网络安全入门学习第九课——计算机网络基础

---

一、网路通信三要素

1、IP地址：互联网协议地址，分为公网地址和私有地址

1.1、公网地址的范围

• A类:地址范围1.0.0.0~127.255.255.255，主要分配给主机数量多、局域网数量少的大型网络;
• B类:地址范围为128.0.0.0至191.255.255.255，一般为国际大公司及政府机构使用;
• C类:地址范围为192.0.0.0至223.255.255.255，为一般小型公司校园网研究机构;

1.2、私网地址的范围

• A类地址:10.0.0.0~10.255.255.255
• B类地址:172.16.0.0~172.31.255.255
• C类地址:192.168.0.0~192.168.255.255

2、端口

2.1、周知端口：

• 0~1023，被预先定义的知名应用占用（如：HTTP占用 80，FTP占用21）

2.2、注册端口：

• 1024~49151，分配给用户进程或某些应用程序。（如：Tomcat占 用8080， MySQL占用3306）

2.3、动态端口：

• 49152到65535，之所以称为动态端口，是因为它 一般不固定分配某种进程， 而是动态分配。

3、协议

• 数据在网络中传输的规则，常见的协议有UDP协议和TCP协议。
• 通信协议：计算机网络中，连接和通信数据的规则被称为网络通信协议。

---

二、两个终端间通信的五大要素

• 1、发送者
• 2、接收者
• 3、介质
• 4、数据
• 5、协议
  通信时双向的。主机A要发送数据给主机B，主机B也要回复。

---

三、设备

• 交换机：可以实现多台主机互联，分为广域交换机和局域网交换机
• 路由器：可以跨网段通信

---

四、企业网络基本架构

---

五、OSI模型（理论上是七层模型，实际使用的五层模型）

1、七层模型结构

• 通俗易懂就是：小明要寄快递（应用层），把快递打包（表示层），选择快递公司（会话层），选择快递保价还是不保价（传输层），填写寄件的目的地址（网络层），快递公司开始运输并且打电话叫收件人来收件（数据链路层），收件人处理快递方式（物理层）

2、TCP/IP模型

3、各层对应的

• 3.1、应用层、表示层、会话层（应用层）：HTTP、FTP、DNS、SMTP，应用程序要关注的：浏览器、邮箱，程序员一般是在这一层开发。
• 3.2、传输层：TCP、UDP这两种，选择数据传输的方式。
• 3.3、网络层：IP、ICMP、ARP、RARP，封装源和目的IP，进行路径选择。
• 3.4、数据链路层：MAC（物理地址）
• 3.5、物理层：常见为IEEE 802中定义的规范

---

六、数据封装（从上往下一级一级封装）

七、数据链路层

数据链路层功能是：向该层用户提供透明的和可靠的数据传送服务。

• 1、透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息、干扰信息及顺序不正确等的担心。
• 2、在物理层中这些情况都可能发生，在数据链路层中必须用纠错码来检错与纠错。
• 3、数据链路层是基于MAC地址进行帧的传输。（洪泛攻击）

八、数据链路层——以太网帧格式

1、Ethernet_II

1.1、D.MAC：目的地址、C.MAC：源地址

• 两者的区别：*假设：A和B通信
  A——>B
  Refer——>host
  C.MAC——>D.MAC

1.2、Type

• 标识符。使用的协议的标识符，用于区别上层使用什么协议。例如：0x0800（IP协议）、0x0806（ARP协议）

1.3、Data

• 也称为载荷。是所传输的上层数据帧，而这个数据帧的长度在64-1518字节之间。其中Windows最长在1518字节，Linux数据最长在1500个字节

1.4、FCS

• 帧检验的序列，相当于校验码。用来保证数据完整性，检验传输的数据有没有出错，一般长度是4个字节。

2、以太网的MAC地址

• MAC地址由两部分组成，分别是供应商代码（OUI）和序列号。其中前24位代表该供应商代码，由IEEE管理和分配。剩下的24位序列号由厂商自己分配。

3、MAC地址（单播、组播、广播）

• 3.1、单播：就是一对一通信。其中就是通过MAC地址识别通信目标的。
• 3.2、组播：一对多，在以太网中的部分主机通信，相当于只跟我关系好的通信。
• 3.3、广播：一对多，以太网中的所有主机都能接收，相当于是大喇叭。

