Компьютерные сети. Организация компьютерных сетей. Информационная безопасность

Учебниковая опора

• Кадиркулов Р. А., Рыскулбекова А. Д., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. 7 класс», 7 класс, Алматыкітап баспасы, 2023, с. 24–35
• Мухамбетжанова С. Т., Тен А. С., Демидова Л. Г. «Информатика. 8 класс», 8 класс, Атамура, 2021, с. 18–24
• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. Учебник для учащихся 6 класса общеобразовательной школы», 6 класс, Алматыкiтап баспасы, 2020, с. 30–33, 35
• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. Учебник для 10 классов ЕМН», 10 класс, Алматыкітап баспасы, 2019, с. 4–31 (§§ 1–7)

Главное

• Компьютерная сеть — совокупность соединённых компьютеров для совместного использования ресурсов. Правило обмена — протокол.
• Сети по территории: локальная (здание), региональная (город, область), глобальная (Интернет).
• Топология — способ соединения: шина, кольцо, звезда, иерархическая.
• Коммутатор — внутри одной ЛВС по MAC-адресам (2-й уровень OSI); маршрутизатор — соединяет разные сети по IP-адресам (3-й уровень).
• IPv4 — 32 бита (4 числа 0…255), IPv6 — 128 бит. DNS переводит доменное имя в IP-адрес.
• Объём передачи: $V = q \cdot t$.
• Триада ИБ: конфиденциальность, целостность, доступность.

Теория

Классификация сетей

Признак	Виды
Территория	локальная, региональная, глобальная
Принадлежность	ведомственные, государственные
Скорость	низко- (до 10 Мбит/с), средне- (до 100 Мбит/с), высоко- (до 1 Гбит/с), сверхвысокоскоростные (до 10 Гбит/с)
Среда	проводные: витая пара (1000 Мбит/с), коаксиальный (50–100 Мбит/с), оптоволокно (3 Гбит/с); беспроводные: Wi-Fi, радио, микроволновые, ИК

Топологии: шина — общий кабель с терминаторами; кольцо — замкнутая цепь; звезда — все к центральному узлу; иерархическая — несколько концентраторов.

Беспроводные сети. Wi-Fi (Wireless Fidelity) — точки доступа, зона хот-спот 50–100 м; WiMAX — большие расстояния (фактически до 10 км, ~20 Мбит/с); Bluetooth — до 10 м, до 100 Кб/с. Минусы Wi-Fi: ограниченный радиус, чувствительность к помехам, слабая безопасность старых методов шифрования.

Компоненты сети. Узлы (хосты) — компьютеры, серверы, смартфоны; у каждого MAC-адрес (физический) и IP-адрес (логический). Коммутатор (switch) отправляет кадр строго на порт получателя, исключая коллизии (в отличие от хаба). Маршрутизатор (router) выбирает путь по таблицам маршрутизации, выполняет NAT и фильтрацию.

IP-адрес. IPv4: 4 октета по 8 бит, $4 \cdot 8 = 32$ бита, всего $2^{32} \approx 4{,}3$ млрд адресов. Адрес = номер сети + номер узла, граница — маска подсети (255.255.255.0 = /24). Частные адреса: 192.168.x.x, 10.x.x.x, 172.16–172.31.x.x; localhost — 127.0.0.1. IPv6 — 8 групп по 4 шестнадцатеричные цифры, $2^{128}$ адресов.

DNS — «телефонная книга» Интернета. Домен читается справа налево: корень . → домен верхнего уровня (национальные .kz, .ru; общие .com, .org, .edu, .gov) → второго уровня (bilimland.kz) → третьего (online.bilimland.kz).

VPN — защищённая логическая сеть поверх Интернета: шифрование трафика, скрытие реального IP, удалённый доступ к корпоративной сети; упаковка пакетов внутрь других с шифрованием — туннелирование (OpenVPN, WireGuard, IPsec).

Пропускная способность — основная характеристика канала: бит/с. 1 байт/с = 8 бит/с; 1 Кбит/с = 1024 бит/с; 1 Мбит/с = 1024 Кбит/с. Реальная скорость меньше максимальной. Трафик — объём переданной информации за период (входящий и исходящий).

Информационная безопасность

Свойство	Смысл	Средства
Конфиденциальность	доступ только у имеющих права	шифрование, пароли, права доступа
Целостность	данные не изменены и не подделаны	хеш-суммы (MD5, SHA-256), ЭЦП
Доступность	ресурс доступен вовремя	резервное копирование, кластеры, защита от DDoS

Шифрование. Симметричное — один секретный ключ (AES, DES), быстрое, но ключ трудно передать. Асимметричное — пара ключей: открытый шифрует, закрытый расшифровывает (RSA, ECC). ЭЦП создаётся закрытым ключом автора, проверяется открытым.

Доступ: идентификация (логин) → аутентификация (проверка подлинности) → авторизация (выдача прав). Факторы: знание (пароль, PIN), владение (смартфон, SMS-код, токен), свойство (биометрия: отпечаток, лицо, радужка, голос). 2FA — минимум два разных фактора.

Вирусы. Резидентные (остаются в ОЗУ) и нерезидентные. Виды: логические бомбы (срабатывают по условию), черви, троянские кони (маскируются под полезные программы). Антивирусы: детекторы (известные вирусы), доктора/фаги (лечат), ревизоры (сравнивают с исходным состоянием), фильтры (сторожа в ОЗУ).

Формулы

$V = q \cdot t, \qquad q = \frac{V}{t}, \qquad t = \frac{V}{q}$ Перед расчётом переведите всё в одни единицы (обычно в биты).

Примеры

1. Скорость 1 Мбит/с. Сколько Мбайт передаётся за 1 час? $1$ Мбит/с $= 0{,}125$ Мбайт/с; $0{,}125 \cdot 3600 = 450$ Мбайт.
2. Файл 625 Кбайт, скорость 128 000 бит/с. Время? $625 \cdot 1024 \cdot 8 = 5\,120\,000$ бит; $5\,120\,000 / 128\,000 = 40$ с.
3. За 30 с передано 1500 байт. Пропускная способность? $1500 / 30 = 50$ байт/с.
4. Какой адрес IPv4 некорректен: 192.168.1.25; 256.100.0.1; 172.16.0? Второй (256 > 255) и третий (только 3 октета).

Типичные ошибки на ЕНТ

• Путают коммутатор и маршрутизатор: коммутатор — внутри ЛВС по MAC, маршрутизатор — между сетями по IP.
• Забывают перевести байты в биты (×8) и Кбайт в байты (×1024) в задачах на $V = q \cdot t$.
• Считают, что в асимметричном шифровании расшифровывают открытым ключом — расшифровывают закрытым.
• Путают аутентификацию (проверку подлинности) и авторизацию (выдачу прав).
• DNS-имя читают слева направо: домен верхнего уровня — последний (.kz).

Самопроверка

1. Сколько бит в адресе IPv4? — 32.
2. Какая топология подключает все компьютеры к центральному узлу? — Звезда.
3. Какое свойство ИБ нарушает DDoS-атака? — Доступность.
4. Какой антивирус постоянно находится в ОЗУ и перехватывает подозрительные действия? — Фильтр (сторож).
5. Отпечаток пальца — какой фактор аутентификации? — Фактор свойства (биометрия).