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运输层及高层
网络协议层模型中,运输层位于网络层之上,应用程序层之下。运输层提供端到端的数据传输服务,保证数据可靠传输和流量控制。本课件将重点介绍运输层和应用程序层的相关知识。
课程目标
掌握网络协议知识
理解TCP/IP协议族的工作原理,掌握网络通信机制。
掌握网络安全知识
了解常见的网络攻击和防御技术,保障网络安全。
掌握网络应用开发
学习网络应用开发技术,能够设计和开发网络应用程序。
运输层概述
运输层是网络协议栈中的一个重要层,负责为应用程序提供端到端的通信服务。
运输层屏蔽了网络层细节,为应用程序提供可靠的数据传输、流量控制和错误控制等功能。
运输层主要包含两种协议:TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)。
运输层协议
TCP协议
面向连接
可靠数据传输
数据流传输
UDP协议
无连接
不可靠数据传输
数据报传输
TCP协议简介
面向连接
TCP是一种面向连接的协议,这意味着在发送数据之前,必须先建立连接。
可靠数据传输
TCP提供了可靠的数据传输,确保数据按顺序到达目的地,并处理数据丢失或错误。
流量控制
TCP通过流量控制机制来防止接收方被过多的数据淹没。
拥塞控制
TCP通过拥塞控制机制来避免网络拥塞,并提高网络效率。
TCP连接建立与释放
1
三次握手
建立TCP连接需要三次握手,确保双方都准备就绪,防止无效连接。
SYN:连接请求
SYN-ACK:确认请求
ACK:确认连接
2
四次挥手
释放TCP连接需要四次挥手,确保数据传输完成,防止数据丢失。
FIN:关闭连接请求
FIN-ACK:确认关闭请求
ACK:确认关闭连接
FIN:关闭连接
3
连接管理
TCP连接建立和释放过程确保数据传输的可靠性和有序性,同时提高网络资源利用率。
TCP可靠数据传输
序号
TCP使用序号来标识每个数据段,确保按顺序接收数据。序号在连接建立时协商,并随着传输数据递增。
确认机制
接收方在收到数据段后发送确认信息(ACK)给发送方,确认已接收到的数据。ACK包含序号,表示接收到的最后一个数据段序号。
超时重传
发送方设置计时器,如果在一定时间内未收到确认,则重传未确认的数据段。超时时间根据网络状况动态调整。
流量控制
接收方使用窗口大小来控制发送方发送数据的速度,避免接收方缓冲区溢出。
TCP拥塞控制
1
避免网络拥塞
TCP通过拥塞控制机制,防止网络过载,确保数据传输效率。
2
慢启动算法
初始阶段,TCP缓慢增加发送窗口的大小,探测网络容量。
3
拥塞避免算法
一旦网络拥塞,TCP会降低发送速率,避免进一步加剧拥塞。
4
快速重传机制
快速重传机制有助于及时发现网络拥塞,并快速恢复数据传输。
UDP协议简介
无连接
UDP是一种无连接的协议,它不建立连接,而是直接发送数据包。
不可靠
UDP协议不保证数据包的顺序和完整性,可能导致数据包丢失或重复。
效率高
UDP协议的传输效率很高,因为它不需要建立连接和进行数据包确认。
应用场景
UDP协议常用于实时应用,例如视频通话、网络游戏和DNS解析。
应用层概述
应用层是网络协议体系结构的最高层,它直接与用户交互。
应用层负责提供用户与网络之间的接口,以及各种网络应用程序的通信协议。
常见的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等等。
DNS协议
域名服务器
DNS服务器存储域名与IP地址之间的映射关系,负责将域名解析为IP地址。
域名解析过程
当用户输入域名时,浏览器会向DNS服务器发送查询请求,DNS服务器根据域名查找对应的IP地址,并将IP地址返回给浏览器。
DNS层次结构
DNS采用分层结构,包括根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器等,保证了域名解析的效率和可靠性。
HTTP协议
超文本传输协议
HTTP是一种应用层协议,用于在Web浏览器和Web服务器之间传输数据。
无状态协议
HTTP是一个无状态协议,这意味着服务器不保留任何有关客户端的信息。
请求/响应模型
HTTP使用请求/响应模型,客户端向服务器发送请求,服务器返回响应。
HTTP方法
HTTP定义了一系列方法,例如GET、POST、PUT、DELETE,用于执行不同的操作。
FTP协议
1
文件传输协议
FTP协议用于在网络之间传输文件,支持多种文件类型。
2
两种模式
FTP协议提供了两种模式:主动模式和被动模式,用于建立连接。
3
安全问题
由于FTP协议使用明文传输数据,容易遭受攻击,安全性较低。
4
应用场景
FTP协议常用于网站文件上传、下载、备份和文件共享等场景。
SMTP协议
简单邮件传输协议
SMTP是应用层协议,负责发送电子邮件。通过TCP连接将邮件从发送者传输到接收者。SMTP仅用于传输邮件,不负责邮件存储和用户界面。
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