Základní charakteristiky počítačových sítí Propojování počítačů, propojování sítí

1. Informatika 2 • Základní charakteristiky počítačových sítí • Propojování počítačů, propojování sítí • Přenosové protokoly • Internet/Intranet • Bezpečnost sítí IN2-11-09-NT

2. Úroveň integrace počítačů Samostatné počítače • nevylučuje vzájemnou komunikaci (např. víceuživatelské systémy) Počítačová síť • skupina autonomních, navzájem propojených (komunikujících) počítačů Distribuovaný systém • skupina počítačů, která se chová jako kompaktní celek • vůči uživateli je existence jednotlivých strojů transparentní IN2-11-09-NT

3. zpřístupnit data na vzdáleném počítači, rozšířit kapacity běžného počítače (paměťové a další) • snadná komunikace mezi uživateli (např. společné zpracování dokumentů), mezi programy – distribuované aplikace • sdílení drahých a unikátních technických zařízení a služeb • nasazení síťových programů - efekt terminálové sítě • úspora nákladů připojením jednodušších počítačů k výkonným serverům Důvody a výhody IN2-11-09-NT

4. Využití a výhody sítí Sdílení prostředků • datových souborů (programy, data) • technických prostředků (periferie, výpočetní kapacity) Komunikace • mezi uživateli, mezi programy – distribuované aplikace Vyšší spolehlivost • možnost zálohování, redundantní infrastruktury Úspora peněz • seskupení menších počítačů je levnější, než jeden superpočítač IN2-11-09-NT

5. Nevýhody počítačových sítí • cenová náročnost • vyškolení administrátorů i uživatelů sítě • nutnost ochrany dat před neoprávněným přístupem a zneužitím systému • možnost poškození dat, technického či programového vybavení IN2-11-09-NT

6. Typy sítí Lokální síť - LAN (Local Area Network) • sítě v relativně omezené geografické oblasti (místnost až areál - příklad LIANE) • jeden vlastník (a správce) • vlastní komunikační infrastruktura (kabeláž, bezdrátový přenos) • nízká chybovost, vysoké přenosové rychlosti (až desítky GB) • odděleny (či propojeny) od dalších počítačových prostředí (dalších sítí) • rychlosti: 100 Gb/s Ethernet (Alcatel-Lucent), 2010 IN2-11-09-NT

7. Typy sítí • umožňují datové komunikace v geograficky rozlehlých oblastech (přesahují hranice států i kontinentů) • pronajatá komunikační infrastruktura (optická vlákna, mikrovlnné trasy, satelity) • velké rozpětí přenosových rychlostí (64 kb/s – 100 Gb/s) • chybovost závislá na technologii • obsahují často nejrůznější druhy počítačové techniky, přenosových médií a protokolů (heterogennost) • primárně určeny pro vzdálený přístup Rozlehlé počítačové sítě - WAN (Wide Area Network) IN2-11-09-NT

8. Typy sítí Metropolitní sítě - MAN (Metropolitan Area Network) • menší geografická rozloha, než WAN • vyšší přenosové rychlosti, než WAN • charakteristická je tzv. páteřní síť, propojující jednotlivá centra, do kterých jsou napojeny rychlými přípojkami jednotlivé sítě koncových účastníků IN2-11-09-NT

9. Struktura počítačové sítě Komponenty • připojené počítače • spoje (linky, kanály) • aktivní přepojovací prvky Topologie • vzájemné uspořádání jednotlivých prvků • vychází z vlastností kanálů (dvoubodové/sdílené) IN2-11-09-NT

10. způsob rozmístění jednotlivých uzlů sítě a jejich vzájemné propojení ovlivňuje vlastnosti sítí, především rychlost a spolehlivost základní typy: • sdílené spoje • sběrnicová topologie • s centrálním vysílačem • dvoubodové spoje: • hvězdicová topologie • kruhová topologie • stromová topologie • obecný graf Topologie sítě (LAN) IN2-11-09-NT

11. Sběrnicová topologie stanice, tiskárna server terminátor IN2-11-09-NT

12. Sběrnicová topologie Nevýhody: • při přerušení vedení se zhroutí celá sběrnice • relativně krátká délka jednotlivých segmentů (nutnost použití opakovačů - repeater) • v daný okamžik lze přenášet pouze jednu zprávu Výhody: • jednoduché a pružné • málo vodičů • obvykle nejlevnější • rozšíření sítě o další stanice nemusí znamenat další náklady z hlediska spojů • snadná realizace vysílání zpráv pro všechny stanice či pro skupinu stanic IN2-11-09-NT

13. stanice, tiskárna Hvězdicová topologie jednotlivé uzly připojeny do jednoho aktivního zařízení (přepínač, „hub“), přes které probíhá veškerá vzájemná komunikace IN2-11-09-NT

