《网络协议栈》课件

网络协议栈详解网络协议栈是现代互联网的基石，它像一套精心设计的指令集，让全球数百万台计算机能够高效、可靠地相互通信本课件将深入探讨网络协议栈的各个层面，从物理层到应用层，揭示其核心功能、常见协议以及未来的发展趋势通过学习，您将全面掌握网络通信的底层原理，为构建和维护安全、高效的网络系统奠定坚实基础网络协议栈的定义概念解析重要组成网络协议栈，又称协议族或协议栈，是指在网络通信中一系列协一个典型的网络协议栈通常包括物理层、数据链路层、网络层、议的集合，它们协同工作，实现数据的可靠传输简单来说，它传输层、会话层、表示层和应用层等多个层次每一层都有特定就像一套完整的交通规则，确保数据包在网络中准确无误地从的功能和协议，各司其职，共同完成数据传输的任务“”发送端到达接收端网络协议栈的功能数据封装与解封装1将应用层的数据逐步封装成适合在网络上传输的格式，并在接收端进行解封装，恢复原始数据路由选择与寻址2确定数据包在网络中的最佳传输路径，并将数据包准确地发送到目标地址错误检测与纠正3检测数据传输过程中可能出现的错误，并采取相应的纠正措施，确保数据的完整性和准确性流量控制与拥塞避免4控制数据的发送速率，避免网络拥塞，保证网络的稳定运行网络协议栈的分层应用层为应用程序提供网络服务，如、、等HTTP FTPSMTP传输层提供端到端的可靠或不可靠的数据传输服务，如、TCP UDP网络层负责数据包的路由和寻址，如协议IP数据链路层提供在物理链路上的数据传输服务，如以太网协议物理层定义物理链路的电气、机械、过程和功能特性，如电缆、光纤等物理层基础构成重要性物理层是网络协议栈的最底层，负责在物理介质上传输原始的比物理层的性能直接影响到整个网络的传输速率和可靠性选择合特流它定义了物理链路的电气、机械、过程和功能特性适的物理介质和设备对于构建高效的网络至关重要物理层的功能比特流传输1将数据转化为比特流，并通过物理介质进行传输信号编码与调制2对数据进行编码和调制，使其适应物理介质的传输特性数据传输速率控制3控制数据的传输速率，保证数据的可靠传输物理介质接口4提供与物理介质的接口，如网线接口、光纤接口等物理层的常见设备网线光纤集线器用于传输电信号的双绞用于传输光信号的光纤用于连接多个设备的物线或同轴电缆电缆理层设备数据链路层定义作用数据链路层在物理层之上，负责在相邻节点之间提供可靠的数据数据链路层是网络通信中至关重要的一层，它保证了数据在物理传输服务它将物理层提供的比特流组织成帧，并进行错误检测链路上的可靠传输，为上层协议提供了可靠的基础和纠正数据链路层的功能成帧1将物理层提供的比特流组织成帧，方便数据的传输和处理物理地址寻址2使用物理地址（如地址）标识网络中的设备MAC错误检测与纠正3检测数据传输过程中可能出现的错误，并采取相应的纠正措施流量控制4控制数据的发送速率，避免网络拥塞数据链路层的常见协议协议名称功能以太网协议用于局域网的数据传输协议用于点对点链路的数据传输PPP帧中继协议用于广域网的数据传输网络层核心功能数据传输网络层负责在不同的网络之间进行数据包的路由和寻址它是实网络层使用协议将数据包从源地址发送到目标地址，实现跨网IP现互联网互联互通的关键层次络的数据传输网络层的功能逻辑地址寻址1使用逻辑地址（如地址）标识网络中的设备IP路由选择2确定数据包在网络中的最佳传输路径数据包分片与重组3将大的数据包分成小的片段，并在接收端进行重组拥塞控制4避免网络拥塞，保证网络的稳定运行网络层的常见协议协议名称功能协议负责数据包的路由和寻址IP协议用于网络诊断和控制ICMP协议用于将地址解析为地址ARP IPMAC地址IP定义类型地址是互联网协议（）用于标识网络中设备的逻辑地址它地址分为和两种类型地址是位的地址，而IP IPIP IPv4IPv6IPv432类似于现实生活中的门牌号码，用于在网络中定位设备地址是位的地址IPv6128地址IPv4组成分类地址由位二进制数组成，地址分为、、、、IPv432IPv4A BC DE通常以点分十进制的形式表示，五类，不同类型的地址适用于不如同规模的网络

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1.1私有地址私有地址是指只能在局域网中使用的地址，如、IP

