第四章：通信与网络安全

4.1 通信

​ 通信是数据在系统之间的电子传输，协议是归档计算机在网络上如何通信的一组规则。

4.2 开放系统互连参考模型

• OSI模型

  • 应用层 协议：SMTP/HTTP/LPD/FTP/TELNET/TFTP

  • 表示层 数据表示处理，并不考虑数据的含义，而只关心数据的格式和语法，协议：ASCII/JPG/PNG等

  • 会话层 协议

    结构化查询语言(SQL)网络基本输入输出系统(NetBIOS)远程过程调用(RPC)密码身份验证协议(PAP)点对点隧道协议(PPTP)会话层协议提供进程之间的通信通道工作模式：单工模式/半双工模式/全双工模式会话层协议控制应用程序到应用程序的通信，传输层协议控制计算机到计算机的通信

  • 传输层
    传输层提供了端对端数据传输服务，并且在两台通信计算机之间建立了一个逻辑连接

    协议传输控制协议(TCP)用户数据报协议(UDP)序列包交互(SPX)安全套接字层(SSL)

  • 网络层
    协议

    网际协议(IP)网际控制消息协议(ICMP)互联网组管理协议(IGMP)路由信息协议(RIP)开放最短路径优先协议(OSPF)网际数据包交换(IPX)边际网关协议(BGP)

  • 数据链路层

    协议地址解析协议(ARP)和逆向地址解析协议(RARP)点对点协议(PPP)串行线路网际协议(SLIP)ATM/L2TP/FDDI/以太网(802.3)和令牌环(802.5)、无线以太网(802.11)逻辑链路控制层(LLC)：负责控制数据流和检测错误，紧靠网络层介质访问控制层(MAC)：紧靠物理层

  • 物理层

    控制同步/数据传送速率/线路噪声/介质访问

  • 设备类型与OSI层

    路由器--网络层网桥和开关--数据链路层中继器--物理层

  • 多层协议
    分布式网络协议3(DNP3)，用于SCADA系统的通信协议

    控制器区域网络总线

4.3 TCP/IP模型

• TCP

  TCP：面向连接的协议 UDP：无连接协议

  ​ TCP握手中典型DoS：SYN flood ，最有效的缓解技术：SYN缓存
  ​ TCP会话劫持：TCP序列号预测，接管TCP连接

  ​ 通用端口：0~1023 注册端口：1024~49151 动态端口：49152~65535

  ​ 应用层(数据/消息)—传输层(分片/数据报文 segment/datagram)—网络层(数据包/分组)—数据链路层(帧)

• IP

  ​ 提供寻址和路由功能，IPv4 32位,IPV6 128位 mac 48位

  ​ 虚拟专用网络(VPN)提供网络层保护，MACSee提供数据链路层保护

4.4 传输类型

​ 数据传输方式
​ 数字信号：二进制值表示电脉冲，远距离传输更可靠。
​ 模拟信号：振幅和频率度量

​ 传输控制机制
​ 同步：通过由时钟脉冲启动的时间序列来同步数据传输。
​ 异步：使用开始和停止位进行通信。

​ 传输通道
​ 基带：使用整个通信通道进行传输，一次只允许传输一个信号。
​ 宽带：将一个通信通道分为若干不同且独立的通道，运载多个信号。

4.5 线缆

​ 带宽指采用的最高频率范围，数据吞吐速率值是实际通过线缆的数据流。

​ 同轴电缆，用作传输无限射频信号，比双绞线抗电磁干扰。
​ 双绞线，便宜，容易使用，最不安全的网络互联线缆
​ 光缆，传输速率高，信号传送更远，更安全，价格昂贵

​ 布线问题：噪声、衰减、串扰、线缆的阻燃率

4.6 网络互连基础
网络拓扑
环形拓扑：链路组合闭合回路
总线型拓扑：线型和树型，一根线缆跨越整个网络，线缆成为单点故障。
星型拓扑：所有节点连接到一台集中式设备，每个节点到设备都有专用链路。
网状型拓扑：每个节点都与其他节点相连，提供冗余。
介质访问技术
介质共享
令牌传递：只有拥有令牌的计算机才能将数据帧放在网线上，被令牌环和FDDI技术采用。
载波监听： CSMA/CD和CSMA/CA
轮询：主设备询问每个设备
以太网使用CSMA/CD、令牌环和FDDI使用令牌、wi-fi使用CSMA/CA、大型主机介质访问技术使用轮询
传输方法
单播：一对一
多播：一对多
广播：一对所有
网络协议和服务
地址解析协议(ARP)：ARP表中毒、RARP和BOOTP用于(无盘工作站)
动态主机配置协议(DHCP)：基于UDP的协议，DHCP snooping 窥探
网际控制消息协议(ICMP)
ping/tracetroute
攻击：数据包插入ICMP进行通信
简单网络管理协议(SNMP)
SNMP v1 v2明文嗅探 v3 加密、只读 public、读写 private，端口(161和162)

