Принадлежащие субъектам (информационные ресурсы, информационные и 9 страница

3.1.5. Вопросы для самоконтроля

Особенности обеспечения информационной безопасности компьютерных сетей.

Дайте определение понятия "удаленная угроза".

Основные цели информационной безопасности компьютерных сетях.

В чем заключается специфика методов и средств защиты компьютерных сетей?

Поясните понятие "глобальная сетевая атака", приведите примеры.

3.1.6. Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы)

Основные:

Галатенко В. А. Основы информационной безопасности. – М: Интернет-Университет Информационных Технологий – ИНТУИТ.РУ, 2003.

Щербаков А. Ю. Введение в теорию и практику компьютерной безопасности. – М.: Издательство Молгачева С. В., 2001.

Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб: Питер, 2000.

Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. – М.: ЭКОМ, 2001.

Карпов Е.А., Котенко И.В., Котухов М.М., Марков А.С., Парр Г.А., Рунеев А.Ю. Законодательно-правовое и организационно-техническое обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем и информационно-вычислительных сетей: Под ред. И.В.Котенко. – СПб.: ВУС, 2000.

Спортак Марк, Паппас Френк. Компьютерные сети и сетевые технологии. – М.: ТИД "ДС", 2002.

www.jetinfo.ru.

Тема 3.2. Сетевые модели передачи данных

3.2.1. Введение

Цели изучения темы

изучить теоретические основы построения современных вычислительных сетей.

Требования к знаниям и умениям

Студент должен знать:

теоретические основы построения компьютерных сетей;

протоколы передачи данных.

Студент должен уметь:

объяснить процесс передачи сообщений на примере модели ТСР/IР.

План изложения материала

Понятие протокола передачи данных.

Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях.

Транспортный протокол TCP и модель ТСР/IР.

Ключевой термин

Ключевой термин: сетевая модель передачи данных.

Сетевая модель передачи данных – многоуровневая модель, описывающая порядок передачи данных в вычислительной сети, включающая стек протоколов управления передачей данных между узлами вычислительной сети.

Второстепенные термины

модель открытых систем;

протокол передачи данных;

виртуальное соединение.

Структурная схема терминов

3.2.2. Понятие протокола передачи данных

Обмен информацией между ЭВМ на больших расстояниях всегда казался более важной задачей, чем локальный обмен. Поэтому ему уделялось больше внимания и, соответственно, велось большее финансирование во многих странах. Один из немногих открытых проектов по исследованию вычислительных сетей, финансировавшийся военным ведомством США, известен под названием сеть ARPA – Advanced Research Projects Agency. С самого начала в рамках этого проекта велись работы по объединению ресурсов многих вычислительных машин различного типа. В 1960-1970-е годы многие результаты, полученные при эксплуатации сети ARPA, были опубликованы в открытой печати. Это обстоятельство, а также тот факт, что почти все страны занялись практически слепым копированием не только аппаратной архитектуры американских машин, но и базового программного обеспечения, обусловили сильное влияние сети ARPA на многие другие сети, именно поэтому принято считать, что сеть ARPA является предшественницей знаменитой всемирной компьютерной сети Интернет.

Основной задачей сетевой общественности явилась разработка протоколов обмена информацией. Эта задача совершенно справедливо представлялась важнейшей, поскольку настоятельно требовалось заставить понимать друг друга компьютеры, обладавшие различной архитектурой и программным обеспечением. Первоначально разработчики многочисленных корпоративных сетей договаривались о внутренних протоколах информационного обмена в своих сетях. Никакой стандартизации не было. Но уже в 70-е годы специалистам стало совершенно ясно, что стандартизация необходима и неизбежна. В эти годы шел бурный процесс создания многочисленных национальных и международных комитетов и комиссий по стандартизации программных и аппаратных средств в области вычислительной техники и информационного обмена.

В общем случае протокол сетевого обмена информацией можно определить как перечень форматов передаваемых блоков данных, а также правил их обработки и соответствующих действий. Другими словами, протокол обмена данными – это подробная инструкция о том, какого типа информация передается по сети, в каком порядке обрабатываются данные, а также набор правил обработки этих данных.

