專題一 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

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1、第第1章章OSI/RM模型與模型與TCP/IP協(xié)議體系協(xié)議體系 11 基本概念u網(wǎng)絡(luò)中的計算機與計算機之間要想正確的傳送信息和數(shù)據(jù)，必須在數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞?、?shù)據(jù)的格式及內(nèi)容等方面有一個約定或規(guī)則，這種約定或規(guī)則稱為協(xié)議。 u實體：能發(fā)送和接受信息的任何東西u協(xié)議：兩個實體間控制數(shù)據(jù)交換的規(guī)則集合。語法：規(guī)定通信雙方“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式。語義：規(guī)定通信雙方“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型。同步：包括速度匹配、排序和擁塞控制等，即有關(guān)事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 1.2 OSI/RM參考模型vISO標(biāo)準(zhǔn)ISO：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，專門就一些國際標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成世界范圍的一致。OSI：Open Syste

2、m Interconnection，開放系統(tǒng)互連RM：Reference Model，參考模型v目的使兩個不同的系統(tǒng)能夠通信，而不需要改變底層的硬件或軟件邏輯12 OSI/RM參考模型 OSI/RM的形成 。 OSI規(guī)定了可以互聯(lián)的計算機系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，遵從OSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品都是所謂的開發(fā)系統(tǒng)，也就是意味著可以與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行互聯(lián) OSI/RM層次結(jié)構(gòu)1網(wǎng)絡(luò)分層的必要性網(wǎng)絡(luò)分層的必要性 2OSI/RM的層次結(jié)構(gòu) 7OSI各層功能向用戶提供接口和服務(wù)信息轉(zhuǎn)換，包括信息壓縮、加密、與標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換建立、管理、中止會話提供進程間通信機制和保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽柯酚蛇x擇、流量控制、網(wǎng)絡(luò)互連幀定

3、位、檢錯、糾錯、流量控制、介質(zhì)訪問控制物理介質(zhì)、機械、電氣接口OSI/RM的層次結(jié)構(gòu) 記憶方法： All People Seem To Need Data Processor Application Pressentation Session Transport Network Datalink Physical3OSI/RM的數(shù)據(jù)封裝拆封 4OSI/RM各層的功能各層的功能 v物理層(Physical Layer)是參考模型的最低層。該層是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連接不同結(jié)點的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。主要功能是：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸并監(jiān)控數(shù)據(jù)出錯率，以便數(shù)據(jù)流

4、的透明傳輸。v數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)是參考模型的第2層。主要功能是：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。v網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)是參考模型的第3層。主要功能是：為數(shù)據(jù)在結(jié)點之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂?，以及實現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。v傳輸層(Transport Layer)是參考模型的第4層。主要功能是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，處理數(shù)據(jù)包錯誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵

5、傳輸問題。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因此，它是計算機通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。v會話層(Session Layer)是參考模型的第5層。主要功能是：負(fù)責(zé)維護兩個結(jié)點之間的傳輸鏈接，以便確保點到點傳輸不中斷，以及管理數(shù)據(jù)交換等功能。v表示層(Presentation Layer)是參考模型的第6層。主要功能是：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。v應(yīng)用層(Application Layer)是參考模型的最高層。主要功能是：面向用戶為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件與其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。1.2

6、 TCP/IP協(xié)議體系 vTCP/IP是用于計算機通信的一組協(xié)議，我們通常又稱它為TCP/IP協(xié)議族。它是70年代中期美國國防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以它為基礎(chǔ)組建的INTERNET是目前國際上規(guī)模最大的計算機網(wǎng)絡(luò)，正因為INTERNET的廣泛使用，使得TCP/IP成了事實上的標(biāo)準(zhǔn)。 1.2.1 TCP/IP協(xié)議體系的層次結(jié)構(gòu) 1.2.2 TCP/IP協(xié)議體系的協(xié)議分布 all over IP和IP over all 1.2.3 TCP/IP協(xié)議體系的數(shù)據(jù)封裝拆封 幾種常見的數(shù)據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和信息單元名稱 1.3 IP協(xié)議 1.3.1 IP協(xié)議及特點 IP協(xié)議是TC

