Počítačové sítě. RNDr. Josef Milota Katedra aplikované matematiky a informatiky Zemědělská fakulta Jihočeská univerzita

Počítačové sítě RNDr. Josef Milota <[email protected]> Katedra aplikované matematiky a informatiky Zemědělská fakulta Jihočeská univerzita

Počítačová síť - definice • vzájemné propojení počítačů (příp. dalších zařízení) umožňující jejich komunikaci a sdílení hardwaru, softwaru a dat; • slouží lidem...

Sobota, 13. listopadu 2004

Počítačové sítě

2

Počítačová síť - výhody • ekonomické (může ušetřit náklady na hardware, často i na údržbu a správu systémů); • výrazné zlepšení komunikace (on-line i offline); • vyšší efektivita a produktivita práce; • může uspořit lidské zdroje; • je možné dělat věci zcela novými způsoby. Sobota, 13. listopadu 2004


3

Počítačová síť - nevýhody • ekonomické (počáteční náklady mohou být vyšší - je třeba sledovat dlouhodobější hledisko); • snadněji zneužitelné (nutností je dobré zabezpečení přístupu k datům a zabezpečení komunikace); • vyžaduje odborníky (příp. outsourcing pomoc specializované firmy); • náchylnější k poruchám. Sobota, 13. listopadu 2004


4

Historie počítačových sítí • 60. léta: sálové počítače s terminály připojenými přes telefonní linky; • 70. léta: minipočítače s terminály distribuované na jednotlivá pracoviště (problémy s komunikací minipočítačů); • 80. léta: osobní počítače (IBM PC) s distribuovaným výkonem, nastává rychlý rozvoj síťových technologií; • 90. léta: rozvoj globálních počítačových sítí (Internet) a progresivních síťových technologií (vyšší přenosové rychlosti, vyšší výkon, bezdrátové sítě,...); • nové technologie umožňují větší centralizaci služeb. Sobota, 13. listopadu 2004


5

Komponenty počítačových sítí • hardwarové: – – – –

uzly (počítače a karty pro síťová rozhraní), topologie (fyzická a logická), pasivní a aktivní prvky sítě, pomocné komponenty (periferní zařízení, bezpečnostní zařízení a nástroje);

• softwarové:

– síťové operační systémy a software (OS) pracovních stanic, – prostředky (programové vybavení serverů a ovladače HW), – nástroje pro analýzu a monitoring provozu sítě a pro správu HW a SW, – aplikace - síťové programové vybavení.



6

Rozdělení počítačových sítí Podle: • přenosové rychlosti, • rozsahu, • typu uzlů, • vztahu mezi uzly, • topologie, • architektury, • možnosti přístupu. Sobota, 13. listopadu 2004


7

Rozdělení počítačových sítí podle přenosové rychlosti Několik generací: • první sítě - rychlost řádově kb/s (kilobit za sekundu); • další generace (Ethernet, Token Ring, ARCnet) rozsah 1-20 Mb/s; • současné sítě (Fast Ethernet, FDDI, ATM, Gigabit Ethernet) - rychlosti 100-1000 Mb/s; • současnost 2,5 – 10 Gb/s (páteř CESNET2, 10 Gb Ethernet); • další generace - rychlosti vyšší než 10Gb/s (výzkum - Tb/s). Sobota, 13. listopadu 2004


8

Rozdělení počítačových sítí podle rozsahu • lokální - LAN (Local Area Network): – v omezeném prostoru (např. místnost, budova, areál), – většinou přímé propojení počítačů bez nutnosti směrování, – většinou homogenní prostředí;

• rozlehlé - WAN (Wide Area Network): – bez prostorového omezení, – nutnost směrování dat, – často velmi heterogenní prostředí (různý hardware, různé operační systémy, různé druhy propojení sítí).