Человек – оператор компьютера, включенного в сеть, тем или иным способом, например, с помощью программ-приложений, формирует и передает по сети сообщения, предназначенные для других людей или компьютеров. В ответ он также ожидает поступления сообщения. В этом смысле сообщение представляет собой логически законченную порцию информации, предназначенную для потребления конечными пользователями – человеком или прикладной программой. Например, это может быть набор алфавитно-цифровой и графической информации на экране или файл целиком. Сейчас сообщения неразрывно связывают с прикладным уровнем или, как его еще называют, уровнем приложений сетевых протоколов.

Сообщения могут проходить довольно сложный путь по сетям, стоять в очередях на передачу или обработку, в том числе, не доходить до адресата, о чем отправитель также должен быть уведомлен специальным сообщением.

Первоначально вычислительные сети были сетями коммутации сообщений. Это было оправдано, пока сообщения были сравнительно короткими. Но параллельно с этим всегда существовали задачи передачи на расстояние больших массивов информации. Решение этой задачи в сетях с коммутацией сообщений является неэффективным, поскольку длины сообщений имеют большой разброс – от очень коротких до очень длинных, что характерно для компьютерных сетей.

В связи с этим было предложено разбивать длинные сообщения на части – пакеты и передавать сообщения не целиком, а пакетами, вставляя в промежутках пакеты других сообщений. На месте назначения сообщения собираются из пакетов. Короткие сообщения при этом были вырожденным случаем пакета, равного сообщению.

В настоящее время почти все сети в мире являются сетями коммутации пакетов. Но способов обмена пакетами тоже может быть множество. Это связано со стратегией подтверждения правильности передачи.

Тема 3.2. Сетевые модели передачи данных 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях

3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях

Существуют два принципа организации обмена данными:

Установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета.

Передача датаграмм.

Установление виртуального соединения или создание виртуального канала является более надежным способом обмена информацией. Поэтому он более предпочтителен при передаче данных на большие расстояния и (или) по физическим каналам, в которых возможны помехи. При виртуальном соединении пункт приема информации уведомляет отправителя о правильном или неправильном приеме каждого пакета. Если какой-то пакет принят неправильно, отправитель повторяет его передачу. Так длится до тех пор, пока все сообщение не будет успешно передано. На время передачи информации между двумя пунктами коммутируется канал, подобный каналу при телефонном разговоре. Виртуальным его называют потому, что в отличие от телефонного коммутированного канала обмен информацией может идти по различным физическим путям даже в процессе передачи одного сообщения.

Термин датаграмма образован по аналогии с термином телеграмма. Аналогия заключается том, что короткие пакеты – собственно датаграммы – пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них. О получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.

3.2.4. Транспортный протокол TCP и модель ТСР/IР

За время развития вычислительных сетей было предложено и реализовано много протоколов обмена данными, самыми удачными из которых явились семейство протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей/межсетевой протокол).

ТСР/IР – это набор протоколов, состоящий из следующих компонентов:

межсетевой протокол (Internet Protocol), обеспечивающий адресацию в сетях (IP-адресацию);

межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Message Protocol – ICMP), который обеспечивает низкоуровневую поддержку протокола IP, включая такие функции, как сообщения об ошибках, квитанции, содействие в маршрутизации и т. п.;

протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol – ARP), выполняющий преобразование логических сетевых адресов в аппаратные, а также обратный ему RARP (Reverse ARP);

протокол пользовательских датаграмм (User Datagramm Protocol – UDP);

протокол управления передачей (Transmission Control Protocol – TCP).

Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов без проверки доставки, в то время как протокол TCP требует установления виртуального канала и соответственно подтверждения доставки пакета с повтором в случае ошибки.

Этот набор протоколов образует самую распространенную модель сетевого обмена данными, получившую название – TCP/IP. Модель TCP/IP иерархическая и включает четыре уровня.

