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认识网络的基本知识

2013年08月19日 ⁄ 综合 ⁄ 共 7130字 ⁄ 字号 评论关闭

1、OSI(Open System Interconnection)

开放式系统互联参考模型 。是一个逻辑上的定义,一个规范,它把网络协议从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备,比如常规的路由器是三层交换设备,常规的交换机是二层交换设备。OSI七层模型是一种框架性的设计方法
,建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题,其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来,通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。

1.物理层:主要定义物理设备标准,如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0,也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。
2.数据链路层:定义了如何让格式化数据以进行传输,以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正,以确保数据的可靠传输
3.网络层:在位于不同地理位置的网络中的两个主机系统之间提供连接和路径选择。Internet的发展使得从世界各站点访问信息的用户数大大增加,而网络层正是管理这种连接的层。
4.传输层:定义了一些传输数据的协议和端口号(WWW端口80等),如:TCP(传输控制协议,传输效率低,可靠性强,用于传输可靠性要求高,数据量大的数据),UDP(用户数据报协议,与TCP特性恰恰相反,用于传输可靠性要求不高,数据量小的数据,如QQ聊天数据就是通过这种方式传输的)。
主要是将从下层接收的数据进行分段和传输,到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。
5.会话层:通过传输层(端口号:传输端口与接收端口)建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求(设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名)。
6.表示层:可确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取。例如,PC程序与另一台计算机进行通信,其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码(EBCDIC),而另一台则使用美国信息交换标准码(ASCII)来表示相同的字符。如有必要,表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。
7.应用层:是最靠近用户的OSI层。这一层为用户的应用程序(例如电子邮件文件传输终端仿真)提供网络服务。

2、数据封装与解封

3、协议参考模型

Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写,中译名为传输控制协议/因特网互联协议,又名网络通讯协议,是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP
定义了电子设备如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。通俗而言:TCP负责发现传输的问题,一有问题就发出信号,要求重新传输,直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。

从协议分层模型方面来讲,TCP/IP由四个层次组成:网络接口层网络层传输层应用层

TCP/IP结构对应OSI
OSI中的层
功能 TCP/IP协议族
应用层 文件传输,电子邮件,文件服务,虚拟终端 TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等
表示层 翻译、加密、压缩 没有协议
会话层 对话控制、建立同步点(续传) 没有协议
传输层 端口寻址、分段重组、流量、差错控制 TCP,UDP
网络层 逻辑寻址、路由选择 IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP,RIP,ARP,RARP
数据链路层 成帧、物理寻址、流量,差错,接入控制 SLIP,CSLIP,PPP,MTU
物理层 设置网络拓扑结构、比特传输、位同步 ISO2110,IEEE802,IEEE802.2
注意tcp本身不具有数据传输中噪音导致的错误检测功能,但是实现超时的错误重传功能;

网络接口层

物理层是定义物理介质的各种特性:
TCP/IP结构对应OSI
TCP/IP
OSI
应用层
应用层
表示层
会话层
主机到主机层(TCP)(又称传输层)
网络层(IP)(又称互联层)
网络接口层(又称链路层)
数据链路层
物理层
2、电子特性;
4、规程特性。
数据链路层是负责接收IP数据包并通过网络发送,或者从网络上接收物理,抽出IP数据包,交给IP层。
常见的接口层协议有:
Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25Frame relayHDLC、PPP
ATM等。

网络层

负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。
  1. 处理来自传输层的分组发送请求,收到请求后,将分组装入IP数据报,填充报头,选择去往信宿机的路径,然后将数据报发往适当的网络接口。
  2. 处理输入数据报:首先检查其合法性,然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机,则去掉报头,将剩下部分交给适当的传输协议;假如该数据报尚未到达信宿,则转发该数据报。
  3. 处理路径、流控、拥塞等问题。
网络层包括:IP(Internet Protocol)协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)
控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol)地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向地址转换协议。
IP是网络层的核心,通过路由选择将下一条IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。
ICMP是网络层的补充,可以回送报文。用来检测网络是否通畅。
Ping命令就是发送ICMP的echo包,通过回送的echo relay进行网络测试。
ARP是正向地址解析协议,通过已知的IP,寻找对应主机的MAC地址
RARP是反向地址解析协议,通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站还有DHCP服务。

传输层

提供应用程序间的通信。其功能包括:一、格式化信息流;二、提供可靠传输。为实现后者,传输层协议规定接收端必须发回确认,并且假如分组丢失,必须重新发送,即耳熟能详的“三次握手”过程,从而提供可靠的数据传输。
传输层协议主要是:传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol)。

