1、第二章 網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議基礎(chǔ),2,內(nèi)容提要,本章介紹OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型 TCP/IP協(xié)議簇。 重點介紹IP協(xié)議、TCP協(xié)議、UDP協(xié)議和ICMP協(xié)議。 介紹常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件傳輸服務(wù)、Telnet服務(wù)、電子郵件服務(wù)和、Web服務(wù) 介紹常用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)端口和常用的網(wǎng)絡(luò)命令的使用。,OSI參考模型,OSI參考模型是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Standards Organization )制定的模型，把計算機(jī)與計算機(jī)之間的通信分成七個互相連接的協(xié)議層，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。,OSI參考模型,很少有產(chǎn)品是完全的OSI模式，然而OSI參考模型為網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)提供了可行的機(jī)制。 OSI模型將

2、通信會話需要的各種進(jìn)程劃分成7個相對獨立的層次。,1、物理層（Physical Layer）,最底層是物理層，這一層負(fù)責(zé)傳送比特流，它從第二層數(shù)據(jù)鏈路層接收數(shù)據(jù)幀，并將幀的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容串行發(fā)送，即每次發(fā)送一個比特。 物理層只能看見0和1，只與電信號技術(shù)和光信號技術(shù)的物理特征相關(guān)。這些特征包括用于傳輸信號電流的電壓、介質(zhì)類型以及阻抗特征。該層的傳輸介質(zhì)是同軸電纜、光纖、雙絞線等，有時該層被稱為OSI參考模型的第0層。 物理層可能受到的安全威脅是搭線竊聽和監(jiān)聽，可以利用數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)標(biāo)簽加密，數(shù)據(jù)標(biāo)簽，流量填充等方法保護(hù)物理層的安全。,2、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）,OSI參考模型

3、的第二層稱為數(shù)據(jù)鏈路層。與其他層一樣，它肩負(fù)兩個責(zé)任：發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 還要提供數(shù)據(jù)有效傳輸?shù)亩说蕉诉B接。在發(fā)送方，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將指令、數(shù)據(jù)等包裝到幀中，幀是該層的基本結(jié)構(gòu)。 幀中包含足夠的信息，確保數(shù)據(jù)可以安全地通過本地局域網(wǎng)到達(dá)目的地。,3、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）,網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer）的主要功能是完成網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)間的報文傳輸。在廣域網(wǎng)中，這包括產(chǎn)生從源端到目的端的路由。 當(dāng)報文不得不跨越兩個或多個網(wǎng)絡(luò)時，又會產(chǎn)生很多新問題。例如第二個網(wǎng)絡(luò)的尋址方法可能不同于第一個網(wǎng)絡(luò)；第二個網(wǎng)絡(luò)也可能因為第一個網(wǎng)絡(luò)的報文太長而無法接收；兩個網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議也可能不同等。網(wǎng)絡(luò)層必

4、須解決這些問題，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互連。 在單個局域網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)層是冗余的，因為報文是直接從一臺計算機(jī)傳送到另一臺計算機(jī)的。,4、傳輸層（Transport Layer）,傳輸層的主要功能是完成網(wǎng)絡(luò)中不同主機(jī)上的用戶進(jìn)程之間可靠的數(shù)據(jù)通信。 最好的傳輸連接是一條無差錯的、按順序傳送數(shù)據(jù)的管道，即傳輸層連接是真正端到端的。 由于絕大多數(shù)主機(jī)都支持多用戶操作，因而機(jī)器上有多道程序，這意味著多條連接將進(jìn)出于這些主機(jī)，因此需要以某種方式區(qū)別報文屬于哪條連接。識別這些連接的信息可以放入傳輸層的報文頭中。,5、會話層（Session Layer）,會話層允許不同機(jī)器上的用戶之間建立會話關(guān)系。會話層允許進(jìn)行類似傳

5、輸層的普通數(shù)據(jù)的傳送，在某些場合還提供了一些有用的增強(qiáng)型服務(wù)。允許用戶利用一次會話在遠(yuǎn)端的分時系統(tǒng)上登錄，或者在兩臺機(jī)器間傳遞文件。 會話層提供的服務(wù)之一是管理對話控制。 會話層允許信息同時雙向傳輸，或限制只能單向傳輸。如果屬于后者，類似于物理信道上的半雙工模式，會話層將記錄此時該輪到哪一方。 一種與對話控制有關(guān)的服務(wù)是令牌管理（Token Management）。有些協(xié)議保證雙方不能同時進(jìn)行同樣的操作，這一點很重要。為了管理這些活動，會話層提供了令牌，令牌可以在會話雙方之間移動，只有持有令牌的一方可以執(zhí)行某種操作。,6、表示層（Presentation Layer）,表示層完成某些特定的功能

