网络通信协议侧重于在设备之间建立和维护连接。

首先要了解所有基于 Internet 的三个基础网络通信协议：

• Internet 协议 Internet Protocol，IP：它负责数据包的寻址
  IP 会封装要传递的数据包，并添加一个地址标头，包含发送方和接收方 IP 地址的信息。
  该协议并不关心数据包的发送或接收顺序，它也不保证会传送数据包，仅保证传送地址。
• 传输控制协议 Transmission Control Protocol，TCP：它是一种将数据分割为数据包的协议
  数据包可以安全快速地发送，同时最大限度降低数据丢失的可能性。
  它提供稳定可靠的机制，用于在基于 IP 的网络上传送数据包。
  但是即使 TCP 是有效的面向连接的协议，它也有开销。
• 用户数据报协议 User Datagram Protocol，UDP：一种无连接协议，可提供低延迟和丢失容忍实现
  UDP 用于无需验证接收方设备是否收到数据报的过程。

接着介绍的是基于某种类型的应用程序的网络通信协议：

• 超文本传输协议 Hypertext Transfer Protocol，HTTP：使用 TCP/IP 将网页内容从服务器传递到浏览器。
  提示

  HTTP 还可以处理从远程服务器进行的文件下载和上传。

• 文件传输协议 File Transfer Protocol，FTP：用于在网络上的不同计算机之间传输文件。
  通常 FTP 用于从远程位置将文件上传到服务器。
• 邮局协议 3 Post Office Protocol 3，POP3：是三种电子邮件协议中的一种。
  它最常由电子邮件客户端用于使你可以接收电子邮件。此协议使用 TCP 进行电子邮件的管理和传递。
• 简单邮件传输协议 Simple Mail Transfer Protocol，SMTP：是三个电子邮件协议中的另一个。
  它最常用于通过电子邮件服务器从电子邮件客户端发送电子邮件。此协议使用 TCP 进行电子邮件的管理和传输。
• 交互式邮件访问协议 Interactive Mail Access Protocol，IMAP：是这三种电子邮件协议中功能更强大的一种
  通过 IMAP 和电子邮件客户端，你便能在组织中的电子邮件服务器上管理单个邮箱。

网络安全协议旨在维护网络上数据的安全性，这些协议会加密在用户、服务和应用程序之间传输的消息。

以下列表介绍了较为常见的网络安全协议，请选择与所需安全等级相匹配的网络安全协议：

• 安全套接字层 Secure Socket Layer，SSL：一种标准加密和安全协议。
  它在计算机与目标服务器或设备之间提供安全的加密连接。
• 传输层安全 Transport Layer Security，TLS：是 SSL 的后继者，可提供更强、更牢靠的安全加密协议。
  基于 Internet 工程任务组 (IETF) 标准，旨在阻止消息伪造、篡改和窃听。它通常用于保护 Web 浏览器通信、电子邮件、VoIP 和即时消息传递。
  虽然现在使用 TLS，但替代安全协议通常仍称为 SSL。
• 安全超文本传输协议 Hypertext Transfer Protocol Secure，HTTPS：使用 TLS 或 SSL 加密标准，提供标准 HTTP 协议的更多安全版本。
  此协议组合可确保在服务器与 Web 浏览器之间传输的所有数据都进行加密，并防止窃听或数据包探查。
  提示

  此增强型原则同样适用于前面列出的 POP、SMTP 和 IMAP 其他网络通信协议，以创建称为 POPS、SMTPS 以及 IMAPS 的安全版本。

• 安全外壳 Secure Shell，SSH：是一种加密网络安全协议，可在网络上提供安全数据连接。
  SSH 旨在支持指令的命令行执行，包括对服务器的远程身份验证。
  FTP 使用许多 SSH 功能来提供安全文件传输机制。
• Kerberos：此验证协议通过密钥加密为基于客户端-服务器的应用程序提供可靠的身份验证。
  Kerberos 假设网络中的所有端点都不安全，它始终对所有通信和数据强制实施加密。

此类协议的重点是维持网络的稳定，关注网络的错误和性能。

网络中的每个设备都会公开一些有关设备状态和运行状况的指示器，通过网络管理员工具进行请求，可以用于监视和报告。

有两种网络管理协议可用：

• 简单网络管理协议 Simple Network Management Protocol，SNMP：允许从网络上的设备收集数据以及管理这些设备。
  设备必须支持 SNMP 才能收集信息。通常支持 SNMP 的设备包括交换机、路由器、服务器、笔记本电脑、台式机和打印机。
• Internet 控制消息协议 Internet Control Message Protocol，ICMP：使连接网络的设备可以发送警告和错误消息，以及有关连接请求成功或失败或者服务是否不可用的操作信息。
  提示