• Department, Campus, Metropolitan, Global Area Networks... Sobota, 13. listopadu 2004


9

Rozdělení počítačových sítí podle typu uzlů Sítě mohou být tvořené: • osobními počítači (většina LAN, DAN); • minipočítači a mainframy (např. servery v univerzitní síti nebo ve výpočetním centru); • jinými sítěmi (tzv. páteřní sítě, Internet - síť sítí).



10

Rozdělení počítačových sítí podle vztahu mezi uzly • peer to peer: – každý počítač v síti má rovnocenné postavení vůči ostatním, – každý počítač může nabízet svá zařízení ostatním a využívat zařízení ostatních; Příklad: Windows (3.11, 9x, 2000Pro), Linux, DR-DOS

• klient-server: – server - počítač nabízející svůj hardware nebo software ostatním, řídí přístup ke sdíleným zdrojům a do sítě, – klient - počítač využívající hardware nebo software serverů, – server může být i dedikovaný (vyhrazený - nemůže fungovat jako klient) - např. Novell, Příklad: Windows Linux, Sobota, 13. listopadu 2004NT, 2000Server, Počítačové sítěNovell, IBM AS/400

11

Rozdělení počítačových sítí podle topologie • topologie = prostorové uspořádání, struktura propojení počítačů a prvků sítě: – – – – –

sběrnicová kruhová hvězdicová hvězdicová kruhová strukturovaná kabeláž



12

Sběrnicová topologie • výhody:

• nevýhody:

– nízká cena – snadnost připojení nového zařízení

– malá porucha může způsobit velké problémy – složitá administrace – dochází ke kolizím

• příklad: – Ethernet 10Base-2 koax

Prakticky se již nepoužívá! Sobota, 13. listopadu 2004

PC

PC

PC

PC


PC

13

Kruhová topologie • výhody:

• nevýhody:

– nedochází ke kolizím – méně náchylné k poruchám

– větší náklady na zasíťování – nákladnější aktivní prvky sítě PC

• příklad: – FDDI – Token Ring

PC

Používá se zřídka! Sobota, 13. listopadu 2004

PC

PC


PC

14

Hvězdicová topologie • výhody:

• nevýhody:

– snadné připojení nového zařízení – méně náchylné k poruchám – příznivé ceny aktivních prvků

– větší náklady na zasíťování – dochází ke kolizím

• příklad:

PC

– Ethernet - 10/100 BaseT

Nejpoužívanější! Sobota, 13. listopadu 2004

PC

HUB

PC


PC

PC

15

Hvězdicová kruhová topologie • výhody:

• nevýhody:

– snadné připojení nového zařízení – méně náchylné k poruchám – nedochází ke kolizím

– větší náklady na zasíťování – drahé aktivní prvky sítě

• příklad:

PC

– 100 VG AnyLAN

Příliš se nepoužívá! Sobota, 13. listopadu 2004

PC

HUB

PC


PC

PC

16

Strukturovaná kabeláž rozvodná skříň - rack

• výhody: – snadné připojení nového zařízení (PC, telefon, EZS) – jednoduché přemístění zařízení – možnost centrální administrace sítě

• příklad: – všude kolem...

Používá se standardně! Počítačové sítě Sobota, 13. listopadu 2004

HUB1

HUB2

HUB3

patch panel

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

PC

1. místnost 2. místnost 3. místnost 17

Rozdělení počítačových sítí podle architektury • architektura sítě - fyzické uspořádání sítě (topologie) a/nebo protokoly (pravidla pro komunikaci a datové prvky), které jsou použity pro komunikaci;

• každá architektura v sobě zahrnuje implicitní topologii (Ethernet - hvězdicová, FDDI, Token Ring kruhová,…);

• architektury se od sebe mohou lišit přenosovým médiem (FDDI - optika, ARCnet - metal. kabel,...); • komunikaci různých architektur zajišťují HUBy, switche, routery, transceivery. Sobota, 13. listopadu 2004


18

Rozdělení počítačových sítí podle možnosti přístupu • sdílené médium (Ethernet, Token Ring,...) může vysílat současně pouze jeden uzel: – s náhodným přístupem (Ethernet,…) - dochází ke kolizím,