4、数据帧的传输

• 第一步：主机检查帧头中的目的MAC地址，如果目的MAC地址不是本机MAC地址，也不是 本机侦听的组播或广播MAC地址，则主机会丢弃收到的帧。如果目的MAC地址是本机MAC 地址，则接收该帧。
• 第二步：检查帧校验序列（FCS）字段，并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中 是否保持了完整性。
• 第三步：如果检查通过，就会剥离帧头和帧尾，然后根据帧头中的Type字段来决定把数 据发送到哪个上层协议进行后续处理。

5、数据帧的发送和接收

• 当主机接收到的数据帧所包含的目的MAC地址是自己时，会把以太网封装剥掉后送往上层协议。
• 其中就是通过Type来判断发送给上层哪个协议来处理。

---

九、网络层

网络层位于数据链路层与传输层之间。网络层中包许多协议，其中最为重要的协议就是IP协议。网络层提供了IP路由功能。理解IP路由除了要熟悉IP协议的工作机制之外，还必须理解IP编址以及如何合理地使用IP地址来设计网络。

---

十、网络层——协议

1、ICMP

• 控制报文协议。面向无连接的协议，对应UDP，一般用来传输报错的信息（报告错误，交换机受限制等相关信息的传递）

2、ARP

• 地址解析协议。根据IP地址来获得MAC地址的（IP——>ARP——>物理地址）。
• 常见攻击手法有ARP欺骗，因为ARP协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，局域网络上的主机可以自 主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入 本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法 到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。（协议缺少核验导致的）

3、RARP

• 反向地址转换协议。假如一个设备不知道它自己的IP地址，但是知道自己的物理地址（物理地址——>RARP——>IP）。

---

十一、IP地址

1、IP报文头部

1.1、TTL：time to live，报文的生存时间，防止协议呈环状。

• 报文在网段间转发时，如果网络设备上的路由规划不合理，就可能会出现环路，导致报文在网络中无限循环，无法到达目的端。环路发生后，所有发往这个目的地的报文都会被循环转发，随着这种报文逐渐增多，网络将会发生拥塞。为避免环路导致的网络拥塞，IP报文头中包含一个生存时间TTL（Time To Live）字段。报文每经过一台三层设备，TTL值减1。初始TTL值由源端设备设置。当报文中的TTL降为0时，报文会被丢弃。同时，丢弃报文的设备会根据报文头中的源IP地址向源端发送ICMP错误消息。
• 默认情况下，Linux系统的TTL值为64或255，Windows NT/2000/XP系统的TTL值为128，Windows 98系统的TTL值为32，UNIX主机的TTL值为255，当数据包传送到一个路由器之后，TTL就自动减1, 所以：52 = 系统TTL默认值 - 经过的路由个数。

1.2、Protocol

• 协议号，其中：TCP(6) 、UDP(17)、 ICMP(1) 、IGMP(2)

2、网络通信

• 同网段不过路由，不同网段需要路由

3、IP编址

• 3.1、IP = 网络位 + 主机位
• 3.2、同网段的IP地址数量是256-2=254个，减去的两个分别是网络地址（00000000）和广播地址（11111111）

4、IP地址类型

分为两大类：私有地址和特殊地址

4.1、私有地址范围

10.0.0.0~10.255.255.255
172.16.0.0~172.31.255.255
192.168.0.0~192.168.255.255

4.2、特殊地址范围

127.0.0.0 ~ 127.255.255.255
0.0.0.0
255.255.255.255

5、子网掩码

5.1、子网掩码作用

• 用来区分IP地址的网络号与主机号。用来将网络分割为多个子网，减少网络上的通信量，节省IP地址，便于管理。

5.2、常见的IP地址包含子网掩码写法

• 192.168.1.1/24，后面的24就是代表子网掩码的网络位，是C类掩码。

5.3、地址规划

• 网络地址 = IP地址 * 子网掩码
• 可用的主机数量就是子网掩码主机位0的个数，如上图是：2的8次方-2=256-2=254个。

5.4、缺省子网掩码：会导致地址使用率过低

5.5、变长子网掩码：解决地址使用率过低

上图IP地址书写一般是：192.168.1.7/25。网络位借用了一位主机位，把一个子网划分为两个子网，分别是子网掩码：255.255.255.128 和 255.255.255.0，每一个子网的主机数量是2的7次方-2 = 128 – 2 = 126个 。

十二、网关

• 网关用来转发来自不同网段之间的数据包。

十三、传输层

传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol ）和 用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol）。

1、TCP协议特点

• 1.1、使用TCP协议，必须双方先建立连接，它是一种面向连接的可靠通信协议。
• 1.2、传输前，采用“三次握手”方式建立连接，所以是可靠的 。
• 1.3、在连接中可进行大数据量的传输 。
• 1.4、连接、发送数据都需要确认，且传输完毕后，还需释放已建立的连接，通信效率较低。

