网络安全基础

一、分类（从下往上数）

应用层：

跟人进行交互（人机交互）---- 我们输入抽象语言 ----> 编码 ---- 后台程序

表示层：

将“编码”转化为电脑可识别的二进制。

介质访问控制层（二层）：

二进制 ----> 电信号

物理层（一层）：

处理电信号。

二、人类最早的网络 ---- 对等网

网络变大 ---- 无限的传输距离 无冲突

单播 ---- 网桥 ---- 交换机 ---- MAC地址(物理地址) ---- (有记录单播，没记录泛洪)

路由器 ---- 网络层 ---- IP ---- IP地址(逻辑地址) ---- ARP协议 ---- 广播 ---- 广播域

三、扩大网络规模的方法

1.人数增加----增加网络节点数量

节点增加：HUB集线器（物理层设备）

作用：对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

1）地址问题 ---- 要求：唯一且格式相同

MAC(物理)地址 ---- 46位二进制构成，以16进制显示

查看IP（命令提示符）：ipconfig/all

2）冲突问题

解决方案：CSMA/CD ---- 载波侦听多路访问/冲突检测机制 = 排队

机制解析：

1. 首先使用监听功能，当发现有消息在传播时，停止自身发送，进行监听排队，随时准备进入下一阶段。

2. 当前消息完成，监听到完毕状态后，立刻发送。

3. 当消息相撞时，会互相给彼此发送一个阈值，因为是随机发送，所以有大小区分，达到阈值时发送消息，这样就规避了冲突的问题。

结论：虽然解决了一定的冲突问题，但是大大增加了延时。

3）延时和安全问题

1. 无限的传输距离----读写功能，相当于重新写信

2. 没有冲突 ---- 所有节点均可同时发送消息

3. 形成单播 ---- 一对一的进行数据传递

交换机 ---- 在介质访问控制层工作 ----> 识别MAC

1. 无限的传输距离----读写功能，相当于重新写信

2. 没有冲突 ---- 交换机可以转换电流并储存二进制数据

3. 形成单播 ---- 运用转发存储的原理，存储一批转发一批，实现一对一的识别一对一的发送

速率公式：约等于（带宽/8）≈ 85%

交换机工作原理：

1. 当数据帧进入交换机之后，交换机会先查看数据的源MAC地址，之后将该数据进入的接口与MAC地址映射到本地的MAC地址表中；之后查看目标MAC地址表，若存在记录，将直接从该表所记录的接口进行发送。

2. 若没有目标MAC地址接口记录，则泛洪该数据。

   泛洪：除了进入的接口之外，转发给所有其他的接口。

   MAC地址表的老化时间：300s

有记录 ----> 单播 没记录 ----> 泛洪

泛洪范围越大，就会造成更大的网络延时

解决 ---->

路由器(网络层诞生) ---- 隔绝广播域

路由器的每一个接口，都是一个泛洪范围的边界（泛洪区域）

2.距离延长----延长传输距离

延长传输距离：通过在传输过程中增加放大器（中继器）等物理层设备，延长5倍的传输距离。

常见的网线----RJ-45双绞线----最长距离 100M

原因：若超出100米，网线的电信号会变弱

解决电信号变弱----中继器（放大器）

四、拓扑结构

1.直线型拓扑（总线型拓扑）

所有的节点都接到同一总线上，总线上任意节点发送 信息 ，其他节点都能正常接收。

优点：连接简单。

缺点：容易造成网络瘫痪；信息传输安全性较差。

2.环形拓扑

优点：其特点为信息的流动方向是固定的，两个结点仅有一条通路， 路径控制简单；有旁路设备，结点一旦发生战障，系统自动旁路，可靠性高。

缺点：信息要串行穿过多个结点，在网中结占过多时传输效率低，系统响应速度慢；由于环路封闭，扩充较难。

3.树状拓扑

树形拓扑结构从总线拓扑演变而来。形状像一棵倒置的树,顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支，树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。

优点：易扩展。

缺点：容易诊断错误，对根部要求高。

4.网状拓扑

优点：系统可靠性高。

缺点：结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。

5.星型拓扑（性价比最高的拓扑结构）

优点：其特点为维护管理容易，重新配置灵话， 故障保离和检测容易；网络延迟时间短。

缺点：各结点与中央交换单元直接连通，各结点之间通信必须经过中央单元转换；网络共享能力差；线路利用率低，中央单元负荷重。

6.混合型拓扑 ---- 多环型拓扑

优点：可以对网络的基本拓扑取长补短。

缺点：网络配置挂包那里难度大，结构复杂。

五、IP(互联网协议)

互联网协议：

使用地址 ---- IP地址(逻辑地址) ----> 临时使用，在某个范围内使用的地址

IPV4地址：

由32位二进制构成，存在网络位和主机位的区分。

网络位用于标识所在的范围，选用点分十进制表示。为了方便观看采用8位一分形式。

二进制形式：

00000000 0 00000001 1 (20)

00000010 2 (21) 00000100 4 (22)

00001000 8 (23) 00010000 16 (24)

00100000 32 (25) 01000000 64 (26)

10000000 128 (27) 11111111 255 (全部加起来)

