎng)地址私網(wǎng)地址用于局域網(wǎng)內(nèi)部，它們是本地地址，無法在公共網(wǎng)絡(luò)中訪問。保留地址保留地址用于特殊目的，例如用于測(cè)試、演示或特定應(yīng)用場(chǎng)景。IPv4地址分類A類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占8位，主機(jī)號(hào)占24位。A類地址范圍為到55，第一個(gè)字節(jié)的最高位為0，可以分配給大型網(wǎng)絡(luò)。B類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占16位，主機(jī)號(hào)占16位。B類地址范圍為到55，第一個(gè)字節(jié)的最高兩位為10，適合中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。C類地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)占24位，主機(jī)號(hào)占8位。C類地址范圍為到55，第一個(gè)字節(jié)的最高三位為110，適合小型網(wǎng)絡(luò)或個(gè)人用戶。D類地址D類地址范圍為到55，用于組播，允許將數(shù)據(jù)發(fā)送到一組主機(jī)。子網(wǎng)劃分增加網(wǎng)絡(luò)安全性子網(wǎng)劃分可以將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)都有自己的網(wǎng)關(guān)和路由器。這可以幫助限制網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限并防止惡意攻擊的傳播。提高網(wǎng)絡(luò)效率子網(wǎng)劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)效率，因?yàn)樗梢詼p少網(wǎng)絡(luò)流量并提高網(wǎng)絡(luò)性能。簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理子網(wǎng)劃分可以使網(wǎng)絡(luò)管理更加容易，因?yàn)樗梢詭椭芾韱T更好地組織和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和用戶。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源子網(wǎng)劃分可以幫助優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用，因?yàn)樗梢源_保網(wǎng)絡(luò)資源能夠有效地分配給不同的用戶和設(shè)備。子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，它是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)部分的范圍。網(wǎng)絡(luò)劃分子網(wǎng)掩碼允許將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)更小的子網(wǎng)，以提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼中的“1”位表示網(wǎng)絡(luò)部分，“0”位表示主機(jī)部分，通過掩碼和IP地址的位運(yùn)算，可以識(shí)別出網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。ARP協(xié)議1地址解析協(xié)議ARP協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用于將IP地址轉(zhuǎn)換為物理地址（MAC地址）。2廣播請(qǐng)求當(dāng)主機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，它會(huì)廣播ARP請(qǐng)求，詢問網(wǎng)絡(luò)中的其他主機(jī)是否知道目標(biāo)IP地址對(duì)應(yīng)的MAC地址。3應(yīng)答回復(fù)如果目標(biāo)主機(jī)知道該IP地址對(duì)應(yīng)的MAC地址，它會(huì)回復(fù)一個(gè)ARP應(yīng)答，告訴請(qǐng)求方目標(biāo)主機(jī)的MAC地址。4地址緩存主機(jī)將接收到的ARP信息保存在一個(gè)ARP緩存表中，以便在將來需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)可以直接從緩存中讀取目標(biāo)主機(jī)的MAC地址。ICMP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族的一個(gè)子協(xié)議，用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息，通知各種錯(cuò)誤和異常情況。ICMP消息包含在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，通過IP層進(jìn)行傳輸，通常與IP層緊密配合使用。ICMP協(xié)議功能錯(cuò)誤報(bào)告網(wǎng)絡(luò)探測(cè)路由信息ICMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)故障診斷、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)安全中發(fā)揮著重要作用。UDP協(xié)議無連接協(xié)議UDP是一種無連接的協(xié)議，不需要建立連接就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報(bào)文UDP使用數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文包含源端口、目的端口、長(zhǎng)度和校驗(yàn)和信息。實(shí)時(shí)應(yīng)用UDP常用于實(shí)時(shí)應(yīng)用，如視頻流、語(yǔ)音通話和網(wǎng)絡(luò)游戲，因?yàn)樗梢钥焖賯鬏敂?shù)據(jù)。TCP協(xié)議可靠連接保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，確保數(shù)據(jù)完整性。流量控制發(fā)送方根據(jù)接收方的處理能力進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸速度調(diào)節(jié)。擁塞控制避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，通過控制數(shù)據(jù)傳輸速率，提高網(wǎng)絡(luò)效率。面向連接在數(shù)據(jù)傳輸前，建立連接，數(shù)據(jù)傳輸完成后，釋放連接。TCP連接建立和斷開TCP連接建立和斷開過程確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸，采用三次握手和四次揮手機(jī)制。1連接建立三次握手2數(shù)據(jù)傳輸可靠數(shù)據(jù)傳輸3連接斷開四次揮手三次握手保證雙向通信能力，四次揮手確保數(shù)據(jù)完全傳輸，保證連接的正常建立和斷開，防止資源浪費(fèi)和數(shù)據(jù)丟失。TCP流量控制和擁塞控制流量控制發(fā)送方根據(jù)接收方的接收能力調(diào)整發(fā)送速率，避免接收方緩沖區(qū)溢出?；瑒?dòng)窗口TCP使用滑動(dòng)窗口機(jī)制，允許發(fā)送方在未收到確認(rèn)的情況下發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)段。