网络安全第二章PPT学习课件.ppt
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1、第二章 网络安全协议基础 1内容提要n本章介绍OSI七层网络模型nTCP/IP协议簇n介绍IP协议、TCP协议、UDP协议和ICMP协议n介绍常用的网络服务:文件传输服务、Telnet服务、电子邮件服务和Web服务n介绍常用的网络服务端口和常用的网络命令的使用2OSI参考模型 nOSI参考模型是国际标准化组织ISO(InternationalStandardsOrganization)制定的模型,把计算机与计算机之间的通信分成七个互相连接的协议层,结构如图所示。3OSI参考模型n很少有产品是完全的OSI模式,然而OSI参考模型为网络的结构提供了可行的机制。nOSI模型将通信会话需要的各种进程划
2、分成7个相对独立的层次。41、物理层(Physical Layer)n最底层是物理层,这一层负责传送比特流,它从第二层数据链路层接收数据帧,并将帧的结构和内容串行发送,即每次发送一个比特。n物理层只能看见0和1,只与电信号技术和光信号技术的物理特征相关。这些特征包括用于传输信号电流的电压、介质类型以及阻抗特征。该层的传输介质是同轴电缆、光纤、双绞线等,有时该层被称为OSI参考模型的第0层。n物理层可能受到的安全威胁是搭线窃听和监听,可以利用数据加密、数据标签加密,数据标签,流量填充等方法保护物理层的安全。52、数据链路层(Data Link Layer)nOSI参考模型的第二层称为数据链路层。
3、与其他层一样,它肩负两个责任:发送和接收数据。n还要提供数据有效传输的端到端连接。在发送方,数据链路层负责将指令、数据等包装到帧中,帧是该层的基本结构。n帧中包含足够的信息,确保数据可以安全地通过本地局域网到达目的地。63、网络层(Network Layer)n网络层(NetworkLayer)的主要功能是完成网络中主机间的报文传输。在广域网中,这包括产生从源端到目的端的路由。n当报文跨越两个或多个网络时,会产生一些问题。例如第二个网络的寻址方法可能不同于第一个网络;第二个网络也可能因为第一个网络的报文太长而无法接收;两个网络使用的协议也可能不同等。网络层必须解决这些问题,使异构网络能够互连。
4、n在单个局域网中,网络层是冗余的,因为报文是直接从一台计算机传送到另一台计算机的。74、传输层(Transport Layer)n传输层的主要功能是完成网络中不同主机上的用户进程之间可靠的数据通信。n最好的传输连接是一条无差错的、按顺序传送数据的管道,即传输层连接是真正端到端的。n识别连接的信息可以放入传输层的报文头中。85、会话层(Session Layer)n会话层允许不同机器上的用户之间建立会话关系。会话层允许进行类似传输层的普通数据的传送,在某些场合还提供了一些有用的增强型服务。n会话层提供的服务之一是管理对话控制。n会话层允许信息同时双向传输,或限制只能单向传输。如果属于后者,类似于
5、物理信道上的半双工模式,会话层将记录此时该轮到哪一方。n一种与对话控制有关的服务是令牌管理(TokenManagement)。96、表示层(Presentation Layer)n表示层完成某些特定的功能,这些功能不必由每个用户自己来实现。n表示层以下各层只关心从源端机到目标机可靠地传送比特,而表示层关心的是所传送的信息的语法和语义。n表示层服务的一个典型例子是用一种一致选定的标准方法对数据进行编码。n大多数用户程序之间并非交换随机的比特,而是交换诸如人名、日期、货币数量和发票之类的信息。这些对象是用字符串、整型数、浮点数的形式,以及由几种简单类型组成的数据结构来表示。107、应用层(Appl
6、ication Layer)n应用层包含大量人们普遍需要的协议。nFTPnTELNETnSMTPnPOP3n11TCP/IP协议簇nTCP/IP协议簇模型q和其他网络协议一样,TCP/IP有自己的参考模型用于描述各层的功能。TCP/IP协议簇参考模型和OSI参考模型的比较如图所示。12TCP/IP协议簇nTCP/IP参考模型实现了OSI模型中的所有功能。n不同之处是TCP/IP协议模型将OSI模型的部分层进行了合并。nOSI模型对层的划分更精确,而TCP/IP模型使用比较宽的层定义。13解剖TCP/IP模型nTCP/IP协议簇包括四个功能层:应用层、传输层、网络层及网络接口层。n这四层概括了相