应用层

向用户提供一组常用的应用程序,比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。
应用层协议主要包括如下几个:FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。
FTP(File Transfer Protocol)是文件传输协议,一般上传下载用FTP服务,数据端口是20H,控制端口是21H。
Telnet服务是用户远程登录服务,使用23H端口,使用明码传送,保密性差、简单方便。
DNS(Domain Name Service)是域名解析服务,提供域名到IP地址之间的转换,使用端口53。
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议,用来控制信件的发送、中转,使用端口25。
NFS(Network File System)是网络文件系统,用于网络中不同主机间的文件共享。
HTTP(Hypertext Transfer Protocol)是超文本传输协议,用于实现互联网中的WWW服务,使用端口80。
总结
OSI中的层
功能
TCP/IP协议族
应用层
文件传输,电子邮件,文件服务,虚拟终端
TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等
表示层
数据格式化,代码转换,数据加密
没有协议
会话层
解除或建立与别的接点的联系
没有协议
传输层
提供端对端的接口
TCP,UDP
网络层
数据包选择路由
IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP,RIP,ARP,RARP
数据链路层
传输有地址的帧以及错误检测功能
SLIP,CSLIP,PPP,MTU
物理层
以二进制数据形式在物理媒体上传输数据
ISO2110,IEEE802,IEEE802.2
网络层中的协议主要有IP,ICMP,IGMP等,由于它包含了IP协议模块,所以它是所有基于TCP/IP协议网络的核心。在网络层中,IP模块完成大部分功能。ICMP和IGMP以及其他支持IP的协议帮助IP完成特定的任务,如传输差错控制信息以及主机/路由器之间的控制电文等。网络层掌管着网络中主机间的信息传输。
传输层上的主要协议是TCP和UDP。正如网络层控制着主机之间的数据传递,传输层控制着那些将要进入网络层的数据。两个协议就是它管理这些数据的两种方式:TCP是一个基于连接的协议;UDP则是面向无连接服务的管理方式的协议。

IP

IP层接收由更低层(网络接口层例如以太网设备驱动程序)发来的数据包,并把该数据包发送到更高层---TCP或UDP层;相反,IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的,因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。

高层的TCP和UDP服务在接收数据包时,通常假设包中的源地址是有效的。也可以这样说,IP地址形成了许多服务的认证基础,这些服务相信数据包是从一个有效的主机发送来的。IP确认包含一个选项,叫作IP source routing,可以用来指定一条源地址和目的地址之间的直接路径。对于一些TCP和UDP的服务来说,使用了该选项的IP包好像是从路径上的最后一个系统传递过来的,而不是来自于它的真实地点。这个选项是为了测试而存在的,说明了它可以被用来欺骗系统来进行平常是被禁止的连接。那么,许多依靠IP源地址做确认的服务将产生问题并且会被非法入侵。

TCP

TCP是面向连接的通信协议,通过三次握手建立连接,通讯完成时要拆除连接,由于TCP是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。
TCP提供的是一种可靠的数据流服务,采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制,所谓窗口实际表示接收能力,用以限制发送方的发送速度。
如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包,那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查,同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认,所以未按照顺序收到的包可以被排序,而损坏的包可以被重传。
TCP将它的信息送到更高层的应用程序,例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层,TCP层便将它们向下传送到IP层,设备驱动程序和物理介质,最后到接收方。
面向连接的服务(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP(发送和接收域名数据库),但使用UDP传送有关单个主机的信息。

UDP

UDP是面向无连接的通讯协议,UDP数据包括目的端口号和源端口号信息,由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。
UDP通讯时不需要接收方确认,属于不可靠的传输,可能会出丢包现象,实际应用中要求在程序员编程验证。
UDP与TCP位于同一层,但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此,UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务,UDP主要用于那些面向查询---应答的服务,例如NFS。相对于FTP或Telnet,这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP(网络时间协议)和DNS(DNS也使用TCP)。
欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易,因为UDP没有建立初始化连接(也可以称为握手)(因为在两个系统间没有虚电路),也就是说,与UDP相关的服务面临着更大的危险。

ICMP

ICMP与IP位于同一层,它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通向其他系统的更准确的路径,而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外,如果路径不可用了,ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。PING是最常用的基于ICMP的服务。

     

       ARP协议

ARP协议是“Address Resolution Protocol”(地址解析协议)的缩写。在局域网中,网络中实际传输的是“帧”,帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中,一个主机要和另一个主机进行直接通信,必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢?它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址,查询目标设备的MAC地址,以保证通信的顺利进行。

