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　　第七章 网络管理与网络安全

　　本单元概览

　　一、网络管理。

　　二、信息安全技术概述。

　　三、网络安全问题与安全策略。

　　四、加密技术。

　　五、认证技术。

　　六、安全技术应用。

　　七、入侵检测与防火墙技术。

　　八、计算机病毒问题与防护。

　　一、网络管理

　　1、网络管理的基本概念

　　网络管理的定义：对网络运行状态进行监测和控制，包括两个任务：对运行状态监测和运行状态控制。

　　网络管理对象：硬件资源和软件资源。

　　管理目标：网络应是有效的、可靠的、开放性、综合性，一定安全行、经济性地提供服务。

　　2、网络管理功能

　　配置管理(基本管理)：包括资源清单管理、资源开通以及业务开通等

　　故障管理：发现和排除故障，包括检测故障、隔离故障、纠正故障。

　　计费管理：主要功能有：计算网络建设及运营成本、统计网络包含资源的利用率、联机收集计费数据、计算用户应支付的网络服务费用、账单管理。

　　性能管理：维护网络网络服务质量和网络运营效率。包括：性能检测、性能分析、性能管理控制。

　　安全管理：保护网络中的系统、数据以及业务

　　3、网络管理模型

　　网络管理的基本模型：核心是一对相互通信的系统管理实体，是采用一种独特的方式使两个进程之间相互作用，即管理进程与一个远程系统相互作用来实现对远程资源的控制。此种方式管理进程担当管理者角色，而另一个系统中的对等实体担当代理者角色，前者为网络管理者，后者为网管代理。

　　网络管理模式：分为集中式和分布式管理模式。集中式是所有的网管代理在管理站的监视和控制下协同工作而实现集成的网络管理;分布式管理将数据采集、监视以及管理分散开来，可以从网络上的所有数据源采集数据而不必考虑网络的拓扑结构。具体实现是将信息管理和智能判断分散到网络各处，使管理变得更加自动。

　　管理者和代理者之间的信息交换可分为：从管理者到代理者的管理操作，从代理者到管理者的事件通知。

　　4、网络管理协议(高层协议，位于应用层) www.Examda.CoM

　　主要协议有SNMP(简单网络管理协议)【UDP协议】和CMIP(公共管理信息协议)。

　　SNMP：有两部分组成，SNMP管理者和SNMP代理者。网络管理者通过SNMP协议收集代理所记录的信息。收集方法有：轮询和基于中断的方法。

　　所谓轮询：代理软件不断收集统计数据，并把数据记录到一个管理信息库(MIB)中，网管通过代理的MIB发出查询信号得到这些信息。这种方法的缺点在于信息的实时性差。而基于中断的方法可立即通知网络管理工作站，实时性强。

　　CMIP：公共管理协议主要针对OSI模型的传输环境设立的。管理进程事先对事件分类，根据事件发生时对网络服务影响的大小来划分事件的严重等级，再产生相应故障处理方案。CMIP的所有功能都要映射到应用层的相关协议上实现。管理联系的建立、释放和撤销是通过联系控制协议(ACP)实现的。操作和事件报告时通过远程操作协议(ROP)实现的。

　　二、信息安全技术概述

　　1、安全信息的概念

　　信息安全是指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或恶意的原因而遭到破坏、更改、泄漏，系统连续、可靠、正常运行，信息服务不中断。

　　主要有以下目标：

　　真实性：鉴别伪造来源的信息。

　　保密性：信息不被窃听。

　　完整性：数据的一致性防止数据非法篡改。

　　可用性：合法用户的合法使用不被拒绝。

　　不可抵赖性：建立责任机制，防止用户否认其行为。

　　可控制性：信息传播及内容具有控制能力。

　　可审查性：对出现的网络安全问题提供调查的依据和手段。

　　2、信息安全策略

　　主要从三个方面体现：先进的信息安全技术是网络安全的根本保证，严格的安全管理，严格的法律、法规。

　　3、信息安全性等级

　　美国国防部可信任计算机标准评估准则(TCSEC):又称为橘皮书,将网络安全性等级划分为A、B、C、D共4类,其中A类安全等级最高，D类安全等级最低。【C2级软件：UNIX,NETWARE,XENIX,Windows NT等】