​ 域名服务(DNS)
​ 域传送同步主从DNS服务器信息
​ 缓解DNS威胁
​ 毒害DNS缓存表、HOSTS文件操纵
​ DNSSEC(DNS Security)：应用PKI和数字签名，验证消息来源。
​ 防止HOSTS文件入侵最有效技术：实施一个主机型IDS
​ 域名注册问题。域抢占和恶意抢注
​ 电子邮件服务
​ 简单邮件传输协议(SMTP)
​ 邮局协议(POP)/互联网消息访问协议(IMAP)
​ 电子邮件伪装，使用发件人策略框架(SPF)
​ 网络地址转换(NAT)
​ 透明的路由选择和地址转化，隐藏内部地址
​ 基本类型
​ 静态映射
​ 动态映射
​ 端口地址转换(PAT)
​ 路由协议
​ 动态路由和静态路由
​

​ 4.7 网络互连设备

​ 中继器
​ 工作在物理层，中继和放大电信号，转发冲突和广播信息
​ 集线器是一种多端口的中继器
​ 网桥
​ 工作在数据链路层，根据MAC地址过滤数据帧
​ 隔离冲突域，不能隔离广播域，考虑广播风暴问题
​ 路由器
​ 工作在网络层，根据IP地址过滤数据包
​ 分割冲突域和广播域
​ 交换机
​ 工作在数据链路层
​ 交换机所有端口各单独有一个冲突域，默认都在同一个广播域里，通过划分vlan可以划分不同广播域
​ vlan跳跃攻击
​ 网关
​ 应用层，翻译不同网络之间使用的不同协议
​ 电子邮件网关/语音和介质网关
​ 专用交换机(PBX)：用户公司所有的专用电话交换机

​ 防火墙
​ 用于限制从另一个网络对特定网络的访问
​ 防火墙类型
​ 包过滤防火墙：第一代防火墙，性能高/速度快
​ 状态检测防火墙：跟踪记录通讯会话
​ 代理防火墙：检查出入口流量，电路级代理(会话层，socks)和应用层代理
​ 动态包过滤防火墙：允许任何类型的流量流出，并只允许相应流量流入
​ 内核代理防火墙：第五代防火墙，基于代理的防火墙
​ 下一代防火墙：采用了基于特征的IPS引擎，云引擎

第一代：包过滤
第二代：代理：电路代理和应用代理
第三代：状态检测
第四代：动态包过滤

​ 防火墙的架构：双宿防火墙、被屏蔽主机(在路由器后面)、被屏蔽子网(两个物理防火墙创建了一个DMZ区)

​ 代理服务器
​ 转发代理、开放代理、匿名代理、和反向代理(负载均衡)

​ 蜜罐(honeypot)
​ 用于试图引诱攻击者
​ 统一威胁管理(UTM)
​ 在单一网络设备上提供多个功能，整体上识别网络安全状况
​ 内容分发网络(CDN)
​ 内容优化，抵御DDoS攻击
​ 软件定义网络(SDN)
​ 集中设备的配置和控制

​ 4.8 内联网与外联网
​ 基于web的技术
​ 4.9 城域网(MAN)
​ 用于将LAN连接到LAN，将LAN连接到WAN/互联网和其他电信电缆网

4.10 广域网(WAN)

专用链路：两个目标之间建立单条链路，价格昂贵
帧中继：工作在数据链路层，数据包交换技术
X.25：使用载波交换的交换技术，用户费用基于所使用的带宽，数据包交换技术。
异步传输模式(ATM):信元交换方法，第一种提供真正QoS的协议电路交换：面向连接的虚拟链路，通常运载面向语音的数据。
数据包交换：数据包可沿许多不同的动态路径到达同一个目的地，通常运载面向数据的数据。同步数据链路控制(SDLC)：提供轮询介质访问技术
高级数据链路控制(HDLC)：面向位的链路层协议
点对点协议(PPP)：为点对点连接进行装帧和封装的数据链路协议
高速串行接口(HSSI)：将多路复用器和路由器联系到高速通信服务的接口

4.11 远程连接

拨号连接：调制解调器连接互联网，战争拨号。模拟信号
综合业务数字网(ISDN)：数字信号
数字用户线路(DSL)
线缆调制解调器：共享相同的介质，网络嗅探。

虚拟专用网(VPN)：​

点对点隧道协议(PPTP)：使用通用路由封装和TCP来封装PPP数据包，并通过IP网络延伸PPP连接。PPP有效载荷用 Miscrosoft的点对单加密(MPPE)进行加密，MPPE使用了对称算法RC4，容易被破解。用于系统与系统通信，不能用于支持多个用户同时连接的网关到网关的连接。在数据链路层工作，只能通过ip网络传输。第二层隧道协议(L2TP)：PPTP和Cisco的第二层转发(L2F)协议的功能结合在一起，能在多种网络中传输。不提供任何加密功能。互联网协议安全(IPSec):工作在网络层，用于保护IP流量，常用与网关之间的连接，能同时处理多个vpn连接。只支持ip网络。隧道模式保护数据包的有效载荷和首部信息，传输模式只保护有效载荷。身份验证首部(AH)，提供数据完整性、数据源验证和免受重放攻击的保护。
封装安全有效载荷(ESP)，提供机密性，数据源验证和数据完整性。
互联网安全连接和密钥管理协议(ISAKMP)：提供安全连接创建和密钥交换的框架。
互联网密钥交换(IKE)，提供验证的密钥材料和ISAKMP一起使用。传输层安全VPN(TLS)：工作在会话层，主要用于保护http流量，提供细粒化的访问控制和配置。

