软件设计师备考笔记（五）计算机网络

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目录

• 七层模型

• 常见协议

• 计算机网络的分类

• 网络规划与设计

• IP地址与子网划分

• HTML常见标签

• 网络接入技术

• IPv6

• 信息安全

• 网络安全–防火墙

七层模型

历史于发展

• 计算机网络就是构建在七层模型之上的

• 以前计算机生产都是各个厂商自己一整台生产，不同厂有不同标准。苹果和IBM计算机网线接口都不一样；于是要制定新标准，但是各个厂商都不愿意放弃自己的标准；–>全部人都放弃自己的标准用OSI组织定的标准

• 实际使用中没有使用到七层，但是大家都公认这个理论所以没改

各层次功能及其设备

• 物理层：负责传输二进制数据，高电平低电平；

  • 中继器：传输过远时信号衰弱；中继器就是接收再转发

  • 集线器：多端口的中继器，也是收到信息就传出去

• 数据链路层：该层次下信息传输有了地址；交换机性能比集线器高很多

  • 网卡的mac地址就是数据帧的地址

  • 网桥：连接两个同类型网络的设备

  • 交换机（多端口网桥）：连接多个设备

• 广播到了了网络层就不能通过了，所以跨网络层就可以确定不是一个局域网了

答案:B

常见网络协议及其所属层级

• 整个左下角都是TCP/IP协议族，虽然使用的很广泛，但是效率速度不一定高，是因为绑定了internet所以应用范围广

常见协议及其功能

• ICMP：因特网的控制协议

  • 平时用ping检错网络是否通畅就是属于ICMP协议

• ARP：地址解析协议：IP转mac

• RARP：反地址解析协议：mac转IP

• TCP：可靠协议，通信时建立连接，有验证机制，反馈信息，可以知道哪些包到了，哪些没到，三次握手才能建立连接

• UDP：不可靠，不建立连接，没有反馈

  • TCP上的都是可靠协议，UDP则不一定（本身不可靠但使用了辅助方法）

• http：超文本传输协议

• ftp:文件传输协议

• telnet：远程登录

• pop3、smtp：邮件传输

e

• dhcp：动态ip地址分配工作；及其常见

• tftp：小文件传输协议

• snmp：简单网络管理协议

• dns：域名解析

中间的三个都是文件共享协议

• Samba：可以跨平台

• CIFS

• NFS

DHCP

• 第六点的两个地址是假地址

  • 无法通信

  • 用来给DHCP未分配时占用地址位

DNS

• 根域名服务器一般使用迭代查询，问了我就告诉你一个答案，你再往下找

习题

计算机网络的分类

拓扑结构的应用

• 星形：中间坏网络崩

• 环形：两边都能走，坏一个无所谓

• 日常中接触到的一般是星形，中间是交换机

  • 所以如果交换机坏了，整个网络都崩了

网络规划与设计

设计原则

先进性：不要太过时，但也没必要太新（贵、兼容性）

逻辑网络设计

分层设计

• 顶层（核心层）和底层（接入层）都只有一个层次，功能都比较简单

• 接入层：接入，最多再计费

• 核心层：数据高速转发，设备性能要好，可靠性要高

• 汇聚层：访问控制策略，寻址，过滤等可以根据需求灵活处理

• 设计原则：按需求性能分配

  • 设计时自下而上：考虑接入、汇聚层时，看需要怎样的指标来看核心层要什么功能

IP地址

5类IP地址及

• 最开始规划时将IP地址分为了五类，后来因为IP地址不够用被废弃

• ABC普通IP地址

• 组播：特殊用途（科研等）

iP地址个数与主机位

• 为了和后面的分类区分开来，每类地址都是将前一类地址的固定0位变为1，再将其后一位变为0

• 从ABC开始每增加一类，则用来表示网络位的bit位增加8个

  • 即A类8个bit

  • B类16个bit

  • C类24个bit

• A类：前八个bit位用于确定地址，A类的首位为0，

  • A类中总共有2^7-1=127个IP地址（0.0.0.0不能使用）

  • 一个A类IP里面能有2^24-2个主机（减去全零（网络位）和全一(广播)）

• B类：前16个bit位用来确定地址，B类地址起始为10