7、P/IP協(xié)議體系中最核心的協(xié)議，它提供不可靠、無連接的服務(wù)，也即依賴其他層的協(xié)議進行差錯控制。 IP協(xié)議是一個面向無連接不可靠的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，具體表現(xiàn)在： v不保證源主機發(fā)送出來的IP數(shù)據(jù)包一定無差錯地交付到目的主機。v不保證源主機發(fā)送出來的IP數(shù)據(jù)包都在某一規(guī)定的時間內(nèi)交付到目的主機。v不保證源主機發(fā)送出來的IP數(shù)據(jù)包一定按發(fā)送時的順序交付到目的主機。v不保證源主機發(fā)送出來的IP數(shù)據(jù)包不會重復(fù)交付到目的主機。v不故意丟棄IP數(shù)據(jù)包。丟棄IP數(shù)據(jù)包的情況主要是：路由器檢測出首部校驗和有錯誤；TTL為零；或由于網(wǎng)絡(luò)中通信量過大，路由器或目的主機中的緩存已無空閑空間。IP首部結(jié)構(gòu)IP首部結(jié)構(gòu)首部長度

8、：以4B為單位，最大60B服務(wù)類型：3bit優(yōu)先權(quán)，4bit tos字段，1bit未使用但必須置為 0。 tos分別為：最小時延，最大吞吐量，最高可靠性，最小費用總長度：整個ip數(shù)據(jù)報的長度。以字節(jié)為單位標(biāo)志：一位保留，一位DF，一位MF協(xié)議：上一層協(xié)議，icmp=1,igmp=2,tcp=6,udp=17校驗和：頭部16bit為一組，反碼求和，結(jié)果存在校驗和處 。思考：什么是寬松源路由？什么是嚴(yán)格源路由？1.3.2 IP地址與子網(wǎng)掩碼 vIP地址由網(wǎng)絡(luò)號(網(wǎng)絡(luò)ID)和主機號(主機ID)兩個部分組成。v網(wǎng)絡(luò)號用來標(biāo)識internet中的一個特定網(wǎng)絡(luò)，而主機號則用來表示該網(wǎng)絡(luò)中的某臺主機，而子網(wǎng)

9、掩碼就是用來標(biāo)示IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)號，哪些位是主機號。 網(wǎng)絡(luò)ID、主機ID示例1IP地址的分類 2特殊的IP地址 v網(wǎng)絡(luò)地址：網(wǎng)絡(luò)地址包含了一個有效的網(wǎng)絡(luò)號和一個全“0”的主機號。例如，地址113.0.0.0，子網(wǎng)掩碼為255.0.0.0，就表示該網(wǎng)絡(luò)是一個A類網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址，而一個具有IP地址為202.100.100.2、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0的主機所處的網(wǎng)絡(luò)地址為202.100.100.0，它是一個C類網(wǎng)絡(luò)，其主機號為2。v廣播地址：當(dāng)一個設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生了廣播。為了使網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備能夠注意到這樣一個廣播，必須使用一個可進行識別和偵聽的IP地址。通

10、常，這樣的IP地址以全“1”結(jié)尾。IP廣播有兩種形式，一種叫直接廣播，另一種叫有限廣播。v回送地址：又稱為環(huán)回地址（loopback地址），A類網(wǎng)絡(luò)地址127.0.0.0是一個保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機器進程間通信。無論什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件不進行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸，立即將之返回。因此，含有網(wǎng)絡(luò)號127的數(shù)據(jù)報不可能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上。v私有地址：又稱為專用網(wǎng)絡(luò)地址、內(nèi)部地址，地址范圍為10.0.0.010.255.255.255，172.16.0.0172.31.255.255，192.168.0.0192.168.255.255都屬于私有地址，這些地址被大量用于企業(yè)

