第3章 网络数据包结构与安全

计算机网络和网络安全计算机网络和网络安全概述计算机网络是指将多个计算机互连起来，通过通信链路和交换设备传输数据的系统。

网络安全是指通过各种技术手段来保护计算机网络系统不受到未经授权的访问和攻击的影响。

计算机网络的基本概念计算机网络包括了几个基本概念，包括主机、服务器、客户端、协议、拓扑结构等。

主机是指连接到网络上的计算机，服务器是指提供服务的主机，客户端是指向服务器发出请求的主机。

协议是指在网络中传输数据的规则和标准，拓扑结构是指网络中各个主机之间的连接方式，如星型、总线型、环型等。

计算机网络的分层结构计算机网络通常采用分层结构，将整个网络划分为多个层次。

常用的分层模型是OSI七层模型和TCP/IP四层模型。

OSI七层模型包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

TCP/IP四层模型包括网络接口层、网络层、传输层和应用层。

每个层次都负责不同的功能，通过在不同层次之间进行协议的交互，实现数据的传输和处理。

网络安全的基本原理网络安全的基本原理包括保密性、完整性和可用性。

保密性是指保护数据不被未经授权的人员获取，完整性是指保护数据不被修改或破坏，可用性是指保证网络系统的正常运行。

为了实现网络安全，需要采取各种技术手段，包括防火墙、加密、身份验证、访问控制等。

网络攻击和防御网络攻击是指对计算机网络系统进行恶意的攻击行为，旨在获取非法利益、破坏网络系统或侵犯用户隐私。

常见的网络攻击包括、、DDoS攻击等。

为了防御网络攻击，需要采取各种防护措施，包括使用杀毒软件、防火墙、入侵检测系统等。

网络安全的挑战和发展趋势随着计算机网络的快速发展，网络安全面临着越来越多的挑战。

新型的网络攻击不断涌现，攻击手段不断升级。

随着物联网、云计算等新技术的兴起，网络安全面临着新的挑战。

为了应对这些挑战，网络安全技术也在不断发展和完善，、区块链等新技术都被应用到网络安全领域。

计算机网络和网络安全是现代社会中不可缺少的组成部分。

网络安全的层次结构
网络安全的层次结构由以下几个层次组成：
1. 物理安全层：物理安全层是网络安全的第一层，它包括
保护网络基础设施和网络设备的物理安全措施，如安全柜、门禁系统、视频监控等。