  • B类地址有2^14个IP

  • 一个B类IP中能有2^16-2个主机

• C类：前24个bit位确定地址，起始为110

  • C类地址有2^22个

  • 能有2^8个-2主机

子网划分

• 直接时用五类IP的方法划分IP，导致了主机数过于固定，导致A类B类ip的适用性比太差

  • C类不够用，B类太多了（六万多）， 子网划分出现 ；

• 因此，提出将大IP划分为小IP地址的方法，即子网划分

• 方法，加入子网掩码概念

大划小

• 一个B类地址能容纳六万多主机（2^16）

  • 通过子网掩码，可以将后十位当为主机位，而其余当成网络为，则可以划分成很多个能容纳一千台左右的主机的网络

• 只解决了，把大主机位的IP划为多个小主机位IP的问题

  • 人们时常还有把少主机位的IP划分为多主机位IP的需求

    • 因此提出了无分类地址

例题

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无分类地址（小划大）

• 进入第三个阶段：打破地址分类概念，形成无分类地址

• 用 <网络浅醉>,<主机号>/用多少位表示网络位 的方式表示一个ip

  • 若用24位数bit位表示网络位，则用 /24表示

  • 则剩下8位位主机位，即有2^8-2台主机容量

• 现在的电脑支持全零和全一用来放主机了，所以现在不用-2也对

• 判断两个ip是否是同一个网络：ip和子网掩码一样就是一个网络

例题

解析

• C类有8个bit位用来表示主机位

• 给出的无分类地址使用了20位表示网络位，还有12个bit位可以表主机位

• 但是需要表示主机位的只有8个bit

• 剩下四个bit位用来划分子网，所以有2^4=16个

特殊IP地址

HTML

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网络接入技术

无线网

• 3g/4g也是无线接入技术

有线接入

• 主要掌握ADSL

• PSTN：最为原始的拨号方式，十几年前的主流，速度慢费用高；现在的刷卡机和传真机都还在用；上网和电话不能共存

• ISDN：上网通话同时进行；速率快PSTN一倍

• ADSL：家庭网络还在用；老小区，实际应用中下载8M，上行512k，能更高但是国内不用；非对称指上下行速度不同

• HFC：与ADSL相比最大的好处–>上下行对等；主干网是光前，入户是铜线电缆；家里有线电视网络就是这种；沿海城市开通的早，机顶盒

无线网络

• WiFi：局部连接方式，还需要接入互联网

• 蓝牙：

• 红外：很多年前，十多年前的手机有，两台手机可以通过红外传输数据

• WAPI：

3g

• WCDMA：最成熟，超过两百个国家在用；基站也多；买手机时很容易买到WCDMA

• CDMA2000：应用范围小；日韩有小范围应用；（电信）

• TE-SCDMA：名义上国产的，其中90%以上的专利还是国外的，但是是国内推出的，不是太成熟，速率低功耗大（移动在用，移动推广能力强，国家希望移动能推广开来；宣传不到一年，发现缺陷多，之后就转到4G时代了）；非洲有试点，其他地方没有

4G

• LTE：两个方向

  • TDD：TD-SCDMA发展而来，国家推TD-SCDMA就是为了4G，虽然3G时很弱但是由于3g时代的奠定，4G时很强；和FDD差距非常小；

  • FDD：WCDMA发展而来

• WIMAX：

IPV6

• 因为大多数应用程序还不支持ipv6，所以换代还需要很久；

• ipv4不够用，所以提出ipv6

  • 但其实配合nat协议等方法，ip还不算紧缺

• 全世界ipv4地址，70%的地址分配给了美国；所以和国内不同，美国人通常都是有独立的公网地址

信息安全

• 很多协议提出来时候压根没有考虑安全性和隐私

  • 所以使用某协议时配套某些协议一起使用非常常见

安全属性

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• 最小授权：只赋予满足功能需要的最少权限即可，不过日常中因为懒得多次配置（晋升时增加权限等）一般开始就给很高权限（隐患）