Уровень Название Функция

4 Прикладной Приложения пользователей, создание сообщений

3 Транспортный Доставка данных между программами в сети

2 Сетевой Адресация и маршрутизация

1 Канальный Сетевые аппаратные средства и их драйверы

Прикладной уровень определяет способ общения пользовательских приложений. В системах "клиент-сервер" приложение-клиент должно знать, как посылать запрос, а приложение-сервер должно знать, как ответить на запрос. Этот уровень обеспечивает такие протоколы, как HTTP, FTP, Telnet.

Транспортный уровень позволяет сетевым приложениям получать сообщения по строго определенным каналам с конкретными параметрами.

На сетевом уровне определяются адреса включенных в сеть компьютеров, выделяются логические сети и подсети, реализуется маршрутизация между ними.

На канальном уровне определяется адресация физических интерфейсов сетевых устройств, например, сетевых плат. К этому уровню относятся программы управления физическими сетевыми устройствами, так называемые, драйверы.

Как уже отмечалось ранее, в сетях с коммутацией пакетов, а модель TCP/IP относится к таким, для передачи по сети сообщение (сформированное на прикладном уровне) разбивается на пакеты или датаграммы. Пакет или датаграмма – это часть сообщения с добавленным заголовком пакета или датаграммы.

На транспортном уровне к полезной информации добавляется заголовок – служебная информация. Для сетевого уровня полезной информацией является уже пакет или датаграмма транспортного уровня. К ним добавляется заголовок сетевого уровня.

Полученный блок данных называется IP-пакетом. Полезной нагрузкой для канального уровня является уже IP-пакет. Здесь перед передачей по каналу к нему добавляются собственный заголовок и еще завершитель. Получившийся блок называется кадром. Он и передается по сети.

Переданный по сети кадр в пункте назначения преобразуется в обратном порядке, проходя по уровням модели снизу вверх

3.2.5. Выводы по теме

Протокол сетевого обмена информацией – это перечень форматов передаваемых блоков данных, а также правил их обработки и соответствующих действий.

Протокол обмена данными – это подробная инструкция о том, какого типа информация передается по сети, в каком порядке обрабатываются данные, а также набор правил обработки этих данных.

В настоящее время почти все сети в мире являются сетями коммутации пакетов.

Существуют два принципа организации обмена данными: установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета и передача датаграмм.

При виртуальном соединении пункт приема информации уведомляет отправителя о правильном или неправильном приеме каждого пакета. Виртуальным его называют потому, что в отличие от телефонного коммутированного канала обмен информацией может идти по различным физическим путям даже в процессе передачи одного сообщения.

При передаче датаграммы короткие пакеты пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них, а о получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.

ТСР/IР – это набор протоколов, состоящий из следующих компонентов: межсетевой протокол (IP), межсетевой протокол управления сообщениями (ICMP), протокол разрешения адресов (ARP), протокол пользовательских датаграмм (UDP) и протокол управления передачей (TCP).

3.2.6. Вопросы для самоконтроля

Что понимается под протоколом передачи данных?

Охарактеризуйте сети с коммутацией сообщений и коммутацией пакетов.

Чем отличается соединение по виртуальному каналу от передачи датаграмм?

Какие протоколы образуют модель TCP/IP?

Какие уровни входят в сетевую модель TCP/IP?

Дайте характеристику всех уровней модели TCP/IP и укажите соответствующие этим уровням протоколы.

Соотнесите по уровням модели TCP/IP понятия "пакет" и "кадр". Чем они отличаются?

Какой протокол обеспечивает преобразование логических сетевых адресов в аппаратные?

3.2.7. Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы)

Основные:

Галатенко В. А. Основы информационной безопасности. – М: Интернет-Университет Информационных Технологий – ИНТУИТ.РУ, 2003.

Щербаков А. Ю. Введение в теорию и практику компьютерной безопасности. – М.: Издательство Молгачева С. В., 2001.

Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб: Питер, 2000.

Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. – М.: ЭКОМ, 2001.

