Вычислительные сети и защита информации. Учебное пособие

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ЧАСТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЮЖНЫЙ ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА

Метелица Н.Т.

Вычислительные сети и защита информации

Учебное пособие

Краснодар, 2013

УДК 004

ББК 32.973.202

М 54

В разработке Учебного пособия использовались материалы, подготовленные под редакцией доцента кафедры ИиЭММ ЮИМ Зацепина М.Н.

Рецензенты:

Кандидат технических наук, доцент кафедры Математики и вычислительных систем Академии Маркетинга ИМСИТ, г. Краснодар,

А.Г. Перов

Кандидат экономических наук, профессор кафедры «Менеджмента, маркетинга и предпринимательства» Южного института менеджмента, г. Краснодар

А.А. Романов

Метелица Н.Т., М 54 Вычислительные сети и защита информации. Учебное по-

собие. – Краснодар: ЮИМ, 2013. – 48 с.

Учебное пособие «Вычислительные сети и защита информации» является дополнением к базовому курсу дисциплин «Основы информатики» и «Основы информационных технологий». Основными задачами учебного пособия является: дать студентам очной, заочной формам обучения по направлению 080100 Экономика, общие знания в области состава, функционирования вычислительных сетей, понимания основных принципов работы, а также средств и методов защиты информации для развития и совершенствования компьютерной грамотности и информационной культуры студентов.

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом (протокол № 9 от 14.05.2013 г.)

Издательство ЮИМ, 2013

2

3

Введение

Учебная дисциплина «Вычислительные сети и защита информации» входит в структуру математического цикла направления 080100 «Экономика» основной образовательной программы бакалавра и является дисциплиной по выбору студента.

Эта дисциплина логически связана с дисциплинами, математического цикла, а также с рекомендуемыми профилями подготовки. Постоянное применение сформированных компетенций в качестве эффективного инструментария позволяет обеспечить соответствие между реальным качеством профессиональной подготовки выпускника и предъявляемыми к нему требованиями.

Целями освоения дисциплины «Вычислительные сети и защита информации» являются:

формирование у будущих специалистов способностей рационально решать проблемы в современной экономической системе в условиях рыночных отношений;

уметь правильно выбирать средства и методы для их решения на базе применения современных автоматизированных технологий;

сформировать базовые компьютерные теоретические и практические знания в области правильного выбора средств и методов обработки информации.

Изучение дисциплины «Вычислительные сети и защита информации» позволит студентам: расширить кругозор в области компьютеризации, а также научиться использовать знания, полученные при изучении данного курса для развития творческих способностей и ориентированных компетенций.

4

Тема 1. Вычислительные сети

Вопросы для самопроверки

1.Что такое вычислительные сети

2.Назначение и области применения сети.

3.Что такое общие ресурсы сети.

4.Что такое Топологии сетей.

5.Классификация сетей.

6.Прообразы сети.

1.1 Вычислительные сети

Задача объединения и совместного использования ресурсов компьютерных систем возникла одновременно с появлением компьютера. В процессе эволюции компьютерных технологий принципы и способы организации совместного использования ресурсов компьютеров претерпевали существенные изменения, однако в любом решении можно выделить основные, существенные компоненты, соединяющие изолированные системы в сети: собственно компьютеры; средства связи (т.е. линии связи между компьютерами, включая оборудование таких линий); операционные системы и, наконец, приложения т.е. пользова-

тельские программы. Исходя из этого, сеть можно определить следу-

ющим образом: это совокупность компьютеров, линий связи и про-

граммного обеспечения, предназначенные для совместного использования ресурсов компьютеров.

