《互联网协议I》课件

互联网协议概览互联网协议是互联网上各种计算机设备之间进行数据通信的标准规范它定义了数据传输的基本规则和流程确保不同设备能够互相连接并交换信息掌握这些,基础知识对于理解和使用互联网技术至关重要课程大纲课程概述主要内容教学目标授课方式本课程将全面介绍互联网的基网络分层体系和参考通过本课程的学习学生将掌理论课结合实验操作并安排•OSI,,础协议涵盖网络分层、参模型握互联网协议的基本原理和实相关案例分析帮助学生深入,OSI,考模型、协议栈等核现细节并能够应用这些知识理解课程内容同时鼓励学生TCP/IP协议栈的各层协,•TCP/IP心内容通过深入学习各个协解决实际的网络问题同时培独立思考和探讨培养自主学议,议的原理和实现帮助学生理养学生的网络分析和问题解决习能力,重要协议的原理和实现如•,解互联网的基本架构和工作机能力、、、IP TCP UDP DNS制等网络应用层协议如•,HTTP、、SMTP POP3/IMAP网络安全相关协议如•,IPsec网络分层体系网络分层体系是一种构建网络的架构模型将网络功能划分为多个,层次每个层次负责特定的网络功能这种分层设计可以使网络更,加灵活、模块化和易于管理主要分层包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等每一层都有明确的功能和接口上层可以利用下层提供的服务下层,,为上层提供支持这种分层结构使得网络系统更加结构化有利于,网络技术的发展和协议的制定参考模型OSI应用层1为用户提供网络服务表示层2定义数据表示方式会话层3管理应用之间的会话传输层4提供端到端的数据传输网络层5提供数据包路由和转发参考模型是计算机网络的标准体系结构将网络功能划分为七层从上到下分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层每一层都有自己的OSI,,:功能和协议标准层与层之间通过接口相互连接,协议栈TCP/IP网络接入层协议栈的最底层负责网络硬件和数据链路层的访问比如以太网、等TCP/IP,WLAN互联网层协议是核心提供端到端的数据交换服务负责寻址和路由选择IP,,传输层和是两种主要的传输协议提供可靠或不可靠的端到端数据传输服务TCP UDP,应用层面向用户应用程序包括、、等众多协议实现特定的应用功能,HTTP SMTPFTP,物理层电磁信号传输信号属性12物理层负责通过电磁信号在物信号特性包括波形、频率、带理媒体上进行数据传输，编码宽、强度等这些都影响通信质,和解码数字信号量和速度物理接口标准传输媒体34物理层定义了信号和物理连接常见的传输媒体包括铜线、光器的具体标准如、纤、无线电波等每种都有其特,RS-232,等点和适用场景RJ-45数据链路层帧的格式化和封装错误检测和纠正数据链路层负责将上层协议数据包封装成帧并添加头部和尾部信息数据链路层使用各种编码和校验技术及时发现并纠正传输过程中的,,便于传输和识别差错,访问控制和媒体共享流量控制数据链路层负责控制对共享媒体的访问实现多个设备在同一网络上数据链路层可根据接收方的缓存状态动态调整发送速率防止拥塞,,,的协作通信和丢包媒体访问控制频谱资源管理合理分配和利用无线电频谱资源，提高信号传输质量和网络容量冲突避免实现多个设备共享同一信道时不发生数据冲突，保证网络通信顺畅公平调度采用合适的算法公平地分配网络资源防止个别设备垄断信道,局域网技术局域网设备局域网拓扑局域网协议局域网技术依赖各种设备如路由器、交换局域网可采用总线型、星型、树型等不同的局域网使用各种标准协议如以太网、,,机、网卡等实现设备之间的互连和数据交拓扑结构每种结构都有其特点和适用场景、等协调设备之间的通,,,CSMA/CD VLAN,换这些设备确保局域网中的通信运行稳定能满足不同规模和应用需求信保证数据传输的可靠性和效率,高效以太网技术网络物理标准数据链路层协议多种网速标准以太网采用双绞线电缆作为物理媒体通过以太网的层协议用于接入媒体、寻址以太网网速从初期的到现在的,MAC10Mbps标准定义了物理层的各项参数以及差错控制等功能交换机是关键的以太不同应用场景下采用不同速率IEEE