– s deterministickým přístupen (Token Ring,…) nedochází ke kolizím - vyšší propustnost sítě;

• přepínané sítě (ATM) - podle potřeb se vytváří dočasná spojení (i vícenásobná multiplexing), což umožňuje více uzlům vysílat současně - podstatné zvýšení propustnosti sítě; Sobota, 13. listopadu 2004


19

Pasivní prvky sítě • fyzické propojení počítačů (kabeláž - metalická, optická, bezdrátové - infračervené, mikrovlnné, GSM, laser), • počítačové zásuvky, • patch panely (propojovací panely, ve kterých končí přípojky z počítačových zásuvek), • racky (rozvodné skříně, v nichž jsou umístěny patch panely a některé aktivní prvky sítě), • propojovací kabely (metalické, optické), Příklad: TwistedPair Category 5, single-mode/multi-mode fibre-optic, GSM



20

Aktivní prvky sítě • síťový adaptér (NIC - Network Interface Card) - slouží k připojení zařízení do sítě - často integrováno na základní desce počítače nebo se připojuje pře standardní sloty (PCI, ISA, PC card,…), • HUB (čti „hab“ - rozbočovač) - prosté propojení zařízení, • bridge (čti „bridž“ - most) - odděluje provoz v lokálních sítích, • switch (čti „svič“ - přepínač) - umožňuje rozdělení LAN do podsítí, vykonává také funkci bridge, • router (čti „rauter“ - směrovač) - umožňuje směrovýní datagramů v rozlehlých sítích, • repeater (čti „ripítr“ - opakovač) - zesilovač signálu, • transceiver (čti „transívr“ - převodník) - převádí signál z jednoho druhu média na jiný (FO/TP, AUI/FO,…), • gateway (čti „gejtvej“ - brána) - propojuje sítě. Příklad: 3C905B-TX (NIC), Orinoco PC card, Cisco 3660 (router) Sobota, 13. listopadu 2004


21

Referenční model OSI • OSI (Open Systems Interconnection) - sedmivrstvý model navržený Mezinárodní organizací pro standardizaci (International Standardization Organization - ISO): aplikační prezentační relační transportní síťová linková fyzická Sobota, 13. listopadu 2004

aplikační prezentační relační transportní síťová linková fyzická Počítačové sítě

volání služeb a předávání paketů dodávka paketů komunikace na bázi stejných protokolů 22

Vrstvy OSI aplikační prezentační relační

Aplikačně / služebně orientované vrstvy

transportní

Vrstva poskytující doručovací a ověřovací služby

síťová linková fyzická


Komunikačně / síťově orientované služby


23

Fyzická vrstva OSI • zabývá se fyzikálními a přenosovými charakteristikami jednotlivých přenosových médií, po nichž může probíhat komunikace; – předává datové pakety („balíčky dat“) z linkové vrstvy, převádí je na přenosové médium, po kterém jsou pakety zasílány k fyzické vrstvě příjemce, kde jsou převáděny zpět do datových paketů a předávány linkové vrstvě;

• definované (fyzikální) vlastnosti přenosu: rychlost, kódování signálu,…

• specifikace fyzické vrstvy: RS-232, IEEE 802.3,... Sobota, 13. listopadu 2004


24

Linková vrstva OSI • určuje způsob výměny datových paketů mezi stanicemi spojenými přímo přenosovým médiem a případně adresaci těchto stanic; – žádosti a data ze síťové vrstvy jsou „zabaleny“ do datových paketů, jež linková vrstva předává fyzické vrstvě k odeslání; – linková vrstva příjemce „vybaluje“ žádosti a data z paketů přijatých od fyzické vrstvy a předává je síťové vrstvě k dalšímu zpracování;

• nejpoužívanější síťové architektury a protokoly: Ethernet, Token Ring, FDDI,... • funkce fyzické a linkové vrstvy často „zadrátovány“ Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě napevno v hardwaru síťového adaptéru.