14. Hvězdicová topologie Nevýhody: • při selhání aktivního zařízení síť nefunkční • náročné rozmístění v budovách, všechny spoje musí vést k aktivnímu zařízení • velké množství kabeláže • výpadek „středu“ fatální • vyšší náklady Výhody: • výpadek jedné stanice nebo spoje vyřadí jeden počítač a neovlivní zbytek sítě • lehká rozšiřitelnost • někdy umožňuje i souběžný nezávislý přenos dat pro jednotlivé stanice - zvýšení rychlosti IN2-11-09-NT

15. Stromová topologie • zobecnění hvězdy • základem spousty středně velkých sítí • reálný výkon závisí na topologii • př. Ethernet na kroucené dvouulince Nevýhody: • výpadkem uzlu či jediného spoje se rozpadne Výhody: • lze oddělovat provoz IN2-11-09-NT

16. Síťové karty (adaptéry) • Síťová karta je zařízení, které umožňuje připojení počítače nebo externího zařízení (tiskárna, scaner,…) do počítačové sítě • Řídí tok dat mezi vnitřní datovou sběrnicí počítače (externího zařízení) a sériovým tokem dat v kabelovém rozvodu sítě • Každé síťové médium se k síťové kartě připojuje pomocí specifického konektoru, který karta obsahuje IN2-11-09-NT

17. Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) kroucená dvoulinka(Twisted Pair - TP) • nejstarší a nejrozšířenější přenosové médium – původně telefonní kabel, kroucením sníženo rušení • typický dvoubodový spoj • UTP („Unshield Twisted Pair“) - nestíněná • STP („Shield Twisted Pair“) – stíněná - tvořena čtyřmi kroucenými páry vodičů IN2-11-09-NT

18. Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) Strukturovaná kabeláž Při realizaci sítě v rámci budovy se často používá tzv. strukturovaná kabeláž – pro horizontální rozvody (v rámci patra) se používá kroucená dvojlinka; pro vertikální rozvody je použito optického vlákna: • jednotná kabeláž pro telefony a data • svedena do jednoho centra – umožňuje pružně přepojovat a přizpůsobovat topologii • zásuvka se může stěhovat s uživatelem IN2-11-09-NT

19. Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) koaxiální kabel • vnitřní a vnější vodič odděleny dielektrickou izolací • větší šířka pásma, nízký šum • dražší, než TP, horší manipulovatelnost • přenosové rychlosti kolem 100 Mb/s IN2-11-09-NT

20. Přenosová média datových sítí (fyzická vrstva) Optický kabel • tenké skleněné vlákno • dvě vrstvy z materiálů s vhodnými indexy lomu – světlo se udrží uvnitř jádra • data transformována do světelných pulsů vysílaných do vlákna laserem • použití při přenosech na velké vzdálenosti či velkých objemech dat (páteřní sítě) IN2-11-09-NT

21. Přenosová média datových sítí • radiové spoje • používají obvykle pásem VKV, dosah do cca 30 - 50 km • elektromagnetické vlny v pásmech VKV nesledují zakřivení zemského povrchu • pozemní směrové spoje • mikrovlnná pojítka => vzájemná viditelnost vysílače a přijímače • parabolické antény IN2-11-09-NT

22. Přenosová média datových sítí satelitní spoje - typicky na geostacionární dráze • principiálně spojení do hvězdy • pokrytí velkého území jedním satelitním vysílačem (z družice) • zpoždění signálu (geostacionární družice) – nevhodné pro interaktivní práci (42 170 km od středu Země, orbitální rychlost 3,075 km/s) • potřeba vyššího výkonu pozemních vysílačů • vhodné pro aplikace, prováděné formou dávkových přenosů dat • Způsoby komunikace: • jednokrokové spojení • dvoukrokové (či vícekrokové) spojení - přes pozemní řídící stanici (země - satelit - řídící stanice - satelit - země) • spojení point - to - multipoint (jedna stanice vysílá a několik stanic přijímá) IN2-11-09-NT

23. Přenosová média datových sítí • nízkoorbitální satelitní spoje • odstranění zpoždění • vysílače s nižšími výkony • komplikovaná synchronizace retranslačních družic • laserové spoje • nutnost přesného nasměrování • velká šířka přenášeného pásma • jednosměrná komunikace a potřeba přímé viditelnosti IN2-11-09-NT

24. Přenosová média datových sítí Technologie ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) • využívá místní smyčku na maximum • paralelně s telefonem, před ústřednou data odbočí • rychlost stahování dat (downstream) až 24 Mb/s – ADSL-2+ (závisí na kvalitě a délce vedení), ve druhém směru (odesílání dat - upstream) cca desetina • vhodné pro koncové uživatele – konzumenty dat IN2-11-09-NT

25. Přenosové protokoly Rozhraní vrstev • definice služeb nabízených nadřízené vrstvě • implementaci určuje zdejší protokol, nadřízená vrstva o ní nic neví • rozhraní závisí na implementaci (např. OS) Zdroj: Pavel Satrapa IN2-11-09-NT

