vyber softwaru pro sitove prvky

This commit is contained in:
2024-11-27 10:00:29 +01:00
parent 305ee0c918
commit 048dc7aaff
12 changed files with 254 additions and 137 deletions

View File

@@ -3,14 +3,14 @@
V~širším pojetí jsou počítačové sítě multidisciplinárním oborem zaměřujícím se na návrh, implementaci, správu a propojení technických prostředků umožňující navázání spojení a předávání dat mezi počítači a dalšími zařízeními.
V~užším pojetí je počítačová síť tvořena vzájemně propojenými počítači za účelem sdílení dat a zdrojů.
\textit{Nejdůležitější vlastností počítačových sítí je jejích obecné použití. Počítačové sítě jsou primárně budovány z~univerzálního programovatelného hardwaru a nejsou optimalizovány pro konkrétní aplikaci, jako je telefonování nebo přenos televizního signálu}\citep{Peterson_Davie_2022}
na rozdíl od telekomunikačních sítí (pevná telefonní síť nebo telegrafní síť), které jsou pevně spjaty se službou kterou poskytují.
Počítačové sítě dokáží přenášet širokou škálu dat včetně textu, obrazu, hlasu, videa různých souborů a dalších dat. Toto umožuje počítačových síťím podporovat mnoho aplikací a služeb.
\textit{Nejdůležitější vlastností počítačových sítí je jejích obecné použití. Počítačové sítě jsou primárně budovány z~univerzálního programovatelného hardwaru a nejsou optimalizovány pro konkrétní aplikaci, jako je telefonování nebo přenos televizního signálu} \citep{Peterson_Davie_2022}
na rozdíl od telekomunikačních sítí (pevná telefonní síť nebo telegrafní síť), které jsou pevně spjaty se službou, kterou poskytují.
Počítačové sítě dokáží přenášet širokou škálu dat včetně textu, obrazu, hlasu, videa, různých souborů a dalších dat. Toto umožuje počítačových síťím podporovat mnoho aplikací a služeb.
Jedním z~požadavků na počítačové sítě je možnost dynamického navázání spojení a předávání dat s~jinými zařízeními k~tomu se uplatňuje princip přepínané sítě. Existují dva základní principy přepínané sítě. Přepínané sítě založeny na principu \textbf{přepojování okruhů} a sítě založeny na principu \textbf{přepojování paketů}. První z~jmenovaných principů je starší a běžný pro tradiční telefonní síť, kdy je na začátku spojení vytvořen přenosový okruh mezi zdrojovým a cílovým uzlem. Tento okruh má garantované přenosové pásmo a je rozpojen na konci spojení.
Jedním z~požadavků na počítačové sítě je možnost dynamického navázání spojení a předávání dat s~jinými zařízeními. K~tomu se uplatňuje princip přepínané sítě. Existují dva základní principy přepínané sítě. Přepínané sítě založeny na principu \textbf{přepojování okruhů} a sítě založeny na principu \textbf{přepojování paketů}. První z~jmenovaných principů je starší a běžný pro tradiční telefonní síť, kdy je na začátku spojení vytvořen přenosový okruh mezi zdrojovým a cílovým uzlem. Tento okruh má garantované přenosové pásmo a je rozpojen na konci spojení.
Princip \textbf{přepojování paketů} vymysleli nezávisle na sobě vědci Paul Baran a Donald Davies. Přenášená data se rozdělí na bloky o~určité délce. Každý blok se doplní o~informace o~zdroji, cíli, případně o~další informace potřebné pro přenos. Takový blok se nazývá paket a je odesílán po síti. Síťové prvky každý jeden paket na základě cílové adresy směrují k~dalšímu síťovému prvku nebo koncovému zařízení. Takto může každý každý paket cestovat po síti jinou cestou k~cíli v~závislosti na aktuálním stavu sítě. Na cílovém zařízení dojde k~příjmu a seřazení paketů do původního pořadí, následně jsou z~jednotlivých paketů sestavena původní data.
