网络基础之------网络协议（应用层）带你一起学习了解网络协议的优劣以及应用场景

简介

网络协议（Network Protocol）是计算机网络中用于规范设备之间通信和数据交换的规则和标准。网络协议是网络基础中占比很大的部分，很重要的知识，接下来我来介绍一下网络协议的优缺点。

一.http/https

http/https是TLS/SSL 加密的 HTTP 协议，默认端口 443。

优点

1. *数据加密
   • 传输内容（如登录信息、支付数据）无法被窃听。
2. 身份认证
   • 通过数字证书验证服务器真实性（防止钓鱼）。
3. 完整性保护
   • 数据防篡改（如植入广告或恶意代码）。
4. SEO 优势
   • 搜索引擎优先收录 HTTPS 网站。
5. 兼容现代技术
   • HTTP/2、WebSocket 等要求 HTTPS。

缺点

1. 性能开销
   • 加密/解密消耗 CPU 资源（但现代硬件已优化）。
2. 配置复杂
   • 需申请和维护 SSL 证书（如 Let's Encrypt）。
3. 成本
   • 企业级证书可能需要付费。

这个是最为了解的网络协议，https因为安全性的原因在大部分的网站运用较多，而http协议的应用正在减少。

二.ftp/sftp/ftps

1. FTP（File Transfer Protocol）

基本特性

• 端口：命令端口 21，数据端口 20（主动模式）或随机端口（被动模式）。
• 传输方式：明文传输（无加密）。

优点

1. 广泛兼容
   • 所有操作系统和网络设备默认支持。
2. 简单易用
   • 命令行和图形化工具（如 FileZilla）支持完善。
3. 高效传输大文件
   • 支持断点续传和批量传输。

缺点

1. 安全性极低
   • 用户名、密码、文件内容均为明文传输，易被窃听。
2. 防火墙不友好
   • 主动模式需要开放多个端口，可能被防火墙拦截。
3. 无完整性校验
   • 数据可能被篡改且无法察觉。

应用场景

• 内网环境：如公司内部文件共享（无外网暴露风险）。
• 匿名下载：公共文件服务器（如开源软件镜像站）。

2、SFTP（SSH File Transfer Protocol）

基本特性

• 协议基础：基于 SSH（Secure Shell）协议，端口默认 22。
• 传输方式：所有数据（包括认证和文件）通过 SSH 加密通道传输。

优点

1. 高安全性
   • 加密所有流量，支持密钥认证（无需密码）。
2. 防火墙友好
   • 仅需一个端口（22），适合严格网络环境。
3. 功能丰富
   • 支持文件权限管理、符号链接操作等。

缺点

1. 性能较低
   • 加密/解密消耗资源，传输速度略慢于 FTP。
2. 配置复杂
   • 需管理 SSH 密钥，对新手不友好。

应用场景

• 敏感数据传输：如企业财务报告、医疗记录。
• 远程服务器管理：Linux 系统管理员常用工具。

3、FTPS（FTP over SSL/TLS）

基本特性

• 协议基础：FTP + SSL/TLS 加密，端口默认 990（隐式）  或 21（显式） 。
• 传输方式：支持显式（AUTH TLS）和隐式加密模式。

优点

1. 安全性高
   • 加密认证和文件内容，支持证书验证。
2. 兼容 FTP 工具
   • 传统 FTP 客户端（如 WinSCP）可直接支持。
3. 灵活性
   • 可选择仅加密登录凭证或全程加密。

缺点

1. 端口管理复杂
   • 被动模式需动态开放多个端口，防火墙配置麻烦。
2. 证书成本
   • 需维护 SSL/TLS 证书（如企业级 CA 签发）。

应用场景

• 合规性要求场景：如金融、政府机构文件交换。
• 传统企业系统：需兼容旧版 FTP 但要求加密的场景

三.smtp

1、SMTP 简介

SMTP 是用于发送电子邮件的标准协议，工作在 TCP 25 端口（加密版本如 SMTPS 使用 465 或 587）。

• 核心功能：将邮件从发件人传输到收件人的邮件服务器（如 user@example.com → user@gmail.com）。
• 常见搭配：
  • POP3/IMAP：用于接收邮件（SMTP 仅负责发送）。
  • MIME：扩展支持附件和富文本。 2、SMTP 的优点

1. 简单高效
   • 协议设计简洁，命令少（如 HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA），适合快速传输文本。
2. 广泛兼容
   • 所有邮件服务器（如 Gmail、Outlook）和编程语言（如 Python、PHP）均支持。
3. 可靠性高
   • 基于 TCP，支持重传机制，确保邮件不丢失。
4. 扩展性强
   • 支持加密（SMTPS、STARTTLS）、身份验证（SMTP-AUTH）和反垃圾邮件机制（SPF、DKIM）。

