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计算机网络安全教程重点内容：TCP/IP参考模型数据在各层协议间的流动链路层协议基本概念网络层协议基本概念传输层协议基本概念应用层协议基本概念PDU、MTU、分片的概念第1章网络协议基础计算机网络安全教程一、网络体系结构如何分层：是指该协议体系中，共分为几个层次，每个层次的名称、功能分别是什么。例如，OSI七层参考模型，包含物理层、链路层等七个层次，而TCP/IP体系结构则分为链路层、网络层、传输层、应用层四个层次。1、网络体系结构的含义各层协议：对等层间进行数据交换等通信动作时，所遵循的规范，则称为网络体系结构的各层协议。层间接口：描述的是同一对象内不同网络层次间进行数据交换时所遵循的规范。计算机网络安全教程一、网络体系结构OSI（OpenSystemInterconnection）开放系统互联参考模型把网络分为七个层次。从下往上，依次称为第一层、第二层，直至第七层。其中物理层、链路层、网络层通常用于数据在网络中的传递，构成整个网络的通信子网。组成资源子网的各类主机，不仅包含第一至第三层协议，还涵盖第三层以上用于保障数据正确传输、实现多种多样网络应用功能的各层协议。2、OSI参考模型计算机网络安全教程一、网络体系结构TCP/IP参考模型分为链路层、网络层、传输层、应用层四个层次。TCP/IP参考模型和OSI七层模型的对应关系如下图。TCP/IP模型简化了OSI模型，这也是TCP/IP成为当前网络协议的事实标准的主要原因。事实上，OSI模型作为国际标准化组织制定的一种网络理论体系结构，从未被真正意义上的产品实现过。3、TCP/IP参考模型计算机网络安全教程一、网络体系结构数据发送过程中，数据由高层流向低层，数据被逐层添加头部信息，到达物理层时，原始应用程序数据已经被加入了应用层头部、传输层头部、网络层头部、链路层头部，并在数据尾部加入了链路层尾部信息，这个过程称为数据封装。数据到达目的地后，数据流向则变为由低层流向高层，此时，数据每上高层流动一层，则被去掉该层的头部信息。3、TCP/IP参考模型计算机网络安全教程二、链路层协议以太网，是局域网的一种。以太网是采用CSMA/CD媒体访问控制协议的一种局域网类型，由一系列IEEE802协议所规范。典型的其它局域网还有令牌环网、FDDI网、ATM网。1、以太网的概念计算机网络安全教程二、链路层协议以太网采用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection），意味着按照如下方式来访问共享的信道。MultipleAccess，即多路访问，表明多台主机连接到同一总线上，即多主机共享信道，不能同时发送数据。CarrierSense，载波监听，意指在主机发送数据前，需要先检测总线上是否有其它主机正在发送，如有,则暂时不发送，以免发生冲突（Colission）。1、以太网的概念计算机网络安全教程二、链路层协议链路层发送、接收的数据单位，称为帧（Frame）。以太网的帧结构如下图，长度单位是字节。图中的目的地址、源地址、类型字段，即为链路层的头部信息。校验字段，即为链路层的尾部信息。数据字段，是链路层所运载的高层协议的数据，称为链路层的有效载荷（Payload）。传统以太网最短的帧长度为18＋46＝64字节，最大的帧长度为18＋1500＝1518字节。1、以太网的概念计算机网络安全教程二、链路层协议Windows系统中，使用ifconfig命令来查看网卡的MAC地址。在命令行模式中输入“ipconfig/all”命令并回车。1、以太网的概念计算机网络安全教程二、链路层协议令牌环网的线路由一个环形总线组成。总线空闲时，有一个令牌绕环运行，所有主机只有获得令牌后才能发送数据。获得令牌的主机，在发送数据前，先删除令牌，发出一份数据后，该主机则产生一个新的令牌。令牌环协议的工作原理决定了在这种网络中，不会产生冲突，网络上的所有主机享有均等的发送数据的机会。在通信负载很重的情况下，信道利用率接近100％。2、令牌环网计算机网络安全教程三、网络层协议作为网络层的主要功能，编址和寻址的功能在TCP/IP体系中都是以IP地址来体现的。链路层的物理地址，只能实现单一局域网内不同主机的区分与定位。要实现跨局域网乃至整个Internet范围的主机定位，则必须使用网络层的IP地址。1、网络层主要功能计算机网络安全教程三、网络层协议IP地址是一个32比特的数字。通常按每8位一个字节的方式，用4个十进制数以“.”号隔开，称为IP地址“点分十进制”表示法。例如，家庭上网所使用的宽带路由器，默认的IP地址通常是“192.168.1.1”。2、IP地址计算机网络安全教程三、网络层协议A类IP地址的网络号部分最高位固定位0。B类IP地址的网络号部分最高位固定位10。C类IP地址的网络号部分最高位固定位110。3、A、B、C三类IP地址计算机网络安全教程三、网络层协议A类IP地址的网络号部分最高位固定位0。B类IP地址的网络号部分最高位固定位10。C类IP地址的网络号部分最高位固定位110。