网络及其协议基础

1. 基础概念与分层思想

1.1 什么是网络协议

网络协议是计算机或网络设备之间通信时必须遵守的一组规则，规定了数据的格式、交互顺序、错误检测、重传与连接管理等。把协议想象成“计算机之间的语言和礼仪”。
1.2 为什么要分层

分层将复杂系统拆成若干互相独立且职责明确的模块：便于设计、实现、测试与维护；每层只向上/下层暴露必要接口。常见参考模型：OSI七层和TCP/IP四层（实际网络设计与实现多基于TCP/IP模型）。
2. 模型回顾（快速、实用）

2.1 OSI 七层（简要职责）

• 物理层：比特的电气/光学/无线传输（光纤、网卡、交换机物理端口）。
  
• 数据链路层：帧封装、MAC地址、差错检测、局域网转发（以太网、Wi-Fi）。
  
• 网络层：路由与逻辑地址（IP），分片与转发（IPv4/IPv6、ICMP、ARP）。
  
• 传输层：端到端通信、端口、可靠性（TCP、UDP）。
  
• 会话层：会话管理（多数场景被上层/传输层功能替代）。
  
• 表示层：数据表示、加密、压缩（例如TLS的一些功能可视作此层）。
  
• 应用层：终端协议与应用（HTTP、DNS、SMTP 等）。
  

2.2 TCP/IP（四层）对应

• 应用层（HTTP、DNS 等）
  
• 传输层（TCP/UDP）
  
• 网络层（IP/ICMP/ARP）
  
• 链路层（以太网/Wi-Fi/物理）
  

3. 重要协议详解（功能、重点字段与安全注意）

3.1 IP（Internet Protocol）

功能：负责跨网络分组转发与寻址。
重点字段：版本、首部长度、TTL、源/目的IP、协议字段（上层类型）。
安全注意：无加密/认证，易被伪造源地址（spoofing）——可被用于反射/放大攻击。防护：防火墙规则、反向路径过滤（RPF）、网络ACL、部署更高层认证（如IPsec）等。
3.2 ICMP（Internet Control Message Protocol）

功能：网络诊断与错误报告（ping、traceroute）。
风险：可被滥用做网络扫描或ICMP洪水。防护：边界速率限制、限制ICMP类型或在防火墙上只允许必要类型。
3.3 ARP（Address Resolution Protocol）

功能：在局域网内将IPv4地址解析为MAC地址（ARP请求/应答广播）。
风险：无认证，容易被ARP欺骗/缓存中毒导致中间人攻击。防护：静态ARP、交换机的动态ARP检测（DAI）、端口安全、使用加密隧道（VPN）等。
3.4 TCP（Transmission Control Protocol）

功能：面向连接、可靠传输、顺序保证、流控与拥塞控制。
关键机制：三次握手（SYN → SYN/ACK → ACK），序列号/确认、四次挥手断开。
风险：SYN Flood、连接劫持、序列号预测。防护：SYN cookie、连接跟踪（conntrack）、防火墙/负载均衡器限速、合理的超时与连接数限制。
三次握手示意（简化）：

1. Client -> SYN -> Server
2. Client <- SYN/ACK <- Server
3. Client -> ACK -> Server

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3.5 UDP（User Datagram Protocol）

功能：无连接、低延迟、不保证到达顺序，适合实时音视频、DNS等。
风险：易被伪造源地址用于反射/放大（例如 DNS 放大）。防护：源地址验证、速率限制、ACL、对公共服务控制访问。
3.6 DNS（Domain Name System）

功能：域名到IP的解析。递归/权威/缓存等角色。
风险：明文查询易被监听、缓存中毒、域名劫持。防护：DNSSEC（防篡改）、DoT/DoH（加密解析）、限制递归服务对外暴露、监控异常查询模式。
3.7 HTTP / HTTPS

• HTTP：明文超文本协议（请求行/头/体）。
  
• HTTPS：在HTTP上使用TLS加密（保证机密性、完整性与认证）。
  安全要点：使用 TLS1.2+（优先 TLS1.3）、正确证书配置、HSTS、禁用弱密码套件及旧协议、使用强证书私钥保护与自动化续期（如ACME）。
  

3.8 TLS（Transport Layer Security）

功能：为上层协议提供加密通道、密钥协商与证书验证。
注意：选择现代套件、避免 RSA 小模数或过时哈希、维护证书吊销/OCSP、私钥保护、及时更新库（避免心脏出血类漏洞）。
3.9 邮件协议：SMTP / POP3 / IMAP

功能：SMTP（发送），POP3/IMAP（接收/管理）。
风险：伪造发件人、明文传输。防护：使用 STARTTLS/SMTPS，部署 SPF / DKIM / DMARC 来防止邮件伪造与钓鱼。
4. CDN（内容分发网络）补充

功能：将静态/动态内容缓存并分发到离用户更近的边缘节点，减小延迟、分散流量负载并提升可用性与抗DDoS能力。
主要组件：边缘节点、回源服务器（origin）、智能路由（基于地理/负载/时延）、缓存策略（TTL、Cache-Control）。
安全与注意点：