802.3100Gbps,网设备标准协议IP数据包结构地址路由转发IP IP IP协议定义了数据包的标准格式包括版本协议定义了用于标识网络设备的地址协议规定了数据包在网络中的传输路径IP,IPIP,IP,号、报头长度、服务类型、数据包长度、标包括网络号和主机号用于确定数据包的源路由器根据目的地址查找路由表进行转发,,识符、标志、生存时间、协议类型和检验和地址和目的地址确保数据包能够顺利抵达目的地等字段地址IPv4地址是互联网上节点的标识符用于标识和定位网络设备目前地址空间已经趋于饱和为了解决地址耗尽的问题协议应运而生IPv4,IPv4,IPv4,IPv6地址划分IPv4单播地址1用于标识单个主机，通常用于网络通信中的寻址和数据传输广播地址2用于向局域网内的所有主机发送数据包，可用于网络管理和通知等场景多播地址3用于标识一组相关的主机，实现高效的数据分发，适用于视频直播等应用协议ARP地址解析广播查询12协议用于将地址解析当主机需要发送数据时首先会ARP IP,为对应的地址这是在广播一个请求包来查询MAC ARP数据链路层进行的映射过程目标的地址MAC缓存机制地址更新34主机会将收到的回复信当主机地址或地址ARP IPMAC息缓存下来以减少后续查询的发生变化时需要及时更新,,开销缓存ARP协议ICMP通信诊断错误反馈协议用于在互联网上进行通当数据包无法正常传递时ICMP,ICMP信故障诊断和错误报告将向发送端反馈相关错误信息网络管理能够提供网络性能、可达性等信息为网络管理提供便利ICMP,协议UDP简单高效面向数据报缺乏可靠性常见应用是一种无连接的传输层将应用层数据直接封装不提供数据包的重传、、、视频音频流UDP UDPUDP DNSDHCP/协议无需建立和维护复杂的成数据报以独立的方式发送排序等功能适用于对实时性媒体等实时性强的应用常使用,,,,连接状态传输速度更快开销不像需要按顺序传输数据要求高但可靠性要求相对较低协议来传输数据,,TCPUDP更小段的应用场景协议TCP面向连接的传输层协议连接建立与终止12连接通过三次握手建立，TCP TransmissionTCP是一种面四次挥手终止这种机制确保Control Protocol向连接的可靠的字节流传输层了端到端的可靠通信协议它提供了全双工通信、流量控制、拥塞控制和可靠数据传输等功能滑动窗口机制重传机制34使用滑动窗口技术来实现通过超时重传和快速重传TCP TCP流量控制和拥塞控制有效地提来弥补丢失或损坏的数据包确,,高了网络性能保数据完整性连接机制TCP连接建立1利用三次握手协议建立连接数据传输2使用可靠数据传输机制连接终止3使用四次挥手协议结束连接连接机制包括连接建立、数据传输和连接终止三个阶段其中连接建立采用三次握手协议，连接终止采用四次挥手协议，确保连接的TCP可靠性和有序性在数据传输过程中，还提供了可靠的数据传输机制，保证了数据的完整性TCP报文段结构TCP报文段由标头和数据两部分组成标头包含源端口号、目标端口号、序号TCP、确认号、控制位等关键信息，用于建立和维护可靠的端到端连接数据部分则携带实际的应用层数据整个报文段遵循严格的格式规范，确保能够正确TCP识别和处理数据可靠传输机制TCP数据包重传滑动窗口机制三次握手建立连接采用确认机制如果发送端没有收到接使用滑动窗口来控制发送速度根据接连接建立时采用三次握手机制确保双TCP,TCP,TCP,收端的确认就会重传数据包确保数据能够收端的缓冲区情况动态调整窗口大小避免方状态同步为后续可靠传输奠定基础,,,,可靠到达发送过快导致丢包拥塞控制TCP监测网络拥塞拥塞控制通过监测网络流量来检测并避免拥塞情况发生TCP超时重传机制采用超时重传机制当未收到确认时会重新发送数据包TCP,拥塞窗口调整通过动态调整发送窗口的大小来控制数据流量避免网络拥塞TCP,协议DNS的作用查询过程DNS