  ICMP 是 Internet 协议套件 IPS 中包含的协议之一。

  与其他网络传输协议（如 UDP 和 TCP）不同，ICMP 不用于通过网络上的设备发送或接收数据。

端口是允许将消息从路由传入到特定进程的逻辑构造。

每种类型的 IPS（Internet 协议）都有一个特定端口，前 1024 个端口（称为已知端口号）会保留用于常用服务；编号较高的端口称为临时端口，由专用应用程序保留并使用。

端口由发送 TCP 或 UDP 层基于所使用的通信协议进行分配，处于 0 到 65535 范围内的 16 位无符号数字，也称为端口号。

有三种端口范围：

• 已知端口
• 已注册端口
• 动态/专用端口

较常见的已知端口号

传输控制协议/Internet 协议 Transmission Control Protocol/Internet Protocol（TCP/IP 协议）是不同通信协议的集合，这些协议支持和定义接入网络的设备在基于 IP 的网络上的互连方式，即通过定义端到端通信过程来定义设备之间共享数据的方式，TCP/IP 还确定了如何对数据包进行寻址以及传输、路由和接收。

其核心是两个关键协议：TCP 和 IP。

TCP/IP 模型由四个不同的层组成，每个层都使用不同类型的协议：

• 应用程序层：负责确定使用的通信协议。
  此层包括超文本传输协议 HTTP、DNS、文件传输协议 FTP、Internet 消息访问协议 IMAP、轻型目录访问协议 LDAP、邮局协议 POP、简单邮件传输协议 SMTP、简单网络管理协议 SNMP、安全外壳 SSH、Telnet 和 TLS/SSL。
• 传输层：通过将正确端口用于所使用的应用程序协议，将应用程序数据拆分为可管理的有序区块。
  与此层关联的协议是 TCP 和 UDP。
• Internet 层：网络层，可确保数据包到达其目的地。
  与此层关联的协议包括 IP、IPv4、IPv6、Internet 控制消息协议 ICMP，以及 Internet 协议安全性 IPsec。
• 网络访问层：负责定义跨网络发送数据的方式。
  与此层关联的协议包括 ARP、MAC、以太网、数字用户线 DSL，以及综合业务数字网 ISDN。

IP

Internet 协议，IP，并不关心数据包的发送或接收顺序，也不保证会传送数据包，它仅提供用于将消息路由和转发到目标的逻辑寻址系统。

IP 地址，也称为网络地址或路由前缀，表示要发送数据包的设备或计算机的地址。

当前在网络中使用两个 Internet 协议版本：

• IPv4
• IPv6

IPv4

Internet Protocol version 4，IPv4 于 1983 年发布，是当今使用的所有基于分组交换的网络的标准。

IPv4 使用 32 位地址空间，其上限为 4294967296（43 亿）个唯一逻辑 IP 地址。

点分十进制形式

IPv4 地址可被写作任何表示一个 32 位整数值的形式，但为了方便阅读和分析，它通常被写作点分十进制的形式，即四个字节被分开用十进制写出，中间用点分隔。

其中每个数字的范围处于 0 到 255 内，称为用点分隔的十进制数字格式，例如 192.168.0.1

最初 IP 地址分为两个部分，即网络和主机，分别作不同用途

• 网络：网络部分涵盖第一组十进制数字。
  以地址 192.168.0.1 为例，就是 192.168.0，此数值在网络中是唯一的，用于指定网络的类别。
• 主机：主机部分包含下一组十进制数字。
  以地址 192.168.0.1 为例，就是 1，此编号表示设备，在网络中必须是唯一的，以避免地址冲突。
  网段上的每个设备都必须具有唯一的地址。

然后出现了分类网络，将可用的 IP 地址高位字节被重定义为网络的类 Class，拆分为五个逻辑类（或 IP 地址范围），使用字母进行表示；剩余的部分被用来识别主机，这就意味着每个网络类别有着不同的给主机编址的能力：

类	起始地址	结束地址	网络数	每个网络的 IP 地址	可用 IP 地址总数	子网掩码
A	0.0.0.0	127.255.255.255	128	16,777,216	2,147,483,648	255.0.0.0
B	128.0.0.0	191.255.255.255	16,384	65,536	1,073,741,824	255.255.0.0
C	192.0.0.0	223.255.255.255	2,097,152	256	536,870,912	255.255.255.0
D	224.0.0.0	239.255.255.255	-	-	268,435,456	-
E	240.0.0.0	255.255.255.255	-	-	268,435,456	-

