Компьютерные сети. Организация компьютерных сетей. Информационная безопасность

Разбор темы

Классификация сетей и топологии 6–7 класс

По территории: PAN — персональная (несколько метров, Bluetooth), LAN — локальная (здание, школа, офис), MAN — городская (район, город), WAN — глобальная (страны, континенты; самая большая WAN — Интернет). Интернет — это «сеть сетей», объединённых протоколом TCP/IP.

По архитектуре: одноранговая сеть — все компьютеры равноправны, каждый может делиться ресурсами; сеть «клиент-сервер» — есть выделенный сервер, который предоставляет ресурсы (файлы, сайты, почту), а клиенты их запрашивают.

По среде передачи: проводные (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно — самый быстрый и помехоустойчивый) и беспроводные (Wi-Fi, Bluetooth, сотовая связь 4G/5G, спутник). Плюсы беспроводной связи: мобильность, не нужны кабели, легко подключить новые устройства; минусы: меньше скорость и надёжность, помехи, проще перехватить сигнал.

Топологии (схемы соединения). Шина — все узлы на одном кабеле; дёшево, но обрыв кабеля останавливает всю сеть. Звезда — все узлы подключены к центральному устройству (коммутатору); самая распространённая; поломка одного компьютера не мешает другим, но отказ центра выводит из строя всю сеть. Кольцо — каждый узел связан с двумя соседями, данные идут по кругу. Ячеистая (полносвязная) — много связей между узлами, очень надёжно, но дорого; для $n$ узлов полносвязная сеть требует $\frac{n(n-1)}{2}$ линий. Дерево — иерархия из нескольких звёзд.

Сетевое оборудование 7, 10 класс

Сетевая карта (сетевой адаптер) — подключает компьютер к сети; имеет уникальный физический MAC-адрес (48 бит). Узел — любое устройство в сети (компьютер, принтер, телефон, сервер).

Концентратор (хаб) — простейшее устройство: получив данные на один порт, пересылает их на все порты сразу. Коммутатор (свитч) — запоминает MAC-адреса и отправляет данные только тому порту, где находится получатель; работает внутри одной локальной сети. Маршрутизатор (роутер) — соединяет разные сети (например, домашнюю сеть и Интернет) и выбирает маршрут пакета по IP-адресу.

Модем (модулятор-демодулятор) — преобразует цифровой сигнал компьютера в аналоговый для передачи по телефонной или кабельной линии и обратно. Точка доступа Wi-Fi — подключает беспроводные устройства. Повторитель (репитер) — усиливает сигнал. Сетевой экран (брандмауэр, firewall) — фильтрует трафик, защищая сеть от несанкционированного доступа.

Провайдер — компания, которая предоставляет доступ к Интернету и связанные услуги (в Казахстане, например, Казахтелеком, Beeline, Kcell).

Протоколы и модель TCP/IP 10 класс

Протокол — набор правил обмена данными. Интернет работает на стеке протоколов TCP/IP из четырёх уровней: прикладной, транспортный, сетевой (межсетевой), канальный.

IP (Internet Protocol) отвечает за адресацию и доставку пакетов от узла к узлу. TCP разбивает данные на пакеты, нумерует их, гарантирует доставку и правильный порядок сборки (надёжно). UDP — быстрее, но без гарантии доставки (видеозвонки, онлайн-игры).

Прикладные протоколы: HTTP — передача веб-страниц (порт 80); HTTPS — защищённый HTTP с шифрованием TLS (порт 443, «замочек» в браузере); FTP — передача файлов (порт 21); SMTP — отправка электронной почты (порт 25); POP3 и IMAP — получение почты с сервера; DNS — перевод доменных имён в IP-адреса.

Данные в сети передаются пакетами: большой файл режется на части, каждая идёт своим маршрутом через маршрутизаторы, а на компьютере получателя TCP собирает их в исходном порядке.

IP-адрес и маска подсети 10 класс

IPv4-адрес — 32 бита, записывается четырьмя десятичными числами (октетами) через точку, каждое от 0 до 255 (8 бит): 192.168.5.130. Адрес 192.168.1.256 недопустим — 256 не помещается в 8 бит. IPv6-адрес — 128 бит, записывается в шестнадцатеричном виде (адресов IPv4, $2^{32}\approx4{,}3$ млрд, уже не хватает).

Маска — тоже 32 бита: сначала идут подряд единицы (часть адреса, обозначающая сеть), потом нули (номер узла в сети). 255.255.255.0 = 24 единицы = запись /24. Допустимые значения байта маски: 0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255.

Адрес сети = IP AND маска (поразрядное И). Пример: 192.168.5.130 и маска 255.255.255.192. Первые три октета маски — 255, они сохраняются. Четвёртый: $130 = 10000010_2$, $192 = 11000000_2$, AND даёт $10000000_2 = 128$. Адрес сети: 192.168.5.128.

Число узлов: если в маске $n$ единиц, под номер узла остаётся $32-n$ бит, это $2^{32-n}$ адресов; два из них нельзя дать компьютерам (все нули — адрес сети, все единицы — широковещательный адрес). Для /24: $2^8-2=254$ узла; для /26: $2^6-2=62$.

Частные (внутренние) адреса не выходят в Интернет напрямую: 10.x.x.x, 172.16–172.31.x.x, 192.168.x.x. Адрес 127.0.0.1 — сам компьютер (localhost).

DNS, URL, электронная почта, VPN 10 класс

DNS (система доменных имён) переводит понятные имена в IP-адреса: вы набираете ustudy.kz, DNS-сервер сообщает IP-адрес сервера. Имена иерархичны и читаются справа налево: .kz — домен верхнего уровня (страна), edu.kz — второго уровня, school.edu.kz — третьего. Домены верхнего уровня бывают национальные (.kz, .ru, .uk) и общие (.com, .org, .net, .edu).

