Вычислительные сети и защита информации. Учебное пособие

компьютере. После подключения пользователь получал определенный текстовый интерфейс, в котором можно было работать на удаленной системе, используя определенный набор команд. Терминалы до сих пор существуют и используются, как аппаратные, так и их программная эмуляция. Суть понятия терминал – удаленные средства управления (т.е. ввод-вывод у пользователя, а сам компьютер где-то в другом месте). Терминалы широко используются в обычной жизни: например, банкоматы, всевозможные справочные системы, где база данных находится в одном месте, а точки доступа разбросаны по большой территории.

Указанные выше примеры (0-модемное соединение и терминальный доступ) представляют собой прообразы сети. Уже здесь приходилось решать задачи подключения терминалов к компьютерам, как локально, так и удаленно, с использованием существующих линий связи или выделенных линий связи. При этом использование телефонных линий было не только самым дешевым, но и самым плохим по качеству обслуживания решением. В связи с этим, ведущие компании, занимавшиеся разработкой программного и аппаратного обеспечения, начали разрабатывать специализированные технологии, которые бы позволяли организовывать связь различных компьютерных систем с достаточно высокой надежностью и приемлемым расстоянием. Разработки велись в двух направлениях: высокоскоростные линии для сравнительно небольших расстояний и технологии передачи данных на большие расстояния, но с меньшими скоростями. Эти два подхода и дали начало двум группам сетевых технологий: локальных и территориальных сетей.

11

Тема 2. Основы технологий локальных и территориальных сетей

Вопросы для самопроверки

1.Что такое единая модель взаимодействие открытых систем (OSI).

2.Назначение уровней сетевой модели.

3.Основы технологий локальных сетей.

4.Технологии территориальных сетей.

5.Аналоговые и цифровые модемы.

На этапе развития сетевых технологий появились различные технологии, используемые в компьютерных сетях. Со временем сформировалась устойчивая схема, которая была сведена в единую модель, описывающую общие принципы организации сетевых компонент, и которая получила название модель OSI (взаимодействие открытых систем). В модели предусмотрено семь уровней, каждая из которых взаимодействует с такими же модулями других узлов по соответствующему протоколу.

Уровни сетевой модели подразделяются:

Физический – это проводные линии, оптоволоконные кабели, радиоканалы.

Канальный – является главным, который совместно с физическим уровнем формирует канал связи. Уровень представлен физическими устройствами: сетевыми адаптерами, и модемами и стандартный интерфейс, формирующий программный интерфейс канального уровня.

Сетевой уровень – предназначен для создания логических сетей Функции данного уровня выполняют программные модули, реализующие соответствующий протокол взаимодействия.

Транспортный уровень – организует передачу данных и правильность доставки.

Прикладной уровень – представляет собой набор протоколов, с помощью которых пользователь получает доступ к различным сетевым ресурсам.

Введение в администрирование.

12

Вподавляющем большинстве операционных систем принята следующая концепция работы на компьютере: пользователь-человек работает в системе как пользователь-системное понятие. Это означает, что человек-пользователь при входе в систему проходит процедуру авторизации (вводит имя пользователя и пароль), после чего получает в распоряжение определенную среду, определенный набор прав и разрешений (права доступа к файлам и программам, а также уровни этих прав). Более того, после того как пользователь получил в распоряжение среду, все приложения запускаются от его имени.

Воперационных системах ведутся базы данных пользователей, в которых для каждого пользователя заведена учетная запись. Учетная запись – это логическая структура (объект), в которой описаны все свойства, связанные с данной учетной записью. В операционной системе, например, это интерфейс пользователя: вид рабочего стола, рабочие каталоги, права и разрешения и уровни доступа.

Учетная запись считывается после ввода соответствующей регистрационной пары «имя пользователя + пароль». При регистрации в системе имя пользователя и пароль сравниваются с теми, которые хранится в базе данных пользователей. Если такая же пара есть – операционная система загружает интерфейс пользователя с теми свойствами, которые описаны в учетной записи.

Всех пользователей делят на группы пользователей. Названия групп могут быть различными, количество групп может быть также различным, но общим является следующий подход: существует, как минимум две группы – «Пользователи» и «Администраторы». «Пользователи» имеют ограниченные права, необходимые для выполнения работ. «Администраторы» имеют значительно больше прав для выполнения работ по обслуживанию систем и управлению пользователями.