　　我国的信息安全系统安全保护分为5个等级：

　　自主保护级：会对国家安全、社会秩序、经济建设和公共利益的一般信息和信息系统，造成一定影响。

　　指导保护级：会对国家安全、社会秩序、经济建设和公共利益的一般信息和信息系统，造成一定伤害。

　　监督保护级：会对国家安全、社会秩序、经济建设和公共利益的一般信息和信息系统，造成较大伤害

　　强制保护级：会对国家安全、社会秩序、经济建设和公共利益的一般信息和信息系统，造成严重伤害

　　专控保护级：会对国家安全、社会秩序、经济建设和公共利益的一般信息和信息核心子系统，造成特别严重伤害

　　三、网络安全问题与安全策略

　　1、网络安全的概念

　　网络安全是指系统部件、程序、数据的安全性，通过网络信息存储、传输、和使用过程体现。也就是保护网络程序、数据或设备，使其避免受非授权使用或访问。内容包括：保护信息和资源、保护客户机和用户、保证私有性。

　　安全的目的：

　　对网络系统而言主要有信息的存储安全和信息的传输安全。

　　信息的存储安全通过设置访问权限、身份识别、局部隔离等措施来保证

　　传输安全则需要预防：网上信息的监听、用户身份的假冒、网络信息的篡改、对发出信息的否认、对信息进行重放(对信息不破译，直接把信息再次向服务器发送)。

　　安全措施：

　　社会法律政策、企业规章以及网络安全教育;技术方面措施(如防火墙技术、防病毒、信息加密等);审计与管理措施，包括技术与社会措施(如实时监控、漏洞检查等)

　　2、OSI安全框架

　　OSI安全框架关注三个方面：安全攻击、安全机制和安全服务。

　　(1)安全攻击

　　被动攻击：特性是对传输进行窃听和监测，攻击的目标是获得传输信息。被动攻击不涉及信息更改，比较难检测。例如信息内容泄露、流量分析。所以重点是预防。

　　主动攻击：对数据流进行篡改或伪造数据流，分为伪装、重放、消息篡改、分布式拒绝服务。与被动攻击相反，可以预防，难于检测，所以重点是检测。

　　从网络高层分：服务攻击和非服务攻击：服务攻击是针对某种特定网络的攻击，如E-MAIL、ftp等;非服务攻击不针对具体应用服务，是基于网络层等底层协议进行的。如源路由攻击和地址欺骗等。非服务攻击相对服务攻击而言，往往利用协议或操作系统漏洞达到攻击的目的，更为隐蔽。

　　(2)安全机制：用来保护系统免受侦听、组织安全攻击及回复系统机制。分为两类：特定协议层实现的和不属于任何的协议层或安全服务。X.800区分加密机制为可逆和不可逆。可逆加密机制是一种简单的加密算法，是数据可以加密和解密。不可逆加密机制包括Hash算法、消息认证码，用于数字千米和消息认证应用。

　　(3)安全服务

　　指加强数据处理系统和信息传输安全性的一种服务，目的在于利用一种或多种安全机制阻止安全攻击。X.800将其定义为通信开放系统协议层提供的服务，保证数据传输有足够的安全性。

　　3、网络安全模型

　　通信一方通过Internet将消息传送给另一方，通信双方必须协调工作共同完成消息的交换。可以通过定义Internet上源到宿的路由以及通信的主体共同使用的通信协议(如TCP/IP)来建立逻辑信息通道。

　　任何保护信息安全的方法都包含2个方面：

　　对发送信息的相关安全变换。如消息加密。

　　双方共享某些秘密消息，并希望这些消息不为攻击者所知。如加密密钥。

　　为实现安全传输，必须有可信的第三方。例如第三方负责将秘密信息分配给通信双方，而对攻击者保密;或者当通信双方关于信息传输的真实性发生争执时，由第三方来仲裁。

　　安全服务主要包含4个方面：安全传输、信息保密、分配和共享秘密信息、通信协议。

　　由程序引起的威胁有2种：信息访问威胁和服务威胁

　　四、加密技术

　　1、密码学基本术语

　　明文：原始消息;密文：加密后的消息;加密：从明文到密文的变换过程;解密：从密文到明文的变换过程;密码编码学：研究各种加密方案的学科;密码体制或密码：加密方案;密码分析学：研究破译密码获得消息的学科;密码学：密码编码学和密码分析学的统称。