Koncové zařízení je zařízení vybavené komunikačním rozhraním (síťovým adaptérem), které využívá síťové služby a obvykle neposkytuje síťové služby jiným zařízením. Mezi typické koncové zařízaní patří počítač, síťové tiskárny, mobilní zařízení, herní konzole, IoT zařízení.
Koncové zařízení je zařízení vybavené komunikačním rozhraním (síťovým adaptérem), které využívá síťové služby a může poskytovat síťové služby jiným zařízením. Mezi typické koncové zařízaní patří počítač, síťové tiskárny, mobilní zařízení, herní konzole, IoT zařízení.
% ==================================================================================================================
\section{Síťová architektura}
@@ -20,13 +20,13 @@ V~době vývoje počítačových sítí (v~70. letech 20. století) byly vyvinut
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{images/osi-tcpip.jpg}
\caption{Porovnání modelu ISO OSI a TCP/IP.\citep{peterka_tcpip}}
\caption{Porovnání modelu ISO OSI a TCP/IP. \citep{peterka_tcpip}}
\label{fig:rozdilmodelu}
\end{figure}
V~reakci na tuto situaci organizace ISO\footnote{International Organization for Standardization - Mezinárodní organizace pro normalizaci} vyvinula teoretický model koncepce počítačových síťí, známý jako model OSI (Open System Interconnection). Tento obecný model fungování počítačových sítí rozděluje jednotlivé funkce sítě do sedmi vrstev. Každá vrstva má svůj specifický úkol. Existence modelu usnadnila vývoj síťových prvků a zvýšila interoperabilitu mezi různými technologiemi a výrobci.
V~reakci na tuto situaci organizace ISO\footnote{International Organization for Standardization - Mezinárodní organizace pro normalizaci} vyvinula teoretický model koncepce počítačových síťí, známý jako model OSI (Open System Interconnection). Tento obecný model fungování počítačových sítí rozděluje jednotlivé funkce sítě do sedmi vrstev (pravá část obrázku \ref{fig:rozdilmodelu}). Každá vrstva má svůj specifický úkol. Existence modelu usnadnila vývoj síťových prvků a zvýšila interoperabilitu mezi různými technologiemi a výrobci.
V~praxi se pro komunikaci počítačů ujala sada protokolů TCP/IP, která vznikla v~70. letech 20. století pro projekt ARPANET, který byl předchůdcem dnešního internetu a definovala jak mezi sebou mají komunikovat jednotlivé zařízení. Jedná se tedy o~praktickou implementaci síťové komunikace, zatímco OSI zůstává referenčním modelem. V~souvislosti s~modelováním síťové komunikace se lze setkat s~modelem TCP/IP, který fungování těchto protokolů organizuje do vrstev. Oproti ISO OSI modelu má model TCP/IP vrstevy pouze čtyři, protože jsou některé vrstvy zkombinovány. Porovnání obou modelů je znázorněno na obrázku \ref{fig:rozdilmodelu}.
V~praxi se pro komunikaci počítačů ujala sada protokolů TCP/IP, která vznikla v~70. letech 20. století pro projekt ARPANET, který byl předchůdcem dnešního internetu a definovala jak mezi sebou mají komunikovat jednotlivé zařízení. Jedná se tedy o~praktickou implementaci síťové komunikace, zatímco OSI zůstává referenčním modelem. V~souvislosti s~modelováním síťové komunikace se lze setkat s~modelem TCP/IP, který fungování těchto protokolů organizuje do vrstev podle modelu ISO/OSI. Oproti modelu ISO/OSI má model TCP/IP vrstevy pouze čtyři, protože jsou některé vrstvy zkombinovány. Porovnání obou modelů je znázorněno na obrázku \ref{fig:rozdilmodelu}.
