《网络协议安全》 课件 第一章 计算机网络协议安全概述

第一章

计算机网络协议安全概述第一章

计算机网络协议安全概述1.1计算机网络概述1.2

计算机网络安全概述1.3计算机网络安全威胁1.4计算机网络协议安全威胁计算机网络概述1.1PARTONE010203计算机网络的定义

计算机网络的发展历程计算机网络的体系结构CONTENTS目录1.1.1计算机网络的定义计算机网络是将分布在不同地理位置的多台计算机及其外部设备通过通信线路连接起来，实现资源共享的计算机系统。路由器将多个网络连接形成“网络的网络”。节点链路网络网络网络网络网络网络网络构建计算机网络的关键是确保互连的计算机在通信过程中遵循相同的网络协议。协议是计算机之间相互通信的规则和标准。以小写字母“i”开头的internet泛指采用某种网络协议的互连网大写字母“I”开头的Internet（互联网）专指采用TCP/IP协议族构建的全球最大的开放的特定互连网。1.1.1计算机网络的定义1.1.2计算机网络的发展历程新技术的出现须具备两个条件：强烈的社会需求；技术的储备互联网问世至今已经有半个多世纪，其发展可大致划分四个阶段第一阶段：雏形期第二阶段：标准化期第三阶段：商业化期第四阶段：融合期

第一阶段：雏形期1957年10月，前苏联发射了第一颗人造地球卫星1958年2月，美国成立了高级研究计划署ARPA（1996年改名DARPA），以感知军方未来潜在的需求为目标。其中阿帕网的研究目标是设计分散的指挥系统，提高生存和反击能力。第一阶段：雏形期

1969年，ARPANet诞生主要技术特点：采用了分组交换（PacketSwitching）第二阶段：标准化期网络体系结构的多样化与私有性：IBM的SNA（系统网络结构）-1974DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975网络体系结构的标准化ISO的OSI/RM（开放系统互连参考模型）TCP/IP协议第二阶段：标准化期1974年，互联网之父的瑟夫（Vinton.Cerf）、凯恩（BobKahn）等发明了互联网的骨干协议TCP/IP1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议；1983年作为互联网的诞生时间。第三阶段：商业化期1994年，美国国家科学基金会NSF允许商用网络运营商通过竞标方式互连主干网。此举使互联网从实验室走向社会商用阶段，商业资本的介入推动了互联网的快速发展和广泛应用。

NSF允许商用网络互连1995年4月，NSFNET主干网正式停止使用，其经营权转交给Sprint、MCI和ANS三家私营电信公司。这标志着互联网全面进入商业应用领域，开启了互联网商业化的新纪元。NSFNET主干网停止使用商业资本的介入为互联网发展提供了强大资金支持，促进了互联网相关技术的研发和创新，催生了众多互联网企业和商业模式，推动了数字经济的兴起。商业资本介入的意义第四阶段：融合期5G技术的商用化推动互联网的发展，为物联网、自动驾驶、智能城市等应用提供了强大的技术支持。5G技术的推动互联网商用化为物联网的发展奠定了基础，物联网通过互联网连接各种设备和传感器，实现智能化管理和控制。互联网商用化促进了人工智能与大数据的融合，人工智能技术通过大数据的训练不断优化，为互联网应用提供了更智能的解决方案。物联网的普及人工智能技术第四阶段：融合期人类社会信息世界物理世界融合网络对传统计算机网络拓展：向上与人类社会结合，用来连接人；往下与物理世界融合，用来连接物万物互联生万物，大到国家和社会，小到机构和个人都面临着如何保障自身的信息安全的问题。1.1.3计算机网络的体系结构计算机线路(网线或电话线、无线)硬件安装与配置(含网卡)应用软件安装与使用故障排除数据分段与重组编址传输路径的选择传输错误的发现与解决……计算机网络体系结构是为简化上述问题的研究、设计与实现抽象出来的结构模型体系结构指对计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义实现指遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成这些功能的问题1.1.3OSI/RM模型的优缺点其核心贡献分层模型，服务、接口、协议规范了网络体系结构的研究方法缺点糟糕的提出时机（“双峰论”，太晚）糟糕的技术（模型和协议都有缺陷）糟糕的实现（庞大，笨拙，缓慢）1.1.3TCP/IP模型的优缺点1.1.3具有五层协议的体系结构应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321(a)(c)运输层网络层应用层数据链路层物理层54321应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)(b)（这一层并没有具体内容）(a)OSI的七层协议；(b)TCP/IP的四层协议；(c)五层协议计算机网络安全概述1.2PARTTWO010203计算机网络安全的定义