这些措施用于防止未经授权的人员进入网络设备所在的区域，以及保护设备免受自然灾害和意外事故的影响。

2. 网络安全层：网络安全层是指通过网络设备和网络协议
来确保网络的安全性。

这一层包括访问控制、防火墙、入侵检测和入侵防御系统等措施，用于阻止未经授权的网络访问、防范网络攻击、检测和阻止恶意软件等。

3. 主机安全层：主机安全层是指保护计算机系统的安全措施。

这一层包括操作系统的安全配置、补丁管理、强密码策略、权限管理等措施，用于防止未经授权的访问、恶意软件的安装和执行、主机配置的失误等。

4. 应用安全层：应用安全层是指保护应用程序和数据的安
全措施。

这一层包括安全开发实践、应用程序的访问控制、数据加密、身份验证和授权等措施，用于防止应用程序的漏洞被利用、数据的泄露和篡改等。

5. 人员安全层：人员安全层是指通过培训和教育来提高员
工的网络安全意识和素养。

这一层包括网络安全政策的制定、安全意识培训、网络安全责任制等措施，用于防止员工因为疏
忽或错误而引发的网络安全事件。

网络安全的层次结构根据不同的安全需求和威胁模式可以进行灵活调整和拓展，以适应不同组织和系统的安全要求。

网络安全结构内容网络安全结构是指由多个层次组成的网络安全体系，通过各层次之间的协同作用来保护网络安全。

合理的网络安全结构可以提高网络的安全性，降低网络被攻击的风险。

下面是一个网络安全结构的例子，具体内容如下：一、边界安全层边界安全层是网络安全结构中的第一道防线，主要负责保护网络与外部环境之间的通信。

边界安全层包括了防火墙、入侵检测系统（IDS）、入侵防御系统（IPS）等。

防火墙可通过过滤不安全的流量、限制访问权限、监控网络行为等手段来防止外部攻击。

IDS和IPS能够及时发现和响应入侵行为，并采取相应的措施进行阻止。

二、网络安全设备层网络安全设备层主要负责保护网络内部设备的安全。

这一层包括入侵检测和防御系统（IDPS）、虚拟专用网络（VPN）等。

IDPS能够对网络内部的流量进行监测和分析，并可以限制和修复安全漏洞。

VPN通过加密通信、身份认证等方式来提供安全的远程访问服务。

三、身份认证和访问控制层身份认证和访问控制层主要负责用户身份的验证和访问权限的控制。

这一层包括了身份认证系统、访问控制列表（ACL）等。

身份认证系统通过验证用户的身份来确保用户的合法性，并可以通过二次认证等方式提高安全性。

ACL能够根据用户的身份和访问权限来限制用户对网络资源的访问。

四、应用安全层应用安全层主要针对网络应用和服务的安全。

这一层包括了入侵检测和防御系统（IDPS）、防病毒和反恶意软件系统等。

IDPS能够检测应用层的攻击，并采取相应的措施进行防御。

防病毒和反恶意软件系统能够及时发现和清除网络中的病毒和恶意软件，确保应用的安全可靠。

五、数据保护层数据保护层主要负责数据的保密性和完整性。

这一层包括了加密通信、数据备份和灾难恢复等手段。

加密通信能够保护数据在传输中的安全，确保数据不被窃取和篡改。

数据备份和灾难恢复能够及时恢复数据，在数据丢失或被破坏时保证业务的连续性。

六、网络监控与漏洞管理层网络监控与漏洞管理层主要负责对网络的安全状况进行监控和管理。

网络构架及网络安全网络架构是指将计算机网络的组织结构和各种硬件、软件组件以及通信协议等有机地结合在一起的方案。

网络安全是指保护计算机网络不受非法的入侵、破坏、窃取或篡改的技术或措施。

网络架构决定了网络的结构和组成方式，既包括硬件设备，也包括软件，并确定了数据传输、处理和存储的方式。

不同的网络架构可以根据具体的需求和规模进行定制，常见的网络架构有层次化网络架构、P2P网络架构、客户端-服务器网络架构等。

层次化网络架构是最常见的网络架构之一，它将网络分为不同的层次，每个层次负责不同的功能。

常见的层次有物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

物理层负责将数字信号转换为物理信号并传输到目标设备上，数据链路层负责将数据流划分为数据帧并进行错误检测和纠正，网络层负责数据的路由和转发，传输层负责数据的可靠传输，应用层负责提供网络应用的接口。

P2P网络架构（Peer-to-Peer）是一种分布式的网络架构，所有的节点都是对等的，任何节点既可以是客户端也可以是服务器。

P2P网络架构适合于大规模的信息交换和共享，例如BitTorrent就是一种常见的P2P应用。

客户端-服务器网络架构是一种中心化的网络架构，其中服务器是网络的中心节点，客户端通过请求服务器的服务获得所需的资源。

这种架构简单可靠，便于管理和维护，广泛用于互联网和企业内部的网络。

网络安全是保护计算机网络的安全性，防止黑客入侵、病毒传播、数据泄露等安全威胁。

常见的网络安全技术包括防火墙、入侵检测系统、反病毒软件、加密技术等。

防火墙是一种网络安全设备，用于监控和过滤网络流量，防止未经授权的访问和攻击。

防火墙可以设置策略，允许或禁止特定的网络流量通过。

入侵检测系统是一种监测网络流量并检测潜在入侵的设备。

它可以分析网络流量，检测异常行为并发出警报。

反病毒软件用于检测和删除计算机病毒和恶意软件。

它可以定期扫描计算机系统，并对病毒进行隔离和清除。

加密技术用于保护敏感数据的机密性和完整性。

监控IP数据包课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解IP数据包的基本结构和组成，掌握IP地址、子网掩码等基本概念。

2. 使学生掌握监控IP数据包的方法和技巧，了解不同网络设备在数据传输中的作用。

3. 帮助学生了解网络监控的法律法规和道德规范，提高网络安全意识。

技能目标：1. 培养学生运用网络抓包工具（如Wireshark）监控IP数据包的能力。

2. 培养学生分析网络数据包、诊断网络问题的实际操作技能。

3. 提高学生团队协作能力，学会在网络环境中与他人沟通、解决问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机网络知识的兴趣和求知欲，激发学生的学习热情。