Vrstvy modelu TCP/IP:
\begin{itemize}
@@ -39,7 +39,7 @@ Vrstvy modelu TCP/IP:
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=1\textwidth]{images/tcpip_zapouzdreni.png}
\caption{Schéma zapouzdření aplikačních dat na vrstvách TCP/IP.\citep{wiki_tcpip}}
\caption{Schéma zapouzdření aplikačních dat na vrstvách TCP/IP. \citep{wiki_tcpip}}
\label{fig:zapouzdreni}
\end{figure}
@@ -52,7 +52,7 @@ Při příjmu dat probíhá tento proces opačně, hlavičky jsou odebírány. R
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{images/tcpip_komunikace.png}
\caption{Schéma komunikace napříč sítěmi v~TCP/IP.\citep{wiki_tcpip}}
\caption{Schéma komunikace napříč sítěmi v~TCP/IP. \citep{wiki_tcpip}}
\label{fig:prenos}
\end{figure}
@@ -61,17 +61,17 @@ Obrázek \ref{fig:prenos} znázorňuje, jak probíhá přenos dat prostřednictv
% ==================================================================================================================
\section{Ethernet}
Ethernet je řada drátových síťových technologií, která je standardizována v~IEEE\footnote{Institute of Electrical and Electronics Engineers}~802.3. Ethernet umožňuje komunikaci zařízení v~lokální síťi pomocí MAC adres. Díky své jednoduchosti a nízké ceně se jedná o~nejrozšířenější technologii používanou v~lokálních síťích (LAN).\citep{ijs2_ethernet}
Ethernet je řada drátových síťových technologií, která je standardizována v~IEEE\footnote{Institute of Electrical and Electronics Engineers}~802.3. Ethernet umožňuje komunikaci zařízení v~lokální síťi pomocí MAC adres. Díky své jednoduchosti a nízké ceně se jedná o~nejrozšířenější technologii používanou v~lokálních síťích (LAN). \citep{ijs2_ethernet}
V~kontextu síťového modelu ISO/OSI pracuje na linkové vrstvě a fyzické vrstvě.
Na linkové vrstvě specifikuje formát rámců, detekci chyb a způsob adresování. Dříve ethernet využíval sdílené přenosové média, ke kterým linková vrstva řídila přístup (předcházela a detekovala kolize). Dnešní ethernet je přepínaný (používají se přepínače) a v~přístupových síťích se používá topologie sítě strom. \citep{samuraj_ethernet} Vymizelo sdílení přenosového média, to má za výhodu odstranění kolizí a zvýšení rychlosti.\citep{samuraj_csma}
Na linkové vrstvě specifikuje formát rámců, detekci chyb a způsob adresování. Dříve ethernet využíval sdílené přenosové média, ke kterým linková vrstva řídila přístup (předcházela koliz9m a detekovala je). Dnešní ethernet je přepínaný (používají se přepínače) a v~přístupových síťích se používá topologie sítě strom. \citep{samuraj_ethernet} Vymizelo sdílení přenosového média, to má za výhodu odstranění kolizí a zvýšení rychlosti. \citep{samuraj_csma}
Na fyzické vrstvě IEEE 802.3 specifikuje typy přenosových médií (koaxiální kabel, kroudená dvojlinka, optické vlákno), použité konektory, přenosové rychlosti a signálové kódování.
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=1\textwidth]{images/8021q.png}
\caption{Standartní ethernetový rámec a rozšířený rámec o~802.1Q.\citep{freeccna_vlan}}
\caption{Standartní ethernetový rámec a rozšířený rámec o~802.1Q. \citep{freeccna_vlan}}
\label{fig:ethernetframe}
\end{figure}
@@ -79,8 +79,8 @@ Na fyzické vrstvě IEEE 802.3 specifikuje typy přenosových médií (koaxiáln
V~horní části na obrázku \ref{fig:ethernetframe} je zobrazen znázorněn standardní ethernetový rámec. Je složen z:
\begin{itemize}
\item \textbf{Preambule}: Prvních 48 bitů slouží k~rozpoznání příchozího rámce na straně přijímacího zařízení. Obsahuje tuto sekvenci:\\\verb|10101010 10101010 10101010 10101010|\\\verb|10101010 10101010 10101010 10101011|.\citep{ieee_8023}
\item \textbf{SFD}: 8 bitů označuje konec preambule nebo také začátek samotného rámce.\\Obsahuje: \verb|10101011|.\citep{ieee_8023}
\item \textbf{Preambule}: Prvních 48 bitů slouží k~rozpoznání příchozího rámce na straně přijímacího zařízení. Obsahuje tuto sekvenci:\\\verb|10101010 10101010 10101010 10101010|\\\verb|10101010 10101010 10101010 10101011|. \citep{ieee_8023}
\item \textbf{SFD}: 8 bitů označuje konec preambule nebo také začátek samotného rámce.\\Obsahuje: \verb|10101011|. \citep{ieee_8023}
\item \textbf{Cílová adresa}: MAC adresa cílového zařízení.
