運輸層及高層網絡協議層模型中，運輸層位于網絡層之上，應用程序層之下。運輸層提供端到端的數據傳輸服務，保證數據可靠傳輸和流量控制。本課件將重點介紹運輸層和應用程序層的相關知識。課程目標掌握網絡協議知識理解TCP/IP協議族的工作原理，掌握網絡通信機制。掌握網絡安全知識了解常見的網絡攻擊和防御技術，保障網絡安全。掌握網絡應用開發學習網絡應用開發技術，能夠設計和開發網絡應用程序。運輸層概述運輸層是網絡協議棧中的一個重要層，負責為應用程序提供端到端的通信服務。運輸層屏蔽了網絡層細節，為應用程序提供可靠的數據傳輸、流量控制和錯誤控制等功能。運輸層主要包含兩種協議：TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）。運輸層協議TCP協議面向連接可靠數據傳輸數據流傳輸UDP協議無連接不可靠數據傳輸數據報傳輸TCP協議簡介面向連接TCP是一種面向連接的協議，這意味著在發送數據之前，必須先建立連接?？煽繑祿鬏擳CP提供了可靠的數據傳輸，確保數據按順序到達目的地，并處理數據丟失或錯誤。流量控制TCP通過流量控制機制來防止接收方被過多的數據淹沒。擁塞控制TCP通過擁塞控制機制來避免網絡擁塞，并提高網絡效率。TCP連接建立與釋放1三次握手建立TCP連接需要三次握手，確保雙方都準備就緒，防止無效連接。SYN：連接請求SYN-ACK：確認請求ACK：確認連接2四次揮手釋放TCP連接需要四次揮手，確保數據傳輸完成，防止數據丟失。FIN：關閉連接請求FIN-ACK：確認關閉請求ACK：確認關閉連接FIN：關閉連接3連接管理TCP連接建立和釋放過程確保數據傳輸的可靠性和有序性，同時提高網絡資源利用率。TCP可靠數據傳輸序號TCP使用序號來標識每個數據段，確保按順序接收數據。序號在連接建立時協商，并隨著傳輸數據遞增。確認機制接收方在收到數據段后發送確認信息(ACK)給發送方，確認已接收到的數據。ACK包含序號，表示接收到的最后一個數據段序號。超時重傳發送方設置計時器，如果在一定時間內未收到確認，則重傳未確認的數據段。超時時間根據網絡狀況動態調整。流量控制接收方使用窗口大小來控制發送方發送數據的速度，避免接收方緩沖區溢出。TCP擁塞控制1避免網絡擁塞TCP通過擁塞控制機制，防止網絡過載，確保數據傳輸效率。2慢啟動算法初始階段，TCP緩慢增加發送窗口的大小，探測網絡容量。3擁塞避免算法一旦網絡擁塞，TCP會降低發送速率，避免進一步加劇擁塞。4快速重傳機制快速重傳機制有助于及時發現網絡擁塞，并快速恢復數據傳輸。UDP協議簡介無連接UDP是一種無連接的協議，它不建立連接，而是直接發送數據包。不可靠UDP協議不保證數據包的順序和完整性，可能導致數據包丟失或重復。效率高UDP協議的傳輸效率很高，因為它不需要建立連接和進行數據包確認。應用場景UDP協議常用于實時應用，例如視頻通話、網絡游戲和DNS解析。應用層概述應用層是網絡協議體系結構的最高層，它直接與用戶交互。應用層負責提供用戶與網絡之間的接口，以及各種網絡應用程序的通信協議。常見的應用層協議包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等等。DNS協議域名服務器DNS服務器存儲域名與IP地址之間的映射關系，負責將域名解析為IP地址。域名解析過程當用戶輸入域名時，瀏覽器會向DNS服務器發送查詢請求，DNS服務器根據域名查找對應的IP地址，并將IP地址返回給瀏覽器。DNS層次結構DNS采用分層結構，包括根域名服務器、頂級域名服務器、權威域名服務器等，保證了域名解析的效率和可靠性。HTTP協議超文本傳輸協議HTTP是一種應用層協議，用于在Web瀏覽器和Web服務器之間傳輸數據。無狀態協議HTTP是一個無狀態協議，這意味著服務器不保留任何有關客戶端的信息。請求/響應模型HTTP使用請求/響應模型，客戶端向服務器發送請求，服務器返回響應。HTTP方法HTTP定義了一系列方法，例如GET、POST、PUT、DELETE，用于執行不同的操作。FTP協議1文件傳輸協議FTP協議用于在網絡之間傳輸文件，支持多種文件類型。2兩種模式FTP協議提供了兩種模式：主動模式和被動模式，用于建立連接。3安全問題由于FTP協議使用明文傳輸數據，容易遭受攻擊，安全性較低。