Практическая работа. Курс лекций. Раздел Информационная безопасность и уровни ее обеспечения 5 Тема Понятие "информационная безопасность" 6 1 Введение 6 1 Проблема информационной безопасности общества 7

• Название: Курс лекций. Раздел Информационная безопасность и уровни ее обеспечения 5 Тема Понятие "информационная безопасность" 6 1 Введение 6 1 Проблема информационной безопасности общества 7
• Анкор: Практическая работа
• Дата: 13.01.2023
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: 00056e9a-2e927fae.doc
• Тип: Курс лекций; #885554
• страница: 12 из 22

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

1. 
   Понятие протокола передачи данных.
   
2. 
   Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях.
   
3. 
   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.

3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях

Существуют два принципа организации обмена данными:

1. 
   Установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета.
   
2. 
   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

1. 
   Протокол сетевого обмена информацией – это перечень форматов передаваемых блоков данных, а также правил их обработки и соответствующих действий.
   
2. 
   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.
   
3. 
   В настоящее время почти все сети в мире являются сетями коммутации пакетов.
   
4. 
   Существуют два принципа организации обмена данными: установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета и передача датаграмм.
   
5. 
   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.
   
6. 
   При передаче датаграммы короткие пакеты пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них, а о получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.
   
7. 
   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

1. 
   Что понимается под протоколом передачи данных?
   
2. 
   Охарактеризуйте сети с коммутацией сообщений и коммутацией пакетов.
   
3. 
   Чем отличается соединение по виртуальному каналу от передачи датаграмм?
   
4. 
   Какие протоколы образуют модель TCP/IP?
   
5. 
   Какие уровни входят в сетевую модель TCP/IP?
   
6. 
   Дайте характеристику всех уровней модели TCP/IP и укажите соответствующие этим уровням протоколы.
   
7. 
   Соотнесите по уровням модели TCP/IP понятия "пакет" и "кадр". Чем они отличаются?
   
8. 
   Какой протокол обеспечивает преобразование логических сетевых адресов в аппаратные?
   

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

Основные:

1. 
   Галатенко В. А. Основы информационной безопасности. – М: Интернет-Университет Информационных Технологий – ИНТУИТ.РУ, 2003.
   
2. 
   Щербаков А. Ю. Введение в теорию и практику компьютерной безопасности. – М.: Издательство Молгачева С. В., 2001.
   
3. 
   Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб: Питер, 2000.
   
4. 
   Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. – М.: ЭКОМ, 2001.
   
5. 
   Спортак Марк, Паппас Френк. Компьютерные сети и сетевые технологии. – М.: ТИД "ДС", 2002.
   
6. 
   www.jetinfo.ru.