\item \textbf{Zdrojová adresa}: MAC adresa odesílajícího zařízení.
\item \textbf{Délka/Typ}: Pokud je hodnota v~decimální soustavě měnší než 1500 označuje délku přenášených dat, pokud je větší neš 1500 označuje jaký protokol je přenášen na vyšší vrstvě. Seznam hodnot a protokolů spravuje IEEE.
@@ -90,21 +90,21 @@ V~horní části na obrázku \ref{fig:ethernetframe} je zobrazen znázorněn sta
\subsection{IEEE 802.1Q VLAN}
VLAN, neboli Virtual LAN slouží k~logickému rozdělení fyzické sítě. To je u~Ethernetu umožněno prostřednictvím standardu IEEE 802.1Q, který rozšiřuje standardní Ethernetový rámec o~další hodnoty. V~dolní části obrázku \ref{fig:ethernetframe} je znázorněn ethernetový rámec dle IEEE 802.1Q rozšířený v~hlavičce o~32 bitů. Za zdrojovou adresu jsou vloženy následující hodnoty:
VLAN, neboli Virtual LAN slouží k~logickému rozdělení fyzické sítě. To zjednodušuje správu sítě. Díky možnosti vytvářet směrovací politiky pro různé skupiny zařízení a možnosti oddělení speciálního provozu (management sítě) se zvyšuje bezpečnost sítě. \citep{samuraj_vlan} VLAN je u~Ethernetu umožněno prostřednictvím standardu IEEE 802.1Q, který rozšiřuje standardní Ethernetový rámec o~další hodnoty.
V~dolní části obrázku \ref{fig:ethernetframe} je znázorněn ethernetový rámec dle IEEE 802.1Q rozšířený v~hlavičce o~32 bitů. Za zdrojovou adresu jsou vloženy následující hodnoty:
\begin{itemize}
\item \textbf{TPID}: Identifikátor použítého VLAN protokolu - v~případě IEEE~802.1Q obsahuje \verb|0x8100|. Je na stejné pozici jako Délka/Typ u~standartního rámce.
\item \textbf{PCP}: Označuje prioritu rámce podle IEEE 802.1P.
\item \textbf{CFI}: Říká jakým způsobem je přenášen rámec. Bud od bitu s~nejnižší hodnotou k~bitu s~nejvyšší nebo naopak. Pro ethernet \verb|0|.
\item \textbf{VID}: Identifikátor (tag) konkrétní VLAN.\citep{fair_vlan}
\item \textbf{CFI}: Říká jakým způsobem je přenášen rámec. Bud od bitu s~nejnižší hodnotou k~bitu s~nejvyšší nebo naopak. Pro ethernet \verb|0|. \citep{fair_vlan}
\item \textbf{VID}: Identifikátor (tag) konkrétní VLAN.
\end{itemize}
VLAN zjednodušuje správu sítě. Díky možnosti vytvářet směrovací politiky pro různé skupiny zařízení a možnosti oddělení speciálního provozu (management sítě) zvyšuje bezpečnost sítě.\citep{samuraj_vlan}
Aby bylo možné jednotlivé zařízení přiřazovat do různých logických sítí je nutné, aby IEEE~802.1Q podporovala zařízení ke terým jsou připojeny. Na zařízeních s~podporou IEEE~802.1Q lze nakonfigurovat do které logické sítě konkrétní port spadá a zda na daném portu má být použít tag či nikoli. Přepínače bez podbory IEEE~802.1Q přistupují k~tagovanému provozu stejně jako k~běžným rámcům. V~tomto kontextu může port zahňovat fyzický port i logické rozhraní, například síť Wi-Fi nebo konkrétní Wi-Fi klienty.
