Чернега В., Платтнер Б. Компьютерные сети. Учебное пособие для вузов

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание

6.2.

Пути и способы проникновения нарушителей в компьютер-

ную сеть …………………………………………………………

447

6.2.1. Пути проникновения нарушителей в сеть ….……….. 447

6.2.2. Способы сканирования ресурсов сети ……………….. 451

6.2.3. Точечные атаки и их сценарии ……………………….. 452

6.2.4. Распределенные DoS-атаки путем "зомбирования"… 456

6.3.

Способы борьбы с проникновением в сеть ………………….. 459

6.3.1. Обнаружение нарушения безопасности сети на осно-

ве выявления аномалий поведения …………………..

459

6.3.2. Обнаружение вторжений на основе сигнатурного

анализа ………………………………………………….

461

6.3.3. Системы обнаружения вторжений …………………… 464

6.3.4. Способы защиты от DoS- и DDoS-атак ...…………… 468

6.3.5. Безопасная оболочка SSH …………………………….. 470

6.4.

Брандмауэры – защитные межсетевые экраны ……………….

472

6.4.1. Назначение и классификация брандмауэров …………

472

6.4.2. Структура межсетевых экранов ……………………… 474

6.4.3. Пакетные фильтры ……………………………………. 476

6.4.4. Шлюзы прикладного уровня и прокси-агенты ……… 478

6.4.5. Персональные брандмауэры …………………………. 482

6.5.

Выводы по разделу ……………………………………………. 483

6.6.

Контрольные вопросы ………………………………………… 485

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………

487

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………...

489

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ …………………………………….

492

Компьютерные сети

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКД Аппаратура канала данных

АЛ Абонентская линия

АМ Амплитудная модуляция

АТС Автоматическая телефонная станция

БИС Большая интегральная схема

БК Балансный контур

ВК Виртуальный канал

ВОЛС Волоконно-оптическая линия связи

ВОС Взаимодействие открытых систем

ВРК Временное разделение каналов

ДПФ Дискретное преобразование Фурье

ДС Дифференциальная система

ИКМ Импульсно-кодовая модуляция

КАМ Квадратурная амплитудная модуляция

КК Коммутация каналов

ЛС Линия связи

МККТТ Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии

М Маршрутизатор

ОДПФ Обратное дискретное преобразование Фурье

ОЗУ Оперативное запоминающее устройство

ОКС Общеканальная сигнализация

ООД Оконечное оборудование данных

ОФМ Относительно-фазовая модуляция

ПК Персональный компьютер

ПСП Псевдослучайная последовательность

ПШК Первичный широкополосный канал

РОС Решающая обратная связь

РС Рабочая станция

СбПД Сборщик пакетов данных

СКС Структурированная кабельная система

СЛ Соединительная линия

СОВ Система обнаружения вторжений

С1 Стык линейный (канальный)

С2 Стык последовательный

ТА Телефонный аппарат

ТФОП Коммутируемая телефонная сеть общего пользования

ТЧ Тональная частота

УАВ Устройство автоматического вызова

УЗО Устройство защиты от ошибок

УКК Узел коммутации каналов

УКП Узел коммутации пакетов

УПС Устройство преобразования сигналов

ФАПЧ Фазовая автоподстройка частоты

ФЛ Физическая линия

ФМ Фазовая модуляция

ФРМ Фазоразностная (относительная) модуляция

Список сокращений

ЧМ Частотная модуляция

ЧРК Частотное разделение каналов

ЦСП Первичная цифровая ступень преобразования

AAL ATM Adaptive Level Уровень адаптации сети АТМ

ACK Acknowledge Положительное подтверждение

ADSL Asymmetric Digital Subscribe

Line

Асимметричная цифровая абонентская

линия

ANSI American National Standards

Institute

Американский институт национальных

стандартов

ARP Address Resolution Protocol Протокол разрешения адресов

ARQ Automatic Repetition Query Автоматический переспрос

AS Autonomus System Автономная система

ASCII American Standard Code for

Information Interchange

Американский стандартный код для об-

мена информацией

АТМ Asynchronous Transfer Mode Асинхронный режим передачи

BGP Border Gateway Protocol Протокол внешней маршрутизации

BPSK Binary Phase Shift Keying Двоичная фазовая манипуляция

BT Bit Time Длительность двоичного элемента

CCK Complementary Code Keying Комплементарные кодовые последова-

тельности

CRC Cyclic Redundancy Check Контроль с использованием циклическо-

го избыточного кода

CTS Clear To Send Готов к передаче

DBPSK Differential Binary Phase Shift

Keying

Дифференциальная двоичная ФМ

DCE Data Circuit-Terminating

Equipment

Оконечное оборудование данных

DSL Digital Subscribe Line Цифровая абонентская линия

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Расширение спектра прямой последова-