　　(1)密码编码学特征

　　转换明文为密文的运算类型：所有加密算法都给予两个原理代换和置换。

　　所用密钥数：发送方和接收方使用相同密钥，为对称密码、单钥密码或传统密码;如果双方使用不同密钥，称为非对称密码、双钥密码或公钥密码。

　　处理明文的方法：加密算法分为分组密码和流密码。分组密码每次处理一个输入分组，相应输出一个输出分组;流密码则连续地处理输入元素，每次输出一个元素。

　　(2) 密码分析学

　　攻击密码体制一般有两种方法：密码分析攻击和穷举攻击。

　　密码分析学的攻击主要依赖于算法的性质和明文的一般特征或某些明密文对。由此推导出密钥

　　穷举攻击：攻击者对一条密文尝试所有可能的密钥。

　　基于加密信息的攻击类型有：唯密文攻击，已知明文攻击，选择密文攻击，选择明文攻击，选择文本攻击。

　　一般说来，加密算法起码要经受得住明文攻击。

　　(3)无条件安全与计算上的安全

　　无论有多少可使用的密文，都不足以唯一地确定由该体制产生密文所对应的明文，也就是说，无论花多少时间，攻击者都无法将密文解密。除一次一密外，所有加密算法都不是无条件安全的，加密算法的使用者应尽量满足以下标准：破译密码的代价超出密文信息的代价;破译密码的时间超出密文信息的有效生命期。

　　(4)代换与置换技术

　　对称加密用到的两种技巧。

　　代换法：将明文字母替换成其他字母、数字或符号的方法。

　　置换法：通过置换而形成新的队列。

　　2、对称密码

　　(1)对称密码模型

　　5个基本成分：

　　明文：作为算法的输入

　　加密算法：对明文进行各种代换和置换

　　密钥：加密算法的输入，不同于明文

　　密文：算法的输出

　　解密算法：加密算法的逆。

　　笼统说，加密算法根据输入的信息X和密钥K生成密文Y。

　　(2)数据加密标准

　　广泛使用的加密体制是数据加密标准(DES),采用64位的分组长度和56位密钥长度。

　　(3)其他对称加密算法：三重DES、高级加密标准AES、Blowfish算法、RC5算法。

　　3、公钥密码

　　是基于数学函数的算法而非基于置换和代换技术。是非对称的，使用两个独立的密钥。

　　(1)公钥密码体制

　　公钥算法依赖于一个加密密钥和一个与之相关但不相同的解密密钥。重要特点是：根据密码算法和加密密钥来确定解密密钥在计算上是不可行的。

　　通信各方均可访问公钥，而私钥是通信方在本地产生的，只要系统控制了私钥，那么他的通信就是安全的，在任何时刻，系统可以改变其私钥，并公布相应的公钥代替原来的公钥。

　　(2)公钥密码体制的应用

　　应用分3种：

　　加密/解密：发送方用接收方的公钥对消息加密。

　　数字签名：发送方用其私钥对“消息”签名。

　　密钥交换：通信双方交换会话密钥。

　　(3)RSA算法

　　RSA既能用于加密，又能用于数字签名的算法。

　　RSA是一种分组密码，明文和密文均是0至n-1之间的整数，通常n是1024位二进制数或309位十进制数。

　　明文以分组为单位加密，每个分组的二进制值均小于n。分组的大小必须小于或等于log2n位。

　　选取密钥的过程：选取两个大质数p和q，质数值越大，破解RSA越困难。计算n=pq和z=(p-1)(q-1)。选择小于n的数e，并和z没有公约数(e与z互质)。找到数d，满足ed-1被z整除。公钥数对(n，e)，私钥数对(n，d)。公开公钥。

　　加密过程：密文=明文的e次方再余n。

　　解密过程：明文=密文的d次方再余n。

　　(4)还有其他的常用公钥加密算法如elgamal体制(采用离散对数的公钥体质)，背包公钥(速度快易解密)。

　　4、密钥管理

　　(1)密钥的分发

　　对称密码学的缺点是通信双方事先对密钥达成一致。一般通过密钥分发中心(KDC)，KDC是一个独立的可信网络实体，是一个服务器。每个用户可通过秘密密钥同KDC通信。

　　如果A和B都是KDC的用户，A与B通信，A通过秘密密钥与KDC通信得到R,B也得到R;则A和B可通过R通信。

　　(2)密钥的认证

　　认证中心(CA)验证一个公共密钥是否属于一个特殊的实体。认证中心负责将公共密钥和特定实体进行绑定，CA的工作就是证明身份和发放证书。

　　五、认证技术;消息认证、数字签名、身份认证。

　　1、消息认证(验证消息是否来自发送方并未经修改)