Aby bylo možné jednotlivé zařízení přiřazovat do různých logických sítí je nutné, aby IEEE~802.1Q podporoval přepínač, do kterého jsou zařízení připojeny. Na přepínačích s~podporou IEEE~802.1Q lze nakonfigurovat do které logické sítě konkrétní port spadá a zda na daném portu má být použít tag či nikoli. Přepínače bez podbory IEEE~802.1Qistupují k~tagovanému provozu stejně jako k~běžným rámcům.
\textbf{Trunk port} je port, prostřednictvím kterého je přenášeno více logických síťí. Takto bývají propojeny směrovače s~přepínači, přepínače mezi sebou neboístupové body nabízejí-li více Wi-Fi síťí.
\textbf{Trunk port} je port, prostřednictvím kterého je přenášeno více logických síťí. Takto bývají propojeny směrovače s~přepínačema, přepínače mezi sebou nebo přístupové body nabízejí-li více Wi-Fi síťí.
\textbf{Access port}\footnote{přístupová port} je port sloužící k~připojení jednotlivých zařízení. Provoz je bez IEEE~802.1Q tagu, tag bývá přiřazen na přepínači.
\textbf{Access port}\footnote{přístupová port} je port sloužící k~připojení jednotlivých zařízení. Provoz je bez IEEE~802.1Q tagu, tag bývá odchozímu provozu přiřazen na přepínači.
Vlán portu muže být přidělena staticky, podle MAC adresy zařízení, podle IP adresy zařízení nebo z~autorizačního serveru.\citep{samuraj_vlan}
@@ -175,16 +175,15 @@ Mezi dnes již málo používané aktivní síťové prvky lze zařadit:
V~architektůře autentizace pomocí IEEE 802.1X jsou tři hlavní prvky. Prvním je samotný klient (tzv. suplikant), druhý je switch/přístupový bod (autentifikátor) a třetím je autentizační server.
Suplikant komunikuje s~autentifikátorem pomocí EAP (Extensible Authentication Protocol) zpráv, které jsou specifikovány RFC 2284. Pro přenos EAP v~prostředí Ethernetu slouží EAPoE (EAP over Ethernet), kde EAP rámce používají EtherType \verb|0x888E|.
Suplikant komunikuje s~autentizačním serverem pomocí EAP (Extensible Authentication Protocol) zpráv, které jsou specifikovány RFC 2284. Pro přenos EAP v~prostředí Ethernetu slouží EAPoE (EAP over Ethernet), kde EAP rámce používají EtherType \verb|0x888E|. Komunikace mezi Suplikantem a autentifikátorem komunikace probíhá pouze na L2 vrstvě ISO/OSI modelu. Autentifikátor EAP zprávy od klienta (suplikanta) neinterpretuje, zabalí je do dalšího protokolu a přepošle je autentizačnímu serveru přes IP síť.
Autentifikátor komunikuje s~autentizačním serverem pomocí jednoho z~AAA protokolů (Authentication, Authorization, Accounting - autentizace, autorizace, účtování), které se \textit{používájí se pro zajištění zabezpečení síťové infrastruktury}. Mezi nejvíce používané patří RADIUS, TACACS, TACACS+,
KERBEROS a DIAMETER.\citep{stankus_8021x}
Autentifikátor komunikuje s~autentizačním serverem pomocí jednoho z~AAA protokolů. Authentication, Authorization, Accounting\footnote{autentizace, autorizace, účtování} protokoly se \textit{používájí pro zajištění zabezpečení síťové infrastruktury}. Mezi nejvíce používané patří RADIUS, TACACS, TACACS+, KERBEROS a DIAMETER.\citep{stankus_8021x}. Autentizační server ověřuje EAP zprávy a odpovídá autentifikátoru, který na základě těchto odpovědí upravuje přístupk suplikanta k~síti a přeposílá příslušné EAP odpovědi suplikantovi. Komunikace mezi Autentifikátorem a autentizačním serverem probíhá na úrovní aplikační vrstvy.