11、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，都是可以隨意使用的IP地址，而不需要向IP地址分配機構(gòu)進行申請和付費。這也在一定程度上解決了IP地址不夠分配的問題，使用私有地址的私有網(wǎng)絡(luò)在接入Internet時，要使用地址翻譯 (NAT)，將私有地址翻譯成公用合法地址，在Internet上，這類私有IP地址是不能出現(xiàn)的。3子網(wǎng)劃分v當(dāng)一個組織申請了一段IP地址后，可能需要對IP地址進行進一步的子網(wǎng)劃分。例如，某個規(guī)模較大的公司申請了一個B類IP地址166.133.0.0，如果采用B類標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼255.255.0.0而不進一步劃分子網(wǎng)，那么166.133.0.0網(wǎng)絡(luò)中的所有主機（最多共65534臺）都將處于同一個直接廣播范圍內(nèi)或

12、有限廣播范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)中充斥的大量廣播數(shù)據(jù)包將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)最終不可用。v解決方案是進行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分。非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分的策略是借用主機號的一部分充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)號。具體方法是采用新的、非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼，而不采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼。 C類網(wǎng)絡(luò)進行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分示例 B類網(wǎng)絡(luò)進行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分示例 4VLSMvVLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長子網(wǎng)掩碼），規(guī)定了如何在一個進行了子網(wǎng)劃分的網(wǎng)絡(luò)中的不同部分使用不同的子網(wǎng)掩碼。這對于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同網(wǎng)段需要不同大小子網(wǎng)的情形來說非常有效。vVLSM實際上是一種多級子網(wǎng)劃分技術(shù)。 VLSM 示例5CIDRv在分配IP地址段時也不再按照有類

13、網(wǎng)絡(luò)地址的類別進行分配，而是將IP網(wǎng)絡(luò)地址空間看成是一個整體，并劃分成連續(xù)的地址塊。 vCIDR可以用來做IP地址匯總（或稱超網(wǎng)、子網(wǎng)匯聚）。在未作地址匯總之前，路由器需要對外申明所有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)IP地址空間段。 CIDR 示例6IPV6vIPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長度為32，即有232-1個地址；而IPv6中IP地址的長度為128，即有2128-1個地址。vIPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的表目項數(shù)量，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包

14、的速度。vIPv6增加了增強的組播（Multicast）支持以及對流的支持（Flow Control），這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長足發(fā)展的機會，為服務(wù)質(zhì)量（QOS，Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺。vIPv6加入了對自動配置（Auto Configuration）的支持。這是對DHCP協(xié)議的改進和擴展，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。vIPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進行加密并對IP報文進行校驗，極大的增強了網(wǎng)絡(luò)的安全性。1.5 ARP協(xié)議和ICMP協(xié)議 1.5.1 ARP協(xié)議 1ARP協(xié)議簡介 ARP協(xié)議是“

15、Address Resolution Protocol”（地址解析協(xié)議）的縮寫。所謂“地址解析”就是主機在發(fā)送幀前需要將目的IP地址轉(zhuǎn)換成目的MAC地址的過程。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目的計算機的IP地址，查詢目的計算機的MAC地址，以保證通信的順利進行。 2ARP工作過程 3ARP報文格式 4ARP緩沖區(qū) ARP命令vMAC地址綁定 arp svArp 緩存清空 arp dv arp 緩存查看 arp -a1.5.2 ICMP協(xié)議 1ICMP協(xié)議簡介 vIP協(xié)議是一種不可靠的協(xié)議，無法進行差錯控制。但I(xiàn)P協(xié)議可以借助其他協(xié)議來實現(xiàn)這一功能，如ICMP（Internet Control M

16、essages Protocol，網(wǎng)間控制報文協(xié)議）。vICMP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議集中的一個子協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要用于在主機與路由器之間傳遞控制信息，控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通、主機是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù)，但是對于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用。當(dāng)遇到IP數(shù)據(jù)包無法訪問目標(biāo)、IP路由器無法按當(dāng)前的傳輸速率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時，會自動發(fā)送ICMP消息。 ICMP協(xié)議類型：兩大類：差錯報告和查詢 目的站不可達(dá)： 源站抑制： 時間超過：代碼0由路由器使用，應(yīng)用如tracert程序;代碼1由主機使用 ，主機收到第一個分片時啟動計時器，規(guī)定時間未收到所