擁塞控制防止網(wǎng)絡(luò)過載，通過各種機(jī)制調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，提高網(wǎng)絡(luò)效率。慢啟動(dòng)連接建立時(shí)，TCP逐漸增加發(fā)送窗口大小，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。DNS服務(wù)1域名解析DNS服務(wù)將域名轉(zhuǎn)換為IP地址，方便用戶訪問網(wǎng)絡(luò)資源。2域名注冊(cè)用戶可以通過域名注冊(cè)商注冊(cè)域名，并將其與自己的網(wǎng)站或服務(wù)器關(guān)聯(lián)。3域名管理域名管理包括更新域名信息、設(shè)置DNS記錄等。4網(wǎng)絡(luò)安全DNS服務(wù)可以幫助防止網(wǎng)絡(luò)攻擊，例如DNS污染和DNS劫持。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，用于在Web瀏覽器和Web服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)。HTTP是無狀態(tài)協(xié)議，每次請(qǐng)求都是獨(dú)立的，服務(wù)器不存儲(chǔ)任何關(guān)于客戶端的信息。工作原理客戶端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求。請(qǐng)求和響應(yīng)都包含頭部和主體。HTTP使用TCP作為傳輸層協(xié)議，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議FTP（FileTransferProtocol）是一種文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸文件?？蛻舳?服務(wù)器模式FTP使用客戶端-服務(wù)器模式，客戶端向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器處理請(qǐng)求并返回響應(yīng)。傳輸方式FTP支持兩種傳輸方式：二進(jìn)制模式和ASCII模式。安全問題FTP傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不進(jìn)行加密，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。SMTP協(xié)議電子郵件傳輸SMTP協(xié)議是一種基于文本的協(xié)議，用于在電子郵件服務(wù)器之間傳輸電子郵件。安全郵件傳輸SMTP協(xié)議支持TLS/SSL協(xié)議，實(shí)現(xiàn)郵件傳輸過程中的加密，保障郵件內(nèi)容安全。電子郵件系統(tǒng)基礎(chǔ)SMTP協(xié)議是電子郵件系統(tǒng)中最重要的協(xié)議之一，用于發(fā)送和接收電子郵件。應(yīng)用廣泛SMTP協(xié)議廣泛應(yīng)用于各種電子郵件服務(wù)，例如Gmail、Outlook和YahooMail等。POP3和IMAP協(xié)議1POP3協(xié)議POP3（郵局協(xié)議版本3）是一種用于接收電子郵件的協(xié)議，它允許用戶從郵件服務(wù)器下載郵件到本地客戶端，并從服務(wù)器中刪除郵件。2IMAP協(xié)議IMAP（互聯(lián)網(wǎng)郵件訪問協(xié)議）是一種用于訪問電子郵件的協(xié)議，它允許用戶在郵件服務(wù)器上存儲(chǔ)和管理電子郵件，并在不同的設(shè)備上訪問郵件。3比較POP3和IMAP協(xié)議的主要區(qū)別在于郵件存儲(chǔ)位置和郵件管理方式。4應(yīng)用POP3協(xié)議通常用于電子郵件客戶端，例如Outlook和Thunderbird，而IMAP協(xié)議通常用于基于Web的電子郵件服務(wù)，例如Gmail和YahooMail。DHCP協(xié)議自動(dòng)分配IP地址DHCP協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備提供自動(dòng)配置，簡(jiǎn)化管理，提高效率。動(dòng)態(tài)IP地址分配DHCP服務(wù)器動(dòng)態(tài)分配IP地址，有效利用IP地址空間，減少管理工作量。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置信息DHCP服務(wù)器提供其他配置信息，如默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、DNS服務(wù)器地址，便于設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)資源。NAT技術(shù)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換將私有網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換為公有網(wǎng)絡(luò)地址路由器NAT功能通常由路由器實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)隱藏私有網(wǎng)絡(luò)地址，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性IPsec安全協(xié)議數(shù)據(jù)加密IPsec使用加密算法保護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性和完整性。身份驗(yàn)證IPsec提供身份驗(yàn)證機(jī)制，確保數(shù)據(jù)來源的真實(shí)性，防止數(shù)據(jù)被偽造或篡改。隧道模式IPsec可在網(wǎng)絡(luò)層創(chuàng)建安全隧道，將數(shù)據(jù)封裝在加密的IP數(shù)據(jù)報(bào)中，確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全。傳輸模式IPsec可在傳輸層保護(hù)單個(gè)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，例如HTTP或FTP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸安全。虛擬專用網(wǎng)VPN11.安全連接虛擬專用網(wǎng)絡(luò)通過加密數(shù)據(jù)傳輸和身份驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)安全可靠地傳輸。22.遠(yuǎn)程訪問用戶可以安全地訪問公司網(wǎng)絡(luò)資源，例如文件服務(wù)器、電子郵件和應(yīng)用程序，無論其身在何處。33.私人網(wǎng)絡(luò)VPN創(chuàng)建一個(gè)安全的私有網(wǎng)絡(luò)，允許用戶在公共網(wǎng)絡(luò)上安全地進(jìn)行通信，例如公共Wi-Fi。44.跨地區(qū)訪問VPN可以繞過地理限制，允許用戶訪問僅在特定地區(qū)可用的內(nèi)容和服務(wù)。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也稱為Wi-Fi，使用無線電波在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。它使用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，允許設(shè)備通過無線電頻率進(jìn)行通信。無線網(wǎng)絡(luò)提供了連接設(shè)備的便利性和靈活性，例如筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦和智能家居設(shè)備。它在辦公室、家庭和公共場(chǎng)所中廣泛使用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將物理世界和數(shù)字世界緊密連