Po připojení klienta (suplikanta) do sítě je veškerý síťový provoz na portu blokován, dokud není dokončena autentizace Autentifikátor akceptuje pouze EAPoL zprávy. Klient (suplikant) zahájí komunikaci s~autentifikátorem \textbf{EAPoL-Start}, kterou zahájí autentizační proces. Autentifikátor vyzve klienta (suplikant) zprávou \textbf{EAP-Request/Identity} ke sdělení identity. Klient odpoví zprávou \textbf{EAP-Response/Identity}, která obsahuje jeho identifikaci (například uživatelské jméno). Tuto zprávu autentifikátor předá autentizačnímu serveru jako \textbf{RADIUS Access-Request}.
Proces autorizace klienta pomocí RADIUS serveru je znázorněn na obrázku \ref{fig:radius}.Po připojení klienta (suplikanta) do sítě je veškerý síťový provoz na portu blokován, dokud není dokončena autentizace Autentifikátor akceptuje pouze EAPoL zprávy. Klient (suplikant) zahájí komunikaci s~autentifikátorem \textbf{EAPoL-Start}, kterou zahájí autentizační proces. Autentifikátor vyzve klienta (suplikant) zprávou \textbf{EAP-Request/Identity} ke sdělení identity. Klient odpoví zprávou \textbf{EAP-Response/Identity}, která obsahuje jeho identifikaci (například uživatelské jméno). Tuto zprávu autentifikátor předá autentizačnímu serveru jako \textbf{RADIUS Access-Request}. V~tomto protokolu je zapouzdřena EAP zpráva.\citep{cuhel_8021x}
Autentizační server může odpovědět výzvou k~zadání dalšího ověření (hesla) pomocí \textbf{RADIUS Access-Challenge}, tento proces pokračuje dokud server neověří klientovu identitu. Po úspěšném ověření identity server odpoví zprávou \textbf{RADIUS Access-Challenge}, kterou autentifikátor předá jako \textbf{EAP-Success} a povolí klientovi přístup k~síti. Tento proces je znázorněn na obrázku \ref{fig:radius}.
Autentizační server může odpovědět výzvou k~zadání dalšího ověření (hesla) pomocí \textbf{RADIUS Access-Challenge}, tento proces pokračuje dokud server neověří klientovu identitu. Po úspěšném ověření identity server odpoví zprávou \textbf{RADIUS Access-Challenge}, kterou autentifikátor předá jako \textbf{EAP-Success} a povolí klientovi přístup k~síti.\citep{lesek_8021x}
Identita uživatele může být uložena v~databázi autorizačního serveru, v~externí databázi, v~systému pro správu identit, nebo na jiném autorizačním serveru.
Identita uživatele je uložena v~databázi autorizačního serveru, v~externí databázi, v~systému pro správu identit, nebo na jiném autorizačním serveru.
EAP nezajišťuje šifrování ani ochranu přenášených dat. Toto mají na starosti konkrétní autentizační metody. Mezi nejrozšířenější metody patří:
\begin{itemize}
@@ -205,6 +204,6 @@ eduroam je mezinárodní projekt s~cílem umožnit studentům a pracovníkům vz
\label{fig:eduroam}
\end{figure}
K~tomu využívá hierachické uspořádání auntetizačních serverů RADIUS (obrázek \ref{fig:eduroam}), kde každá spravující své identity provozuje svůj autentizační server.
K~tomu využívá hierachické uspořádání auntetizačních serverů RADIUS (obrázek \ref{fig:eduroam}), kde každá instituce spravující své identity provozuje svůj autentizační server.
Tímto se snaží napodobit roaming (přepnutí ze síťě jednoho operátora do sítě jiného operátora) v~celulárních síťích.