17、有分片，丟棄 分片，向源發(fā)送時間超過報文 參數(shù)問題： 改變路由：路由重定向 注：改變路由報文與其他報文不同，此情況不丟棄數(shù)據(jù)報怎樣避免路由重定向？2ICMP報文格式 3常見的ICMP報文 l響應(yīng)請求 l目標(biāo)不可到達(dá)、源抑制和超時報文l時間戳1.4 TCP協(xié)議和UDP協(xié)議 1.4.1 TCP協(xié)議 傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，該協(xié)議主要用于在主機間建立一個虛擬連接，以實現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)包交換。 1TCP段頭結(jié)構(gòu)及特點 源端口和目的端口TCP段頭結(jié)構(gòu)端口：065535，主要分為三類1）公認(rèn)端口

18、（Well Known Ports）：0到1023，它們緊密綁定于一些服務(wù)。通常這些端口的通訊明確表明了某種服務(wù)的協(xié)議。 例如：80端口實際上總是HTTP通訊。 2）注冊端口（Registered Ports）：1024到49151。它們松散地綁定于一些服務(wù)。也就是說有許多服務(wù)綁定于這些端口，這些端口同樣用于許多其它目的。例如：許多系統(tǒng)處 理動態(tài)端口從1024左右開始。 3）動態(tài)和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：49152到65535。理論上，不應(yīng)為服務(wù)分配這些端口。實際上，機器通常從1024起分配動態(tài)端口。TCP段頭結(jié)構(gòu)序號字段占4字節(jié)。TCP連接中

19、傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都編上一個序號。序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 確認(rèn)號字段占4字節(jié)，是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的一個字節(jié)的序號。 數(shù)據(jù)偏移占4bit，它指出TCP報文段的數(shù)據(jù)起始處距離 CP報文段的起始處有多遠(yuǎn)。“數(shù)據(jù)偏移”的單位不是字節(jié)而是32bit字（4字節(jié)為計算單位）。 窗口字段占2字節(jié)。窗口字段用來控制對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對方以確定對方的發(fā)送窗口的上限。 檢驗和占2字節(jié)。檢驗和字段檢驗的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計算檢驗和時，要在TCP報文段的前面加上12

20、字節(jié)的偽首部。 緊急指針字段占16bit。緊急指針指出在本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號。 TCP段頭結(jié)構(gòu)v選項字段長度可變。TCP首部可以有多達(dá)40字節(jié)的可選信息，用于把附加信息傳遞給終點，或用來對齊其它選項保留字段占6bit，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。 緊急比特URG當(dāng)URG1時，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送(相當(dāng)于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù))。 確認(rèn)比特ACK只有當(dāng)ACK1時確認(rèn)號字段才有效。當(dāng)ACK0時，確認(rèn)號無效。 復(fù)位比特RST(Reset) 當(dāng)RST1時，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯（如由于主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運

21、輸連接。 同步比特SYN同步比特SYN置為1，就表示這是一個連接請求或連接接受報文。終止比特FIN(FINal)用來釋放一個連接。當(dāng)FIN1時，表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。 2TCP連接的三次握手與釋放的四次揮手 TCP的安全端口掃描原理：u全TCP連接u半打開方式uFIN掃描TCP漏洞利用u SYN Floodu LandTCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換uTcp的狀態(tài)有：uClosed 無連接uListen 等待從客戶來的呼叫uSyn-sent 連接請求已發(fā)送，等待確認(rèn)uSyn-rcvd 連接請求已收到uEstablished 連接已建立TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換uFin-wait-1 應(yīng)用程序已請求關(guān)閉該連接uFin-wait-2 另一端已接受關(guān)閉該連接uClosing 兩端已決定同時關(guān)閉連接uTime-wait 等待已重傳的報文段消失uClose-wait 服務(wù)器等待應(yīng)用程序關(guān)閉連接uLast-ack 服務(wù)器等待最后一個確認(rèn)查看狀態(tài)：netstat1.4.2 UDP 協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）是TCP/IP協(xié)議體系中一種無連接傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)。