Таким образом, в зависимости от того, под каким пользователем пользователь-человек вошел в систему зависит, сможет ли он установить, например, драйвер принтера или новую программу, получить доступ к общим файлам на другом узле сети и т.д.

Таким образом, все что можно и доступно каждому пользователю хранится и обязательно загружается из единого центра и другой вариант работы пользователя в своей системе недоступен.

13

В случае если при запуске системы пользователь регистрируется локально (т.е. имя пользователя и пароль проверяются на этом же компьютере, где вводятся), сеть называют одноранговой, если же для регистрации пользователей используется выделенный сервер – сеть называют сетью с выделенным сервером.

2.1 Основы технологий локальных сетей

Существует достаточно большое количество технологий для организации взаимодействия узлов на сравнительно небольшом расстоянии:

Технология Ethernet «этернет» или «10-мегабитный Ethernet» Данная технология является сравнительно «старой» и дала нача-

ло целому ряду современных технологий локальных сетей. Семейство технологий Ethernet в настоящее время является самым распространенным.

В качестве физического уровня технология может использовать коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару(UTP), оптоволокно. Использование данных кабелей связано, с необходимостью высоких скоростей передачи данных. Технология Ethernet с использованием UTP. представлена аппаратной частью: сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы; и программной частью: драйверы сетевых адаптеров, а также программный модуль, взаимодействующий с драйвером. Внешне, в каждом узле находится сетевой адаптер, подключается к концентратору или коммутатору. Все передаваемые узлом пакеты канального уровня поступают на концентратор или коммутатор и отсюда передаются далее. При этом, для адресациями адаптерами или коммутаторами используются физические адреса.

Любой адаптер в любой момент времени может начать передачу данных другому адаптеру. Для этого адаптер проверяет, не передаются ли по сети в данный момент какие либо пакеты. Если сеть свободна, адаптер начинает передавать в сеть электрические сигналы с небольшим технологическим интервалом. Сигналы попадают в концентратор или коммутатор. Здесь проявляется различие между концентраторами и коммутаторами. Концентратор принимает пакеты от одного кабеля и передает далее во все остальные кабели (аппаратные порты). Коммута-

14

тор читает заголовки пакетов, в которых указываются физические адреса получателя и отправителя пакета, и на основании адресов отправителей составляет таблицу маршрутизации, в которой указано, какой узел, к какому аппаратному порту коммутатора подключен. Таким образом, от концентратора пакеты распространяются по всем доступным кабелям, а от коммутатора – пакеты передаются только в один кабель. Такой способ доступа называется: – множественный доступ т.е. все узлы в любой момент могут иметь доступ к среде.

Работает Ethernet на частоте 10 МГц отсюда и название «10мегабитный», подразумевая, что за 1 Гц передается 1 бит информации. Данная технология имеет физические особенности процесса передачи данных. Длина кабеля не должна превышать 100 м. и можно соединять последовательно друг с другом не более 4 концентраторов (другое название – «хаб»). Таким образом, максимальное расстояние между узлами не может превышать 500 м – это и считается максимальным диаметром сети. При использовании современных концентраторов эти ограничения снимаются. Протокол Ethernet ограничивает количество узлов к которым можно адресоваться. Преодолеть ограничения позволяют коммутаторы, которые называются «свитч».

Технология Fast Ethernet и другие

Технология Fast Ethernet во многих отношениях схожа с Ethernet: многие адаптеры являются как Ethernet, так и Fast Ethernet адаптерами, причем, с автоматическим переключением, в зависимости от среды. В качестве физического уровня Fast Ethernet используется UTP, или оптоволокно. Максимальный диаметр сети – 200 м. Скорость передачи данных 100 Мбит/с. В настоящее время данная технология наиболее распространена при создании локальных сетей.

