数据通讯教学课件

数据通讯汇报人：AA2024-01-23目录CONTENTS数据通讯基本概念与原理数据链路层协议与标准网络层协议与标准传输层协议与标准应用层协议与标准数据通讯安全策略与实践01数据通讯基本概念与原理CHAPTER它是现代信息社会的基础设施，广泛应用于计算机、通信、控制等领域。数据通讯的作用是实现信息的传递和共享，促进信息化进程的发展。数据通讯是指通过传输介质将数据信息从一个地点传送到另一个地点的过程。数据通讯定义及作用传输介质双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。信号类型模拟信号和数字信号。传输介质与信号类型调制是将数字信号转换成模拟信号的过程，以便在模拟信道上传输。解调是将模拟信号还原成数字信号的过程，以便接收端正确识别。常见的调制方式有振幅调制、频率调制和相位调制等。调制解调技术原理差错控制是为了保证数据传输的准确性和可靠性而采取的一系列措施。常见的差错控制方法有检错重发、前向纠错和混合纠错等。检错重发是在接收端检测出错误后，要求发送端重新发送数据；前向纠错是在接收端通过一定的算法对错误数据进行纠正；混合纠错是同时采用检错重发和前向纠错两种方法。差错控制方法02数据链路层协议与标准CHAPTERHDLC（High-LevelDataLinkControl，高级数据链路控制）协议是一种面向比特的同步数据链路层协议，广泛应用于广域网中。HDLC协议支持三种类型的帧：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧），分别用于数据传输、流量控制和提供无连接服务。HDLC协议具有可靠传输、高效性能和灵活配置等优点，适用于各种不同类型的数据链路。HDLC协议采用帧传输方式，帧格式包括标志字段、地址字段、控制字段、信息字段和帧校验字段。其中，标志字段用于帧同步，地址字段和控制字段用于描述帧的类型和功能。HDLC协议详解PPP协议应用场景广泛，包括拨号上网、DSL接入、移动通信和VPN等。在这些场景中，PPP协议能够提供可靠的数据传输服务，保证网络连接的稳定性和安全性。PPP（Point-to-PointProtocol，点对点协议）是一种数据链路层协议，主要用于拨号或专线方式建立点对点连接。PPP协议具有简单、灵活、可扩展和可协商等优点。它支持多协议封装，允许在单一链路上同时支持多种网络层协议。PPP协议特点及应用场景以太网MAC（MediaAccessControl，媒体访问控制）层协议是数据链路层的一部分，负责在局域网内实现数据帧的传输和访问控制。以太网MAC层协议采用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，带冲突检测的载波监听多路访问）机制，实现网络设备的平等访问和数据共享。以太网MAC层协议定义了数据帧的格式和传输规则，包括帧的起始定界符、目的地址、源地址、类型/长度字段、数据字段和帧校验字段等。以太网MAC层协议还支持VLAN（VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网）技术，实现局域网内的逻辑划分和灵活管理。以太网MAC层协议分析帧中继和ATM技术比较帧中继（FrameRelay）和ATM（AsynchronousTransferMode，异步传输模式）是两种常用的广域网数据链路层协议。帧中继是一种面向连接的服务，提供可变长度的数据帧传输。它简化了X.25协议的复杂性，提高了传输效率，适用于突发性数据传输和对实时性要求不高的应用。ATM是一种面向单元的、面向连接的服务，提供固定长度的信元传输。它支持多种业务类型（如语音、视频和数据等）的综合传输，具有高速率、低时延和QoS保证等优点。ATM适用于对实时性和多媒体应用要求较高的场景。帧中继和ATM在应用场景、传输效率和服务质量等方面存在差异。选择哪种技术取决于网络的具体需求和应用场景的要求。03网络层协议与标准CHAPTERIP地址分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类为常用地址，D类为组播地址，E类为保留地址。各类地址的范围和用途有所不同。IP地址分类子网划分是通过借用主机位作为子网位，将一个大网络划分为若干个小网络的过程。常用的子网划分方法有等长子网划分和变长子网划分两种。子网掩码用于标识子网位和主机位。子网划分方法IP地址分类及子网划分方法ARP工作原理ARP（地址解析协议）用于将32位的IP地址解析为MAC地址。当主机需要发送数据到另一台主机时，会首先查询本地的ARP缓存表，如果缓存表中没有目标主机的MAC地址，则会发送ARP请求广播，目标主机收到请求后会回复ARP响应，将MAC地址告知请求主机。RARP工作原理RARP（逆地址解析协议）用于将MAC地址解析为IP地址。当无盘工作站启动时，会发送RARP请求广播，请求分配一个IP地址。RARP服务器收到请求后，会根据MAC地址分配一个IP地址，并回复RARP响应告知工作站。ARP/RARP工作原理及实现过程ICMP（Internet控制消息协议）报文封装在IP数据报中，由报头和数据区两部分组成。报头包含类型、代码和校验和等字段，数据区则根据不同类型的ICMP报文有所不同。ICMP报文格式ICMP主要用于在IP主机和路由器之间传递控制消息，包括目的不可达、超时、参数问题、源抑制等。这些消息对于网络诊断和故障排除具有重要意义。