6、，這些功能不必由每個用戶自己來實現(xiàn)。 值得一提的是，表示層以下各層只關(guān)心從源端機(jī)到目標(biāo)機(jī)可靠地傳送比特，而表示層關(guān)心的是所傳送的信息的語法和語義。 表示層服務(wù)的一個典型例子是用一種一致選定的標(biāo)準(zhǔn)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。 大多數(shù)用戶程序之間并非交換隨機(jī)的比特，而是交換諸如人名、日期、貨幣數(shù)量和發(fā)票之類的信息。這些對象是用字符串、整型數(shù)、浮點數(shù)的形式，以及由幾種簡單類型組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示。,7、應(yīng)用層（Application Layer）,應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議。雖然，對于需要通信的不同應(yīng)用來說，應(yīng)用層的協(xié)議都是必須的。 例如，PC（Personal Computer）機(jī)用戶使用仿真終端軟

7、件通過網(wǎng)絡(luò)仿真某個遠(yuǎn)程主機(jī)的終端并使用該遠(yuǎn)程主機(jī)的資源。 這個仿真終端程序使用虛擬終端協(xié)議將鍵盤輸入的數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)的操作系統(tǒng)，并接收顯示于屏幕的數(shù)據(jù)。,TCP/IP協(xié)議簇,TCP/IP協(xié)議簇模型 和其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣，TCP/IP有自己的參考模型用于描述各層的功能。TCP/IP協(xié)議簇參考模型和OSI參考模型的比較如圖2-2所示。,TCP/IP協(xié)議簇,TCP/IP參考模型實現(xiàn)了OSI模型中的所有功能。 不同之處是TCP/IP協(xié)議模型將OSI模型的部分層進(jìn)行了合并。 OSI模型對層的劃分更精確，而TCP/IP模型使用比較寬的層定義。,解剖TCP/IP模型,TCP/IP協(xié)議簇包括四個功能層：應(yīng)用層、

8、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層及網(wǎng)絡(luò)接口層。 這四層概括了相對于OSI參考模型中的七層。 1、網(wǎng)絡(luò)接口層 網(wǎng)絡(luò)接口層包括用于物理連接、傳輸?shù)乃泄δ?。OSI模型把這一層功能分為兩層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，TCP/IP參考模型把兩層合在一起。 2、網(wǎng)絡(luò)層（Internet層） 網(wǎng)絡(luò)層由在兩個主機(jī)之間通信所必須的協(xié)議和過程組成。這意味著數(shù)據(jù)報文必須是可路由的。,解剖TCP/IP模型,3、傳輸層 這一層支持的功能包括：為了在網(wǎng)絡(luò)中傳輸對應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分段，執(zhí)行數(shù)學(xué)檢查來保證所收數(shù)據(jù)的完整性，為多個應(yīng)用同時傳輸數(shù)據(jù)多路復(fù)用數(shù)據(jù)流(傳輸和接收)。這意味著該層能識別特殊應(yīng)用，對亂序收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新排序。 當(dāng)前的主機(jī)到主機(jī)層

9、包括兩個協(xié)議實體：傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)。 4、應(yīng)用層 應(yīng)用層協(xié)議提供遠(yuǎn)程訪問和資源共享。應(yīng)用包括Telnet服務(wù)、FTP服務(wù)、SMTP服務(wù)和HTTP服務(wù)等，很多其他應(yīng)用程序駐留并運(yùn)行在此層，并且依賴于底層的功能。該層是最難保護(hù)的一層。,解剖TCP/IP模型,TCP/IP組的四層、OSI參考模型和常用協(xié)議的對應(yīng)關(guān)系如圖2-3所示。,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP,IP協(xié)議已經(jīng)成為世界上最重要的網(wǎng)際協(xié)議。 IP的功能定義在由IP頭結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)中。IP是網(wǎng)絡(luò)層上的主要協(xié)議，同時被TCP協(xié)議和UDP協(xié)議使用。 TCP/IP的整個數(shù)據(jù)報在數(shù)據(jù)鏈路層的結(jié)構(gòu)如表2-1所示。 表2-1 TCP/IP數(shù)