7、对于OSI参考模型中的七层。n1、网络接口层q网络接口层包括用于物理连接、传输的所有功能。OSI模型把这一层功能分为两层:物理层和数据链路层,TCP/IP参考模型把两层合在一起。n2、网络层(Internet层)q网络层由在两个主机之间通信所必须的协议和过程组成。这意味着数据报文必须是可路由的。14解剖TCP/IP模型n3、传输层q这一层支持的功能包括:为了在网络中传输对应用数据进行分段,执行数学检查来保证所收数据的完整性,为多个应用同时传输数据多路复用数据流(传输和接收)。这意味着该层能识别特殊应用,对乱序收到的数据进行重新排序。q当前的主机到主机层包括两个协议实体:传输控制协议(TCP)和
8、用户数据报协议(UDP)。n4、应用层q应用层协议提供远程访问和资源共享。应用包括Telnet服务、FTP服务、SMTP服务和HTTP服务等,很多其他应用程序驻留并运行在此层,并且依赖于底层的功能。该层是最难保护的一层。15解剖TCP/IP模型nTCP/IP组的四层、OSI参考模型和常用协议的对应关系如图所示。16网络协议IP nIP协议已经成为世界上最重要的网际协议。nIP的功能定义在由IP头结构的数据中。IP是网络层上的主要协议,同时被TCP协议和UDP协议使用。17 IP数据报 IP数据报有两层含义:数据报有两层含义:qIP层的无连接数据报传输机制和IP层无连接服务;qIP层传输的数据单
9、元及格式。二者是密切相关的:数据报机制要通过数据报格式来体现,而数据报格式只有在数据报机制中才真正具有意义。1.数据报格式 IP数据报分为报头和数据区两部分,符合典型分组的一般格式。报头长度取32比特字长的整数倍,由IP协议处理,是IP协议的体现;数据区用于封装上层(传输层)数据。IP数据报是为实现它的无连接传输机制和IP层的无连接服务而设计的。18IP数据报04816192431版本头标长服务类型总 长标 识标志片偏移生成时间协议头标校验和信源IP地址信宿IP地址选项填充域IP数据报格式 报头数据区19抓取Ping指令发送的数据包n按照第一章Sniffer的设置抓取Ping指令发送的数据包,
10、命令执行如下图所示。35抓取Ping指令发送的数据包36抓取Ping指令发送的数据包n其实IP报头的所有属性都在报头中显示出来,可以看出实际抓取的数据报和理论上的数据报一致,分析如下图所示。37IPv4的IP地址分类nA类地址nB类地址nC类地址nD类地址nE类地址38互联网控制消息协议ICMP n通过ICMP协议,主机和路由器可以报告错误并交换相关的状态信息。在下列情况中,通常自动发送ICMP消息:qIP数据报无法访问目标。qIP路由器(网关)无法按当前的传输速率转发数据报。qIP路由器将发送主机重定向为使用更好的到达目标的路。39ICMP协议与IP协议的关系 如同其它高层协议一样,ICMP
11、也是封装在IP数据报的数据部分中传输的。包含ICMP报文的IP数据报报头协议域指出数据区内容为ICMP报文。ICMP头标ICMP数据IP数据区IP报头ICMP报文IP数据报ICMP数据的封装40ICMP协议与IP协议的关系 虽然ICMP报文由IP数据报传输,但人们并不把ICMP看作是比IP更高层的协议。事实上,ICMP的信宿总是信宿机上的IP软件,ICMP软件只是作为IP软件的一个模块而存在。IP软件一旦接收到差错或控制报文,立即交给ICMP模块处理。从这种意义上说,也可以把ICMP看作不同机器的IP软件间相互通信的机制。ICMP报文格式分为头标和数据区两部分。头标包含“类型”、“代码”和“校
12、验和”三个域。类型域(TYPE)占一个字节,以一个整数来表示报文的类型,ICMP报文格式头标格式字节 0 1 2 3 4 n类型代码校验和数据区41 ICMP报文类型 类型域ICMP报文类型0回应应答3信宿不可到达4源抑制5重定向8回应请求11数据报超时12数据报参数错13时戳请求14时戳应答17地址模请求18地址模响应42传输控制协议协议TCP nTCP是传输层协议,提供可靠的应用数据传输。nTCP在两个或多个主机之间建立面向连接的通信。nTCP支持多数据流操作,提供错误控制,甚至完成对乱序到达的报文进行重新排序。54TCP协议的头结构 n和IP一样,TCP的功能受限于其头中携带的信息。来源