Технология Wi-Fi

Данная стала распространяться в качестве реальной (промышленной) технологии для создания беспроводных локальных сетей, и в настоящее время количество сетей, использующих ее, очень быстро растет. Другое название – 802.11 (или модификации)– по номеру комитета стандартов передачи данных. Данная технология предусматривает использование в качестве физического уровня определенные частот-

15

ные диапазоны радиоволн. При этом название 802.11 и её модификации могут передавать данные со скоростью до 108 Мбит/с. Максимальные расстояния между узлами в разных реализациях устройств могут быть различными. Это связано с тем, что у передатчиков может быть различная мощность. Несмотря на сравнительно невысокие значения скоростей (108 Мбит/с. и при сравнительно небольшом расстоянии между устройствами) Wi-Fi становится достаточно популярной.

Технология Token Ring

Данная технология распространена значительно меньше, чем Ethernet в силу более высокой стоимости и своих особенностей.

Token Ring существует в трех вариантах:4,16, и 100 Мбит/сек. Длина кольца может быть до 4х км, однако длина между узлами может достигать до 260 км. Token Ring имеет аппаратные средства обеспечения отказоустойчивости, однако, Token Ring при эксплуатации существенно дороже семейства Ethernet.

2.2 Технологии территориальных сетей

Существует достаточно большое количество таких технологий, большинство которых аппаратно представлены модемами. Следует отметить, что существует достаточно большое количество различных технологий данной группы, начиная от подключения одного пользователя и заканчивая трансконтинентальными линиями. Технологии могут использовать как свои собственные линии, так и существующие телефонные линии, а также линии кабельного телевидения и электрические. По уровню взаимодействия систем данные технологии аналогичны технологиям локальных сетей.

2.3Модемы. Технология xDSL. Технология ISDN

2.3.1Модемы.

Это большой класс устройств, в котором аналоговый модем составляет небольшую часть, а большинство – это различные цифровые модемы. По ширине канала модемные технологии варьируются от десятков килобит до сотен мегабит. Длина линии также варьируется от нескольких до сотен километров.

16

Аналоговый модем

Называется так в связи с тем, что использует аналоговую (обычную) телефонную сеть для передачи цифровых сигналов и передает свои сигналы как аналоговые. Цифровой сигнал представляет собой последовательность дискретных бит, которая передается при помощи некоторого информационного сигнала. При таком способе один информационный сигнал (такт частоты) передает 1 бит. Аналоговый модем перед передачей преобразует (модулирует) дискретные биты в некоторый аналоговый (звуковой) сигнал, т.к. телефонные сети предназначены для передачи именно такого сигнала. На стороне приема другой модем при получении аналогового сигнала проводит обратное преобразование и передает своей компьютерной системе цифровой сигнал. Таким образом, между двумя системами (компьютерами) происходит обмен данными в обычном для них цифровом формате, и преобразования, которые производят модемы, для систем незаметны («прозрачны»). При этом пара модемов занимает телефонную линию, подобно телефонным аппаратам.

Со временем использования появился целый ряд стандартов на передачу/прием данных аналоговыми модемами. Эти стандарты так и называют: аппаратные протоколы аналоговых модемов. Каждый аппаратный протокол аналоговых модемов (т.е. стандарт) предусматривает процедуры преобразования данных для передачи и обратные процедуры для принимающей стороны.

С развитием цифровой техники появились реальная возможность передавать обычный телефонный трафик по цифровым линиям связи, и стали появляться телефонные станции, которые связываются друг с другом по цифровым линиям, т.е. передают все переговоры абонентов от станции к станции в цифровом формате. Такие телефонные станции стали называть «цифровыми». Аналоговыми остались линии от станции до абонента. Поэтому, для связи двух абонентов звуковой сигнал несколько раз преобразовывается из аналоговой формы в цифровую (АЦ) и из цифровой в аналоговую (ЦА).

2.3.2 Технология xDSL

Это семейство технологий, каждая из которых отличается своими свойствами и возможностями. DSL буквально означает «цифровая

17

абонентская линия». В настоящее время все большее распространение получает ADSL (A – асимметричная). Изначально данная технология создавалась для домашних пользователей, однако используется все более организациями, т.к. характеристики оказались достаточно удачными и для подключения к другим сетям (чаще всего к Интернет) большого количества пользователей. По затратам – самая дешевая среди xDSL.

