Bakalářská státnice - Informatika - Základy informatiky - ISPS - Sítě a internetové technologie

zpět: Bakalářská státnice - Informatika - Základy informatiky - obor Správa počítačových systémů

zdroje:

• Výpisky z TCP/IP (s0cketka)
• Přednášky Jiřího Peterky

Architektura ISO/OSI

• vrstevnatá filozofie - dekompozice sítě jako celku na vrstvy
• horizontální komunikace - protokoly, PDU (protocol data unit), entity
• vertikální komunikace mezi vrstvami - poskytování/využívání služby, rozhraní, přechodové body

Referenční model ISO/OSI:

• ze světa spojů, pokus o univerzální síťovou architekturu, od organizace ISO
• od zeleného stolu, maximalistický přístup

Vrstvy ISO/OSI:

• aplikační
  • původní představa: bude obsahovat aplikace - ale musely by být celé standardizované
  • obsahuje jádro aplikace (standardizovanou část - aplikační protokol)
• prezentační
  • konverze dat - kódování znaků, formát čísel (Big Endian <-> Little Endian), převod mezi formáty stanice a sítě
• relační
  • vedení relací
  • může zajišťovat synchronizaci, šifrování, podporu transakcí
• transportní
  • přizpůsobovací vrstva nad přenosovými vrstvami
  • end-to-end komunikace
  • může měnit spolehlivost a spojovanost
  • na koncových uzlech rozlišuje jednotlivé entity (skrz přechodové body - porty) - procesy, démony, aplikace, ...
• síťová
  • přenáší pakety, doručuje až ke konečnému adresátovi přes mezilehlé uzly
  • rounting - hledání cest v síti - algoritmy adaptivní/neadaptivní, izolované/distribuované/centralizované
  • forwarding - vykonávání přeskoku paketů na mezilehlých uzelch
  • poslední vrstva, kterou musí mít směrovače
• linková
  • přenos celých bloků (rámců) k přímým sousedům
  • synchronizace na úrovni rámců
  • zajištění spolehlivosti (detekce a oprava chyb) - pokud je požadováno
  • spojovaná/nespojovaná komunikace
  • rozděluje se na podvrstvy:
    • LLC - ostatní úkoly
    • MAC - přístup ke sdílenému médiu
• fyzická - přenos bitů, kódování, modulace, časování, konektory, kabeláž

Vlastnosti, kritika:

• nebere v potaz svět počítačů
• soustředí inteligenci do sítě
• příliš maximalistický
• nepočítal s lokálními sítěmi
• některé činnosti se zbytečně opakují na několika vrstvách
• upřednostňuje spolehlivé a spojované služby

Rodina protokolu TCP/IP (ARP, IPv4, IPv6, ICMP, UDP, TCP) - adresace, routing, fragmentace, spolehlivost, flow control, congestion control, NAT

• historie - ARPANET, experimentální protokol NCP
• dokumenty RFC, STD, FYI
• organizace ISOC, ICANN, IANA, W3C

Charakteristiky, vlastnosti:

• od jednoduššího k složitějšímu
• nejprve praktické ověření (2 nezávislé implementace), pak standardizace
• nespojované, nespolehlivé, best effort
• rychlá "hloupá" síť, inteligence v koncových uzlech
• virtuální IP (IPv4) adresy, převod mezi linkovými (ARP, RARP)

Vrstvy

• aplikační vrstva
• transportní vrstva - přidává porty, TCP (spolehlivé, spojované), UDP
• síťová vrstva - individuální dle přenosové technologie, IP vytváří nad touto vrstvou "pokličku" -> všude stejné vlastnosti
• vrstva síťového rozhraní - TCP/IP neřeší

Protokol ARP = Address Resolution Protocol

• převod IP adresa -> linková adresa
• broadcast s výzvou

IPv4

• IP adresa = adresa sítě + adresa uzlu
• 32-bitové IP adresy
• původně: třídy adres A,B,C; speciální třída D (multicast) a E (vyhrazeno)
• subnetting, supernetting, maska, prefix
• CIDR (Classless Interdomain Routing)

IPv6

• 128-bitové adresy, hierarchické členění
• podpora QoS, bezpečnost (IPSec)
• adresa = global routing prefix + subnet ID + relativní část

ICMP

• protokol pro řízení komunikace, na IP vrstvě
• oznamuje o zahazování paketů, nedostupných sítích, vypršení TTL - traceroute, ping

