网络安全 第2章 网络安全基础

第2章 网络安全基础
IP网络互联基本概念 IP机制的理解 TCP机制的理解 应用层协议简介
1 IP网络互联

1.1 ISO-OSI RM 1.2 TCPIP协议体系 1.3 网络互联
1.1 ISO-OSI RM
1.2 TCPIP协议体系
OSI层次划分 TCP/IP 层 次 划 TCP/IP协议族中协议示例 分
1.3 网络互联


所谓网络的互联是指将两个以上的计算机网络,通过一定的 方法，用一种或多种通信处理设备相互连接起来，以构成 更大的网络系统，以实现互相通信且共享软件，数据的系 统。 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互相连接而成。 如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间 并不能进行通信，那么这种“互连”并没有什么实际意义。 通常在谈到“互连”时，就已经暗示这些相互连接的计算 机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看， 这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称 为互联网络，也可简称为互联网、互连网。

不同点：



1.在OSI模型中，严格地定义了服务、接口、协议；在 TCP/IP模型中，并没有严格区分服务、接口与协议。 2.OSI模型支持非连接和面向连接的网络层通信，但在传输层 只支持面向连接的通信；TCP/IP模型只支持非连接的网络层 通信，但在传输层有支持非连接和面向连接的两种协议可供用 户选择。 3.TCP/IP模型中不区分、甚至不提起物理层和数据链路层。

ARP协议过程：
ARP协议过程
主机A不知道主机B的MAC地址，发出一个含有 主机B的IP地址的ARP请求。网内所有主机均收到 ARP请求，将其中的IP地址与自己的比较，只有主 机B的相同，向主机A发出一个含有自己MAC地址 的ARP响应，这就是所谓的动态联编。主机A将主 机B的IP及MAC地址对写入ARP Cache,即可通过 LAN向主机B发数据包。Cache是在使用ARP的主机 中保留的一个专用的高速缓存，存放最近获得的IP －MAC地址联编。欲发送报文时，首先在Cache中 查找IP－MAC地址联编，找不到再用ARP进行地址 解析，大大地提高了ARP的效率。
以太网使用的总线拓扑要求网络内每台计算机共享 单一的信道介质。在基于广播的以太网中，所有的工 作站都可以收到发送到网络上的数据帧。每个工作站 都要确信该信息帧是不是发送给自己的，一旦确认是 发给自己的，就将它发给高一层的协议层。在采用 CSMA/CD传输介质访问的以太网中，任何一个工作 站在任何一个时刻都可以访问网络。发送数据前，工 作站要侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时， 工作站才能发送数据。 在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任一工 作站均可发送数据。当两个工作站发现网络空闲而同 时发送数据时，就发生冲突。这时两个传送操作都遭 到破坏，工作站必须在一定时间后重发，何时重发由 延时算法决定。
IP数据报

版本域记录了数据报对应的协议版本号：IPv4和IPv4。未特殊说明指 IPv4. 首部长度指的是头部有多长，包括任何选项。 服务类型（TOS）字段包括一个3比特的优先权子字段（现在已被忽 略），4比特的TOS子字段和1bit未用位但必须臵0。4比特的TOS分别 代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4比特中只 能臵其中1比特。如果所有4比特均为0，那么就意味着是一般服务。

在windows系统下，可使用arp –a命令观察主机的ARP 缓存表。注意，此表是动态的，可以使用ping命令多 ping几台局域网中的其它主机，再使用arp –a命令观察。

ARP/RARP 的报文格式 ARP/RARP 的报文分组格式是统一的 • ARP/RARP 分组封装在物理网络的数据帧中传送
1 硬件 硬件类 协议类 地址 型 型 长度 2 2 1 协议 地址 长度 2 操 作 6 源硬件地 址 4 源 IP 地址 6 4 目的硬件 目的IP地 地址 址
1：ARP 请求 3：RARP请求
2：ARP 应答 4：RARP应答
ARP/RARP 分组 帧头 净荷 数据帧
3 网络层协议

IP定义了如何将网络传输的数据装配为 IP数据报以及如何在因特网上传输IP数 据报的规则。



3.1 IP协议 3.2 ICMP协议 3.3 路由协议
3.1 IP

IP的功能

分组的传输：使用IP分组格式，按照IP地址进行 传输差错处理与控制
路由的选择和维护：根据IP地址，使用路由协议进 行路由的选择和维护。 IP 层属于通信子网，位于通信子网的最高层。 提供无连接的分组传输：简单、不能保证传输的可 靠性 IP 协议是点到点的：对等 IP 层实体间的通信不经 过其它结点
2.3 ARP/RARP