1.2 Назначение и области применения сети

Области применения сетей представляют собой: различные общие файловые хранилища; специализированные сетевые приложения; совместную работу с данными и распараллеливание вычислений; доступ к различным информационным ресурсам; совместное использование различного оборудования; обмен различными сообщениями в режиме реального времени, так и в виде обмена файлами и сообщениями. Чрезвычайно важной областью использования общих ресурсов является обеспечение безопасности систем в частях целостности и доступно-

5

сти данных. Например, это использование сети для организации резервного копирования данных (например, дублирование на несколько систем), резервное дублирование систем с серверными программами, ограничение прав для отдельных пользователей или систем в целом (разрешение работать только с определенными приложениями, запрет на изменение параметров системы, ограничение доступа к локальным и сетевым ресурсам).

Общие ресурсы сетей.

Создание сетей не имеет смысла, если нет общих ресурсов, т.е. того, что будет доступно на каких-то узлах сети. В качестве общих ресурсов сети могут быть самые различные части компьютерной системы, и условно их можно делить на программные и аппаратные. Наиболее распространенным является использование общих файлов, т.е. файлов, доступных по определенным правилам и для определенных узлов в сети (общий доступ). При таком доступе, необходимо предоставить пользователям других систем возможность доступа к определенным файлам, при этом определив, каким пользователям и узлам и к каким файлам открыт доступ и что можно делать с этими файлами. Используется общий доступ файлов по сети для самых различных целей: просто общие хранилища файлов, совместная работа над проектами, способ организации работы программ в сети и т.д.

Следующим по распространенности видом общих ресурсов являются общие принтеры. Здесь необходимо говорить о двух способах создания общего принтера: сетевой принтер, т.е. тот, который существует в качестве самостоятельного узла сети, и локального принтера, открытого для общего доступа. Использование общих принтеров позволяет существенно снизить общую стоимость владения. В частности, вместо большого количества принтеров малого класса можно приобрести и обслуживать несколько принтеров корпоративного класса, открыв к ним доступ по сети.

Следующими по распространенности являются сетевые службы и приложения. Существуют программы, в которых сетевой обмен данными построен не на уровне файловой системы, а по принципу удаленной работы с файлами. Такая программа изначально создается из нескольких частей, предназначенных для размещения на разных узлах,

6

и называется сетевой. Исходя из этой концепции, можно определить,

что сетевое приложение – это приложение, части которого выполняются на различных узлах сети.

Такой способ организации работы программ принято называть клиент-серверным. Часть программы, которая постоянно прослушивает сеть на предмет запросов, принимает и обрабатывает их, называется сервером, а вторая часть, которая эти запросы формирует – кли-

ентом.

Другой вариант использования сетевых программ – распараллеливание вычислений или объединение производительностей, т.е. когда вычислительные мощности нескольких систем используются для решения одной задачи. Такой способ объединения называют кластерным, а само объединение – кластером т.е., несколько компьютеров работают как одно целое.

Уточним термин «сервер». Сервер – это часть сетевой программы, предназначенная для обслуживания запросов клиентов. Вместе с тем, сервером часто называют какой-нибудь компьютер. Еще одна пара понятий, которая иногда встречается в связи с сетевыми программами: тонкий клиент и толстый клиент. Данные понятия чисто качественные и описывают способ разделения программы на серверную и клиентскую части. В случае если большая часть работы выполняются на стороне сервера то это тонкий клиент, и наоборот, клиент, выполняющий существенную часть программы, называется толстым.

Следующим по распространенности общим ресурсом является модем. В данном случае речь, как правило, идет о подключении компьютеров локальной сети к какой-либо другой сети, например, глобальной (например, Интернет). В таком случае один из компьютеров локальной сети настраивается на подключение ко второй сети таким образом, чтобы остальные компьютеры локальной сети могли связаться с удаленной сетью через данный компьютер. Часто такой компьютер, связывающий две или более сети, называют шлюзом.

1.3 Топологии сетей

Компьютеры, как участники сети, а также любое самостоятельное устройство в сети, т.е. имеющее собственный адрес, принято назы-

7

вать узлами сети, а способ соединения узлов – топологией сети. Основными топологиями сети являются: Общая шина; Звезда; Кольцо;

Ячеистая; Иерархическая звезда; Смешанная.

