počítačové sítě - webzdarmasps-se.kvalitne.cz/pp/pocitacove_site.pdf• architektura sítě -...
TRANSCRIPT
Počítačové sítěPočítačové sítě
RNDr. Josef Milota<[email protected]>
Katedra aplikované matematiky a informatikyZemědělská fakultaJihočeská univerzita
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 2
Počítačová síť - definicePočítačová 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 3
Počítačová síť - výhodyPočítačová síť - výhody
• ekonomické (může ušetřit náklady na hardware, často i na údržbu a správu systémů);
• výrazné zlepšení komunikace (on-line i off-line);
• vyšší efektivita a produktivita práce;• může uspořit lidské zdroje;• je možné dělat věci zcela novými způsoby.
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 4
Počítačová síť - nevýhodyPočítačová 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 Počítačové sítě 5
Historie počítačových sítíHistorie 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 Počítačové sítě 6
Komponenty počítačových sítíKomponenty 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.
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 7
Rozdělení počítačových sítíRozdělení počítačových sítí
Podle:• přenosové rychlosti,• rozsahu,• typu uzlů,• vztahu mezi uzly,• topologie,• architektury,• možnosti přístupu.
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 8
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle přenosové rychlostipodle 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 Počítačové sítě 9
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle rozsahupodle 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 Počítačové sítě 10
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle typu uzlůpodle 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).
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 11
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle vztahu mezi uzlypodle 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 NT, 2000Server, Linux, Novell, IBM AS/400
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 12
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle topologiepodle topologie
• topologie = prostorové uspořádání, struktura propojení počítačů a prvků sítě:– sběrnicová – kruhová – hvězdicová– hvězdicová kruhová– strukturovaná kabeláž
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 13
Sběrnicová topologieSběrnicová topologie
• výhody:– nízká cena– snadnost připojení nového
zařízení
• nevýhody:– malá porucha může způsobit
velké problémy– složitá administrace– dochází ke kolizím
PC PC
PC PC
PC
• příklad:– Ethernet 10Base-2 -
koax
Prakticky se již nepoužívá!
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 14
Kruhová topologieKruhová topologie
• výhody:– nedochází ke kolizím– méně náchylné k poruchám
• nevýhody:– větší náklady na zasíťování– nákladnější aktivní prvky sítě
PC
PC
PC
PC
PC
• příklad:– FDDI– Token Ring
Používá se zřídka!
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 15
Hvězdicová topologieHvězdicová topologie
• výhody:– snadné připojení nového
zařízení– méně náchylné k poruchám– příznivé ceny aktivních
prvků
• nevýhody:– větší náklady na zasíťování– dochází ke kolizím
PC
PC
PC
PC
PC
• příklad:– Ethernet - 10/100
BaseT
Nejpoužívanější!
HUB
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 16
Hvězdicová kruhová topologieHvězdicová kruhová topologie
• výhody:– snadné připojení nového
zařízení– méně náchylné k poruchám– nedochází ke kolizím
• nevýhody:– větší náklady na zasíťování– drahé aktivní prvky sítě
PC
PC
PC
PC
PC
• příklad:– 100 VG AnyLAN
Příliš se nepoužívá!
HUB
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 17
Strukturovaná kabelážStrukturovaná kabeláž
• výhody:– snadné připojení nového zařízení (PC,
telefon, EZS)– jednoduché přemístění zařízení – možnost centrální administrace sítě
PC
PC
PC
PC
• příklad:– všude kolem...
Používá se standardně!
HUB1 HUB2 HUB3
rozvodná skříň - rack
3. místnost
PC
PC
PC
PC
PC
PC
PC
PC
2. místnost1. místnost
patch panel
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 18
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle architekturypodle 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 Počítačové sítě 19
Rozdělení počítačových sítí - Rozdělení počítačových sítí - podle možnosti přístupupodle 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 Počítačové sítě 20
Pasivní prvky sítěPasivní 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
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 21
Aktivní prvky sítěAktivní 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 Počítačové sítě 22
Referenční model OSIReferenční model OSI• OSI (Open Systems Interconnection) - sedmivrstvý
model navržený Mezinárodní organizací pro standardizaci (International Standardization Organization - ISO):
fyzickálinkovásíťová
transportnírelační
prezentačníaplikační
fyzickálinkovásíťová
transportnírelační
prezentačníaplikační volání služeb a
předávání paketů
dodávka paketů
komunikace na bázi stejných protokolů
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 23
Vrstvy OSIVrstvy OSI
Aplikačně / služebně orientované vrstvy
fyzickálinkovásíťová
transportní
relačníprezentačníaplikační
Vrstva poskytující doručovací a ověřovací služby
Komunikačně / síťově orientované služby
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 24
Fyzická vrstva OSIFyzická 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 Počítačové sítě 25
Linková vrstva OSILinková 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“ napevno v hardwaru síťového adaptéru.
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 26
Síťová vrstva OSISíťová 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 Počítačové sítě 27
Transportní vrstva OSITransportní 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 Počítačové sítě 28
Relační vrstva OSIRelační 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 Počítačové sítě 29
Prezentační vrstva OSIPrezentační 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,…);
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 30
Aplikační vrstva OSIAplikační 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)
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 31
Bezpečnost počítačové sítěBezpečnost 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 Počítačové sítě 32
Bezpečnost na úrovni Bezpečnost na úrovni uživatelských právuživatelských 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 Počítačové sítě 33
Bezpečnost na úrovni síťové nebo Bezpečnost na úrovni síťové nebo aplikační vrstvyaplikační 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,...).
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 34
Ochrana uživatelských datOchrana 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).
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 35
Ochrana přenosu dat po sítiOchrana 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)
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 36
Elektronický podpisElektronický 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 součtem zprávy, která mu byla doručena.
Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 37
Organizační opatření - Organizační opatření - bezpečnostní politikabezpečnostní 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 Počítačové sítě 38
Další vývoj?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 Počítačové sítě 39
Literatura: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...