Počítačové sítě RNDr. Josef Milota <milota@jcu.cz> 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 ) 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 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. Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 6
Rozdělení počítačových sítí Podle: přenosové rychlosti, rozsahu, typu uzlů, vztahu mezi uzly, topologie, architektury, možnosti přístupu. Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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). Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 NT, 2000Server, Linux, Novell, IBM AS/400 Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 11
Rozdělení počítačových sítí - podle topologie topologie = prostorové uspořádání, struktura propojení počítačů a prvků sítě: sběrnicová kruhová hvězdicová hvězdicová kruhová strukturovaná kabeláž Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 12
Sběrnicová topologie výhody: nízká cena snadnost připojení nového zařízení příklad: Ethernet 10Base-2 - koax nevýhody: malá porucha může způsobit velké problémy složitá administrace dochází ke kolizím Prakticky se již nepoužívá! Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 13
Kruhová topologie výhody: nedochází ke kolizím méně náchylné k poruchám nevýhody: větší náklady na zasíťování nákladnější aktivní prvky sítě příklad: FDDI Token Ring Používá se zřídka! Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 14
Hvězdicová topologie výhody: snadné připojení nového zařízení méně náchylné k poruchám příznivé ceny aktivních prvků příklad: Ethernet - 10/100 BaseT Nejpoužívanější! nevýhody: větší náklady na zasíťování dochází ke kolizím HUB Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 15
Hvězdicová kruhová topologie výhody: snadné připojení nového zařízení méně náchylné k poruchám nedochází ke kolizím nevýhody: větší náklady na zasíťování drahé aktivní prvky sítě příklad: 100 VG AnyLAN HUB Příliš se nepoužívá! Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 16
Strukturovaná kabeláž výhody: snadné připojení nového zařízení (, telefon, EZS) jednoduché přemístění zařízení možnost centrální administrace sítě rozvodná skříň - rack HUB1 HUB2 HUB3 patch panel příklad: všude kolem... Používá se standardně! 1. místnost 2. místnost 3. místnost Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 (I, ISA, 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 card, Cisco 3660 (router) Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 aplikační prezentační relační transportní síťová linková fyzická volání služeb a předávání paketů dodávka paketů komunikace na bázi stejných protokolů Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 22
Vrstvy OSI aplikační prezentační relační transportní síťová linková fyzická Aplikačně / služebně orientované vrstvy Vrstva poskytující doručovací a ověřovací služby Komunikačně / síťově orientované služby Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 napevno v hardwaru síťového adaptéru. Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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, ); Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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) Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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,...). Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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). Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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) Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 součtem zprávy, která mu byla doručena. Sobota, 13. listopadu 2004 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 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 Počítačové sítě 39