3、A、B、C三类IP地址计算机网络安全教程三、网络层协议ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）的目的：根据目的地的IP地址，得到目的地的物理地址（我们以MAC地址为主）。在Windows/Unix/Linux操作系统中，查看ARP表项的命令如下图：4、ARP协议计算机网络安全教程四、传输层协议网络层实现的是主机端到端的传输能力。网络层编址、寻址（即路由）功能，数据能从一台主机到达网络中任意其它主机，单数据到达目的主机后，由目的主机的哪个应用程序来处理，则不是网络层协议所能解决的。传输层提供的是应用程序端到端的传输能力。网络数据的发送、接收，最终都必须由特定的应用程序来完成，因此，必须引用新的机制，来实现网络数据与应用程序的关联，这就是传输层的端口（Port）所要做的。1、传输层功能计算机网络安全教程四、传输层协议端口，是一个16比特的数字，端口号的最小值为0，最大值为65535。0～1023，称为熟知端口（Well-KnownPort），熟知端口通常用于关联常用的网络服务。例如：80端口常用于关联Web服务，以提供网页浏览;53端口常用于关联DNS服务，以提供域名解析。注意：TCP/IP的网络层提供了两套服务－TCP和UDP，因此对应就有两套端口机制。TCP有一套端口，从0到65535；UDP也有一套端口，从0到65535。在一些需要严密表述的场合，仅指出端口号是不够的，还应当指明是TCP端口，还是UDP端口。前文所述Web服务的80端口，是指TCP的80端口，而DNS服务的53端口，通常是指UDP的53端口。2、端口的概念计算机网络安全教程四、传输层协议IP地址、端口，用“：”连接起来，称为套接字（Socket）。套接字用于描述一个网络应用程序附着点例如：“192.168.1.1：80”。查看当前操作系统中的套接字：3、套接字的概念计算机网络安全教程四、传输层协议TCP连接的建立，需要由称为“三次握手”的三个TCP报文段（TCPSegment）来实现，如下图。客户端首先打开一个用于建立连接的端口，然后向服务端的特定端口发送一个包含SYN标记（表示连接建立请求）的报文段。若服务端相应端口处于监听状态，则向客户端返回一个包含SYN和ACK标记的报文段，ACK标记表示确认客户端的连接请求。正常情况下，客户端再向服务端发送一个包含ACK标记的报文段，以通知服务端当前连接已被客户端确认。4、三次握手建立TCP连接计算机网络安全教程四、应用层协议DNS（DomainNameService，域名服务）是一种命名系统。提供由IP地址到域名，或由域名到IP地址的解析服务。网络通信最终都是以IP地址来识别不同计算机，但IP是一串数字，难于理解和记忆。DNS系统可为IP地址分配一个（或多个）易于记忆的中英文字符串，即IP地址对应的域名。1、DNS计算机网络安全教程四、应用层协议自1990年起，HTTP（HypertextTransferProtocol，超文本传输协议）就已经被应用于（WorldWideWeb，万维网）。HTTP目前依然是Internet上应用最为广泛的应用层协议。HTTP是一种请求/响应式的协议。客户机与服务器建立连接后，发送一个请求给服务器；服务器接到请求后，给予相应的响应信息。2、HTTP计算机网络安全教程四、应用层协议浏览过程中，Web浏览器是客户端程序，向Web服务程序发出浏览请求，Web服务程序根据请求内容将存放在Web服务器上的Web页面封装成HTTP协议报文的格式，返回给Web浏览器。在Web服务器上，一系列Web页面以及相关的图片、视频等其它媒体的集合，即称为Web站点。2、HTTP计算机网络安全教程四、应用层协议FTP（FileTransferProtocol，文件传输协议）是Internet上以C/S（Client/Server,客户端/服务器）方式处理文件的协议。客户端可以向服务器上传文件，也可以从服务器下载文件。FTP进行文件传输需要用到两个TCP连接，控制连接和数据连接。若数据连接是由服务器向客户端发起的TCP连接，则这种工作模式称为主动模式（ActiveMode）。若数据连接是由客户端向服务器发起的，则这种工作模式称为被动模式（PassiveMode）。3、FTP计算机网络安全教程五、相关基本概念PDU（ProtocolDataUnit，协议数据单元）是各协议层次所处理数据的基本单位，协议层次不同，PDU的称谓、格式均不相同。物理层的PDU是二进制位（Bit，又称比特）；链路层的PDU是帧（Frame）；网络层的PDU是IP数据包（Packet）；传输层的PDU是报文段（Segment）；应用层的PDU是报文（Message）。1、PDU计算机网络安全教程五、相关基本概念以太网帧的有效载荷数据区最多能包含1500字节，称为MTU（MaximumTransferUnit，最大传输单元）。由于上一层的PDU－IP数据包整个都被封装在链路层帧的数据区，因而单个IP数据包的最大长度即为1500字节。IP数据包分为头部和有效载荷数据区，头部长度为20字节，故IP数据包的数据区最大长度为1500－20＝1480字节。若网络层有超出1480字节的数据需要发送，则需要将数据以1480为单位，分为多个IP数据包发送，这个过程称为IP数据包分片（Fragmenting）2、MTU、分片