UDP

• přidává pouze porty, zůstává nespolehlivý a nespojovaný -> UDP datagramy

TCP

• přidává porty, spolehlivost, spojovanost
• potvrzování - kontinuální, jednotlivé (při chybě), řízení toku, metoda okénka
• 3-fázový handshake a ukončení spojení

Routing

• vyhledávání cest v síti
• přímé/nepřímé doručování
• statické/dynamické směrování
• routovací protokoly - vector-distance/link-state - RIP, BGP, OSPF
• agregace, default route
• autonomní systémy

Fragmentace

• maximální velikost datagramů v lokální síti (MTU)
• fragmentace paketů - hlavička: IDENTIFICATION, FRAGMENTATION OFFSET, MORE FRAGMENTS
• IPv4 - fragmentované pakety možno dále dělit
• IPv6 - fragmentaci musí zajistit odesílatel -> zahození paketů, které neprojdou

NAT = Network Address Translation

• statický NAT - 1:1 staticky
• dynamický NAT - 1:1 dynamicky dle potřeby
• PAT - 1:n
• lokální IP adresy

• Flow control = řízení toku, předcházení zahlcení, TCP: přizpůsobování toku stavu sítě a odezvě (point to point)
• Congestion control = ochrana před zahlcením, TCP: dočasný přechod na samostatné potvrzování (v rámci celé sítě)

Rozhraní BSD sockets

• standardizované rozhraní pro komunikaci mezi procesy na jednom počítači nebo po síti, vzniklo v BSD
• brána k síťovým službám
• se sokety lze pracovat přes souborové operace, souborové deskriptory
• UNIX sockets - pojmenované sokety po komunikaci na lokálním počítači

Nespojovaná komunikace:

• socket() - vytvoření soketu
• bind() - napojení socketu na port
• sendto() - odeslání datagramu
• recvfrom() - přijetí datagramu z dané adresy
• close() - uzavření soketu

Spojovaná komunikace:

• server
  • socket() - vytvoření soketu
  • bind() - napojení socketu na port
  • listen() - přepnutí soketu k přijímání spojení
  • accept() - čekání na spojení, přijímání
  • send() - odeslání dat
  • recv() - přijetí dat
  • close() - uzavření soketu
• klient
  • socket() - vytvoření soketu
  • connect() - navázání spojení
  • send() - odeslání dat
  • recv() - přijetí dat
  • close() - uzavření soketu

Další info:

• BSD sockets

Spolehlivost - spojované a nespojované protokoly, typy, detekce a oprava chyb

• spolehlivost
  • může být zajištěna na kterékoliv vrstvě (kromě fyzické)
  • TCP/IP řeší na transportní (TCP), ISO/OSI očekává spolehlivost na všech (počínaje linkovou)
  • větši režie, zpoždění při chybách
• nespolehlivá komunikace
  • menší režie, lepší odezva
  • výhodné pro audio/video přenosy, kde lze tolerovat ztráty

• spojovaná komunikace - stavová, virtuální okruhy, navazování a ukončení spojení
• nespojovaná komunikace - zasílání zpráv, datagramy (UDP), nestavová, bez navazování a ukončování

Detekce ztrát a chyb:

• schopnost poznat, že došlo k nějaké chybě při přenosu
• Hammingovy kódy - příliš velká redundance, nepoužívané
• potvrzování (ACK)
  • příjemce si znovu nechá zaslat poškozená/nedoručená data
  • podmínkou existence zpětného kanálu (alespoň half-duplex)
  • jednotlivé vs. kontinuální
  • kladné a záporné
  • samostatné vs. nesamostatné (piggybacking)
  • metoda okénka
  • selektivní opakování vs. opakování s návratem
• parita - příčná, podélná
• kontrolní součty
• cyklické redundantní součy (CRC)
• druhy chyb: pozměněná data, shluky chyb, výpadky dat
• při chybě nutno vyžádat si celý rámec znovu

Bezpečnost - IPSec, principy fungování AH, ESP, transport mode, tunnel mode, firewalls

• IPsec - zavedení bezpečnosti do IP vrstvy, původně pro IPv6, některé věci zpětně portovány do IPv4
• několik desítek RFC dokumentů
• autentifikace - ověření původu dat (odesílatele)
• kryptování - šifrování komunikace (mimo IP hlavičky)
• může být implementováno na bráně (security gateway, lokální síť je považována za bezpečnou) nebo na koncových zařízení

• SA (Security Association)
  • point-to-point bezpečnostní spoj (návrh uvažuje i o jiných variantách)
  • pro každý směr a každý prototokol nutné mít vlastní SA spoj