计算机网络安全的发展计算机网络安全的目标CONTENTS目录1.2.1计算机网络的定义计算机网络安全是指利用计算机、密码学、信息安全以及通信网络管理等技术，保护信息的机密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。在狭义层面上，计算机网络安全是指信息资源和网络系统资源不受有害因素的威胁和危害。在广义层面上，凡是涉及与计算机网络安全目标相关的技术、管理和过程控制，都属于计算机网络安全领域的范畴。1.2.2计算机网络空间的发展历程20世纪80年代，针对破坏计算机系统的网络攻击事件，第一个反病毒软件应运而生。20世纪90年代，黑客攻击、数据泄露和未经授权的访问成为主要威胁，促使防火墙、入侵检测系统等安全技术的发展。2014年，“中央网络安全和信息化领导小组”成立，旨在提高网络安全信息化战略。2016年，颁布《中华人民共和国网络安全法》，迎来网络安全行业的“黄金十年”。5G新技术终端、云服务平台等新业态衍生出安全行业的新需求，网络钓鱼、勒索软件和零日漏洞成为常见攻击手段。安全技术不断演进，包括云存储安全技术、后量子密码等。新世纪新威胁与应对我国网络安全发展早期网络攻击与防御01保密性指不把国家机密、企业和社会团体的商业机密和个人信息等网络信息泄露给非授权实体。02通常利用信息加密、身份认证、访问控制、安全通信协议和审计等方法实现，信息加密是防止信息非法泄露的最基本手段。1.2.3保密性（Confidentiality）影响因素与防护02影响信息完整性的因素包括设备故障、自然灾害和人为蓄意破坏等。通过数据备份、校验和、访问控制等方式确保信息的完整性。完整性概念01完整性指信息在存储或传输过程中，如果未经授权，需保持不被修改、破坏或丢失的完整状态。此外，信息的完整性还要求信息的来源具有正确性和可信性。1.2.3完整性（Integrity）可用性指在正常情况下，网络信息被授权实体按要求访问使用，或在非正常情况下能恢复使用的特性。即在系统运行时，可以正确存取所需信息，当系统遭受意外攻击或破坏时，可以迅速恢复并能投入使用。01可用性是衡量网络信息系统面向用户的一种安全性能，以保障为用户提供稳定的服务。需要防范拒绝服务攻击、破坏系统正常运行等攻击，确保系统的高可用性。021.2.3可用性（Availability）1.2.3可控性（Controllability）0102可控性指网络信息系统责任主体对网络系统和信息传输具有管理、支配能力的特性。能够根据授权规则对系统行为、信息的传播路径、范围及其内容进行有效掌握和控制。例如不允许不良内容通过公共网络进行传输，使信息在合法用户的有效掌控之中，确保网络空间的健康和有序。通过技术手段和管理措施，实现对网络信息的可控性，防止非法信息的传播和滥用。1.2.3不可否认性（No-repudiation）信息交互的真实性不可否认性指所有参与者不可否认或抵赖本人的真实身份，以及提供信息的原样性和完成的操作与承诺。数据签名技术的应用数据签名技术是解决不可否认性的重要手段计算机网络安全威胁1.3PARTTHREE010203计算机网络安全威胁的类型

