摘要:随着计算机网络的快速发展，21世纪已经进入了信息化时代。但随之网络安全问题也越来越突出，攻击者的破坏手段伴随着网络技术的发展更加高端，TCP/IP协议是计算机计算和网络技术中最基本的协议。因此，研究TCP/IP协议，有效的解决协议威胁的问题，对计算机网络技术的发展非常重要。通过对TCP/IP协议进行概述，并分析当前TCP/IP协议存在的安全隐患和安全问题。比较分析后得出IPv6在安全性能上更由于上一代的IPv4，极大地提高了网络的安全性。
关键词:计算机网络;网络安全;TCP/IP协议
TCP/IP协议作为计算机系统之间通信的技术规范，是当下网络技术所运用的主流协议。本文将详细介绍计算机网络以及TCP/IP协议族，使这些生活中常见的应用技术被更多了解，详见第一章、第二章。TCP/IP协议的便利性使得在设计初期可以很好地被开发以及使用，但随着更加频繁的网络通信，各种网络协议所存在的安全漏洞也随之暴露。本文将简介TCP/IP协议族的基本原理与发展历史，并分析该协议族当前面临的安全问题，详见第三章、第四章。
1计算机网络概述
计算机网络是指，由交换机、路由器等二三层网络设备通过物理线路相连所构建而成的基础网络设施，并向服务器、个人电脑等终端提供连接服务，使之通过网络设施实现相互通信。计算机网络的层次性是指，将网络的功能划分成若干个层次，每个层次负责独立的功能，低层次的网络功能为高层次的网络功能服务，高层次的网络功能依赖于低层次的网络功能。正是由于网络的分层，使得复杂的网络变得运行高效且利于维护。计算机互联的一个标准框架就是OSI(OpenSystemInterconnect)参考模型，它是一个共计七层的标准框架，自下而上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层，如图1所示。
2TCP/IP协议
TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型，TCP/IP协议将OSI的七层参考模型简化为四层，自下而上依次为网络接口层、网络层、传输层和应用层。每一层都需要它的下一层所提供的服务来完成自己的需求。TCP/IP协议族并不是单纯的TCP与IP这两个协议合并而产生的合称，而是指网络技术的整个TCP/IP协议族，又由于保障数据可靠传输的两个最基本的协议是TCP协议和IP协议，故称为“TCP/IP协议”。IP协议的功能是将数据链路层所封装出的“帧”同一转换为“IP数据报”，使得数据可以在网络上进行三层路由转发，所以IP协议使各种计算机网络都能在因特网上实现互通。TCP协议的功能是把数据切割为若干个数据包，并给每个数据包加上TCP包头，每一个包头都有源端口、目的端口以及各自的编号，数据的接收端可以根据包头中的编号来确定自己是否接收到所有的数据包，然后IP协议在TCP数据包封装IP报文头部，头部信息包含了数据的发送端和接收端的IP地址，有了接收端的IP地址，网络就知道了这个数据包想要去的目的地。如果在数据的传输过程中发生了数据丢失或失真等情况，TCP协议会根据包头中的编号去请求数据重新传输，接收到重传的报文后重组数据。总之，IP协议保证数据能传送到正确的目的地，TCP协议保证数据传输过程中不出现丢失或破损。
2．1TCP协议。TCP协议是面向连接的协议，一个完整的TCP连接建立过程如图2所示。为了在连接方和响应方之间可靠地传输数据，必须先在连接方和响应方之间通过三次握手的方式建立一条TCP连接。TCP连接的建立过程大致为:首先，连接方发送一个SYN标志位置位的TCP报文给响应方，SYN报文中的信息包括连接方所使用的源端口号和响应方的目的端口号，以及该TCP连接的初始序列号X;然后，响应方在接收到该SYN报文后，返回一个SYN标志位和ACK标志位置位的报文，该报文的序列号为X。最后，连接方也返回一个用于确认的ACK置位的报文给响应方，该报文的序列号为X+1。至此，一个TCP连接成功。