25

Síťová vrstva OSI • má za úkol vytvořit podmínky pro komunikaci mezi stanicemi, které spolu nejsou přímo propojeny; – slouží k určování síťových adres nebo k převodu hardwarových adres (na linkové vrstvě) na síťové; – umožňuje nalezení cesty mezi zdrojem a cílovým uzlem v síti nebo mezi dvěma mezilehlými zařízeními; – vytváří a udržuje logické spojení mezi zdrojovým a cílovým uzlem;

• nejpoužívanější síťové protokoly: IP (Internet Protocol), ARP (Address Resolution Protocol), ICMP... Sobota, 13. listopadu 2004


26

Transportní vrstva OSI • odpovídá za přenos zpráv mezi účastníky komunikace (řízení toku dat a jejich integrita); – je možné předem specifikovat rychlost přenosu a míru chybovosti (velmi spolehlivá, nespolehlivá s navázáním spojení, nespolehlivá - bez navázání spojení); – pakety jsou označeny pořadovými čísly a na úrovni relační vrstvy příjemce poskládány opět ve správném pořadí; – transportní vrstva je nepostradatelná;

• nejpoužívanější transportní protokoly: TCP (s navázáním spojení), UDP (bez navázání spojení), SPX,... Sobota, 13. listopadu 2004


27

Relační vrstva OSI • stará se o výměnu řídících informací mezi komunikujícími procesy (žádosti o služby, změna směru přenosu,…); – odpovídá za synchronizaci a řazení paketů v síťovém spojení a za udržování spojení do doby, než je přenos ukončen; – často bývá součástí jiných konfigurací (např. na úrovni prezentační vrstvy);

• nejpoužívanější relační protokoly: NetBEUI (Microsoft), NetBIOS,... Sobota, 13. listopadu 2004


28

Prezentační vrstva OSI • řeší některé „kosmetické“ problémy týkající se komunikace; – odpovídá za prezentování informací způsobem, který vyhovuje aplikacím nebo uživatelům (konverze dat zakódovaných v různých znakových sadách, datová komprese a dekomprese, zakončení řádků v textových souborech,…);



29

Aplikační vrstva OSI • je součástí konkrétního programu, který realizuje předepsané úkony (přenos souborů, elektronická pošta, správa sítě,...); – předává žádosti programu a data prezentační vrstvě, která je odpovědná za kódování dat do vhodné formy;

• často používané aplikační protokoly: FTP (File transfer Protocol) SNMP (Simple Network Management Protocol) Telnet (terminálová emulace) X.400 (specifikuje funkce a protokoly pro předávání zpráv a elektronickou poštu) – HTTP (HyperText Transfer Protocol) – – – –



30

Bezpečnost počítačové sítě • omezení přístupu k síťovým zdrojům na úrovni uživatelských práv, • omezení přístupu na úrovni síťové nebo aplikační vrstvy, • ochrana uživatelských dat, • ochrana přenosu dat po síti, • elektronický podpis, • organizační opatření – bezpečnostní politika. Sobota, 13. listopadu 2004


31

Bezpečnost na úrovni uživatelských práv • přístup ke sdíleným zdrojům musí být omezen (jinak hrozí nefunkčnost systému - viry, hackeři,...): – uživatelské jméno a heslo - zajišťuje identifikaci uživatele a přidělení odpovídajících – uživatelských práv - specifikují rozsah a úroveň přístupu k síťovým zdrojům - několik úrovní: • host (většinou jen pro čtení veřejně dostupných dat), • uživatel (může spouštět aplikace, má přístup k vybraným datům, aplikacím a službám), • administrátor (neomezený přístup k systému, datům a službám, může definovat uživatelská práva a nové uživatele, může instalovat aplikace a konfigurovat systém). Sobota, 13. listopadu 2004


32

Bezpečnost na úrovni síťové nebo aplikační vrstvy • nastavení aktivních prvků sítě (router); • firewall - specifické zařízení (počítač se speciálním

•

softwarem), které odděluje intranet (privátní síť) od extranetu (veřejná síť - často Internet) a propouští pouze administrátorem povolené požadavky (povolené protokoly, povolené adresy); TCP/IP filter - může být i součástí OS (Linux, Windows NT, 2000,...) nebo konkrétní aplikace (Oracle,...).