例：将IP地址 192.168.2.1 转为二进制表示

----> 11000000.10101000.00000010.00000001

子网掩码：

通过连续的1和连续的0构成，连续的1所在位置即为网络位，连续的0即为主机位。

在网段中，“/”后面的数字表示对应子网掩码1的个数，即网络位数。

如：192.168.1.0/24

例：将 255.255.255.0 转为二进制表示

---> 11111111.11111111.11111111.00000000

ARP协议(地址解析协议)：

ARP：通过一个地址找到另一个地址，是个双向协议。

过程：源IP/MAC ---- 出去，目标 ---- 全F(16进制) ----> 广播发送

广播域：泛洪区域

ARP缓存表老化时间：180s

免费ARP：无故ARP

作用：

1. 验证IP是否冲突

2. 更换物理网卡

路由器工作原理：

PC端在访问其他设备时，会先基于目标IP地址判断对端设备与自己是否存在于同一个广播域。

若在同一个范围，通过ARP广播获取 MAC 随后单播通讯即可；若不在同一个范围，则需要封装目标MAC地址为本地网关MAC地址，将数据发送至路由器处，由路由器代为转发。

六、地址分类：

1.IPV6地址：

由128位二进制构成，冒分十六进制标识。

2.IPV4地址：

由32位二进制构成，点分十进制标识，使用子网掩码进行网络位和主机位的区分，存在5类地址：

ABC类：为单播地址 ---- 既可以当作源IP使用，也可以当作目标IP使用，每一个单播地址都标识着一个唯一的节点；只有单播地址可以作为源IP。

D类：为组播地址 ---- 只能作为目标IP使用

E类：为保留地址......

3.基于IP地址的第一个8位进行分类：

A类：1-126 前8位为网络位

地址子网掩码：255.0.0.0

B类：128-191 前16位为网络位

地址子网掩码：255.255.0.0

C类：192-223 前24位为网络位

地址子网掩码：255.255.255.0

D类：224-239 不分网络位和主机位

E类：240-255

4.特殊地址(主机不可用)：

1）127（环回地址）127.0.0.1 ~ 127.255.255.255

用作排错历程分析

2）255.255.255.255 （受限广播地址）

3）主机位全0（网段）

例：192.168.1.0 或 192.168.1.0/24 255.255.255.0

不是单播地址，不能被设置为IP地址，它代表一个网段/网络号。

4）主机位全1

例：192.168.1.255 或 192.168.1.255/24

不是单播地址，不能被设置为IP地址，它叫做直接广播地址

5）0.0.0.0

代表没有地址或者代表所有地址

6）169.254.0.0/16（本地链路地址/自动私有地址）

七、VLSM(可变长子网掩码)----子网划分/拆分

主机范围：主机位全0 ~ 主机位全1（网段即全0）

要借的网络位数：看划分的子网数是2的多少次方，并且从对应掩码第一个0开始借

判断一个网段中的主机数：

例：192.168.1.0/24

二进制展开：11000000.10101000.00000001.00000000

子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000

向主机位借一位当作网络位(注意网络位要加一即/25)：

128 64 32 16 8 4 2 1

11000000.10101000.00000001. 0 0000000

192.168.1.0/25 192.168.1.0/25 ~~ 192.168.1.127/25 共128个

11000000.10101000.00000001. 1 0000000

192.168.1.128/25 192.168.1.0/25 ~~ 192.168.1.255/25 共128个

问一：将 192.168.2.0/24 划分为4个子网 256个

二进制展开：11000000.10101000.00000010. 00 000000

子网掩码： 11111111.11111111.11111111.00000000

向主机位借两位(注意网络位要加二即/26)： 子网

11000000.10101000.00000010. 00 000000 192.168.2.0/26

192.168.2.0/26 ~~ 192.168.2.63/26(剩下6位全1为63) 共64个

11000000.10101000.00000010. 01 000000 192.168.2.64/26

192.168.2.64/26 ~~ 192.168.2.127/26(从64开始加剩余位全1为127) 共64个

11000000.10101000.00000010. 10 000000 192.168.2.128/26

192.168.2.128/26 ~~ 192.168.2.191/26 共64个

11000000.10101000.00000010. 11 000000 192.168.2.192/26

192.168.2.192/26 ~~ 192.168.2.255/26 共64个

问二：将 172.16.0.0/15 划分为4个网段，并写出每个子网的可用主机范围

注意：全0和全1为特殊地址，主机不可用，所以对应范围要±1，即全0加1位，全1减1位。

128 64 32 16 8 4 2 1

二进制展开：10101100.00010000.00000000.00000000

简单表示为： 172.0001000 0.0 0000000.00000000

子网掩码（网络位=15）：11111111.1111111 0.0 0000000.00000000

向主机位借两位(注意网络位数要加二即/17)： 子网

172.0001000 0.0 0000000.00000000 172.16.0.0/17

范围：172.16.0.0/17 ~~ 172.16.127.255/17 可用主机范围：172.16.0.1/17 ~~ 172.16.127.254/17

172.0001000 0.1 0000000.00000000 172.16.128.0/17

范围：172.16.128.0/17 ~~ 172.16.255.255/17 可用主机范围：172.16.128.1/17 ~~ 172.16.255.254/17

172.0001000 1.0 0000000.00000000 172.17.0.0/17

范围：172.17.0.0/17 ~~ 172.17.127.255/17 可用主机范围：172.17.0.1/17 ~~ 172.17.127.254/17

172.0001000 1.1 0000000.00000000 172.17.128.0/17

范围：172.17.128.0/17 ~~ 172.17.255.255/17 可用主机范围：172.17.128.1/17 ~~ 172.17.255.254/17

八、CIDR(无类域间路由) ---- 子网合并/汇合

取相同位，去不同位

解释：去掉的不同位当 0 处理，取到的相同位即为合并后的网络位。

例：将以下四个子网进行合并

192.168.0.0/24 展开：192.168.000000 00.00000000

192.168.1.0/24 展开：192.168.000000 01.00000000

192.168.2.0/24 展开：192.168.000000 10.00000000

192.168.3.0/24 展开：192.168.000000 11.00000000

合并：192.168.0.0/22 （前22位二进制数相同）