IPsec módy:

• transport mode
  • IP hlavička nechráněná, tělo paketu šifrováno (data vyšších protokolů)
  • použitelné jen na koncových stanicích
• tunnel mode
  • pakety jsou celé (včetně hlavičky) zašifrovány a vloženy do dalšího paketu, na druhé straně rozbaleny
  • povinné pro security gateways, volitelné pro koncové stanice
  • ve vnější IP hlavičce se jako příjemce uvádí security gateway na hranici cílové sítě

IPsec protokoly:

• AH (Authentication Header)
  • komunikující strany se dohodnout na klíči
  • k datům se připojuje hash
  • chrání také před replay attack
  • provádí autentizaci a kontrolu změny dat, neprovádí šifrování
• ESP (Encapsulating Security Payload)
  • provádí autentizaci a také šifruje obsah
  • pro šiforvání používá 3DES, Blowfish aj. (původně DES, již není považováno za bezpečné)

Dohoda klíčů:

• před použitím prtokolu AH či ESP si musí strany dohodnout klíče
• manuální konfigurace
• automatická konfigurace - IKE (Internet Key Exchange) protokol

Firewally:

• sledování a filtrování komunikace na síti
  • blokování - zabraňuje neoprávněnému přístupu
  • prostupnost - propouštění povoleného toku
• paketové filtry - např. na routeru
• stavový firewall (stateful) - sleduje vztahy mezi pakety, ohlíží se na historii
• na různých vrstvách
  • síťová - pouze dle zdrojových a cílových adres a protokolu
  • transportní - také podle portů
  • aplikační - dle obsahu (dat)
• demilitarizovaná zóna (DMZ):
  • jiné řešení bezpečnosti
  • přístup ven pouze přes speciálizovaná zařízení (proxy, brány), nelze přímo - platí pro oba směry

Zdroje:

• Referát IPsec (ČVUT)
• Slajdy předmětu Administrace Unixu (přenáška č.7, materiályn dostupné jen ze sítě MFF)

Internetové a intranetové protokoly a technologie - DNS, SMTP, FTP, HTTP, NFS, HTML, XML, XSLT a jejich použití

DNS (Domain Name System):

• soubor hosts
• doména, zóna, delegace, TLD, ccTLD, gTLD
• syntaxe jmen, FQDN (plně kvalifikované...)
• IDN
• name servery - primární/sekundární, autoritativní/cachovací, kořenové, replikace
• iterativní dotaz, rekurzivní dotaz, cachování, resolvery, TTL, autoritativní odpověď
• Resource Records (RR)
  • formát - name, type, class, TLL, rdlength, rdata
  • A, NS, MX, PTR, AAAA, SPF, TXT, SRV, ...
• DNS protokol - TCP/UDP, truncation

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol):

• SMTP - protokol pro přenos zpráv
• RFC822 - formát zpráv - 7-bitová data
• POP3, IMAP - stahování zpráv ze schránky
• MIME - rozšíření formátu zpráv - Quoted-Printable, Base64, mime-type
• struktura zprávy - hlavička + tělo + přílohy
• e-mailové adresy, MX záznamy, priority

FTP (File Transfer Protocol):

• řídící a datová spojení
• textový/binární režim
• příkazy - řízení přístupu, nastavení parametrů, výkonné příkazy
• TFTP

HTTP (Hyper-Text Transfer Protocol):

• přenosový protokol, data v textovém tvaru, bezestavový
• verze 0.9 - bez hlaviček, minimální možnosti
• verze 1.0 - rozšiřující hlavičky, podpora MIME
• verze 1.1 - virtuální servery, jedno spojení pro více přenosů (keep-alive), komprimace dat
• GET, HEAD, POST
• cookies
• cachování

NFS (Network File System):

• bezestavový (v4 již stavová), transparentní sdílení souborů
• mount server
• XDR - prezentační služby - definuje jednotný způsob reprezentace přenášených dat
• RFC - Remote Procedure Call

HTML (Hyper-Text Markup Language):

• značkovací jazyk pro hypertext, definuje obsah, nikoliv vzhled
• CSS
• statické a dynamické HTML dokumenty - CGI, ISAPI, NSAPI, ASP, PHP
• skripty, Java, ActiveX

XML (eXtensible Markup Language):

• obecný značkovací jazyk
• popis truktury dokumentu z hlediska věcného obsahu jednotlivých částí, neřeší vzhled

XSLT (eXtensible Style Sheet Language Transformations):

• převod dat v XML do jiného formátu
• wcs:XSLT