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0.0/

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0.0/8地址IPv6优势表示形式地址是位的地址，可以提供更多的地址空间，解决地址通常以冒号分隔的十六进制数表示，如IPv6128IPv4IPv6地址耗尽的问题2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334路由器的作用连接网络路由选择安全防护路由器用于连接不同的路由器根据路由表选择路由器可以提供一定的网络，实现网络之间的最佳的传输路径，将数安全防护功能，如防火互联互通据包发送到目标地址墙传输层定义重要性传输层位于网络层之上，负责提供端到端的可靠或不可靠的数据传输层是保证数据可靠传输的关键层次，它为应用层提供了可靠传输服务它将应用层的数据分割成小的片段，并进行编号和校的数据传输服务验传输层的功能端口寻址1使用端口号标识不同的应用程序数据分段与重组2将大的数据分割成小的片段，并在接收端进行重组可靠传输3提供可靠的数据传输服务，保证数据的完整性和顺序性流量控制4控制数据的发送速率，避免网络拥塞传输层的常见协议协议名称功能协议提供可靠的面向连接的数据传输服务TCP协议提供不可靠的无连接的数据传输服务UDP协议TCP特性应用协议是一种可靠的、面向连接的传输层协议它提供数据校协议广泛应用于浏览、电子邮件、文件传输等需要可靠TCP TCPWeb验、确认应答、超时重传等机制，保证数据的可靠传输数据传输的应用场景协议UDP特性应用协议是一种不可靠的、无连接的传输层协议它提供简单的协议适用于实时性要求较高的应用场景，如在线游戏、视频UDP UDP数据传输服务，不保证数据的可靠性和顺序性会议等会话层定义作用会话层位于传输层之上，负责建立、管理和终止应用程序之间的会话层在网络通信中起着重要的作用，它为应用程序提供了会话会话会话层提供会话管理、同步和复用等功能管理服务，简化了应用程序的开发会话层的功能会话建立与管理会话同步12建立、管理和终止应用程序之在会话过程中进行同步，保证间的会话数据的完整性和一致性会话复用3在单个会话中传输多个数据流会话层的常见协议协议名称功能协议用于局域网中的文件共享和打印服NetBIOS务协议用于实现远程过程调用RPC表示层定义作用表示层位于会话层之上，负责数据的格式转换、加密和压缩它表示层在网络通信中起着重要的作用，它保证了数据的安全性和保证了应用程序可以理解和处理接收到的数据可理解性表示层的功能数据格式转换数据加密与解密数据压缩与解压缩123将数据从一种格式转换为另一种格对数据进行加密和解密，保证数据对数据进行压缩和解压缩，减少数式，保证应用程序可以理解和处理的安全性据的传输量接收到的数据表示层的常见协议协议名称功能协议用于提供安全的网络连接SSL/TLS协议用于表示多媒体数据MIME应用层定义作用应用层是网络协议栈的最顶层，为应用程序提供网络服务它定应用层是用户与网络交互的接口，它为用户提供了各种各样的网义了应用程序之间进行通信的协议和接口络应用应用层的功能文件传输1提供文件传输服务，如协议FTP电子邮件2提供电子邮件服务，如协议SMTP浏览Web3提供浏览服务，如协议Web HTTP远程登录4提供远程登录服务，如协议Telnet应用层的常见协议协议名称功能协议用于浏览HTTP Web协议用于文件传输FTP协议用于电子邮件发送SMTP协议用于域名解析DNS协议HTTP定义特性（）协议是一种用于协议是无状态的、简单的、可扩展的它广泛应用于HTTP HypertextTransfer ProtocolWeb HTTPWeb浏览的应用层协议它基于客户端服务器模式，客户端发送浏览、调用等场景/API请求，服务器返回响应HTTP HTTP协议FTP定义特性（）协议是一种用于文件传输的应协议可以传输各种类型的文件，并提供文件权限管理功能FTP FileTransfer ProtocolFTP用层协议它基于客户端服务器模式，客户端连接服务器，它广泛应用于文件共享和网站部署等场景/FTP进行文件上传和下载协议SMTP定义特性（）协议是一种用于电协议可以发送各种类型的电子邮件，并支持邮件附件它SMTP SimpleMail TransferProtocol SMTP子邮件发送的应用层协议它基于客户端服务器模式，客户端连广泛应用于电子邮件系统/接服务器，发送电子邮件SMTP网络安全定义重要性网络安全是指保护网络系统中的硬件、软件和数据免受未经授权网络安全对于保护个人隐私、企业资产和国家安全至关重要的访问、使用、泄露、破坏或修改网络安全的重要性保护个人隐私保护企业资产12防止个人信息泄露和滥用防止企业数据泄露和系统瘫痪维护国家安全3防止关键基础设施遭受攻击网络攻击的种类攻击DDoS1通过大量恶意流量淹没目标服务器注入SQL2利用应用程序的漏洞，执行恶意的代码Web SQL攻击XSS3将恶意的代码注入到页面中JavaScript Web网络攻击的种类繁多，攻击者不断采用新的技术和手段企业和个人需要加强安全意识，采取有效的防护措施，才能有效应对各种网络威胁常见的攻击类型包括但不限于以上几种，了解这些攻击方式有助于更好地保护网络安全防火墙的作用访问控制入侵检测代理服务控制网络流量的进出，检测网络中的恶意活动，提供代理服务，隐藏内只允许授权的流量通过及时发出警报部网络结构加密技术定义类型加密技术是指将数据转换为不可读的密文，以保护数据的机密性加密技术分为对称加密和非对称加密两种类型对称加密使用相只有拥有密钥的人才能解密数据同的密钥进行加密和解密，而非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密网络协议栈的发展趋势软件定义网络（）SDN1将网络控制平面与数据平面分离，实现网络的灵活控制和管理网络功能虚拟化（）NFV2将网络功能部署在通用的硬件平台上，实现网络的弹性扩展和降低成本技术5G3提供更高的传输速率、更低的延迟和更广的覆盖范围，满足各种新兴应用的需求物联网定义应用物联网是指将各种物理设备连接到互联网，实现设备之间的互联物联网广泛应用于智能家居、智能交通、智能医疗等领域互通和智能控制物联网需要轻量级的网络协议栈来支持海量设备的接入云计算定义应用云计算是指将计算资源和服务通过互联网提供给用户云计算需云计算广泛应用于应用、大数据分析、人工智能等领域Web要高效的网络协议栈来支持大规模的虚拟化和资源共享大数据定义应用大数据是指无法用传统的数据处理工具进行处理的海量数据大大数据广泛应用于商业智能、风险管理、科学研究等领域数据需要高性能的网络协议栈来支持数据的传输和分析。