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3、SMTP 的缺点

1. 明文传输（默认）
   • 原始 SMTP 不加密，内容可能被窃听（需通过 STARTTLS 或 SMTPS 加密）。
2. 无内置身份验证
   • 早期 SMTP 允许匿名发送，易被滥用（需配合 SMTP-AUTH 或 IP 白名单）。
3. 垃圾邮件问题
   • 开放中继（Open Relay）可能导致服务器被用于发送垃圾邮件。
4. 复杂性增加
   • 现代 SMTP 需配置加密、SPF/DKIM/DMARC 等反垃圾邮件策略。

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4、SMTP 的应用场景 1. 邮件发送服务

• 用户注册/通知邮件：
  • 如验证码、订单确认（通过 mail() 函数或第三方 API 调用 SMTP）。
• 企业邮件系统：
  • 内部员工使用 Outlook、Thunderbird 等客户端通过 SMTP 发信。 2. 自动化运维
• 服务器告警：
  • 监控系统（如 Zabbix、Prometheus）通过 SMTP 发送报警邮件。
• 日志报告：
  • 定期将系统日志以附件形式邮件发送给管理员。 3. 开发者工具
• 测试环境：
  • 使用本地 SMTP 服务器（如 MailHog、FakeSMTP）调试邮件功能。
• 事务性邮件：
  • 通过 SendGrid、Mailgun 等第三方服务（基于 SMTP 接口）发送批量邮件。

四.DNS

1、DNS 简介

DNS（域名系统）是互联网的“电话簿”，负责将域名（如 google.com）解析为 IP 地址（如 142.250.190.46） ，基于 UDP 53 端口（少数情况下使用 TCP）。

• 核心功能：
  • 域名 ↔ IP 地址映射（正向解析）。
  • IP 地址 → 域名查询（反向解析）。
  • 负载均衡（通过轮询多个 IP）。

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2、DNS 的优点

1. 高效分布式架构
   • 全球层级化部署（根域名服务器 → TLD → 权威 DNS），避免单点故障。
2. 快速响应
   • 基于 UDP 协议，查询延迟低（通常 <100ms）。
3. 灵活性高
   • 支持动态更新（如 DDNS）、负载均衡、故障转移。
4. 透明兼容
   • 所有操作系统、浏览器和网络设备默认支持。

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3、DNS 的缺点

1. 安全性风险
   • 默认无加密（原始 DNS 为明文），易受 DNS 劫持、缓存投毒攻击。
   • 解决方案：DNSSEC（签名验证）、DoH/DoT（加密传输）。
2. 单点依赖
   • 本地 DNS 服务器故障会导致全网访问中断（如运营商 DNS 宕机）。
3. 延迟问题
   • 跨地域递归查询可能增加解析时间（可通过 CDN 或本地缓存优化）。

4、DNS 的应用场景 1. 基础域名解析

• 用户访问网站：
  • 浏览器输入 example.com → DNS 返回 IP → 建立 TCP 连接。
• 企业内部网络：
  • 解析内网服务域名（如 printer.corp.local）。 2. 负载均衡与高可用
• 轮询解析（Round Robin） ：
  • 一个域名对应多个 IP，分散流量（如 api.example.com → IP1, IP2, IP3）。
• 地理定位解析（GeoDNS） ：
  • 根据用户位置返回最近的服务器 IP（如 CDN 节点）。 3. 安全与监控
• DNS 防火墙：
  • 拦截恶意域名（如广告、钓鱼网站）。
• 网络故障诊断：
  • 使用 nslookup、dig 工具检查解析是否正常。

如果本地要部署dns解析的话可以更改电脑文件夹下的hosts文件，将网址和ip地址匹配起来，因为优先级的缘故，电脑会先查询本地dns解析，这样也可以通过将网址定位到不存在的IP地址从而达到屏蔽访问网站的需求。

五.DHCP协议

1、DHCP 简介

DHCP（动态主机配置协议）是一种自动分配IP地址和其他网络参数的协议，基于 UDP 67（服务器）和 68（客户端）端口，属于应用层协议。

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2、DHCP 的核心功能

1. 自动分配IP地址
   • 避免手动配置，减少IP冲突。
2. 提供网络参数
   • 包括子网掩码、默认网关、DNS服务器、租期等。
3. 支持动态和静态分配
   • 动态分配（临时IP）和静态分配（固定IP）。

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3、DHCP 的优点

优点	说明
简化管理	无需手动配置IP，适合大型网络。
减少错误	自动分配避免IP冲突。
灵活性强	支持动态和静态分配。
节省IP资源	通过租期回收未使用的IP。