• 使用CDN可以缓解大规模流量攻击，但配置错误可能会暴露源站地址导致绕过CDN。
  
• 正确配置TLS（边缘与回源都应加密），并设置合适的缓存控制与访问控制。
  
• 注意缓存污染与敏感内容缓存（设置合适的Cache-Control、Vary头）。
  
• 使用WAF功能（很多CDN提供WAF/速率限制）防止应用层攻击。
  

5. 常见网络攻击类别与防御措施

5.1 被动监听（Eavesdropping）

方式：截取明文流量。
防御：端到端加密（HTTPS、SSH、VPN）、避免明文协议。
5.2 中间人攻击（MitM）

方式：介入通信链路，拦截/篡改数据（如ARP欺骗、DNS劫持）。
防御：使用认证与加密（TLS、SSH）、网络接入控制、交换机端口安全、ARP保护、DNSSEC。
5.3 拒绝服务（DoS/DDoS）

方式：利用大量流量或资源耗尽目标服务。
防御：DDoS清洗服务、CDN、流量过滤、速率限制、黑洞路由与冗余设计。
5.4 扫描与指纹识别

方式：探测端口与服务版本获取攻击面。
防御：最小暴露原则、端口/服务硬化、入侵检测系统（IDS）与日志监控、及时打补丁。
5.5 协议/实现漏洞利用

方式：利用设计缺陷或实现漏洞（如TLS实现错误、HTTP头注入）。
防御：安全配置、代码审计、静态/动态测试、及时更新依赖库。
6. 常用排错工具与实操命令（实战示例）

下列命令多在 Linux 系统中使用，部分需管理员权限（sudo）。

6.1 基本网络信息与连接查看

1. ip addr            # 查看网络接口与IP
2. ip route           # 路由表
3. ss -tunlp          # 显示TCP/UDP端口和监听进程
4. netstat -antp      # 旧系统常用

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6.2 连通性测试

1. ping <目标IP或域名>
2. traceroute <目标>     # Unix/Linux
3. tracert <目标>        # Windows

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6.3 域名解析

1. dig 111.com
2. nslookup 111111.com

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6.4 抓包与分析

1. tcpdump -i eth0 -w capture.pcap     # 抓包到文件
2. tshark -r capture.pcap              # 命令行分析
3. # 用 Wireshark 打开 capture.pcap 进行图形化分析

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6.5 HTTP 与 TLS 调试

1. curl -I http://example.com            # 查看响应头
2. curl -v https://example.com           # 详细请求/响应
3. openssl s_client -connect host:443 -servername host   # 查看证书链与握手

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6.6 扫描与渗测（授权环境）

1. nmap -sS -sV 目标IP/网段      # 端口探测与服务版本
2. # 注意：仅在有授权的情况下使用渗透测试扫描

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7. 常见安全配置与加固

• 最小暴露：仅开放必要端口与服务。
  
• 网络分段：生产/管理/访客等不同网络隔离（VLAN/防火墙）。
  
• 访问控制：基于角色的访问、强密码、多因素认证（MFA）。
  
• 加密通信：HTTP→HTTPS（TLS1.2+）、SSH、VPN，使用现代加密套件。
  
• 日志与监控：集中日志、SIEM、异常流量告警与响应机制。
  
• 补丁管理：操作系统、网络设备与应用定期打补丁。
  
• 防御边界：WAF、IDS/IPS、DDoS 防护、RPF 与 ACL。
  
• DNS 安全：使用 DNSSEC、保护递归服务、监控域名解析异常。
  
• ARP/DHCP 安全：启用端口安全、DAI、静态绑定（关键设备）。
  
• 备份与恢复：配置备份、演练恢复流程、制定事故响应计划。
  

8. 常见排查与故障定位快速流程

• 确认范围：单机、子网还是全站不可达？
  
• 物理层检查：链路灯、网线、交换机端口与接口状态（ip link/ethtool）。
  
• 接口与IP：ip addr、ip route 检查IP/路由。
  
• 连通性：ping（本机→网关→外网）与 traceroute 分段定位。
  
• 端口/服务：ss -tunlp 或 nmap 扫描本机端口。
  
• 抓包分析：在源/中间/目的地抓包（tcpdump）看三次握手、重传、RST、ICMP错误等。
  
• 日志：查看防火墙、应用与系统日志（/var/log/*）。
  
• 回退测试：禁用可能影响的中间件（WAF/ACL）做对比测试（授权环境下）。
  

9. 附录：常见端口与用途（快速参考）

• 20/21 — FTP
  
• 22 — SSH
  
• 23 — Telnet（不安全，尽量禁用）
  
• 25 — SMTP
  
• 53 — DNS
  
• 80 — HTTP
  
• 110 — POP3
  
• 143 — IMAP
  
• 443 — HTTPS
  
• 3306 — MySQL
  
• 3389 — RDP
  

（仅做参考，实际使用请按需配置防护）

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