身份验证协议：

密码身份验证协议(PAP)：最不安全的身份验证方法之一，以明文形式发生凭证，容易被网络嗅探者截获，不推荐使用。
挑战握手身份验证协议(CHAP)：不发生密码，采用挑战/响应机制进行身份验证，不易遭受中间人攻击。
可扩展身份验证协议(EAP)：身份验证框架，可以与各种技术和协议一起使用。EAP-TLS，客户端和服务器彼此使用数字证书进行身份验证
EAP-TTLS，服务器必须使用数字证书来验证客户端的身份。客户端可以使用其他方式来验证服务器。

​

4.12 无线网络

无线通信技术：信号频率越高，信号运载的数据越多，传输距离越短。CSMA/CA(冲突避免)技术。

扩频类型：通过在大量频率上扩散数据来实现数据传输。

调频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、正交频分多路复用(OFDM)

IEEE标准 802.11

WEP协议使用RC4算法，流对称密码，被认为是不安全的。
两种身份验证方式：开放系统身份验证(OSA)和共享密钥身份验证(SKA)。OSA只需要无线设备的SSID值，SKA明文传输，容易被嗅探。
三个主要缺陷：应用静态加密密钥、初始化向量使用效率低、缺乏数据包完整性保证。
存在的问题包括：身份验证不完整，静态WEP密钥能够被攻击轻易截获，ICV重复使用且不能提供必要的随机性，缺乏数据完整性。

IEEE标准 802.11i

​ WPA TKIP WPA2 使用AES算法和CBC-MAC

802.11b    2.4GHz频率，使用DSSS，数据传输率最高可达11Mbps
802.11g    2.4GHz频率，使用，54Mbps802.11a    5Ghz，使用OFDM，54Mbps (美国使用，其他国家不一定用)   --->802.11h (满足欧洲无限规则的要求)
802.11n    5GHz，100Mbps
802.11ac   5Ghz，1.3Gbps，向下兼容以上协议802.15.4   2.4GHz，ZigBee协议基于802.11.4标准，250kbps，128位对称密钥加密
蓝牙无线技术  802.15的一部分，传输速率1-3Mbps，工作范围为1-100米，2.4GHz工作，蓝牙劫持(Bluejacking)是使用蓝牙技术的设备容易遭到的一种攻击，攻击者向一台支持蓝牙的设备主动发送一条信息。 应对是设置为无法发现模式。

IEEE标准802.1X
基于端口的网络访问控制协议

卫星
移动无线通信：1G(FDMA)、2G(TDMA)、3G(CDMA)、4G(OFDM)

4.13 网络加密

链路加密发生在数据链路层和物理层，会加密沿某种特定通道传输的所有数据，如卫星链路、T3线路或电话线路。优点：所有的数据都被加密 缺点：每一跳都要解密，存在很多脆弱点
端到端加密发生在应用层优点：数据加密字段比较灵活，每个用户可以选择特定配置  缺点：数据包的头部/地址和路由信息未被加密电子邮件加密标准多用途互联网邮件扩展(MIME)/安全MIME(S/MIME)可靠加密(PGP)，主要使用RSA公钥加密来实现密钥管理，使用IDEA对称密码完成加密。
互联网安全HTTP/HTTPS安全套接字层(SSL)工作在传输层，Netscape开发，最终版本SSL3.0传输层安全(TLS)，目前版本TLS1.2，端到端加密技术安全外壳(SSH)取代Telnet/FTP/rlogin/rexec/rsh,通过Diffie-Hellman交互会话密钥，这个会话密钥将在会话过程中加密和保护传送的数据。

​

4.14 网络攻击
​

拒绝服务攻击(DoS)，本质是对安全三元组中的可用性进行破坏，导致服务或资源性能降低，或使合法用户无法使用。畸形数据包：最著名的死亡ping洪泛攻击：SYN洪泛分布式拒绝服务攻击(DDoS)勒索软件
嗅探：对数据机密性的攻击
DNS劫持：基于主机、网络、服务器进行劫持
偷渡下载

问题：

1、会话初始化协议(SIP)是一种广泛用于VoIP通信会话的信令协议，应用层协议。

2、TCP Segment TCP段，表示一个TCP包在传输层的单个数据单元。

3、呼叫转移是回拨系统特有的弱点。

4、帧中继和X.25属于分组交换服务。

5、SET 安全电子交易协议，需要两对非对称密钥和两个数字证书。

6、IKE在IPsec协议的作用是对等身份验证和密钥交换。

7、Smurf攻击，使用了IP欺骗和ICMP回复方法使大量网络传输充斥目标系统，引起目标系统拒绝为正常系统进行服务。

8、TLS协议是一个双层套接字层安全协议，包括TLC记录协议和TLS握手协议。

9、Teardrop攻击是一种畸形报文攻击,向被攻击者发送多个分片的IP包。