URL (адрес ресурса) состоит из частей: протокол :// имя сервера / путь / файл. Пример: https://www.edu.kz/docs/plan.html — протокол https, сервер www.edu.kz, каталог docs, файл plan.html.

Адрес электронной почты: имя_пользователя@домен, например aigerim@mail.kz. Электронная почта — средство обмена сообщениями через компьютерные сети; письма отправляются по SMTP, получаются по POP3/IMAP.

VPN (виртуальная частная сеть) создаёт зашифрованный «туннель» поверх Интернета: удалённый сотрудник работает так, будто подключён к локальной сети офиса, а перехватчик видит только зашифрованные данные.

Скорость передачи данных 8 класс

Пропускная способность канала измеряется в битах в секунду: бит/с, Кбит/с, Мбит/с. Основная формула: $I = v\cdot t$, отсюда $t = I/v$ и $v = I/t$.

Алгоритм: 1) переведите объём файла в биты (байты × 8; Кбайт × 1024 × 8); 2) приведите скорость к бит/с; 3) разделите. Пример: файл 625 Кбайт, скорость 256 000 бит/с. $I = 625\cdot1024\cdot8 = 5\,120\,000$ бит; $t = 5\,120\,000 : 256\,000 = 20$ с.

В школьных задачах объём считают двоичными приставками (1 Кбайт = 1024 байт). Если скорость дана как степень двойки ($2^{20}$ бит/с), удобно перевести и объём в степени двойки: 1 Мбайт $=2^{23}$ бит. Провайдеры в реальной жизни используют десятичные единицы: 100 Мбит/с $=10^8$ бит/с.

Помните: скорость почти всегда в битах, а размер файла — в байтах. Множитель 8 — самое частое место ошибки.

Информационная безопасность и вредоносные программы 7, 8, 10 класс

Информационная безопасность — состояние защищённости информационных ресурсов, прав личности и интересов общества в информационной сфере. Три главных свойства защищаемой информации: конфиденциальность (доступ только у тех, кому разрешено), целостность (данные не изменены и не испорчены), доступность (данные можно получить, когда они нужны).

Виды вредоносных программ. Вирус — внедряется в другие файлы и программы и размножается, когда их запускают. Сетевой червь — распространяется сам по сети, без участия пользователя. Троянская программа — маскируется под полезную, но тайно выполняет вредные действия (открывает доступ злоумышленнику). Шпионская программа (spyware) и клавиатурный шпион (keylogger) — крадут пароли и данные. Программа-вымогатель (ransomware) — шифрует файлы и требует выкуп. Рекламная программа (adware) — навязывает рекламу. Ботнет — сеть заражённых компьютеров для DDoS-атак.

Признаки заражения: компьютер сильно тормозит, сами открываются окна, пропадают или портятся файлы, антивирус отключается. Мошенничество в сети: фишинг — поддельные сайты и письма для кражи логинов и данных карт; социальная инженерия — обман по телефону и в мессенджерах. Кибербуллинг — травля человека в Интернете.

Антивирус ищет вирусы по сигнатурам (известным «отпечаткам» кода, поэтому базы нужно регулярно обновлять) и эвристическим анализом (подозрительное поведение новых программ). Монитор (сторож) проверяет файлы в реальном времени, сканер — по запросу; заражённые файлы лечатся, удаляются или помещаются в карантин. Примеры: Kaspersky, ESET NOD32, Dr.Web, Avast, Защитник Windows. Ещё меры: обновления ОС, брандмауэр, резервные копии, не открывать вложения от незнакомцев.

Шифрование, аутентификация, ЭЦП 5, 10–11 класс

Криптография — наука о методах шифрования информации. Симметричное шифрование — один и тот же ключ для шифрования и расшифровки (шифр Цезаря: каждая буква сдвигается на $k$ позиций; KOD при сдвиге 3 → NRG). Асимметричное шифрование — пара ключей: открытый (знают все, им шифруют или проверяют подпись) и закрытый (знает только владелец, им расшифровывают или подписывают). HTTPS, онлайн-банкинг и мессенджеры используют шифрование, чтобы перехваченные данные нельзя было прочитать.

Идентификация — «кто вы?» (ввод логина, номер карты). Аутентификация — «докажите» (пароль, SMS-код, отпечаток пальца, лицо). Авторизация — что вам разрешено делать после входа. Факторы аутентификации: что я знаю (пароль, PIN), что у меня есть (телефон, токен, ЭЦП-ключ), кто я (биометрия: отпечаток, лицо, радужка, голос). Двухфакторная аутентификация использует два разных фактора.

Надёжный пароль: не короче 8–12 символов, буквы разных регистров, цифры и знаки, без имён и дат рождения, разный для разных сайтов. Число вариантов $Q = N^L$: 4-значный PIN из цифр — $10^4 = 10\,000$ вариантов, а 8 символов из 62 (латиница двух регистров + цифры) — $62^8\approx2{,}2\cdot10^{14}$.

Электронная цифровая подпись (ЭЦП) подтверждает авторство и неизменность электронного документа. Документ подписывают закрытым ключом ЭЦП (известен только владельцу), а подлинность проверяют открытым ключом. Сертификат связывает открытый ключ с владельцем; в Казахстане ЭЦП выдаёт НУЦ РК и используется на портале eGov.kz. Законы РК: «Об электронном документе и электронной цифровой подписи» (2003), «Об авторском праве и смежных правах» (1996), «О доступе к информации» (2015).