В качестве среды передачи используется все та же аналоговая телефонная сеть. Но, в отличие от аналогового модема, используется, по сути, только проводная часть: между модемом ADSL и телефонной линией устанавливается дополнительное устройство (сплиттер), которое организует два канала связи по одной паре проводов – один канал аналоговый (для телефона), другой – цифровой (для модема ADSL). В результате телефонная линия остается доступной, а скорость передачи данных существенно выше.

2.3.3 Технология ISDN

По составу это целый аппаратный комплекс, функционально выполняющий задачи канального уровня сети. При создании была следующая идея: создать цифровую сеть для передачи по единым правилам всех видов трафика. Для этого предполагалось использовать готовую телефонную сеть с передачей данных в цифровом виде.

Технология не получила широкого распространения из-за плохого соотношения цена – качество услуг, т.к. использование сети ISDN обходится потребителю дороже аналоговой телефонной сети, а подключение к Интернет еще дороже.

18

Тема 3. Протокол и интерфейс. Стеки протоколов. Домены Windows. Адресация в сетях

Вопросы для самопроверки

1.Что такое Протокол, и интерфейс?

2.Что такое Стеки протоколов?

3.Что такое Домены Windows?

4.Система адресации в сетях при создании стека TCP/IP.

5.Система IP адресации и адреса DNS.

3.1Протокол и интерфейс

Свзаимодействием модулей связаны два важных понятия: прото-

кол и интерфейс. Протокол это Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются модули, находящиеся на одинаковых уровнях в разных узлах.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются соседние модули в одном узле, называются интерфейсом.

Протокол, и интерфейс – это стандарты, т.е. обычное описание в виде текстов и схем.

3.2Стеки протоколов

Стеком протоколов называют иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети. Стандартный интерфейс между канальным и сетевым уровнями позволяет использовать различные стеки протоколов с различными канальными уровнями. Названия стеков протоколов происходят от названий основных протоколов в стеке или от названий компаний разработчиков.

Стек NetBIOS (NetBEUI)

Стек используется в операционных системах от Microsoft. Средствами данного стека протоколов можно создавать два типа общих ресурсов общие каталоги и общие принтеры. Стек используется исключительно в локальных сетях. В соответствии с этим в стеке есть поня-

19

тие «Вся сеть», которое является корнем дерева сети. Далее деление идет следующим образом: Вся сеть делится на рабочие группы, в рабочие группы входят узлы сети (компьютеры и т.п.), в пределах каждого компьютера могут создаваться общие ресурсы (общие принтеры и общие каталоги). Используются рабочие группы в административных целях, например, администратор может запретить доступ с узлов одной рабочей группы к узлам другой рабочей группы.

Система символьных имен стека протоколов выглядит следующим образом: каждый узел имеет произвольное символьное имя без структуры. Каждый ресурс также получает самостоятельное имя («имя сетевого ресурса»), которое программно ничем не связано с локальным именем. Синтаксис полного имени (адреса) любого сетевого ресурса: «\\имя_узла\имя_ресурса», например: «\\comp1\cat1», где «comp1» - NetBIOS-имя компьютера, а «cat1» - сетевое имя каталога». Для ограничения доступа в стеке предусмотрена возможность создания скрытых ресурсов. Для создания такого ресурса необходимо использовать в качестве последнего символа сетевого имени знак доллара «$». Обращение к такому ресурсу требует явного указания полного имени, например «\\xxxxx\xxxx$». Адрес ресурса может быть использован для указания адреса любого файла или каталога в сети. При создании общего ресурса (принтера или каталога), помимо того, что ему дается сетевое имя, ему также назначаются права доступа. Права доступа указывают, каким пользователям, какие операции разрешены на каталоге или принтере. Набор возможных прав т.е., полный список того, что можно назначить пользователю, а также получение списка пользователей могут существенно различаться от системы к системе.

Дальнейшим развитием идеи рабочих групп являются домены Windows. Сам термин «домен» это «зона безопасности», имея в виду, что это ограниченная часть сети, в которой действуют определенные правила безопасности. Домен Windows так же имеет имя, обязательно имеет централизованное управление, единую справочную систему всех пользователей, компьютеров и ресурсов. В крупных компаниях работа пользователей зачастую организована именно так.

Стек TCP/IP

20