2．2IP协议。IP协议是TCP/IP协议族中的核心协议之一，它提供无连接的数据传输服务，它的主要功能有路由选择、寻址、分段以及组装。传输层将报文分成了若干个数据包，每一个数据包首先在源头的网关上进行路由匹配，然后一跳一跳地穿越若干个三层转发设备，最终送到目标主机。数据包在传输的过程中，由于物理层最大传输单元长度的要求，可能会被切割成若干小段，每一个小段都包含有完整的IP报文头部，但其中只有第一个小段包含了TCP头部。在穿越包过滤防火墙时，由于后续小段不包含TCP头部，将无法通过检测，在穿越状态检测防火墙时，则可以被检测通过。IP协议接收来自更底层发来的数据包，然后把数据包传递给更高的一层-TCP层(传输层)。同样，IP层也会接收来自TCP层的数据包，并传递给更底层。由于IP协议是无连接的，其无法确认数据是否有丢失或破损，所以IP数据包是不可靠的。
3TCP/IP协议的安全隐患
网络协议是计算机系统之间为了相互通信而共同遵守的技术规范。目前应用于互联网的主流协议TCP/IP协议族，由于在设计的早期过分注重其便利性和开发性，并没有足够考虑其安全性，因此安全问题普遍存在于很多的网络协议中。
3．1TCP协议的安全问题。第一是报文攻击:TCP连接的建立是通过三次握手的机制来实现的，其中的第一条数据包为SYN数据包，第二条数据包是SYN/ACK数据包，第三条数据包是ACK数据包。在TCP连接关系里，一方为连接方，另一方为响应方，由于缺乏身份验证机制，可能会存在攻击方窃听响应方发送的SYN包的威胁;如果攻击方冒充连接方向响应方发出RST报文，然后发出SYN报文向响应方建立连接，攻击方则得到了制造破坏的机会，如果攻击方利用这个TCP连接持续发送危险数据，则会产生严重的后果。另外，攻击方还可以进行纯粹的破坏性攻击，比如攻击方可以同时冒充连接方和响应方，同时向连接方和响应方发送RST报文，连接方和响应方都以为RST报文是对方发来的，所以他们之间的TCP连接因此而断开，数据的传输也就必然中断。攻击方使用这样的方式持续阻断连接方和响应方之间的TCP连接，使得连接方和响应方之间的通信完全中断。第二是序列号攻击:TCP连接最初的序列号是在发送SYN数据包时确认的，攻击方向响应方发送SYN报文获取上次的ISN数据，若攻击方获取了上次连接的数据，可以预测到后续的数据，那么攻击方就可以伪造有害数据并发给响应方，从而进行破坏。
3．2IP协议的安全问题。IP协议在网络中提供了无连接的数据传输服务。IP协议仅根据报文头部的目的地址信息进行转发，对IP报头中的源地址并不做任何检查。这就意味着，IP协议默认认为，报头中的源地址是可以相信的、可以依靠的。因此，某些对访问请求来源敏感的服务可能会遭受非法入侵。即使网络中的防火墙限制了某些源地址去访问某些目的地址，但仍然无法避免攻击者冒用合法IP地址作为源地址，对服务器进行攻击。实际中，任何攻击者都能够利用IP协议不验证源地址真实性、合法性的缺点，自定义源IP地址来实现网络攻击，并且不会被发现。另外攻击者可以使用IP碎片攻击，由于IP协议无法检测源IP的合法性与真实性，攻击者可以向被攻击者发送大量的IP分片，被攻击者在收到这些大量的IP分片后，会对IP分片进行重组，重组大量的IP分片将大量占用被攻击者的计算资源，攻击严重的情况下，很可能会使得被攻击者陷入系统瘫痪。
4基于TCP/IPv4，v6的安全分析
TCP/IP协议族在设计上的先天不足使得其难以避免某些安全隐患，即使通过应用层的安全手段可以有效地避免一些底层的安全问题，但仍然无法彻底弥补其底层的先天不足。TCP/IPv6的设计，充分总结了TCP/IPv4的安全问题并加以修复，使得IPv6的安全性更能满足当前网络安全防范的需求。除此之外，IPv6宽广的地址空间、网络层的加密与校验等功能，使得其相较于IPv4的优势也更为明显。
5结论
计算机网络的层次划分框架使得复杂的计算机网络系统易于实现以及维护。而网络协议，特别是TCP/IP协议簇保证了在通信过程中数据正确传输的重要协议。IP协议使各种计算机网络都能在因特网上实现互通，TCP协议保证了数据传输的正确性。但传统的TCP/IP协议由于过分强调其开发性和便利性，缺少安全性以及传输效率的考虑。新一代的IPv6在这两个方面的性能都显著提升。随着通信网络的发展，网络协议也许还存在一些其他的问题，但技术的发展就是不断地解决问题，在未来通信的效率会越来越高。
参考文献:
［1］王雪晴．计算机网络概述及与SDN的对比分析．重庆邮电大学，2017．
［2］刘宇峰．新时期TCP/IP网络安全防范的应对措施探析．中国联通，2016．87电子信息科技风2021年6月
作者:陈昱琦 单位:重庆信息通信研究院