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4、DHCP 的缺点

缺点	说明
单点故障	DHCP服务器宕机导致客户端无法获取IP。
安全性风险	可能遭受DHCP欺骗攻击（如伪造服务器）。
依赖网络	需要网络连通性，否则无法获取IP。

由于ipv4的IP地址的缺少，网络上开始将ip地址划分为公网ip和私网IP，私网IP通过路由器将私网IP转换为公网IP才能向外进行数据包发送。其中如果不进行设置的话私网ip就会有dhcp服务程序进行动态分配。

六.SNMP协议

一、SNMP简介

SNMP（简单网络管理协议）是用于监控和管理网络设备（如路由器、交换机、服务器等）的标准协议，工作在 UDP 161（Agent）和162（Trap）端口，属于应用层协议。

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二、SNMP的核心功能

1. 设备监控
   • 获取CPU、内存、接口流量等性能数据。
2. 配置管理
   • 远程修改设备参数（如接口状态、路由表）。
3. 故障告警
   • 通过Trap消息主动上报异常（如端口宕机）。

三、SNMP的优缺点

优点

1. 广泛兼容
   • 支持几乎所有网络设备（Cisco、华为、Linux等）。
2. 轻量高效
   • 基于UDP，资源占用低。
3. 灵活扩展
   • 通过MIB定义自定义监控项。

缺点

1. 安全性差（v1/v2c）
   • 明文传输，易被窃听（v3解决）。
2. 无数据持久化
   • 需额外工具（如Zabbix）存储历史数据。

七.SSH协议

一、SSH简介

SSH（安全外壳协议）是一种加密的网络协议，用于安全远程登录和文件传输，默认使用 TCP 22端口。它替代了不安全的Telnet和FTP协议。linux在登陆中常常会用ssh远程连接来进行操作。

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二、SSH的核心功能

1. 加密远程登录
   • 通过命令行安全访问服务器（如Linux、网络设备）。
2. 文件传输
   • 通过SFTP（SSH File Transfer Protocol）或SCP（Secure Copy）加密传输文件。
3. 端口转发/隧道
   • 加密其他协议的流量（如通过SSH隧道访问内网数据库）。

三、SSH的优缺点

优点

1. 高安全性
   • 加密所有流量（包括密码），防止窃听和中间人攻击。
2. 灵活认证
   • 支持密码、公钥、证书等多种方式。
3. 跨平台
   • 所有操作系统（Linux、Windows、macOS）和网络设备（如路由器）均支持。

缺点

1. 配置复杂度
   • 密钥管理对新手不友好（如~/.ssh/config）。
2. 可能被暴力破解
   • 若开放公网访问且使用弱密码，需配合Fail2Ban防护。

八.NTP

一、NTP简介

NTP（网络时间协议）是用于同步计算机系统时钟的标准协议，使用 UDP 123端口。它通过分层（Stratum）架构提供高精度时间同步，误差可控制在毫秒甚至微秒级。

• *

二、NTP的核心功能

1. 时间同步
   • 将设备时钟与权威时间源（如原子钟、GPS）对齐。
2. 时钟漂移修正
   • 补偿本地时钟的累积误差（如晶振偏差）。
3. 冗余支持
   • 支持多时间源投票机制，避免单点故障。

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三、NTP的优缺点

优点

优点	说明
高精度	局域网内误差通常<1ms，广域网<10ms
分层架构	Stratum层级保证可扩展性和可靠性
跨平台	支持所有操作系统和网络设备

缺点

缺点	说明
UDP无连接	可能因网络抖动影响同步质量
安全风险	旧版本（如NTPv3）易受放大攻击
配置复杂	需合理选择时间源和层级

九.IMAP

一、IMAP简介

IMAP（互联网消息访问协议）是用于从邮件服务器访问和管理电子邮件的应用层协议，默认使用 TCP 143端口（加密版本IMAPS使用 993端口）。与POP3不同，IMAP支持邮件在服务器端的双向同步。

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二、IMAP的核心功能

1. 双向同步
   • 客户端操作（如删除、移动邮件）实时同步到服务器。
2. 多设备访问
   • 在手机、电脑等多设备上保持邮件状态一致。
3. 文件夹管理
   • 支持服务器端自定义文件夹（如“工作”、“个人”）。
4. 部分下载
   • 可仅下载邮件头或附件，节省带宽。

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三、IMAP的优缺点

优点

优点	说明
多设备同步	适合现代多终端办公场景
服务器存储	邮件长期保留在服务器，本地空间占用少
高效搜索	支持在服务器端快速检索邮件

缺点

缺点	说明
依赖网络	离线环境下访问受限
服务器负载高	频繁同步增加服务器压力
配置复杂	需维护服务器端存储空间