4通信和网络安全

4.1 通信

通信是数据在系统之间的电子传输，采用模拟、数字或无线传输类型。数据沿着铜线、同轴电缆、光纤、空气、电话公司的公共交换电话网PSTN或服务供应商的光缆、交换机和路由器流动

国际通信协会ITU

国际标准化组织ISO

4.2 开放系统互联参考模型

网络协议是决定系统如何在网络中通信的规则标准集

计算机通信方式 物理通道（电信号通过线缆从一台计算机传递到另一台计算机）；逻辑通道（封装）

对每层内的功能进行模块化的好处在于：不同的技术、协议和服务能够相互交互，并且提供支持通信的适当接口

应用层：提供文件传输、消息交换、终端会话以及更多功能

应用需要通过网络发送数据，则将指令和数据发送至这一层上支持该应用的协议

简单邮件传输协议SMTP、超文本传输协议HTTP、文件传输协议FTP、Telnet、普通文件传输协议TFTP（小型文件传输协议）、简单网络管理协议SNMP、行式打印机后台程序LPD

表示层：没有协议，只有服务

接收来自应用层的消息，提供了一种其结构能被终端系统正确处理的数据表示方式，将文件转换成不同的标准文件格式

不考虑数据的含义，只关系数据格式和语法

标准格式的转换、处理数据压缩和加密问题

会话层：

负责在两个应用程序之间建立连接，提供进程之间的通信通道，需提供安全身份验证功能

连接建立、数据传输和连接释放

在该层上工作的协议：结构化查询语言SQL、网络基本输入输出系统NetBIOS、远程过程调用RPC、密码身份验证协议PAP

工作模式：单工模式、半双工模式、全双工模式

传输层：控制计算机到计算机的通信

提供端对端的数据传输服务，在两台计算机之间建立一个逻辑连接

工作的协议有：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）、用户数据报协议UDP、安全套接字层SSL、序列包交换SPX（Sequenced Packet Exchange）

网络层：

在数据包的首部插入信息，将数据正确地编址和路由，并将数据实际路由至正确目的地

工作的协议：网际协议IP、网际控制消息协议ICMP、路由信息协议RIP、开放最短路径优先OSPF、边界网关协议BGP、互联网组管理协议IGMP、网际数据包交换IPX

数据链路层：

数据包转换成局域网和广域网技术的二进制格式，以便沿线路正确传送

LAN和WAN使用不同的协议、网络接口卡NIC、线缆和传输方法

两个子层：

逻辑链路控制层LLC；负责控制数据流和检查错误

介质访问控制MAC（Media Access Control）；确定网络是以太网、令牌还是ATM

针对以太网的IEEE MAC规范是802.3，令牌环802.5，无线LAN是802.11等

工作的协议：点对点协议PPP、第二层隧道协议L2TP、FDDI、ATM、以太网和令牌环、地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP、串行线路网际协议SLIP