ICMP功能介绍ICMP报文格式和功能介绍地址长度IPv4使用32位地址，而IPv6使用128位地址，提供了更大的地址空间。IPv4地址以点分十进制表示，而IPv6地址采用十六进制表示，并使用冒号分隔。IPv4报文包括报头和数据两部分，而IPv6报文则包括基本报头和扩展报头两部分。IPv6报头更加简化，提高了处理效率。IPv6内置了IPSec安全机制，提供了更高的安全性保障。同时，IPv6还支持加密和认证等安全特性。IPv6原生支持多播和任播功能，使得网络通信更加灵活高效。地址表示方法安全性多播和任播报文格式IPv6与IPv4差异分析04传输层协议与标准CHAPTER知名端口号1024-49151，用于一些已知的应用程序，但不像知名端口那样紧俏，可由程序开发者向IANA申请注册。注册端口号动态/私有端口号49152-65535，这类端口号不固定分配给某个服务，而是由操作系统动态分配，用于短暂连接。0-1023，由IANA统一分配和管理，通常预留给一些常用的服务，如HTTP(80)、HTTPS(443)、SSH(22)等。TCP/UDP端口号分配规则TCP连接建立需要经历“三次握手”过程，即SYN、SYN+ACK和ACK三个步骤，确保双方都已准备好数据传输。TCP连接释放需要经历“四次挥手”过程，即FIN、ACK、FIN和ACK四个步骤，确保双方数据完全发送完毕并确认。TCP连接建立、释放过程剖析释放过程建立过程拥塞控制策略和流量控制方法拥塞控制策略TCP采用慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等策略来避免网络拥塞。这些策略通过动态调整发送窗口大小来控制数据发送速率。流量控制方法TCP使用滑动窗口机制进行流量控制，接收方通过通告窗口大小来限制发送方的数据发送速率，防止接收方缓冲区溢出。序号与确认超时重传错误检测与处理流量控制与拥塞控制可靠传输机制设计思路TCP为每个字节分配一个序号，接收方通过发送确认报文来告知发送方已成功接收的数据范围。TCP使用校验和来检测数据在传输过程中是否出现错误，并在发现错误时进行重传。发送方在发送数据后会启动定时器，若在规定时间内未收到确认报文，则会重传数据。结合滑动窗口机制和拥塞控制策略，确保数据在可靠传输的同时，网络保持高效运行。05应用层协议与标准CHAPTER123介绍根DNS服务器、顶级域DNS服务器和权威DNS服务器的角色与功能。DNS服务器层次结构详细阐述用户请求域名解析时，本地DNS服务器如何逐层查询，最终找到目标IP地址的过程。域名解析过程解释DNS缓存的作用，以及DNS服务器之间如何进行信息同步和更新。DNS缓存与更新机制DNS域名解析过程详解HTTP协议基础简要介绍HTTP协议的主要特点、请求/响应模型以及常用请求方法。HTTPS协议原理详细阐述HTTPS如何通过SSL/TLS协议对传输数据进行加密，确保通信安全。HTTP与HTTPS比较对比分析HTTP和HTTPS在安全性、性能和资源消耗等方面的差异。HTTP/HTTPS工作原理比较030201简要介绍FTP服务的概念、工作原理和常用端口。FTP服务概述详细阐述如何配置FTP服务器，包括安装、设置用户权限、配置传输模式等。FTP服务器配置介绍如何使用FTP客户端连接到FTP服务器，进行文件的上传、下载和管理等操作。FTP客户端使用FTP文件传输服务配置指南SMTP/POP3/IMAP邮件服务配置教程邮件服务概述简要介绍SMTP、POP3和IMAP协议在电子邮件服务中的角色和功能。SMTP服务配置详细阐述如何配置SMTP服务器，以便发送电子邮件。POP3/IMAP服务配置详细阐述如何配置POP3或IMAP服务器，以便接收和管理电子邮件。邮件客户端设置与使用介绍如何在邮件客户端中设置SMTP、POP3或IMAP服务器信息，以便进行邮件的发送和接收。06数据通讯安全策略与实践CHAPTER采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密。常见算法有DES、3DES、AES等。对称加密又称公钥加密，使用一对密钥，公钥用于加密，私钥用于解密。常见算法有RSA、ECC等。非对称加密结合对称加密和非对称加密的优点，用非对称加密传输对称加密的密钥，再用对称加密传输数据。混合加密加密技术原理及算法介绍数字签名和认证中心（CA）概念剖析一种类似写在纸上的普通的物理签名，但是使用了公钥加密领域的技术实现，用于鉴别数字信息的方法。一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于签名，另一个用于验证。数字签名一个负责发放和管理数字证书的权威机构。它作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。认证中心（CA）SSL（安全套接层协议）位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，为数据通讯提供安全支持。SSL协议可分为两层：SSL记录协议（SSLRecordProtocol），它建立在可靠的传输协议（如TCP）之上，为高层协议提供数据封装、压缩、加密等基本功能的支持；SSL握手协议（SSLHandshakeProtocol），它建立在SSL记录协议之上，用于在实际的数据传输开始前，通讯双方进行身份认证、协商加密算法、交换加密密钥等。TLS（传输层安全性协议）是SSL的后续版本，两者差别很小。TLS对于安全性的考虑更为全面，对于算法的要求更为严格。SSL/TLS安全传输