　　(1)消息认证的概念：

　　接收者能够检验收到的消息是否真实的方法，又称消息完整性校验。

　　认证的内容包括：消息的信源信宿、内容是否篡改，消息的序号和时间是否正确等。

　　认证只在通信双方之间进行，不允许第三者进行上述认证。

　　(2)消息认证的方法：

　　消息来源认证：A、通信双方事先约定发送消息的数据加密密钥，接收者只要证实发送来的消息是否能用该密钥还原成明文就能鉴定发送者。B、事先约定各自发送消息所使用的通行字，发送者消息中含有加密的通行字，接收者验证是否含有通行字即可，通行字是可变的。

　　认证信息的完整性：基本途径有两条：采用消息认证码和采用篡改检测码。

　　认证消息的序号和时间：目的是阻止消息的重放攻击，常用的方法是流水作业号、随机数认证法和时间戳等。

　　(3)消息认证模式

　　单向认证：单向通信，接收者验证发送者的身份和消息的完整性

　　双向认证：双向通信，接收者验证发送者的身份和消息的完整性，同时发送者确认接收者是真实的。

　　(4)认证函数:分为3类：

　　信息加密函数MEF：用完整信息的密文作为对信息的认证。

　　信息认证码MAC：是对信源消息的一个编码函数。消息认证码的安全性取决于两点：采用的加密算法;待加密数据块的生成方法。

　　散列函数HASH Function：将任意长的信息映射成一个固定长度的信息。

　　2、数字签名(通信双方真实性检验)

　　(1)数字签名的需求：消息认证来保护通信双方免受第三方的攻击，但无法防止通信双方的相互攻击。解决方案是是数字签名，是笔迹签名的模拟。具有如下性质：

　　能证实作者签名和签名的日期和时间、签名时必须能对内容进行鉴别、必须能被第三方证实以解决争端。

　　基于公钥密码体制、私钥密码体制、公证系统都可以获得数字签名。常用的公钥数字签名算法包括：RSA算法和数字签名标准算法(DSS)。

　　(2)数字签名的创建

　　数字签名是一个加密的消息摘要，附加在消息后面。步骤是：甲创建公钥/私钥对;将公钥发送给乙;消息作为单项散列函数输入，散列函数的输出为消息摘要;甲用私钥加密消息摘要，得到数字签名。

　　数字签名的验证：发送的数据是消息与数字签名的组合。乙将计算出来的消息摘要与甲解密后的消息相匹配，则证明消息的完整性并验证了消息的发送者是甲。

　　3、身份认证(用户身份是否合法)

　　又称身份识别。是通信和数据系统中正确识别通信用户或终端身份的重要途径。

　　常用的方法有：口令认证、持证认证和生物识别。

　　口令认证：口令由数字、字母组成的字符串，有时也有特殊字符、控制字符等。

　　持证认证：一种个人持有物，类似钥匙。

　　生物识别：依据人类自身所固有的生理或行为特征，包括指纹识别、掌纹识别等

　　常用的身份认证协议有：

　　一次一密制：每次根据信息产生口令。

　　X.509认证协议：利用公钥密码技术对X.500(对分布式网络中存储用户信息的数据库所提供的目录检索服务的协议标准)的服务所提供的认证服务的协议标准。

　　Kerberos认证协议：基于对称密钥体制，与网络上的每个实体共享一个不同的密钥，通过是否知道密钥验证身份。

　　六、安全技术应用

　　1、安全电子邮件

　　加密技术用在网络安全方面通常有两种形式：面向网络的服务和面向应用的服务。

　　(1)PGP(面向个人、团体)

　　安全电子邮件加密方案。由5种服务组成：鉴别、机密性、压缩、电子邮件的兼容性和分段。PGP有4种类型的密钥：一次性会话的常规密钥、公开密钥、私有密钥和基于口令短语的常规密钥。

　　(2)S/MIME(面向商业组织)

　　基于RSA数据安全技术的Internet电子邮件格式标准的安全扩充。功能有：(1)加密的数据：由加密内容和加密密钥组成。(2)签名的数据：使用签名者的私钥对摘要进行加密形成数字签名。(3)透明签名的数据：签名的数据形成了内容的数字签名。(4)签名并加密的数据：加密的数据可被签名、签名或透明的数据可加密。

　　2、网络层安全---IPSEC

　　IP安全协议(称为IPSEC)是在网络层提供安全的一组协议，专门用于Ipv6，但也可用于Ipv4。主要有两个主要协议：身份认证头(AH)协议和封装安全负载(ESP)协议。