4應用場景FTP協議常用于網站文件上傳、下載、備份和文件共享等場景。SMTP協議簡單郵件傳輸協議SMTP是應用層協議，負責發送電子郵件。通過TCP連接將郵件從發送者傳輸到接收者。SMTP僅用于傳輸郵件，不負責郵件存儲和用戶界面。工作流程建立TCP連接發送郵件信息接收者回復確認信息斷開TCP連接P2P網絡去中心化P2P網絡不依賴于中心服務器，節點之間直接通信。提高了系統容錯能力，減少了單點故障風險。CDN網絡內容分發網絡CDN將內容復制到靠近用戶的服務器上，減少延遲和流量。服務器集群CDN使用多個服務器組成的集群，提供高可用性和可擴展性。性能提升CDN可以顯著提高網站和應用程序的加載速度和用戶體驗。全球覆蓋CDN擁有全球部署的服務器網絡，為全球用戶提供服務。物聯網通信協議家庭自動化通過傳感器和執行器控制家用電器，例如燈光、溫度和安全系統。智慧城市連接城市基礎設施，例如交通、照明和廢物管理系統。工業自動化監控和控制工業過程，例如制造、農業和能源。虛擬專用網絡私有網絡擴展VPN將私有網絡擴展到公共網絡，例如互聯網，為遠程用戶提供安全訪問。數據加密VPN通過加密數據包來保護敏感信息，防止未經授權的訪問。身份驗證VPN使用用戶名和密碼或數字證書驗證用戶身份，確保只有授權用戶可以訪問網絡。網絡安全VPN提供了一個安全的隧道，防止數據被攔截或竊取，提高網絡安全性和隱私保護。軟件定義網絡靈活性和可編程性SDN允許網絡管理員以編程方式控制網絡設備和服務，提高網絡配置和管理的靈活性。集中式控制SDN將網絡控制功能集中到一個中央控制器，簡化網絡管理和故障排除，提高網絡的安全性。自動化和編排SDN支持自動化和編排，可以根據需求動態調整網絡配置，優化網絡性能和資源利用率。應用驅動的網絡SDN使網絡更緊密地與應用需求相結合，為各種應用提供更好的支持，促進網絡創新。網絡安全概述網絡安全是保障網絡系統和數據的安全，防止信息泄露、數據丟失、系統崩潰等問題。網絡安全已經成為現代社會的重要組成部分，對于個人、企業、政府等各個方面都至關重要。網絡安全威脅惡意軟件病毒、蠕蟲和木馬等惡意軟件會損害系統，竊取數據。網絡攻擊拒絕服務攻擊、SQL注入和跨站腳本攻擊等，破壞網絡正常運行。身份盜竊竊取個人信息，如銀行賬號、密碼，用于欺詐和非法活動。數據泄露攻擊者竊取敏感數據，如客戶信息、商業機密，造成重大損失。網絡安全技術防火墻防火墻可以阻止來自不受信任網絡的訪問，并阻止攻擊者訪問敏感數據。入侵檢測系統入侵檢測系統可以監視網絡流量和系統活動，并檢測可能表明攻擊的活動。加密加密可以保護數據在傳輸和存儲過程中的安全性，即使數據被攔截，攻擊者也無法讀取數據。身份驗證身份驗證可以驗證用戶的身份，確保只有授權人員才能訪問系統和數據。密碼學基礎加密與解密使用密鑰將明文轉換為密文，并使用密鑰將密文轉換為明文。密鑰管理安全地生成、存儲、分發和管理密鑰是密碼學的重要組成部分。數學原理密碼學基于數學原理，如數論、代數和概率論。身份認證技術11.密碼認證最傳統的認證方式，用戶提供密碼驗證身份。22.生物識別通過指紋、人臉、虹膜等生物特征識別用戶身份。33.雙重身份驗證結合兩種或更多認證方式，提高安全系數。44.多因素認證使用多種認證因素，例如密碼、短信驗證碼、設備信息等。訪問控制技術訪問控制列表（ACL）ACL是訪問控制技術的基礎。它定義了網絡設備或應用程序允許或禁止訪問哪些資源?；诮巧脑L問控制（RBAC）RBAC根據用戶在組織中的角色分配權限。每個角色都關聯了特定的權限集。防火墻技術網絡安全邊界防火墻作為網絡安全的第一道防線，通過設置規則過濾進出網絡的流量，保護內部網絡不受攻擊。訪問控制根據預設規則，防火墻控制哪些用戶或設備可以訪問哪些資源，防止未授權訪問。數據保護防火墻可以阻止惡意軟件和病毒進入網絡，保護內部數據安全。安全日志防火墻記錄網絡活動，幫助識別攻擊行為，追蹤安全事件。入侵檢測與預防1入侵檢測系統IDS監控網絡流量，識別惡意活動，并發出警報。2入侵防御系統IPS采取主動措施阻止攻擊，如封鎖可疑連接或更改網絡規則。3行為分析監控用戶和應用程序的行為，識別異常模式，例如可疑登錄嘗試。4安全信息和事件管理SIEM收集、分析和關聯來自不同來源的安全事件，提供全面視圖。密碼管理安全策略密碼管理策略是確保密碼安全性的基礎。它定義了密碼強度、過期時間、復