2. 培养学生遵守网络法律法规，尊重网络安全，树立正确的网络道德观。

3. 培养学生面对网络问题时，保持积极的心态，勇于克服困难，追求卓越。

课程性质：本课程为计算机网络技术实践课程，旨在通过实际操作，让学生掌握监控IP数据包的方法和技巧。

学生特点：学生具备一定的计算机网络基础知识，对网络监控有一定的好奇心，动手操作能力强，但可能对法律法规和道德规范了解不足。

教学要求：教师应结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作，引导学生主动探究，激发学生学习兴趣。

同时，注重培养学生的法律法规意识和道德素养，确保网络监控的合规性。

通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供明确依据。

二、教学内容1. 计算机网络基础知识回顾：IP地址、子网掩码、路由器、交换机等基本概念。

2. IP数据包结构：学习IP数据包的头部和载荷结构，了解各字段的含义和作用。

3. 网络监控工具：介绍Wireshark等网络抓包工具的使用方法和操作技巧。

4. 实际操作：指导学生使用网络监控工具抓取和分析IP数据包，诊断网络问题。

5. 网络安全与法律法规：学习网络监控相关的法律法规，了解网络安全意识。

6. 案例分析：分析实际网络监控案例，提高学生分析问题和解决问题的能力。

教学内容安排和进度：第1课时：回顾计算机网络基础知识，介绍IP数据包结构。

计算机⽹络各层数据包的结构（转）⼀、TCP/IP的层次结构Tcp/ip协议的四个层次TCP、IP协议的分层结构图CP/IP协议与OSI模型的对应关系（五层分法）1、应⽤层：为⽤户的应⽤程序提供接⼝，使⽤户可以访问⽹络。

（IE浏览器就处于应⽤层） HTTP、TFTP、FTP、NFS等属于应⽤层的协议。

是⽤户客户端程序或软件之间使⽤的协议。

HTTP 超⽂本传输协议（浏览⽹页服务） TFTP ⽂件传输协议（较快，但是不可靠） FTP ⽂件传输协议（提供⽂件上传，⽂件下载服务，较慢但是可靠） NFS ⽹络⽂件系统（Unix和Linux系统之间共享⽂件） SMTP 简单邮件传输协议（邮件的发送和转发） POP3 接收邮件（由服务器下载到本地） Talnet (远程登录功能（配置交换机、路由器）) SNMP 简单⽹络管理协议（通过⽹管软件来管理⽹络） DNS 域名系统，将域名解析为IP地址（将百度的域名转换为服务器的IP地址）2、传输层(运输层)：提供端到端的通信（两台计算机上的软件间的连接），对信息流具有调节作⽤。

TCP、UDP属于运输层的协议。

在TCP/IP协议族中，⽹络层IP提供的是⼀种不可靠的服务，，它尽可能的把分组从源节点送到⽬的节点，但是并不提供任何可靠保证。

⽽TCP在不可靠的IP层上提供了⼀个可靠的运输层（参见TCP三次握⼿），为了提供这种可靠的服务，TCP采⽤了超时重传，发送和接收的端到端的确认分组等机制。

TCP 传输控制协议⾯向连接（打电话）可靠服务 在通信之前要先建⽴连接需要同时在线 UDP ⽤户数据报协议⾮⾯向连接（发快递）不可靠不稳定但速度更快传输层-TCP数据包格式 源端⼝(Source Port) ⽬的端⼝(Desination Port) 序列号(Sequence Number)【数据包的序号】 确认号(Acknowledgment Number)（序列号+1）【⽤于指⽰下⼀个数据包序号】 报头的长度(HLEN):以32字节为单位的报头长度 保留域(Reserved)：设置为0 编码位(Code Bits):⽤于控制段的传输（如会话的建⽴和终⽌） 包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 6个位 SYN（synchronous）：请求建⽴TCP连接 FIN：断开TCP连接 RST：重置TCP连接 ACK：确认、反馈连接情况 PSH：将数据⽴刻送到应⽤层进⾏处理的命令 URG：判断紧急指针是否有效的命令 窗⼝⼤⼩(Windows)：接收⽅能够继续接收的字节数【控制发送的速度】 校验和(Checksum):baokuo TCP报头和数据在内的校验和【判断数据传输是否出错】 紧急指针(Urgent Pointer)：当前序列号到紧急位置的偏移量 选项(Option)：⼚商根据需要⾃定义的内容 MAC地址 数据(Data)：上层协议数据传输层-TCP端⼝号 HTTP：80 端⼝范围是：0-6535（1 --- 255 之间⼀般是知名的端⼝号；256 --- 1023的端⼝号，通常是由Unix系统占⽤（系统占⽤）；1024 ---5000 是⼤多数TCP、IP实现的临时分配；⼤于5000的⼀般是给其他服务预留的（Internet上并不常⽤的服务））端⼝的使⽤TCP的三次握⼿顺序号和确认号TCP滑动窗⼝UDP数据结构3、⽹络层(Internet层)：IP包的封装和路径的选择 ICMP、IP、IGMP是⽹络层的协议。