26. Přenosové protokoly Referenční modely: ISO-OSI (International Standards Organization-Open System Interconnect) • hierarchické rozdělení komunikačního procesu na 7 vrstev - 1983 • pro vrstvy definován • účel • funkce, které vykonává • služby, které poskytuje vyšší vrstvě • jednoznačná identifikace počítačů v síti adresou • identifikace každého procesu jednotlivých aplikací • v praxi se razantně neprosadil, zůstal zejména jako obecný model IN2-11-09-NT

27. Přenosové protokoly • TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) • obsahuje 4 komunikační vrstvy • konkrétně nespecifikuje, která přenosová technologie má být využita na vrstvě síťového rozhraní • možnost propojování sítí vybudovaných na odlišných principech a různých přenosových technologiích • síťová vrstva zabezpečuje co nejrychlejší přenos bez ohledu na spolehlivost • přenos se uskutečňuje po paketech, skládajících se ze záhlaví a dat IN2-11-09-NT

28. Propojování počítačů a sítí • Aktivní a pasivní zařízení počítačových sítí - přehled ve vztahu k vrstvám referenčního modelu ISO-OSI IN2-11-09-NT

29. Propojování počítačů a datových sítí Aktivní a pasivní zařízení počítačových sítí • Opakovač (repeater) - na úrovni fyzické vrstvy • Most (bridge) - na úrovni linkové (spojové) vrstvy, přenášející bloky dat • Přepínač (switch) - použití obdobně jako mosty (store and forward) • Koncentrátor (hub) - přijímá data z každého svého portu a vysílá je na ostatní porty, umožňuje spojit skupinu síťových uzlů, které vzájemně izoluje od problémů jiných segmentů • Směrovač (router) - pracuje na úrovni síťové vrstvy • umožňuje připojení lokálních sítí do veřejných datových sítí • zamezuje průniku dat do vnitřní či do vnější sítě • práce se síťovými pakety a jejich adresami, podpora různých protokolů • Brána (gateway) - inteligentní aktivní uzel, propojení na nejvyšší (aplikační) úrovni IN2-11-09-NT

30. Propojování počítačů a sítí • Opakovač (repeater) - na úrovni fyzické vrstvy - spojuje dva segmenty jedné lokální počítačové sítě (zesiluje signály) • nemá vnitřní paměť • zvyšuje rozsah sítě IN2-11-09-NT

31. Propojování počítačů a sítí • Směrovač (router) - pracuje na úrovni síťové vrstvy referenčního modelu • umožňuje připojení lokálních sítí do veřejných datových sítí • zamezuje průniku do vnitřní sítě a úniku dat do vnější sítě • práce se síťovými pakety a jejich adresami, podpora různých protokolů • směrovače musí umět mezi sebou komunikovat IN2-11-09-NT

32. Bezpečnost sítí Nebezpečí: • odposlechu, • modifikace přenášených dat, • neoprávněného přístupu do lokální sítě Je třeba chránit: • data (zajistit, aby je nemohl nikdo získat, měnit či mazat); • výpočetní kapacity jednotlivých uzlů; • omezování funkčnosti či narušení provozu některých služeb + IN2-11-09-NT

33. Bezpečnost sítí Pasivní útoky: • "odposlouchávání" dat - cílem je získat nezveřejňované informace, které lze zneužít • monitorování provozu - analýzy takto provozovaných kontaktů Aktivní útoky: • modifikace dat • vytváření falešných dat Aktivním útokům nelze stoprocentně zabránit, ale na rozdíl od pasivních útoků je lze snadněji detekovat. IN2-11-09-NT

34. Bezpečnost sítí Cíle bezpečnostních služeb: • zajištění důvěrnosti dat - pomocí šifrování celého komunikačního kanálu, nebo jen vybraných citlivých dat • zajištění autentizace uživatelů sítě (odhalování maskovaného narušitele), přiřazování přístupových práv - cílem je omezit (a řídit) přístup k počítači, datům a aplikacím, součástí je identifikace a autentizace toho, kdo žádá o přístup • zajištění integrity dat • zajištění neodmítnutelnosti zpráv – zajistit, aby odesilatel nemohl popřít odeslání zprávy a příjemce nemohl popřít přijetí zprávy • zabezpečení dostupnosti síťových služeb - útokům na dostupnost služeb lze zabránit autentizací a šifrováním + IN2-11-09-NT

35. IN2-11-09-NT

36. IN2-11-09-NT

37. Firewall • je soubor opatření (realizovaný určitým HW a SW), která zabezpečují síť proti neoprávněnému přístupu zvenčí a proti úniku informací • umožňuje např.: • řízení přístupu uživatele z vnější i vnitřní sítě • nastavení přístupových práv • odfiltrování nebezpečných služeb • soustředění bezpečnosti do jednoho komunikačního uzlu • zablokování nepřátelského mapování vnitřní sítě • audit legálních a nelegálních operací aj. • zajišťuje bezpečnost při vstupu nebo výstupu do/ze sítě, nezajištuje však bezpečnost dat během přenosu • plní funkci filtru, který rozhoduje o tom, co a kam bude přes něj propuštěno + IN2-11-09-NT

38. Firewall + IN2-11-09-NT