тельностью

DNS Domain Names Service Служба доменных имен

DTE Data Terminal Equipment Оконечное оборудование данных

DQPSK Differential Quadrature Phase

Shift Keying

Дифференциальная квадратурная фазо-

вая манипуляция

DWDM Dense Wave Division

Multiplexing

Плотное волновое мультиплексирование

EOT End of Text Конец текста

ES-ES End System – End System Протокол маршрутизации стека OSI

FHSS Frequency Hopping Spread

Spectrum

Расширение спектра скачкообразным

изменением частоты

FR Frame relay Сеть ретрансляции кадров

FDM Frequency Division Multiplexing Мультиплексирование с частотным раз-

делением

FSK Frequency Shift Keying Частотная модуляция

FTP File Transfer Protocol Протокол передачи файлов

EGP Exterior Gateway Protocol Протокол внешней маршрутизации

HDLC High Level Data-link Control Высокоуровневое управление линией

Компьютерные сети

HTML Hyper Text Markup Language Язык гипертекстовой разметки

HTTP Hyper Text Transfer Protocol Протокол гипертекстовой передачи

IEEE Institute of Electrical and Elec-

tronic Engineers

Международный институт инженеров по

электротехнике и электронике

ISDN Integrated Services Digital

Network

Цифровая сеть интегрального обслужи-

вания

ICMP Internet Control Message Protocol Протокол передачи управляющих сооб-

щений

IGRP Interior Gateway Routing Protocol Протокол внутренней межшлюзовой

маршрутизации

IGP Interior Gateway Protocol Протокол внутренней маршрутизации

IP Internet Protocol Межсетевой протокол

IP v6 Internet Protocol Version 6 Межсетевой протокол 6-й версии

IPG Inter Packet Gap Межпакетный зазор

IS-IS Intermediate System Протокол маршрутизации стека OSI

ISN Initial Sequence Number Начальный порядковый номер

ITU International Telecommunication

Unit

Международной телекоммуникацион-

ный союз

LAN Local Area Network Локальная сеть

LAP Link Access Procedure Процедура доступа к каналу

LAPB Link Access Procedure Balanced Сбалансированная процедура доступа к

каналу

LAP-M Link Access Protocol for

Modems

Протокол доступа к каналу для модемов

(V-42)

LAWN Local Area Wireless Network Беспроводная локальная сеть

LLC Logical Link Control Логическое управление каналом (FDDI;

802.2)

MAC Medium Access Control Управление доступом к среде (Ethernet,

FDDI, Token Ring)

MAN Metropolitan Area Network Региональная или муниципальная сеть

MAU Multistation Access Unit Блок доступа к большому числу станций

MBONE Multicast Backbone Канал группового доступа

MDI Medium Dependent Interface Интерфейс, зависимый от типа среды

MFSK M-ary Frequency Shift Keying Многопозиционная ЧМ

MIME Multipurpose Internet Mail

Extensions

Протокол многоцелевых расширений

электронной почты

MSL Maximum Segment Lifetime Максимальное время жизни сегмента

MSS Maximum Segment Size Максимальный размер сегмента (TCP)

MTU Maximum Transfer Unit Максимальная длина пересылаемого

блока данных

NAK Negative AcKnowledgement Отрицательное подтверждение/запрос

NIC Network Information Center Международный информационный

центр

NT Network Terminator Сетевой терминатор

OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Частотное разделение с ортогональными

сигналами

OSPF Open Shortest Path First Выбор первого кратчайшего пути

PVC Permanent Virtual Circuit Постоянный виртуальный канал

Список сокращений

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Плезиохронная цифровая иерархия