电动汽车远程服务与管理系统技术规范第3部分：通信协议及数据格式1范围本文件规定了电动汽车远程服务与管理系统中协议结构、通信连接、数据包结构与定义、数据单元格式与定义。

本文件适用于电动汽车远程服务与管理系统中平台间的通信，车载终端至平台的传输可参照执行。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T1988信息技术信息交换用七位编码字符集GB16735道路车辆识别代号(VIN)GB18030信息技术中文编码字符集GB/T19596电动汽车术语GB/T28816燃料电池术语GB/T32960.1电动汽车远程服务与管理系统技术规范第1部分：总则GB/T34014汽车动力蓄电池编码规则GB38031电动汽车用动力蓄电池安全要求GB/T40855—2021电动汽车远程服务与管理系统信息安全技术要求及试验方法3术语和定义GB/T19596和GB/T32960.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1客户端平台client platform进行数据交互时，作为数据发送方的远程服务与管理平台。

3.2服务端平台server platform进行数据交互时，作为数据接收方的远程服务与管理平台。

3.3注册register客户端平台向服务端平台提供平台和车辆静态信息，用于平台和车辆身份验证的过程。

3.4上行upstream从客户端到服务端的数据传输方向。

3.5下行downstream从服务端到客户端的数据传输方向。

3.6车辆登入vehicle login客户端向服务端上报车辆状态信息前进行的认证。

3.7车辆登出vehicle logout客户端向服务端确认车辆数据正常停止传输前进行的认证。

3.8平台登入platform login客户端平台在向服务端平台上报车辆状态信息前进行的认证。

计算机网络技术(王协瑞版)计算机网络技术(王协瑞版)第一章介绍1.1 网络基础概念1.1.1 计算机网络的定义1.1.2 网络的分类1.1.3 互联网的概念与发展1.2 网络硬件与软件1.2.1 网络硬件设备1.2.2 网络软件技术第二章网络体系结构2.1 OSI参考模型2.1.1 OSI参考模型的介绍2.1.2 OSI参考模型的各层功能和协议 2.2 TCP/IP参考模型2.2.1 TCP/IP参考模型的介绍2.2.2 TCP/IP参考模型的各层功能和协议第三章网络传输技术3.1 数据传输基础3.1.1 数据的表示与编码3.1.2 数据传输的方式与介质3.2 传输控制协议（TCP）3.2.1 TCP的基本原理3.2.2 TCP的特性与可靠传输机制3.3 用户数据报协议（UDP）3.3.1 UDP的基本原理3.3.2 UDP的特性与应用场景第四章网络互联与路由4.1 网络互连设备4.1.1 集线器4.1.2 交换机4.1.3 路由器4.2 路由选择与转发算法4.2.1 路由选择协议4.2.2 路由转发与数据包处理第五章网络安全与管理5.1 网络安全基础5.1.1 网络安全的发展和重要性 5.1.2 常见的网络威胁与攻击方式 5.2 网络安全策略与控制5.2.1 防火墙与安全策略5.2.2 入侵检测与防御5.3 网络管理与监控5.3.1 网络性能监控和故障排除 5.3.2 网络设备配置与管理第六章网络应用与服务6.1 网络应用基础6.1.1 HTTP协议及web应用6.1.2 电子邮件与邮件传输协议 6.2 网络服务与应用6.2.1 域名系统（DNS）6.2.2 文件传输协议（FTP）6.2.3 远程登录协议（SSH）第七章无线网络与移动通信7.1 无线网络基础7.1.1 无线网络的分类与特点7.1.2 无线接入技术7.2 移动通信技术7.2.1 移动通信的基本概念7.2.2 第二、三、四代移动通信技术附件：本文档附带的相关资料、案例分析和练习题等内容，请查看附件部分。