ARP协议的利用

一、交换网络的嗅探
二、IP地址冲突
三、阻止目标的数据包通过网关
四、通过ARP检测混杂模式节点

一、交换网络的嗅探
ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答。当计算机接收到ARP应答数据包的时候,就会对本地的ARP缓存进行更新,将应答中的IP和MAC地址存储在ARP缓存中。因此,在上面的假设网络中,B向A发送一个自己伪造的ARP应答,而这个应答中的数据为发送方IP地址是192.168.10.3(C的IP地址),MAC地址是DD-DD-DD-DD-DD-DD(C的MAC地址本来应该是CC-CC-CC-CC-CC-CC,这里被伪造了)。当A接收到B伪造的ARP应答,就会更新本地的ARP缓存,将本地的IP-MAC对应表更换为接收到的数据格式,由于这一切都是A的系统内核自动完成的,A可不知道被伪造了。
ARP欺骗的主要用途就是进行在交换网络中的嗅探。有关交换网络的嗅探不是本文的讨论内容。
二、IP地址冲突
我们知道,如果网络中存在相同IP地址的主机的时候,就会报告出IP地址冲突的警告。这是怎么产生的呢?
比如某主机B规定IP地址为192.168.0.1,如果它处于开机状态,那么其他机器A更
改IP地址为192.168.0.1就会造成IP地址冲突。其原理就是:主机A在连接网络(或更改IP地址)的时候就会向网络发送ARP包广播自己的IP地址,也就是freearp。如果网络中存在相同IP地址的主机B,那么B就会通过ARP来reply该地址,当A接收到这个reply后,A就会跳出IP地址冲突的警告,当然B也会有警告。
因此用ARP欺骗可以来伪造这个ARPreply,从而使目标一直遭受IP地址冲突警告的困扰。
三、阻止目标的数据包通过网关
比如在一个局域网内通过网关上网,那么连接外部的计算机上的ARP缓存中就存在网关IP-MAC对应记录。如果,该记录被更改,那么该计算机向外发送的数据包总是发送到了错误的网关硬件地址上,这样,该计算机就不能够上网了。
这里也主要是通过ARP欺骗进行的。有两种办法达到这样的目的。
1、向目标发送伪造的ARP应答数据包,其中发送方的IP地址为网关的地址,而MAC地址则为一个伪造的地址。当目标接收到该ARP包,那么就更新自身的ARP缓存。如果该欺骗一直持续下去,那么目标的网关缓存一直是一个被伪造的错误记录。当然,如果有些了解的人查看ARP-a,就知道问题所在了。
2、这种方法非常狠,欺骗网关。向网关发送伪造的ARP应答数据包,其中发送方的IP地址为目标的IP地址,而MAC地址则为一个伪造的地址。这样,网关上的目标ARP记录就是一个错误的,网关发送给目标的数据报都是使用了错误的MAC地址。这种情况下,目标能够发送数据到网关,却不能接收到网关的任何数据。同时,目标自己查看ARP-a却看不出任何问题来。
四、通过ARP检测混杂模式节点
在混杂模式中,网卡进行包过滤不同于普通模式。本来在普通模式下,只有本地地址的数据包或者广播(多播等)才会被网卡提交给系统核心,否则的话,这些数据包就直接被网卡抛弃。现在,混合模式让所有经过的数据包都传递给系统核心,然后被sniffer等程序利用。
通过特殊设计的ARP请求可以用来在一定程度上检测处于混杂模式的节点,比如对网络中的每个节点都发送MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FE的ARP请求。对于网卡来说这不是一个广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF),所以处于普通模式的节点就会直接抛弃该数据包,但是多数操作系统核心都认为这是一个广播地址,如果有一般的sniffer程序存在,并设置网卡为混杂模式,那么系统核心就会作出应答,这样就可以判断这些节点是否存在嗅探器了。
可以查看,很多基于ARP的攻击都是通过ARP欺骗实现的。至于ARP欺骗的防范,还是尽可能使用静态的ARP。对于WIN,使用arp-s来进行静态ARP的设置。当然,如果能够完全使用静态的IP+MAC对应,就更好了,因为静态的ARP缓存只是相对的。
当然,可以有一些方法来实现ARP欺骗的检测。设置一个ARP的嗅探器,其中维护着一个本地网络的IP-MAC地址的静态对应表,查看所有经过的ARP数据,并检查其中的IP-MAC对应关系,如果捕获的IP-MAC对应关系和维护的静态对应关系对应不上,那么就表明是一个欺骗的ARP数据包了。

4、数据传输过程

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