Спортак Марк, Паппас Френк. Компьютерные сети и сетевые технологии. – М.: ТИД "ДС", 2002.

www.jetinfo.ru.

Тема 3.3. Модель взаимодействия открытых систем OSI/ISO

3.3.1. Введение

Цели изучения темы

изучить концепцию построения открытых систем на модели OSI/ISO.

Требования к знаниям и умениям

Студент должен знать:

структуру модели открытых систем OSI/ISO и назначение ее уровней.

Студент должен уметь:

использовать модель OSI/ISO для описания процесса передачи данных между узлами компьютерной сети.

План изложения материала

Сравнение сетевых моделей передачи данных TCP/IP и OSI/ISO.

Характеристика уровней модели OSI/ISO.

Ключевой термин

Ключевой термин: модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI).

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Второстепенные термины

уровни сетевой модели OSI/ISO.

Структурная схема терминов

3.2.7. Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы) 3.3.2. Сравнение сетевых

3.3.2. Сравнение сетевых моделей передачи данных TCP/IP и OSI/ISO

В конце 80-х годов наблюдался подлинный бум, вызванный разработкой Международной организации по стандартизации коммуникационных протоколов – (International Standard Organization). Разработанная ISO спецификация, названная моделью взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection), заполонила научные публикации. Казалось, что эта модель займет первое место и оттеснит широко распространившийся TCP/IP. Но этого не произошло. Одной из причин этого явилась тщательная проработка протоколов TCP/IP, их функциональность и открытость к наращиванию функциональных возможностей, хотя к настоящему времени достаточно очевидно, что они имеют и множество недостатков.

Приведем сравнительную схему уровневых моделей протоколов OSI и TCP/IP.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух "иерархий", работающих на разных компьютерах. Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

3.3.3. Характеристика уровней модели OSI/ISO

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие.

Одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня – реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра.

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Внутри одной сети доставка данных обеспечивается канальным уровнем, а вот доставкой данных между различными сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня.

Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями.

Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням стека – прикладному и сеансовому – передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное – способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например, в кодах ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением.

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Столь подробное рассмотрение модели OSI/ISO связано с тем, что при разработке стандартов и спецификации по сетевой безопасности специалисты ориентируются на эту перспективную модель. Так в "Общих критериях" приводится распределение функций безопасности по уровням эталонной семиуровневой модели OSI.

Функции безопасности Уровень OSI

Аутентификация	-	-	+	+	-	-	+
Управление доступом	-	-	+	+	-	-	+
Конфиденциальность соединения	+	+	+	+	-	+	+
Конфиденциальность вне соединения	-	+	+	+	-	+	+
Избирательная конфиденциальность	-	-	-	-	-	+	+
Конфиденциальность трафика	+	-	+	-	-	-	+
Целостность с восстановлением	-	-	-	+	-	-	+
Целостность без восстановления	-	-	+	+	-	-	+
Избирательная целостность	-	-	-	-	-	-	+
Целостность вне соединения	-	-	+	+	-	-	+
Неотказуемость	-	-	-	-	-	-	+

"+" – данный уровень может предоставить функцию безопасности;

"-" – данный уровень не подходит для предоставления функции безопасности.

3.3.4. Выводы по теме

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух "иерархий", работающих на разных компьютерах.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень имеет дело с определенным аспектом взаимодействия сетевых устройств.

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних.

3.3.5. Вопросы для самоконтроля

Проведите сравнительную характеристику моделей передачи данных TCP/IP и OSI/ISO.

Перечислите уровни модели OSI/ISO.

Назначение прикладного и представительного уровней модели OSI/ISO.

Какие функции выполняет транспортный уровень?

Назначение сетевого уровня и его характеристика.

Какие физические устройства реализуют функции канального уровня?

В чем особенности физического уровня модели OSI/ISO?

На каких уровнях модели OSI/ISO должна обеспечиваться аутентификация?

На каком уровне модели OSI/ISO реализуется сервис безопасности "неотказуемость" (согласно "Общим критериям")?

3.3.6. Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы)

Дата добавления: 2014-01-20