每种网络技术（以太网、ATM、FDDI等）都定义了支持网络通信所需的兼容物理传输类型（同轴电缆、双绞线、光纤和无线），定义相应的电信号和解码模式。

网卡桥接数据链路层与物理层

物理层：

根据所使用的网络技术，网卡驱动程序在数据链路层对位进行编码，并在物理层将其转变为电信号状态，然后通过线缆传送

将位转换为用于传送的电压，控制同步、数据传送速率、线路噪声与介质访问

该层上的标准接口：10BASE-T、10BASE2等、综合服务数字网络ISDN、数字用户线路DSL、同步光纤网络SONET

路由器，工作在网络层；网桥（数据链路层）；中继器（物理层）

多层协议：

（1）分布式网络协议3  DNP3

电力和自来水等公用事业中大量使用的数据采集与监视控制系统SCADA的核心是DNP3协议

（2）控制器区域网络总线CAN bus

运行在大部分汽车上

4.3 TCP/IP模型

1、TCP和UDP

TCP 全双工、可靠的、面向连接、支持包序列、流量和拥塞控制、错误检测和纠正

UDP 无连接，侧重传输效率

使用端口与上面的层通信并跟踪同时发生的不同会话，也用于确定其他计算机如何访问服务的机制

套接字：IP+端口号，IP知道该去哪，端口号知道如何与其他计算机的服务通信

SMTP（端口25） FTP（端口20和21） HTTP（端口80） Telnet（23） SNMP（161和162）

端口0-1023仅可供特权系统或根进程使用；1024—49151注册端口；49152-65535动态端口

（1）TCP握手  端口号16bits

三次握手，系统之间建立虚拟连接，协商某些参数、数据流、窗口系统、错误检测和选择

1.主机向接收方发送同步SYN包

2.接收方发送SYN/ACK应答请求

3.发送主机发送应答ACK包进行应答

SYN flood：攻击者发送大量SYN包给系统，导致系统可用的TCP连接资源耗尽（使用SYN缓存缓解）

TCP会话劫持：TCP握手过程约定TCP序列号插入数据包首部，若攻击者预测TCP序列号，则能欺骗系统接管连接

应用层（消息）—传输层（TCP分片/UDP数据报文）—网络层（数据包）—数据链路层（帧）—物理层（位）

消息通过TCP传输，则称为“分片”；如果通过UDP传输，称为“数据报文”

2、IP寻址

IPv4 32位 IPv6 128位  由主机部分和网络部分组成，子网掩码区分地址组

A类 0.0.0.0——127.255.255.255（一字节网络部分，首位固定为0）

B类 128.0.0.0——191.255.255.255（两字节网络，前两位固定为10）

C类 192.0.0.0——223.255.255.255（三字节网络，前三位固定为110）

D类 用于多播地址

E类 保留

子网：从IP地址主机部分创建，将主机部分进一步分解成逻辑分组，减少管理难题，改善通信性能，潜在地提高安全性

无类别域间路由CIDR即超网

生存时间TTL：每经过一个路由器，TTL值减1

IP报头中包含一个协议字段，17代表UDP 1（ICMP）、2（IGMP）、6（TCP），51（AH）

3、IPv6

支持更多的寻址层次结构级别；提高多播路由的可扩展性

任播地址的地址，用于向节点组中的任一节点发送数据包

指定了支持身份验证、数据完整性和机密性的扩充部分

IPv4与IPv6通信：通过隧道技术完成，把IPv6封装在IPv4中，或者执行自动地址转换

（1）6to4隧道：把IPv4地址数据嵌入本地端的IPv6地址中

（2）Teredo：使用UDP封装自动隧道技术，NAT地址转换不受影响

（3）站点内自动隧道寻址协议ISATAP：把IPv4当做一个虚拟的IPv6本地链接，把IPv4映射到本地IPv6地址

前两个是站间隧道机制，用于不同网络间的链接；ISATAP是站内机制，用户特定网络内

4、第二层安全标准

虚拟专用网络VPN提供网络层保护

802.1 AE是IEEE MAC安全标准（MACSec），用来提供数据保密性、完整性和数据源认证；只有经过认证的可信设备才能通信，未经授权的设备不允许通过网络通信，有助于防止攻击者安装恶意设备；MACSec对帧进行解密，计算帧的完整性校验值，判断帧是否为篡改