说明

子网（或主机地址）表示要使用的网络或子网络，上表的最后一列标记为子网掩码。子网是使用以点分隔的十进制格式表示的 32 位数字，它使用与 IP 地址相同的格式，例如 255.255.255.0 是标准子网掩码。

在 IPv4 网络中，若要将数据包路由到正确的网络和正确的设备，需要路由前缀，路由前缀通过采用子网掩码并向 IP 地址应用按位与来创建。

例如有一个从 192.168.0.1 开始的 IP 地址范围，并且有一个子网掩码 255.255.255.0，则对于掩码中指定为 255 的各个地址段值，（在该 IP 地址范围中）相应的地址段是静态不变的。

对于该例子，就表示要选择 IP 地址时，其高位的值必须 192.168.0，而最后一个字节段的值为 0，则允许使用介于 0 到 255 之间的任何值。但是需要从 192.168.0.1，所以最终的 IP 地址范围是 192.168.0.1 至 192.168.0.255

提示

定义子网和路由前缀的一种更常见方法是使用无类别域际路由选择 Classless Interdomain Routing，CIDR 表示法。

CIDR 作为要分配给子网的位数应用于 IP 地址。使用 CIDR 表示法时，在 IP 地址结尾添加一个 /，然后添加位数。

例如 198.51.100.0/24 与使用用点分隔的十进制格式子网掩码 255.255.255.0 相同。它表示 198.51.100.0 到 198.51.100.255` 的地址范围。

子网定义 A、B 或 C 类网络中的一个或多个逻辑网络。如果没有子网，则 A、B 或 C 类网络各自只有一个网络。

注意

在 IP 地址中有很多保留用于特定用途，例如专用网络、本地主机、Internet 中继、文档和子网。

以下是较常见的限制：

地址范围	范围	描述
10.0.0.0–10.255.255.255	专用网络	用于专用网络中的本地通信
127.0.0.0–127.255.255.255	主机	用于环回地址
172.16.0.0–172.31.255.255	专用网络	用于专用网络中的本地通信
192.88.99.0–192.88.99.255	Internet	预留
192.168.0.0–192.168.255.255	专用网络	用于专用网络中的本地通信
255.255.255.255	子网	保留用于“受限广播”目标地址

每个类都对可以使用的 IP 地址范围施加限制：

• 对于 A、B 和 C 类，开始和结束 IP 地址是保留的，不应使用
• D 类只保留用于多播流量
• E 类是保留的，不能用于公用网络，如 Internet

在 A、B 和 C 类中为专用网络预留了一系列 IP 地址，这些 IP 范围无法通过 Internet 访问，所有公共路由器都忽略任何发送给它们的包含此类地址的数据包。

说明

专用网络上的网络设备无法与公用网络上的设备进行通信，只能通过路由网关上的网络地址转换进行通信。

连接不同地理区域中的两个专用网络的唯一方式是使用虚拟专用网 virtual private network，VPN，它会封装每个专用网络数据包，将数据包从一个专用网络发送到另一个专用网络之前，VPN 可以进一步对数据包进行加密。

名称	CIDR 块	地址范围	地址数	分类说明
24 位块	10.0.0.0/8	10.0.0.0–10.255.255.255	16,777,216	单一 A 类
20 位块	172.16.0.0/12	172.16.0.0–172.31.255.255	1,048,576	16 个 B 类块的连续范围
16 位块	192.168.0.0/16	192.168.0.0–192.168.255.255	65,536	256 个 C 类块的连续范围

IPv6

IPv6 于 2006 年推出商用的，它于 2017 年 7 月被采纳为公认的 Internet 标准，是目前最新版本的 IP 标准。

IPv6 将 IP 地址空间的数量增加到 128 位，从而可使用 2¹²⁸ 个地址。 这大约比 IPv4 多 7.9x10²⁸ 倍。

IPv6 的结构与 IPv4 不同，它使用八组四个十六进制数字，称为 hexadectet（而不是四个十进制数字），每个 hexadectet 都用冒号 : 分隔

例如，一个完整 IPv6 地址 2001:0db8:0000:0000:0000:8a2e:0370:7334

新标准允许使用以下规则简化地址：

• 可删除任何组中的一个或多个前导零，因此 0042 变为 42
• 连续的零部分会替换为双冒号 ::，这只能在地址中使用一次

所以以上的 IPv6 示例的缩短版本是 2001:db8::8a2e:370:7334 其中所有 0000 的实例都已删除