ARP/RARP 实现IP 地址与网络物理地址的映射：


IP 地址统一了网际通信的地址形式，隐藏了原有的物理网 络地址；但在网络内部，IP 层通信的实现依赖于底层的物 理网络技术，底层必然还要使用物理地址。为了保证通信 的一致性，必须要建立各结点 IP 地址与网络物理地址之间 的映射，称为地址解析。 地址解析协议（ARP－Address Resolution Protocol）用于 IP 地址到物理地址的映射；逆向地址解析协议（RARP – Reverse Address Resolution Protocol ）用于物理地址到 IP 地 址的映射。地址解析是在物理地址上加的一层地址机制， 通常被看作是 IP 层以下的功能，可认为是物理网络的一部 分。
HTTP FTP DNS …… SNMP
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
应用层
TELNET ……
传输层
网络层 数据链路层
TCP
UDP ICMP
ARP
IP
Ethernet Token Ring FDDI WANS …

相同点：

1.都是基于独立的协议栈概念。 2.两者都有功能相似的应用层、传输层、网络层。


IP 的特点




IP地址：

IP地址IP 协议定义的，对每个物理终端来 说在全网唯一的通用 32 位地址格式 ，IP 地址解决互联网络中的寻址问题；IP 地址在 网络层上屏蔽了异种网络之间物理地址等特 性的差异，利于网间通信的实现；IP 地址的 分配是在网络信息中心的统一的管理下进行。


为进一步提高效率，ARP还采用了如下措施：



在ARP请求报文中放入信源机的IP－MAC地址联编，以防信宿 机紧接着为解析信源机的物理地址再来一次动态联编。 信源机在广播自己的地址联编时，网上的所有主机都可以将 它存入自己的高速缓存。 新机入网时，令其主动广播地址联编，以免其它主机对它运 行ARP。

将网络互相连接起来要使用一些中间设备，即中继系统。 根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统：


1.物理层（即常说的第一层、层L1）中继系统，即转发器 （repeater）。 2.数据链路层（即第二层，层L2），即网桥或桥接器（bridge）。 3.网络层（第三层，层L3）中继系统，即路由器（router）。 4. 在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）。

两台计算机通过一条链路进行通信的简 化模型
发送方 接收方
AP1
主 机
缓存
主 机
缓存
AP2
高层
数据链路层
A
数据链路
B
2.2 以太网

以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创 建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的 基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最 通用的通信协议标准。以太网与IEEE802· 3系 列标准相类似。 以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访 问（CSMA/CD）机制。以太网中节点都可以 看到在网络中发送的所有信息，是一种广播网 络。
IP 地址的结构
Internet 网络 网络 子网 主机 主机 主机 主机 主机
网络号 主机号
网络 子网
IP 地址的概念结构
Internet的概念层次

各类型IP地址的范围

各类型IP地址的范围



A类：0.0.0.0~127.255.255.255 B类：128.0.0.0~191.255.255.255 C类：192.0.0.0~223.255.255.255 D类：224.0.0.0~239.255.255.255 E类：240.0.0.0~247.255.255.255

当中继系统是转发器时，一般不称之为网络互联，因为这 仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。高层网 关由于比较复杂，目前使用得较少。因此一般讨论网络互 连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。
2 数据链路层

2.1 数据链路层通信 2.2 以太网 2.3 ARP/RARP
2.1 数据链路层通信
0位 4位 8位 16位 32位 版本 首部长 服务类型 总长度（字节数） 标志 偏移量（13位） 度 标识 生存时间 传输层协议类型 IP头校验和 32位源IP地址 32位目标IP地址 选项（如果有） 数据
28

标志长度为3位，其中最高位未定义，设定为0，其余两 位分别是“不可分段位”（DF）和“更多分段位” （MF），用来控制IP数据报的分段情况，如下表所示：
（未定义） 设定为0 DF位 0：可分段 1：不 可分段 MF位 0：最后分段 1：更多分 段
0位 4位 8位 16位 32位 版本 首部长 服务类型 总长度（字节数） 标志 偏移量（13位） 度 标识 生存时间 传输层协议类型 IP头校验和 32位源IP地址 32位目标IP地址 选项（如果有） 数据 29