  • 防暴露：隐藏起来，为了防止破解数据库，命名为非标准拓展名，名字为乱码；

  • 信息加密：就算被截取了，别人也不知道是啥，发送到对方电脑后再解密

  • 物理保密：发送前通过设备加密，收到时通过设备解密

• 完整性：信息发送时和接收时要一样，防止被人截取后篡改

• 可用性：合法用户能通过合法方式用相应资源；

  • 如果合法用户不能正常使用，就说可用性遭到破坏；（DDOS攻击）

• 不可抵赖性：主要手段数字签名

加密技术（保密性）

• 加密的核心基础：对称加密 非对称加密

  • 对称加密：加密和解密时用的密钥一样

    • 日常生活中的加密压缩包（RAR）就是对称加密

  • 非对称加密：加密和解密用不同密钥，公钥加密私钥解密，私钥加密公钥解密

常见对称加密算法

• DES：替换+位移、56位密钥、64位数据块、数据流的方式加密

  • 替换：密码表，明文密文互相对应

  • 移位：例如将一篇文章中的所有字母后移一位，A变B，B变C

  • 数据块加密：分块后加密

  • 数据流加密：顺序加密整段

• 3DES:des的复杂化，强度高很多，加密次数更多,使用了两个密钥

  • k1加密–k2解密–k1加密

对称加密

• 优点：速度快，效率高

• 缺点：‘

  • 强度不高，密钥强度短所以整体强度不会高

  • 密钥分发困难，传输时容易被截获；发送了加密包后，又明文发送密码，那么加密毫无意义；

非对称加密技术

• 为了解决密钥分发问题，提出了非对称加密

非对称加密流程：

• 前提：

  • 每个人都有自己的公钥和私钥，公钥是公开的可以随便给别人，私钥是保密的，不能给任何人；

  • 公钥加密只能用对应私钥解密，甲公钥加密的东西只有甲私钥才能解开；

    • 此时假如甲要发文件给乙，那么只要用乙的公钥加密那么就只有乙能解开；

• 问题：

  • 密钥长度非常长，内容庞大的数据没法使用

  • 所以一般用对称的方式传输文件，用非对称的方式加密对称加密的密钥

信息摘要（完整性）

• 单项散列： 能用正文得到摘要；但是不能用摘要还原成明文。

作用

• 用于保证数据的完整性，发出和接收到是一样的，至少发件方和收件方能知道是一样的；

概念

• 摘要：以论文为例，正文2500，摘要300；正文的总概；

• 信息摘要：一段信息的特征值，

  • 特点：原始信息发生变化特征值跟着变化，且变化一般非常大

    • 例：改一个符号，摘要内容全变完；

• 常使用hash算法

漏洞

• 明文被拦截摘要也被拦截，然后被一起更改怎么办—>数字证书

数字签名（发件人不可抵赖性）

• 发送者在信息上签上自己的名字，并且发送者无法抵赖，一定是他发的；

实现方法

• 公钥私钥技术，但不向加密时那样使用

  • 加密时：a发文件给b，a是使用b的公钥进行加密，那么只有b能打开

  • 数字签名时：a使用a自己的私钥进行加密，b使用a的公钥进行解密，解密成功就能确定文件一定时a发的

    • 用a的私钥加密叫做数字签名，a的公钥解密过程叫数字签名的验证过程

• 加解密是为了保密而言的，数字签名中的公私钥没有保密功能所以叫数字签名

数字信封

• 发送方将原文用对称密钥加密，将对称密钥用接收方的公钥加密发送给对方

  • 如果正文用非对称加密，那么加密速度太慢了

PGP

• 可以电子邮件和文件存储的加密方式

  • 放在云盘上的东西先用PGP加密再传到云盘比较安全

  • 使用了数字证书

接收人不可靠性

• 非堆成体系中，每个人都有公私钥；