网络安全中的结构安全网络安全中的结构安全是指对网络系统的硬件和软件的安全控制措施，以保护网络系统免受恶意攻击和未经授权的访问。

在互联网的发展中，网络结构安全成为了网络安全的重要组成部分。

网络结构安全包括以下几个方面的内容：网络设备的安全性、网络拓扑的安全性、网络协议的安全性、网络防火墙的安全性和网络安全监控系统的安全性等。

首先，网络设备的安全性是指网络设备自身的安全性能。

网络设备包括防火墙、交换机、路由器、入侵检测系统等。

网络设备的安全性取决于其硬件和软件的设计，以及其配置和管理。

网络设备的漏洞如果被黑客利用，将导致整个网络系统的崩溃，因此对网络设备的安全性要进行充分的测试和评估，及时升级安全补丁，更新软件版本，并配备强大的密码和身份验证。

其次，网络拓扑的安全性是指网络系统的拓扑结构是否合理和安全。

网络拓扑结构的选择和设计对网络安全有着至关重要的影响。

如果网络拓扑结构设计不合理，如存在单点故障，或网络节点之间连接过于松散，容易造成安全事故。

因此，网络拓扑的安全性需要从物理和逻辑两个层面进行保证，即保证网络设备之间的物理安全性和网络逻辑结构之间的安全性。

再次，网络协议的安全性是指各种网络协议的安全性能和防护措施。

网络协议是网络通信的基础，因此网络协议的安全性直接关系到整个网络系统的安全性。

网络协议的安全性包括协议的设计、协议的实现、协议的验证和协议的使用等方面。

网络协议的设计应遵循安全设计原则，实施加密、身份验证、访问控制等安全机制。

此外，网络防火墙的安全性是指网络防火墙的安全能力。

网络防火墙作为网络安全的第一道防线，负责过滤网络流量，阻止不安全的流量进入内网。

网络防火墙的安全性包括其硬件和软件的安全性能，以及规则和策略的配置和管理。

网络防火墙的安全性取决于其固件的安全性、防火墙规则的配置和管理、流量监测和日志记录等方面。

最后，网络安全监控系统的安全性是指网络安全监控系统自身的安全性能。

网络安全监控系统负责监视和分析网络行为，检测和应对网络安全事件。

第3章网络拓扑结构设计作业参考答案课程作业1．在网络设计中应当怎样控制冲突域的规模。

答：使网段中的主机数量尽量最小化。

2．造成交换式网络产生广播风暴的主要原因有哪些。

答：网卡损坏、网络环路、网络病毒、软件使用等。

3．按照网络信号传输方式，可以将网络分为哪些哪些。

答：点对点网络和点对多点网络4．说明广播式网络的优点与缺点。

答：在一个网段内，任何两个节点之间的通信，最多只需要“两跳”的距离；缺点是网络流量很大时，容易导致网络性能急剧下降。

5．说明点对点网络的优点与缺点。

答：优点是网络性能不会随数据流量加大而降低，但网络中任意两个节点通信时，如果它们之间的中间节点较多，就需要经过多跳后才能到达，这加大了网络传输时延。

6．说明环型网络拓扑结构的缺点。

答：不宜多用户接入网络，只适应于主干网络的建设。

环网中增加节点时，会导致路由跳数增加，使网络响应时间变长，加大传输时延。

难以进行故障诊断，需要对每个节点进行检测后才能找到故障点。

环网不易重新配置网络，环网的投资成本较高等。

7．汇聚层的主要功能有哪些？答：链路聚合、流量聚合、路由聚合、主干带宽管理、广播域定义、VLAN路由等。

8。

说明网络核心层性能设计策略。

答：核心层通常采用高带宽网络技术，如1Gb/s或10Gb/s以太网技术。

核心交换机应当采用最快速率的帧转发。

禁止采用任何降低核心层设备处理能力或增加数据包交换延迟的方法。

任何型式的策略必须在核心层外执行，如数据包的过滤和复杂的QoS处理。

核心层一般采用高性能的3层模块化交换机。

9．冗余设计主要包括哪些内容？答：链路冗余、交换机冗余、路由器冗余、服务器冗余、电源系统冗余、软件冗余等内容。

10．VLAN设计中应当掌握哪些基本原则。

答：应尽量避免在同一交换机中配置多个VLAN。

VLAN不要跨越核心交换机和拓扑结构的分层。

问题讨论1．网络安全与网络拓扑结构关系大吗？参考观点：（1）看如何定义“安全”，广义包含可靠性，窄义指入侵攻击；（2）无论什么拓扑结构都会存在安全问题；2．以太网在核心层也往往构成环形，它与SDH的环型网有什么区别？参考观点：（1）以太网广播，SDH点对点传输；（2）以太网核心节点负载大，SDH每个节点负载均衡；（3）以太网构成环形后，需要采用STP（生成树协议）进行控制，SDH不需要。