　　AH协议提供源身份认证和数据完整性，但没有提供秘密性;而ESP协议提供了数据完整性、身份认证和秘密性。

　　源主机在向目的主机发送安全数据报之前，源主机和网络主机进行握手并建立网络层逻辑连接，该逻辑通道称为安全协定(SA)。SA定义的逻辑连接是单工的;如果要双向传输，需要建立两个逻辑连接。

　　IP数据报格式：IP头+ AH头+TCP或UDP数据段以及IP头+ ESP头+TCP或UDP数据段+ESP尾+ESP身份认证。

　　3、WEB安全

　　Web面临的威胁：Web服务器安全威胁、Web浏览器安全威胁、浏览器与服务器之间的网络通信量安全威胁。

　　Web流量安全性方法

　　网络级：使用IPSec，使用IP安全性。

　　传输级：使用安全套接层，在TCP上实现安全性。

　　应用级：如安全的电子交易(SET)，与应用相关的安全服务被嵌入到特定的应用程序中。

　　七、入侵检测技术与防火墙

　　1、入侵检测技术

　　入侵者分为3类：假冒者(外部人员，未经授权使用计算机资源的人)、非法者(内部人员，越权访问的人)、秘密用户(夺取超级控制并利用控制逃避审计或抑制审计的人)

　　入侵检测技术分为两种：

　　统计异常检测：收集一段时间的合法用户的行为，然后统计测试观测其行为，判断是否违法。从阈值检测和基于轮廓两个方面。

　　基于规则检测：包括异常检测和渗透规则两个方面。

　　2、防火墙特性

　　防火墙设计目标：所有由外道内或由内到外必须经过防火墙，只有被授权的通信才能通过防火墙。

　　用来控制访问和执行站点安全策略的4种常用技术：

　　服务控制(确定可以访问的Internet服务类型)、方向控制(决定哪些特定方向上服务请求可以被发起并通过防火墙)、用户控制(根据哪个用户尝试访问服务来控制对一个服务的访问)和行为控制(控制怎样使用特定的服务)。

　　防火墙的功能：

　　防火墙定义了单个阻塞点，将未授权的用户隔离在被保护的网络之外。不能放拨号上网。

　　提供了安全与监视有关事件的场所

　　是一些与安全无关的Internet功能的方便平台

　　可用作IPSEC(网络层安全)平台。

　　3、防火墙的分类

　　常用的防火墙有包过滤路由器、应用级网关和电路级网关。

　　包过滤路由器：根据一套规则对收到的IP数据报进行处理，决定转发还是丢弃。

　　应用级网关：也称代理服务器，在应用级的通信中扮演着一个消息传递者的角色。

　　电路级网关：是一个独立系统，或说它是某项具体功能，也可由应用级网关在某个应用中执行，但不允许建立一个端到端的直接TCP连接，由网关建立两个链接，一个是网关到网内的TCP用户，一个是网关到外部TCP用户，网关仅是一个中继作用。

　　堡垒主机：作为应用级网关和电路级网关的服务平台。

　　八、计算机病毒与防护

　　1、计算机病毒

　　计算机病毒是一段可执行代码，是一个程序。它不独立存在，隐藏在其他可执行程序中，具有破坏性、传染性和潜伏性。

　　(1)病毒的生命周期：

　　潜伏阶段：病毒处于休眠状态，最终要通过某个事件来激活。

　　繁殖阶段：将与自身相同的副本放入其他程序或磁盘的特定区域中。

　　触发阶段：病毒被激活来进行它要实现的功能。

　　执行阶段：功能被实现。

　　2、病毒的种类

　　寄生病毒：将自己附加到可执行文件中，当被感染的程序执行时，通过感染其他可执行文件来重复。

　　存储器驻留病毒：寄宿在主存中，作为驻留程序的一部分。

　　引导区病毒：感染主引导记录或引导记录，从包含病毒的磁盘启动时进行传播。

　　隐形病毒：明确地设计成能够在反病毒软件检测时隐藏自己。

　　多态病毒：每次感染时会改变自己。

　　3、计算机病毒的防治策略

　　检测：一旦发生了感染，确定它的发生并且定位病毒

　　标识：识别感染程序的特定病毒

　　清除：一旦识别了病毒，清除病毒，将程序恢复到原来的状态。

　　4、几种常见病毒：宏病毒;电子邮件病毒;特洛伊木马(伪装成工具或游戏，获取密码，本质上不算病毒);计算机蠕虫(通过分布式网络扩散传播特定信息)。

　　5、反病毒软件分4代：

　　简单的扫描程序;启发式的扫描程序;行为陷阱;全方位的保护。

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