Основные топологии сети приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Топологии сетей

Общая шина - предусматривает подключение всех узлов к единой линейной магистрали.

Втопологии звезда существует некоторый центральный узел (обычно, специальное сетевое устройство), к которому подключены все остальные узлы, причем каждый своей линией связи.

Втопологии кольцо единая магистраль представляет собою замкнутое кольцо, на котором находятся все узлы.

Ячеистая топология «получается», если между всеми узлами остается более чем один маршрут связи (в том числе и проходящий че-

8

рез другие узлы). Такая топология характерна для больших сетей, использующих различные технологии.

Топология иерархическая звезда представляет собой многоуровневую звезду, в центре которой находится узел, такой же, как и в обычной звезде, а на лучах находятся и другие звезды «более низкой» иерархии. Такая топология характерна для технологии локальных се-

тей Ethernet.

Смешанная топология представляет собой соединение сетей разных топологий.

1.4 Классификация сетей

Классификация сетей связана с областью использования и основывается на используемых для передачи данных различных технологиях.

Различают сети:

Локальные (LAN – local area network).

Это сети, построенные с использованием какой-либо из технологий локальных сетей. Технологии локальных сетей ориентированы на передачу данных с большой скоростью на небольшие расстояния.

Территориальные (или сети мегаполиса) (MAN – metropolitan area network).

Это сети, построенные с использованием технологий территориальных сетей. В технологиях территориальных сетей скорости передачи данных ниже, чем в технологиях локальных сетей, но при этом расстояния могут быть чрезвычайно большими.

Глобальные (WAN – wide area network).

Представляют собой объединения большого количества более мелких сетей, находящихся на достаточно больших расстояниях, использующих разные технологии. Объединяющим фактором в таких сетях является высокая степень прозрачности доступа к ресурсам (т.е. пользователь не замечает переходов между входящими в сеть подсетями).

Таким образом, локальные и территориальные сети строго классифицируются на основании используемых технологий, а глобальные

9

сети представляют собой объединение большого количества разных сетей, размешенных на достаточно большой территории.

Максимальное расстояние, на которое могут быть разнесены два узла сети данной технологии, принято называть диаметром сети.

При передачи данных по линиям связи данные проходят большую последовательность преобразований, на передающем узле и обратную на принимающем. Для передачи данных с высокой скоростью эти преобразования должны быть минимальными – эта концепция используется при создании технологий локальных сетей.

Для передачи на большие расстояния необходимо существенно повышать достоверность передачи данных и уменьшать объемы передаваемых данных, т.е. каким-то образом сжимать. Такие преобразования обычно называют модуляцией и демодуляцией (прямое и обратное преобразования), а устройства – модемами (Модулятор, ДЕ Модулятор). Отсюда следует, что деление технологий на локальные и территориальные имеет некоторые общие принципы. Упрощенно, можно говорить о том, что локальные сети – сети, строящиеся с использованием сетевых адаптеров, а территориальные – модемов.

Прообразы сети.

Простейший способ соединения ДВУХ систем это прямое соединение через коммуникационные порты или USB. Такой вид соединения организуется при помощи специального кабеля, а само соединение получило название 0-модемного соединения без модема. Способ, вместе с простотой, имеет и недостатки – существенно ограничены: расстояние, скорость и количество систем (только две). Тем не менее, данный способ используется в некоторых ситуациях до сих пор, а в современных операционных системах предусмотрены программные модули для его организации (например, «Прямое кабельное соединение»).

Исторически первым способом совместного использования ресурсов был терминальный доступ. В этом случае к одному компьютеру подключалось 5-10-консолей (монитор + клавиатура) через какиенибудь средства терминального подключения. Каждое такое рабочее место называлось терминалом. При этом у каждого пользователя было свое рабочее место (клавиатура и монитор), но все работали на одном

10