802.1 AR为每个设备定义全局唯一的安全标识符，该标识符通过公钥加密和数字证书与设备绑定，提供数据加密、完整、原始身份验证

802.1 AF为用于数据加密的会话密钥实施密钥协商功能

5、汇聚协议

协议开始独立，随着时间推移封装在另一个协议中

光纤通道以太网PCoE，允许光纤通道帧通过以太网网络，用于存储区域网络SAN

多协议标签交换MPLS

互联网小型计算机系统接口iSCSI

4.4 传输类型

物理数据传输

1、模拟和数字  数据传输方式

信号是指以物理形式从一个地方向另一个地方传送信息的方式

模拟信号：波纹形式，振幅和频率

数字信号：二进制表示电脉冲，远距离传输更可靠

调制解调器：负责把数字数据调制成模拟信号

2、同步和异步  传输控制机制

同步：通过由时钟脉冲启动的时间序列同步数据传输；具有强大的错误检测，通过循环冗余校验CRC实现；用于高速高质量传输

异步：使用开始和停止位进行通信；使用校验位控制错误，每个字节需要开始、停止、奇偶校验指令

3、宽带和基带   一次能有多少通信会话发生

基带：使用整个通信通道进行传输，一次只允许传输一个信号

宽带：将通信通道分为若干不同且独立的通道，传输不同类型的数据，运载多个信号；划分频率，并把数据调制到各个频率通道

4.5 线缆    电信号以电流方式沿线缆传播

布线具有与之相关联的带宽和数据吞吐速率值，带宽指示它采用的最高频率范围，数据吞吐速率是经过压缩和编码之后实际通过线缆的数据量。带宽可视为管道的大小，数据吞吐速率则是通过管道的实际数据量。

（1）同轴电缆

用作传输无线射频信号

与双绞线相比，更加抗电磁干扰EMI，提供更高的带宽，更大的线缆长度；但是双绞线更便宜

可克服双绞线的长度问题

（2）双绞线   具有被外保护层包裹的隔离铜线

屏蔽双绞线STP：线缆存在外围金属屏蔽层

非屏蔽双绞线UTP：没有屏蔽层，最不安全的网络互连线缆

价格便宜，易于使用；但铜线对电流阻抗大，电流传播一段距离后引起信号衰减

（3）光缆

光纤使用一种玻璃，运载光波，具有更高的传输速率，信号传送更远，难以被偷听，更安全，极为昂贵，不会受到衰减和EMI影响

光缆通常在主干网络和需要高速数据传输的环境中使用，大多数网络使用UTP，然后连接到使用光纤的主干网络

传输模式：

单一模式：小玻璃芯，用于远距离高速数据传输，与多模式相比，不易衰减

多模式：大玻璃芯，比单芯承载更多数据，衰减快，适用于短距离传输

光探测器：把光信号转换回电子信号

布线问题：噪声、衰减（传输数据的频率越高，线缆的长度应越短，保证衰减不会导致问题，标准规定线缆最大长度不得超过185米，若超过则需要使用中继器）、串扰（一根线路上的电信号溢出到另一根线路上）、线缆的阻燃率

（增压空间：房屋天花板和上一层楼地板之间的空间）

4.6 网络互连基础 

可扩展性、冗余、性能、安全、可管理性和可维护性

网络由路由器、交换机、web服务器、代理、防火墙、名称解析技术、协议、IDS、IPS、存储系统、抗恶意程序软件、VPN、非军事区DMZ、数据丢失防护解决方案、电子邮件系统、云计算、web服务、身份验证服务、冗余技术、公钥基础设施、专用分组交换机PBX等构成。

1、网络拓扑   计算机和设备的物理安排

环形拓扑ring：单向传输链路组成闭合回路

总线型拓扑bus：线性和树状，一根线缆跨越整个网络，线缆会成为单一故障点；以太网采用总线型和星型拓扑

星型拓扑：所有节点连接到一台集中式设备，每个节点到集中式设备都有一条专用链路，集中式设备需提供足够的吞吐量，潜在的单一故障点

网状型拓扑mesh：每个节点都与其他所有节点直接相连，提供冗余路径

2、介质访问技术

网络拓扑决定使用的物理介质类型以及如何建立连接，介质访问技术处理系统如何在介质上通信的问题

LAN访问技术建立计算机在网路上如何通信、如何处理错误、采用何种物理介质、数据帧最大传输单元MTU（Maximum Transmission Unit）大小等规则

网络传输通道是该网络上所有系统和设备所必须共享的主要资源，可