PDV Path Delay Value Время двойного оборота

POP Post Office Protocol Почтовый офисный протокол

PPP Point-to-Point Protocol Протокол двухточечной связи

QAM Quadrature Amplitude Modulation Квадратурная амплитудная модуляция

QoS Quality of Service Качество обслуживания

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Квадратурная фазовая модуляция

RAM Random Access Memory Память с произвольным доступом

RARP Reverse ARP Обратный протокол разрешения адресов

RFC Request For Comment Стандарты Интернета

RIP Routing Information Protocol Протокол маршрутной информации

RS-232 Recommended Standard 232 Последовательный интерфейс 232

RTS Request To Send Запрос передачи

SDH Synchronous Digital Hierarchy Цифровая синхронная иерархия

SDSL Symmetric Digital Subscribe Line Симметричная DSL

SLIP Serial Line Internet Protocol Канальный последовательный протокол

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Простой протокол электронной почты

SNA Systems Network Architecture Сетевая архитектура систем (IBM)

SNMP Simple Network Management

Protocol

Простой протокол управления сетью

SOH Start of Header Начало заголовка

STM Synchronous Transport Module Синхронный транспортный модуль

STP Shielded Twisted Pair Экранированная витая пара

STX Start of Text Начало текста

SVC Switched Virtual Circuit Коммутируемый виртуальный канал

TA Terminal Adaptor Терминальный адаптер

TCM Trellis Coded Modulation Треллис-кодирование

TCP/IP Transport Control Protocol /

Internet Protocol

Транспортный протокол управления пе-

редачей/ межсетевой протокол

TDM Time Division Multiplexing Временное разделение каналов

TE Terminal Equipment Терминальное оборудование

TFTP Trivial FTP Упрощенный протокол FTP

TOS Type of Service Тип обслуживания

UDP User Datagram Protocol Протокол пользовательских дейтаграмм

URL Uniform Resource Locator Унифицированный указатель ресурсов

UTC Coordinated Universal Time Универсальное согласованное время

VC Virtual Circuit Виртуальный канал

VCI Virtual Circuit Identifier Идентификатор виртуального канала

VP Virtual Path Виртуальный путь

VPI Virtual Path Identifier Идентификатор виртуального пути

WAN Wide Area Networks Глобальная сеть

WDM Wawe Division Multiplexing Волновое мультиплексирование

Wi-Fi Wireless Fidelity Торговая марка беспроводного оборудо-

вания локальных сетей

WWW World Wide Web Всемирная гипермедиа информационная

служба

ПРЕДИСЛОВИЕ

Компьютерные сети являются одним из важнейшим средств реализа-

ции современных информационных технологий. Благодаря им возможно

осуществлять распределенную обработку данных, получать доступ к раз-

личным хранилищам информации, осуществлять резервирование и покупку

билетов на транспортные средства, покупку товаров, производить размеще-

ние заказов на различных фирмах и осуществлять финансовые операции и

т.п.

В связи с этим курс "Компьютерные сети" является одной из важней-

ших профилирующих дисциплин в процессе подготовки бакалавров по на-

правлению "Компьютерные науки" и инженеров по специальности "Инфор-

мационные управляющие системы и технологии". Базовыми дисциплинами,

обеспечивающими курс "Компьютерные сети", являются: "Кодирование и

защита информации", "Элементы информационных систем", "Операционные

системы", "Архитектура компьютеров" и "Системы передачи данных". По-

этому перед началом изучения излагаемого курса необходимо повторить ос-

новные теоретические положения, освещаемые в названных дисциплинах.

Книга написана на основе материалов лекций, читаемых авторами в

Севастопольском национальном техническом университете (СевНТУ) и Фе-

деральной высшей технической школе г. Цюриха (Швейцария), а также

практических и лабораторных занятий, проводимых в этих вузах.

Теоретический материал, представленный в книге, условно делится на

шесть частей: общие принципы построения компьютерных сетей и теорети-

ческие основы передачи сигналов и данных в компьютерных сетях; принци-

пы построения локальных сетей; особенности объединения локальных и ре-

гиональных сетей и функционирования объединенной сети Интернет; прин-

ципы построения глобальных сетей; основы безопасности компьютерных се-

тей. В книге подробно рассмотрены топологии компьютерных сетей, спосо-

бы адресации и управления в сетях, протоколы обмена информацией на всех

уровнях сети.