计算机网络安全风险的因素计算机网络安全防范的措施CONTENTS目录1.3.1计算机网络安全威胁的类型指将未经授权而通过口令、密码或者系统漏洞等方式获取系统访问权的方法，称为非授权访问。主要包括非法用户进入网络或系统进行违法操作，以及合法用户以未授权的方式进行操作。非授权访问危害01指将有价值的、高度机密的信息在传递、存储、使用过程中，通过有意和无意的方式泄露给未经授权的用户。以加密技术为核心，结合安全审计机制等可有效防止信息泄漏。信息泄漏风险021.3.1计算机网络安全威胁的类型在非授权和不能监视的情况下，对数据的一致性通过增删、修改或者破坏等方式进行损坏。完整性破坏影响03指授权实体对信息或者资源的访问被无条件阻止。攻击者通过发送大量请求，使系统响应减慢甚至瘫痪，从而导致合法用户无法访问。拒绝服务攻击041.3.1计算机网络安全威胁的类型利用尚未被厂商发现或修复的漏洞发起攻击，攻击者可轻易获取系统控制权，如黑客利用软件漏洞植入恶意程序。零日漏洞攻击难以防范，需及时更新软件与系统，加强安全监测。零日漏洞威胁05利用人际关系和心理学手段诱导目标泄露敏感信息或执行恶意操作，如伪装成客服人员获取用户密码。提高用户安全意识是防范社会工程学攻击的关键，需加强安全教育与培训。社会工程学061.3.2网络系统自身缺陷与软件系统漏洞计算机网络最初设计未考虑安全性，开放性、共享性等特点使网络系统存在较大安全风险。如早期互联网协议缺乏身份认证机制，导致网络攻击频发。网络系统自身缺陷的影响利用缺陷挖掘漏洞进行攻击是网络安全永远的主题；软件系统规模不断扩大，难以检测并解决所有安全漏洞。及时更新软件系统，修复漏洞，可有效降低软件系统漏洞带来的风险。软件系统漏洞的危害1.3.2网络协议漏洞与网络安全计算机网络协议的漏洞指由于网络通信协议的不完善性而产生的安全隐患。TCP/IP协议簇中几乎所有协议都存在安全隐患，如ARP协议易被伪造，导致网络通信被劫持。网络协议的漏洞网络安全管理涉及技术、用户行为、法律和政策等多方面因素，人为因素导致管理漏洞。健全和完善网络安全相关的法律法规，提高网络管理员的安全意识，规范操作行为，可有效解决网络安全管理漏洞。网络安全管理的漏洞1.3.3计算机网络安全防范的措施在许多情况下，法律法规的作用大于技术教育是提升安全意识、知识技能的重要环节管理可以提高网络的安全性，保护信息资产免受威胁技术措施包括策略和技术工具，旨在保护网络免受攻击计算机网络协议安全威胁1.4PARTFOUR010203计算机网络协议的相关概念

计算机网络协议的安全风险TCP/IP协议安全的体系结构CONTENTS目录1.4.1计算机网络协议基本概念””协议定义与三要素协议分类开源协议健壮性好，安全缺陷易被发现；专利协议安全缺陷不易被发现。目前协议规范用英语描述，不同提供商可能有不同解释，且协议需相互协作，存在被攻击风险。计算机网络协议是网络通信和数据交换的规则集合，是特殊软件。其三要素为语法、语义和同步。语法指数据与控制信息的结构或格式，语义指控制信息的动作与响应，同步用于说明事件顺序。1.4.2计算机网络协议的安全风险计算机网络协议的安全风险可归结为以下三方面设计初衷为异构网互联，未充分考虑安全性，各层协议开放性及设计缺陷使其易受攻击计算机网络协议缺乏用于验证通信双方真实性的有效认证机制计算机网络协议缺乏保密机制，无法实现数据机密性的功能

1.4.3TCP/IP协议安全的体系结构——网络接口层的安全性网络接口层安全风险对应着OSI/RM模型的物理层和数据链路层。该层存在设备损坏与老化、意外故障、信息探测与窃听等安全风险，网络接口层防护措施通过物理隔离、VLAN、VPN、加密技术以及流量监控和过滤等防护措施，提高网络接口层的安全性。01021.4.3TCP/IP协议安全的体系结构——网络层的安全性网络层的安全风险网络层负责数据包路由和转发，IPv4因设计未考虑安全性，IP数据报易遭IP地址欺骗、ICMP攻击、IP分片威胁、数据报篡改和重播等攻击。网络层的防护措施IPv6简化IP头结构，增加安全性设计，IETF制定IPsec协议体系，提供数据包加密和认证，确保数据传输安全。01021.4.3TCP/IP协议安全的体系结构——传输层的安全性传输层的安全风险传输层包括TCP和UDP，TCP提供面向连接的可靠数据传输，易遭TCP泛洪攻击、TCP重置攻击和TCP会话劫持等攻击；UDP提供无连接快速数据传输，易遭UDP泛洪攻击和UDP反射放大攻击。传输层