10、據(jù)報的結(jié)構(gòu),IP頭的結(jié)構(gòu),可以看出一條完整數(shù)據(jù)報由四部分組成 第三部分是該數(shù)據(jù)報采用的協(xié)議 第四部分是數(shù)據(jù)報傳遞的數(shù)據(jù)內(nèi)容 其中IP頭的結(jié)構(gòu)如表2-2所示。,IP頭的結(jié)構(gòu),IP頭結(jié)構(gòu)在所有協(xié)議中都是固定的，對表2-2說明如下： （1）字節(jié)和數(shù)字的存儲順序是從右到左，依次是從低位到高位，而網(wǎng)絡(luò)存儲順序是從左到右，依次從低位到高位。 （2）版本：占第一個字節(jié)的高四位。頭長度：占第一個字節(jié)的低四位。 （3）服務(wù)類型：前3位為優(yōu)先字段權(quán)，現(xiàn)在已經(jīng)被忽略。接著4位用來表示最小延遲、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。 （4）封包總長度：整個IP報的長度，單位為字節(jié)。 （5）存活時間：就是封包的生存時間。通

11、常用通過的路由器的個數(shù)來衡量，比如初始值設(shè)置為32，則每通過一個路由器處理就會被減一，當(dāng)這個值為0的時候就會丟掉這個包，并用ICMP消息通知源主機(jī)。 （6）協(xié)議：定義了數(shù)據(jù)的協(xié)議，分別為：TCP、UDP、ICMP和IGMP。定義為： define PROTOCOL_TCP 0 x06 define PROTOCOL_UDP 0 x11 define PROTOCOL_ICMP 0 x06 define PROTOCOL_IGMP 0 x06 （7）檢驗和：校驗的首先將該字段設(shè)置為0，然后將IP頭的每16位進(jìn)行二進(jìn)制取反求和，將結(jié)果保存在校驗和字段。 （8）來源IP地址：將IP地址看作是32位數(shù)

12、值則需要將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)化位主機(jī)字節(jié)順序。轉(zhuǎn)化的方法是：將每4個字節(jié)首尾互換，將2、3字節(jié)互換。 （9）目的IP地址：轉(zhuǎn)換方法和來源IP地址一樣。 在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，IP是面向非連接的，所謂的非連接就是傳遞數(shù)據(jù)的時候，不檢測網(wǎng)絡(luò)是否連通。所以是不可靠的數(shù)據(jù)報協(xié)議，IP協(xié)議主要負(fù)責(zé)在主機(jī)之間尋址和選擇數(shù)據(jù)包路由。,抓取Ping指令發(fā)送的數(shù)據(jù)包,按照第一章Sniffer的設(shè)置抓取Ping指令發(fā)送的數(shù)據(jù)包，命令執(zhí)行如圖2-4所示。,抓取Ping指令發(fā)送的數(shù)據(jù)包,抓取Ping指令發(fā)送的數(shù)據(jù)包,其實IP報頭的所有屬性都在報頭中顯示出來，可以看出實際抓取的數(shù)據(jù)報和理論上的數(shù)據(jù)報一致，分析如圖2-6所示。,IP

13、v4的IP地址分類,IPv4地址在1981年9月實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的?；镜腎P地址是8位一個單元的32位二進(jìn)制數(shù)。為了方便人們的使用，對機(jī)器友好的二進(jìn)制地址轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兏煜さ氖M(jìn)制地址。 IP地址中的每一個8位組用0255之間的一個十進(jìn)制數(shù)表示。這些數(shù)之間用點“.”隔開，因此，最小的IPv4地址值為，最大的地址值為55，然而這兩個值是保留的，沒有分配給任何系統(tǒng)。 IP地址分成五類：A類地址、B類地址、C類地址、D類地址和E類地址。 每一個IP地址包括兩部分：網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，上面五類地址對所支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機(jī)數(shù)有不同的組合。,1、A類地址,一個A類IP地址僅