33

Ochrana uživatelských dat • šifrování dat: – tradiční šifrování - používá tajný převodní algoritmus - nespolehlivé,

– šifrování tajným klíčem - používá jediný klíč

známý pouze odesilateli a příjemci (např. DES algoritmus) - není možné chránit zprávu proti podvodu, – šifrování s veřejným klíčem - jeden klíč veřejný - je ve veřejně přístupné knihovně veřejných klíčů, druhý klíč - soukromý - je znám pouze jedinému účastníkovi; k zašifrování může být použit některý z těchto klíčů, k rozšifrování pak druhý klíč (např. RSA);

• ukládání a přenos zašifrovaných dat -

podporováno některými OS nebo aplikacemi (PGP - Pretty Good Privacy).



34

Ochrana přenosu dat po síti • problém: přenos autentifikačních údajů (heslo) a citlivých dat po síti, • běžné protokoly - nespolehlivé (telnet, ftp, http), • jednorázová hesla - OTP (SemTel) • SSH - secure shell - vzdálený terminál - lze využít i k • •

vytvoření bezpečného tunelu pro jiný (nezabezpečený) protokol, SSL - Secure Socket Layer (Netscape) - transportní protokol mezi TCP/IP a HTTP, SHTTP - Secure HyperText Transfer Protocol (EIT)



35

Elektronický podpis • problém: jak ověřit pravost elektronického podpisu? • využívá se šifrování s veřejným klíčem: – z digitální zprávy se vypočte jednoznačný kód kontrolní součet, – tento kód je zašifrován soukromým klíčem autora zprávy a přiložen ke zprávě jako její elektronický podpis, – příjemce zprávy získá od důvěryhodné certifikační autority veřejný klíč autora zprávy, – tento klíč použije příjemce k rozšifrování přiloženého kontrolního součtu zprávy, – rozšifrovaný kontrolní součet porovná s kontrolním mu byla Sobota, 13.součtem listopadu 2004zprávy, která Počítačové sítě doručena.

36

Organizační opatření bezpečnostní politika • problém: samotná technika nestačí – nejslabším prvkem je lidský faktor; • bezpečnostní politika firmy: – odhaluje slabá a kritická místa; – definuje postupy jak je zabezpečit; – zahrnuje technologická, ale také organizační opatření (jež je složitější dodržet); – týká se všech pracovišť, zaměstnanců i pracovních postupů; – podléhá pravidelnému auditu. Sobota, 13. listopadu 2004


37

Další vývoj? • nové technologie = nové služby (rychleji, mobilněji, …);

• nové technologie = nové problémy (bezpečnost •

dat klesá se vzrůstajícím výkonem, kvantové počítače,...); pokračuje centralizace služeb (tenký klient, outsourcing,…);

• roste potřeba vysoce kvalifikovaných lidí; • faktická moc se dostává do rukou informatiků (etický kodex informatika 21. století?); • těžko říci, co bude za 5 let... Sobota, 13. listopadu 2004


38

Literatura: • FEIBEL, W.: Encyklopedie počítačových sítí. Computer Press, Brno 1996. • LHOTKA, L.: Server v Internetu. Kopp, České Budějovice 1996. • SCHATT, S.: Počítačové sítě LAN od A do Z. Grada, Praha 1994. • Další zdroje na Internetu... Sobota, 13. listopadu 2004


39

Počítačové sítě. RNDr. Josef Milota Katedra aplikované matematiky a informatiky Zemědělská fakulta Jihočeská univerzita

Recommend Documents