DNS域名系统是将域名和地址相互映射的系统它将便于记当用户访问某个网站时浏览器会向服务器发起查询请求以获DNSIP,DNS,忆的域名转换为网络设备所需的地址是互联网应用访问的基础取目标网站的地址服务器会按照查询层次逐步提供所需IP,IP DNS信息查询过程DNS客户端发起请求DNS当用户输入域名时，客户端会向服务器发起查询请求DNS查找本地缓存DNS客户端首先查看自己的本地缓存，看是否有该域名的地址记录DNS IP向服务器查询DNS如果本地缓存没有找到，客户端会向指定的服务器发起域名解析请求DNS递归查找域名服务器会从根域名服务器开始递归查找目标域名的地址DNS IP返回地址IP最终查询到域名的地址后，服务器会将结果返回给客户端IP DNS协议DHCP动态分配即时配置IP（动态主机配置协议）可服务器能即时为设备提供DHCP DHCP自动为设备分配可用的地址无地址、子网掩码、网关等网络IP,IP需手动配置提高网络管理效率配置信息无需预先进行繁琐的网,,络设置集中管理服务器集中管理地址池可快速灵活地调配网络资源极大提高了网DHCP IP,,络的可扩展性技术NAT地址转换隐藏内部网络将内部私有地址转换成公隐藏了内部网络拓扑结构和NAT IPNAT网地址从而实现内部网络访问地址分配情况提高了网络安全IP,IP,互联网性地址池管理转换方式需要维护一个公网地址池常见的转换方式包括基于源NAT IP,NAT动态分配给内部主机进行互联网地址的和基于目的地址的SNAT通信DNAT协议IPsec简介主要功能工作模式密钥管理IPsec IPsec IPsec是一套用于保护数据包括两个核心协议认证支持隧道模式和传输模使用公钥密码学进行密IPsecIPIPsec:IPsec IPsec包的网络安全协议提供了数头协议和封装安全载荷式提供了灵活的部署方式以钥管理确保密钥的安全性和,AH,,据完整性、身份认证和机密性协议可以有效防范网络适应不同的应用场景唯一性ESP,等关键功能攻击应用层协议网络应用协议应用层协议定义了应用程序如何通过网络进行通信和交互常见的协议包括、HTTP、、等SMTP POP3IMAP客户端服务器模式-应用层协议通常采用客户端服务器模式客户端发起请求服务器响应并提供服务-,,浏览协议Web和是浏览器与服务器之间的主要协议定义了网页内容的传输HTTP HTTPSWeb Web,协议HTTP握手机制请求响应模型丰富的方法-协议采用客户端服务器模式通过三客户端发送请求报文服务器返回响协议定义了、、、HTTP-,HTTP,HTTP GETPOST PUT次握手建立连接确保数据可靠传输应报文通过此机制实现网页浏览等功能等多种方法满足不同的应用需求,,DELETE,协议SMTP邮件发送基础服务器通信过程12（要求邮件发送服务器与SMTP SimpleMail SMTP）是用于接收服务器通信并交换信息Transfer Protocol在互联网上发送电子邮件的标这种客户端服务器的通信模-准协议它定义了用户如何从式确保了电子邮件的正确传送一台计算机向另一台计算机发送和接收电子邮件安全和扩展3协议有多种安全和扩展机制如、和SMTP,ESMTP SMTP-AUTH确保电子邮件的安全和可靠传输STARTTLS,协议POP3/IMAP协议协议协议比较POP3IMAP协议是一种广泛使用的电子邮件接收协议是另一种流行的邮件访问协议它和各有优缺点更简单易POP3IMAP,POP3IMAP,POP3协议允许用户从远程服务器下载邮件到本允许用户远程访问和管理存储在邮件服务器用提供更多远程管理功能用户可根,,IMAP,地设备并提供基本的邮件管理功能上的邮件提供更加灵活的邮件管理体验据需求选择合适的协议,,课程总结我们一起深入学习了互联网协议的核心知识包括网络分层体系、参考模型,OSI、协议栈以及各个层次的关键协议从物理层、数据链路层到应用层TCP/IP,全面掌握了互联网通信的基本原理。