13、端口(2字节)目的端口(2字节)序号(4字节)确认序号(4字节)头长度(4位)保留(6位)URGACKPSHRSTSYNFIN窗口大小(2字节)校验和(16位)紧急指针(16位)选项(可选)数据55TCP协议的头结构nTCP协议的头结构都是固定的:n(1)TCP源端口(SourcePort):16位的源端口包含初始化通信的端口号。源端口和IP地址的作用是标识报文的返回地址。n(2)TCP目的端口(DestinationPort):16位的目的端口域定义传输的目的。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。n(3)序列号(SequenceNumber):TCP连线发送方向接收方的封包顺序号
14、。n(4)确认序号(AcknowledgeNumber):接收方回发的应答顺序号。n(5)头长度(HeaderLength):以32比特为单位的段头标长度。该域是针对变长的选项域设计的。n(6)URG:是否使用紧急指针,0为不使用,1为使用。n(7)ACK:请求/应答状态。0为请求,1为应答。n(8)PSH:以最快的速度传输数据。n(9)RST:连线复位,首先断开连接,然后重建。n(10)SYN:同步连线序号,用来建立连线。n(11)FIN:结束连线。如果FIN为0是结束连线请求,FIN为1表示结束连线。n(12)窗口大小(Window):目的机使用16位的域告诉源主机,它想收到的每个TCP数
15、据段大小。n(13)校验和(CheckSum):这个校验和和IP的校验和有所不同,不仅对头数据进行校验还对封包内容校验。n(14)紧急指针(UrgentPointer):当URG为1的时候才有效。TCP的紧急方式是发送紧急数据的一种方式。56一次完整的FTP会话 n首先开启目标主机的FTP服务。57一次完整的FTP会话n启动Sniffer,然后在主机的DOS命令行下利用FTP指令连接目标主机上的FTP服务器,连接过程如图所示。58一次完整的FTP会话59一次完整的FTP会话n登录FTP的过程是一次典型的TCP连接。60传输控制协议(TCP)的特点n传输控制协议(TCP)的特点是:提供可靠的、面
16、向连接的数据报传递服务。n传输控制协议可以做到如下的六点:q确保IP数据报的成功传递。q对程序发送的大块数据进行分段和重组。q确保正确排序以及按顺序传递分段的数据。q通过计算校验和,进行传输数据的完整性检查。q根据数据是否接收成功发送消息。通过有选择的确认,也对没有收到的数据发送确认。q为必须使用可靠的基于会话的数据传输的程序提供支持,如数据库服务和电子邮件服务。61TCP协议的工作原理 nTCP提供两个网络主机之间的点对点通讯。TCP从程序中接收数据并将数据处理成字节流。n首先将字节分成段,然后对段进行编号和排序以便传输。在两个TCP主机之间交换数据之前,必须先相互建立会话。TCP会话通过三
17、次握手的完成初始化。这个过程使序号同步,并提供在两个主机之间建立虚拟连接所需的控制信息。nTCP在建立连接的时候需要三次确认,俗称“三次握手”,在断开连接的时候需要四次确认,俗称“四次挥手”。62TCP协议的三次“握手”64三次握手示意图DATA(序号=X,确认=Y)DATA(序号=X,确认=Y)第二次CR(初始序号=X)CC(初始序号=Y,确认=X)CC(初始序号=Y,确认=X)CR(初始序号=X)第一次第三次TCP协议的三次“握手”65TCP协议的三次“握手”n这个过程在FTP的会话过程中也明显的显示出来。66第一次“握手”n首先分析建立“握手”第一个过程包的结构。67第二次“握手”nSY
18、N为1,开始建立请求连接,需要对方计算机确认,对方计算机确认返回的数据包如图所示。68第三次“握手”n对方计算机返回的数据包中ACK为1并且SYN为1,说明同意连接。n这个时候需要源计算机的确认就可以建立连接了。确认数据包的结构如图所示。69TCP协议的四次“挥手”n需要断开连接的时候,TCP也需要互相确认才可以断开连接,四次交互过程如图所示。70第一次“挥手”n第一次交互过程的数据报结构。71第二次“挥手”n第一次交互中,首先发送一个FIN=1的请求,要求断开,目标主机在得到请求后发送ACK=1进行确认,如图所示。72第三次“挥手”n在确认信息发出后,就发送了一个FIN=1的包,与源主机断开
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