2、TCP协议通信场景

• 对信息安全要求较高的场景，例如：文件下载、金融等数据通信。

3、TCP端口号，端口号用来区分不同的网络服务

4、TCP的头部

4.1、16位端口号

告知主机该报文段是来自哪里（源端口）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口）的。请注意：进行TCP通信时，客户端通常使用系统自动选择的临时端口号，而服务器则使用知名服务端口号。

4.2、32位序号（seq）

一次TCP通信（从TCP连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。可为随机数生成。

4.3、32位确认号(ack)

用作对另一方发送来的TCP报文段的响应。其值是收到的TCP报文段的序号值加1。

4.4、4位数据偏移（头部长度）

标识该TCP头部有多少个32bit字（4字节）。因为4位最大能表示15，所以TCP头部最长是60字节。

4.5、6位标志位：

4.5.1、URG

• 表示紧急指针是否有效

4.5.2、ACK

• 表示确认号是否有效，ACK = 1时才有效，，表示期望收到的下一个字节的序号

4.5.3、PSH

• 提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间（如果应用程序不将接收到的数据读走，它们就会一直停留在TCP接收缓冲区中）

4.5.4、RST

• 表示要求对方重新建立连接，我们称携带RST标志的TCP报文段为复位报文段

4.5.5、SYN

• 表示请求建立一个连接。我们称携带SYN标志的TCP报文段为同步报文段

4.5.6、FIN

• 表示：通知对方本端要关闭连接了，我们称携带FIN的TCP报文段为结束报文段

4.6、16位端口号

• 告知主机该报文段是来自哪里（源端口）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口）的。请注意：进行TCP通信时，客户端通常使用系统自动选择的临时端口号，而服务器则使用知名服务端口号。

4.7、16位校验和

• 由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意：这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分，这也是TCP可靠传输的一个重要保障。

4.8、16位紧急指针

• 是一个正的偏移量。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。

5、TCP建立连接的过程（三次握手）

TCP是一种可靠的，面向连接的全双工传输层协议。TCP连接的建立是一个三次握手的过程。

• 第一次：主机A（通常也称为客户端）发送一个标识了SYN=1的数据段，表示期望与服务器A建立连接，此数据段的序列号（seq）为a。
• 第二次：服务器A回复标识了SYN=1、ACK=1的数据段，此数据段的序列号（seq）为b，确认序列号为主机A的序列号加1（a+1），以此作为对主机A的SYN报文的确认。
• 第三次：主机A发送一个标识了ACK的数据段，此数据段的序列号（seq）为a+1，确认序列号为服务器A的序列号加1（b+1），以此作为对服务器A的SYN报文段的确认。

6、TCP关闭连接（四次挥手）

TCP支持全双工模式传输数据，这意味着同一时刻两个方向都可以进行数据的传输。在传输数据之前，TCP通过三次握手建立的实际上是两个方向的连接，因此在传输完毕后，两个方向的连接必须都关闭。

主机在关闭连接之前，要确认收到来自对方的ACK。

• 第一次挥手：主机A想终止连接，于是发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为a，确认序列号为b。
• 第二次挥手：服务器A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为b，确认序号为a+1，作为对主机A的FIN报文的确认。
• 第三次挥手：服务器A想终止连接，于是向主机A发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为b，确认序列号为a+1。
• 第四次挥手：主机A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为a+1，确认序号为b+1，作为对服务器A的FIN报文的确认。以上四次交互便完成了两个方向连接的关闭。

7、UDP协议特点

• 7.1、UDP是一种无连接、不可靠传输的协议。
• 7.2、将数据源IP、目的地IP和端口封装成数据包，不需要建立连接
• 7.3、每个数据包的大小限制在64KB内
• 7.4、发送不管对方是否准备好，接收方收到也不确认，故是不可靠的
• 7.5、可以广播发送 ，发送数据结束时无需释放资源，开销小，速度快。

8、UDP协议通信场景

• 语音通话，视频会话等。

9、UDP头部

• UDP头部仅占8字节，传输数据时没有确认机制。

10、UDP传输过程

• 使用UDP传输数据时，由应用程序根据需要提供报文到达确认、排序、流量控制等功能。
• UDP不提供重传机制，占用资源小，处理效率高。
• 一些时延敏感的流量，如语音、视频等，通常使用UDP作为传输层协议。

---