Большое внимание уделяется вопросам построения локальных сетей,

методам доступа к среде, а также схемотехнической и программной реализа-

ции различных подсистем. Достаточно подробно рассмотрены новые техно-

Предисловие

логии транспортировки сообщений в глобальных сетях, в частности, ISDN-,

SDH-, FR- и ATM-сети.

Значительная часть учебника посвящена принципам построения и

функционирования глобальной сети Интернет, способам адресации и струк-

туризации сетей, методам доступа к хранилищам файлов, сервисным служ-

бам сети Интернет, функционированию электронной почты. В книгу введе-

ны подразделы, не входящие в традиционные учебники по компьютерным

сетям, в частности по архитектуре беспроводных компьютерных сетей, сис-

тем модуляции и доступа к среде, а также раздел по безопасности компью-

терных сетей.

При представлении учебного материала использован системно-

ориентированный подход при котором упор делается на изложение основ-

ных теоретических положений материала разделов. Затем теоретические

принципы иллюстрируются примерами их конкретной реализации. Такой

подход соответствует международным рекомендациям “Computing Cirricula

2001: Computer Science” по преподаванию информатики в университетах и

способствует живучести учебника вне зависимости от неизбежных измене-

ний в технических и программных средствах. Построение учебника призва-

но также облегчить преподавателям различных направлений изложение ма-

териала при наличии ограничений на количество часов, регламентируемых

учебным планом на изучение данной дисциплины.

Авторы старались применять минимальное количество аббревиатур,

столь характерных в литературе по компьютерным сетям, которые сущест-

венно затрудняют первоначальное знакомство с изучаемым материалом.

Многие специальные понятия сопровождаются написанием их на англий-

ском языке, что позволяет избежать неоднозначности толкования неустано-

вившихся в русскоязычной литературе терминов, а также закрепления в па-

мяти студентов интернациональных терминов, применяемых в компьютер-

ных технологиях.

Учебник не претендует на исчерпывающую полноту изложения мате-

риала по компьютерным сетям. В частности, в нем не рассмотрены вопросы

диагностики и оптимизации сетей, мало уделено внимания программной

реализации сетевых задач. Предполагается, что студенты самостоятельно

будут постоянно углублять знания в области компьютерных сетей в процес-

се выполнения лабораторного практикума и курсового проекта по данной

дисциплине, а также в процессе самостоятельной подготовки и трудовой

деятельности.

Особенностью построения учебника является наличие расширенных

выводов по каждому разделу, в которых в концентрированном виде освеще-

ны основные положения и принципы соответствующей темы дисциплины.

Это позволит студентам в процессе подготовки к экзамену при повторной

Компьютерные сети

проработке материала учебника ограничиться прочтением и осмыслением

только расширенных выводов.

Список литературы содержит перечень книг и других материалов, ис-

пользованных при написании учебника и рекомендуемых для самостоятель-

ного углубленного изучения дисциплины.

В заключение авторы благодарят ректорат СевНТУ за помощь при

подготовке рукописи и руководство Федеральной высшей технической шко-

лы г. Цюриха (ETHZ) за спонсирование издания книги, а также рецензентов

– коллектив кафедры компьютеризированных систем Севастопольского на-

ционального университета ядерной энергии и промышленности, зав. кафед-

рой д-р техн. наук проф. Сапожникова Н.Е., заведующего кафедрой вычис-

лительной техники Киевского национального технического университета

Украины (КПИ) д-р техн. наук проф. Луцкого Г.М. и д-ра техн. наук, про-

фессора этой же кафедры Кулакова Ю.А., заведующего кафедрой информа-

ционных систем Европейского университета д-ра техн. наук, проф. Тере-

щенко В.А., эксперта научно-методической комиссии по направлению

"Компьютерные науки", д-ра техн. наук, профессора ИПСА НТУУ (КПИ)

Зайченко Ю.П. за доброжелательную критику и полезные замечания, кото-

рые способствовали улучшению книги.