14、使用第一個8位組表示網(wǎng)絡(luò)地址。剩下的3個8位組表示主機(jī)地址。A類地址的第一個位總為0，這一點在數(shù)學(xué)上限制了A類地址的范圍小于127，因此理論上僅有127個可能的A類網(wǎng)絡(luò)，而地址又沒有分配，所以實際上只有126個A類網(wǎng)。技術(shù)上講，也是一個A類地址，但是它已被保留作閉環(huán)（Look Back）測試之用而不能分配給一個網(wǎng)絡(luò)。 A類地址后面的24位表示可能的主機(jī)地址，A類網(wǎng)絡(luò)地址的范圍從到。每一個A類地址能支持16,777,214個不同的主機(jī)地址，這個數(shù)是由2的24次方再減去2得到的。減2是必要的，因為IP把全0保留為表示網(wǎng)絡(luò)而全1表示網(wǎng)絡(luò)

15、內(nèi)的廣播地址。,2、B類地址,設(shè)計B類地址的目的是支持中到大型的網(wǎng)絡(luò)。B類網(wǎng)絡(luò)地址范圍從到。B類地址蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)邏輯是相當(dāng)簡單的。 一個B類IP地址使用兩個8位組表示網(wǎng)絡(luò)號，另外兩個8位組表示主機(jī)號。B類地址的第1個8位組的前兩位總是設(shè)置為1和0，剩下的6位既可以是0也可以是1，這樣就限制其范圍小于等于191，這里的191由128+32+16+8+4 +2+1得到。 最后的16位（2個8位組）標(biāo)識可能的主機(jī)地址。每一個B類地址能支持64,534個惟一的主機(jī)地址，這個數(shù)由2的16次方減2得到，B類網(wǎng)絡(luò)有16,382個。,3、C類地址,C類地址用于支持大量的小

16、型網(wǎng)絡(luò)。這類地址可以認(rèn)為與A類地址正好相反。A類地址使用第一個8位組表示網(wǎng)絡(luò)號，剩下的3個表示主機(jī)號，而C類地址使用三個8位組表示網(wǎng)絡(luò)地址，僅用一個8位組表示主機(jī)號。 C類地址的前3位數(shù)為110，前兩位和為192(128+64)，這形成了C類地址空間的下界。第三位等于十進(jìn)制數(shù)32，這一位為0限制了地址空間的上界。不能使用第三位限制了此8位組的最大值為255-32等于223。因此C類網(wǎng)絡(luò)地址范圍從至。 最后一個8位組用于主機(jī)尋址。每一個C類地址理論上可支持最大2 5 6個主機(jī)地址(0255)，但是僅有254個可用，因為0和255不是有效的主機(jī)地址?？梢?/p>

17、有2,097,150個不同的C類網(wǎng)絡(luò)地址。 在IP地址中，0和255是保留的主機(jī)地址。IP地址中所有的主機(jī)地址為0用于標(biāo)識局域網(wǎng)。同樣，全為1表示在此網(wǎng)段中的廣播地址。,4、D類地址,D類地址用于在IP網(wǎng)絡(luò)中的組播（Multicasting）。D類組播地址機(jī)制僅有有限的用處。一個組播地址是一個惟一的網(wǎng)絡(luò)地址。它能指導(dǎo)報文到達(dá)預(yù)定義的IP地址組。 因此，一臺機(jī)器可以把數(shù)據(jù)流同時發(fā)送到多個接收端，這比為每個接收端創(chuàng)建一個不同的流有效得多。組播長期以來被認(rèn)為是IP網(wǎng)絡(luò)最理想的特性，因為它有效地減小了網(wǎng)絡(luò)流量。 D類地址空間，和其他地址空間一樣，有其數(shù)學(xué)限制，D類地址的前4位恒為1110，預(yù)置前3位為

18、1意味著D類地址開始于128+64+32等于224。第4位為0意味著D類地址的最大值為128+64+32+8+4+2+1為239，因此D類地址空間的范圍從到239.255.2 55.254。,5、E類地址,E類地址雖被定義為保留研究之用。因此Internet上沒有可用的E類地址。 E類地址的前4位為1，因此有效的地址范圍從至55。,子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼是用來判斷任意兩臺計算機(jī)的IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)。 最為簡單的理解就是兩臺計算機(jī)各自的IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行二進(jìn)制“與”（AND）運(yùn)算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說明這兩臺計算機(jī)是處于同一個子網(wǎng)絡(luò)上的，可以