• 希望保密的文件，使用对方公钥加密

• 但是无法断定公钥是不是真的是收件人发给我的，万一被截取后改动了呢？

• 所以，个人密钥和信息绑定起来，提出了数字证书概念；

数字证书（接收人不可抵赖性）

• 用户将自己的公钥和相关信息去CA机构注册起来，得到自己独有的数字证书；

• 通过CA机构颁发数字证书；

  • 数字证书上面有颁发机构的签名，可以判断该证书是否是伪造的

  • 类似公安局

• 发送数据时，接收人直接将数字证书发送过来，发件人验证该证书是否真实，若真实则用该证书中的公钥加密信息并发送

习题

网络安全

• 即使最常用的TCP/IP协议基本都是明文发送，并没有考虑安全方面有严苛要求的应用也在互联网上跑；

• 因此提出安全协议，基本每个安全协议都有针对性解决该层次的问题；

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协议

• 从二层开始的安全防护基本都是考走协议保证

• 协议的概念：通信时封包的一种规则

常见协议

物理层（非协议）

屏蔽：特殊涂层，wifi信号无法传输出去

隔离：军方网络和民用网络分开的

数据链路层

• PPTP/L2TP:两种隧道协议，相当于开出两条安全呢隧道，不会被破坏，截获；有加密机制，加密后再传

• 可以直接对链路进行加密

网络层

• 防火墙：软件性质和软件硬件配合的防火墙；

  • 即一个硬件只做防火墙啥也不干，分多种类型，网络层级、应用层级

• IPSec：针对IP包进行加密的协议；

  • 有两种方式

    • 普通未加密的包，把数据拆出来进行加密再封包头发出去；

    • 另一种是连着包头一起加密然后再加一个头发出去；

传输层

• TLS：标准的传输层协议

• SET：面向电子商务的安全协议；

SSL

• 工作层次跨越多个层次；做题时要结合情况看SSL是哪层；

应用层

• PGP：既可以文件加密，也能邮件加密

• HTTPS：HTTP+SSL

网络安全威胁与攻击

• 考试的时候基本就是抠字眼；

重放攻击：ARP协议的漏洞进行的，也叫ARP欺骗攻击；

DOS：主要破坏系统可用性

窃听：和业务流分析要区别开来

业务流分析：强调长期窃听；并进行分析；

防火墙

• 网络级：工作层次低 效率高

  • 状态检测：TCP/IP连接时有连接状态信息，能对这个信息检错

  • 包检测：只检测包是否正确，不管包内容

• 应用级：工作层次高 效率低

两种防火墙的区别

• 例子：A省禽流感爆发，为了防止扩散到全国i禁止A地的禽鸟外流，相邻省会采取隔离措施；在各个关卡上设置检疫站；

  • 网络级：检疫车辆是否是运输禽类的车辆，并检测是不是来自A地；

    • 只看货物的运货单；车厢里面是啥不在乎；伪造出货单的话就会出现问题；

  • 应用级：开箱检查，随机抽取看是否有鸡瘟，没有才放行；

屏蔽子网（解决内部攻击问题）

• 双穴主机和屏蔽主机考试不涉及，但是屏蔽子网涵盖上述两种：安全性最高，由多道防火墙构成（堡垒主机也算）；

• 由来：

  • 防火墙防外不防内；造成损失的攻击80%都是内部网络造成的；

  • 所以设计时就希望更加安全；

• 因此，在外网和内网间设立了屏蔽子网区（DMA军事区）

  • 不属于内网也不属于外网，用来放对外提供服务的防火墙；

  • 好处：外部入侵者攻破一道防火墙还有一道防火墙，从内部访问服务器也有一道防火墙

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