Особую благодарность авторы выражают д-ру техн. наук, профессору

В.К. Маригодову за его большой труд по редактированию рукописи, а также

профессору кафедры кибернетики и вычислительной техники СевНТУ, д-ру

техн. наук Апраксину Ю.К. и канд. техн. наук, доценту кафедры информа-

ционных систем СевНТУ Кротову К.В. за внимательное первое чтение руко-

писи и полезные замечания.

Отзывы и предложения просьба направлять по адресу: Украина, 99053,

г. Севастополь-53, Студгородок, Севастопольский национальный техниче-

ский университет, НМЦ.

Раздел 1

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

Компьютерная сеть и Интернет – это синонимы или различные понятия? С какой

целью сети делят на уровни? Что означает "стек протоколов"? Почему модели реаль-

ных сетей отличаются от эталонной модели? Как осуществляется коммутация у вре-

менных коммутаторов, если никакого соединения линий не происходит? Каким образом

сетевые узлы знают оптимальные пути передачи пакетов, если ситуация в сети посто-

янно изменяется. Какой смысл использовать протоколы, не гарантирующие надежной

передачи пакетов? Что такое "перегрузка сети" и как с ней бороться? Какие функции

выполняет сеть сигнализации? На эти и другие вопросы Вы найдете ответ, изучив мате-

риалы данного раздела.

1.1. Обобщенная структура и топология компьютерных сетей

1.1.1. Структура компьютерных сетей и их классификация

Компьютерная сеть представляет собой совокупность взаимосвязан-

ных технических средств и программного обеспечения, предназначенных

для распределенной обработки данных, а также для обмена и передачи дан-

ных между любыми пользователями (абонентами) сети. В состав техниче-

ских средств входят множество персональных компьютеров и серверов, а

также узлов коммутации и распределения информации, соединенных между

собой каналами передачи данных. Информационный поток данных, переда-

ваемых между компьютерами сети, называется сетевым трафиком или

просто трафиком (traffic). Программное обеспечение включает сетевые

операционные системы, управляющие работой компьютеров в сети, а также

пакеты программ, обеспечивающих передачу и установление соединений

между пользователями сети, маршрутизацию и оптимальное распределение

потоков сообщений между узлами, передачу управляющих сообщений меж-

ду узлами и конечными пользователями, контроль и учет функционирова-

ния сети. В общем виде компьютерная сеть может быть представлена в виде

совокупности оконечных пунктов (ОП) и промежуточных узлов коммутации

(УК), соединенных между собой каналами и линиями связи (рисунок 1.1).

Оконечным пунктом (узлом) компьютерной сети обычно является

персональный компьютер с установленной сетевой операционной системой

и снабженный устройством передачи данных. В принципе к сети могут быть

Компьютерные сети

подключены и другие типы источников и потребителей цифровой информа-

ции. Компьютер оконечного пункта объединенных сетей в литературных

источниках часто называют также хостом (Host), а большую (главную) ЭВМ

сети – мэйнфреймом (Mainframe). В локальных компьютерных сетях око-

нечный пункт обычно называют "Рабочая станция". Совокупность двух уз-

лов сети, соединенных каналом передачи данных, получил название звено

данных (Data Link).

Узлы коммутации позволяют осуществить обмен информацией между

любыми оконечными пунктами сети за счет установления между ними свя-

зи на время передачи данных путем соединения (коммутации) участков ли-

ний сети в единый тракт. После завершения обмена данными эти же участки

линий могут быть использованы для организации тракта обмена между дру-

гими ОП. Таким образом, наличие в сети узлов коммутации позволяет более

эффективно использовать дорогостоящие линии и линейное оборудование

сети путем их максимальной загрузки.

Другим вариантом построения единой компьютерной сети является

объединение независимых сетей, так называемых подсетей (Subnet) отдель-

ных регионов или организаций с помощью узлов коммутации, роль которых

выполняют маршрутизаторы (М) или шлюзы (рисунок 1.2). Объединенная

сеть в англоязычной литературе получила название Internetwork или сокра-

щенно Internet.

Компьютерные сети (КС) классифицируют по назначению, составу

оборудования, программному обеспечению и функциональным возможно-

Рисунок 1.1 – Обобщенная структурная схема компьютерной сети