Rețele de calculatoare și Internet

Noțiuni despre arhitectura rețelelor, protocoale și servicii specifice Internetului.

Arhitectura rețelelor: clasificare, topologii, echipamente

O rețea de calculatoare este un ansamblu de echipamente interconectate care pot comunica între ele și partaja resurse — fișiere, imprimante, conexiune la Internet, putere de calcul.

Clasificarea după întindere geografică:

• LAN (rețea locală) — o clădire sau un grup de clădiri apropiate: laboratorul școlii, o firmă. Viteze mari, administrare proprie.
• MAN (rețea metropolitană) — la nivelul unui oraș, interconectând mai multe rețele locale.
• WAN (rețea de arie largă) — regiuni, țări, continente. Internetul este cea mai mare rețea de tip WAN: o rețea de rețele.
• PAN — rețeaua personală, pe câțiva metri, tipic prin conexiuni fără fir între telefon, căști, ceas.

Clasificarea după rolul calculatoarelor:

• client-server — există calculatoare dedicate (servere) care oferă servicii, și clienți care le solicită. Administrare centralizată, securitate mai bună, dar serverul e punct unic de defectare.
• peer-to-peer (de la egal la egal) — fiecare calculator este și client, și server. Simplu și ieftin, dar greu de administrat și de securizat peste câteva zeci de stații.

Topologia descrie modul de interconectare: magistrală (bus) — un singur mediu comun, ieftin dar cu un singur punct de rupere fatal; inel (ring) — fiecare stație e legată de următoarea, semnalul circulă într-un sens; stea (star) — toate stațiile se leagă la un echipament central, cea mai folosită azi, pentru că defectarea unui cablu izolează o singură stație; plasă (mesh) — legături multiple, redundante, folosite în nucleul rețelelor mari.

Echipamentele de reținut, cu funcția lor exactă: placa de rețea (interfața stației, identificată prin adresa fizică MAC), switch-ul (leagă stațiile din aceeași rețea locală și trimite cadrele doar către destinatar), routerul (leagă rețele diferite și alege calea pachetelor între ele), punctul de acces fără fir și modemul (adaptează semnalul pentru linia furnizorului).

Confuzia clasică: switch și router nu sunt sinonime. Switch-ul lucrează în interiorul unei rețele, cu adrese MAC; routerul lucrează între rețele, cu adrese IP.

Comunicarea pe niveluri: modelele OSI și TCP/IP

Comunicarea în rețea e împărțită pe niveluri (straturi), fiecare cu o responsabilitate proprie. Avantajul e practic: se poate schimba tehnologia unui nivel (de exemplu cablul cu unde radio) fără a modifica nimic la celelalte.

Modelul de referință OSI are șapte niveluri, de jos în sus: fizic, legătură de date, rețea, transport, sesiune, prezentare, aplicație. Modelul practic, TCP/IP, are patru: acces la rețea, Internet, transport, aplicație.

Ce face fiecare nivel esențial:

• fizic — transmite biții prin mediu (cablu de cupru, fibră optică, unde radio);
• legătură de date — grupează biții în cadre și livrează între echipamente din aceeași rețea, folosind adrese MAC;
• rețea — introduce adresa IP și rutarea: alegerea drumului între rețele diferite;
• transport — asigură comunicarea între aplicații, identificate prin porturi;
• aplicație — protocoalele cu care lucrează efectiv utilizatorul.

La nivelul transport se află deosebirea cea mai des întrebată:

• TCP este orientat pe conexiune: stabilește o legătură înainte de transfer, numerotează segmentele, confirmă primirea și retransmite ce s-a pierdut, refăcând ordinea corectă. Sigur, dar cu supraîncărcare. Folosit de web, e-mail, transfer de fișiere.
• UDP este fără conexiune: trimite datagramele fără confirmare și fără garanția ordinii. Rapid, cu întârziere mică, folosit la transmisiuni în direct, jocuri, telefonie prin Internet.

Datele nu circulă întregi, ci împărțite în pachete, care pot urma drumuri diferite și pot ajunge în altă ordine — reasamblarea e sarcina nivelului transport, la destinație. Procesul prin care fiecare nivel adaugă propriul antet la coborâre se numește încapsulare, iar la destinație are loc operația inversă.

Greșeala frecventă: a crede că IP garantează livrarea. Nu — IP este un protocol fără conexiune și nesigur, care doar adresează și rutează; siguranța o adaugă TCP, deasupra lui.

Adresarea IP și sistemul DNS

Fiecare echipament dintr-o rețea are o adresă IP, care îl identifică unic și permite rutarea pachetelor către el.

O adresă IPv4 are 32 de biți, scriși ca patru octeți în zecimal, separați prin punct; fiecare octet ia valori între 0 și 255. De aici rezultă un total teoretic de aproximativ 4,3 miliarde de adrese — insuficient azi, motiv pentru care a apărut IPv6, cu 128 de biți, scriși în hexazecimal.

Adresa se împarte în două părți, delimitate de masca de subrețea: identificatorul de rețea (partea comună tuturor stațiilor din aceeași rețea) și identificatorul de gazdă (partea care distinge stațiile între ele). Într-o rețea, două adrese sunt rezervate și nu pot fi atribuite unei stații: adresa în care toți biții de gazdă sunt 0 (adresa de rețea) și cea în care toți sunt 1 (adresa de difuzare/broadcast).

Adresele se împart și după accesibilitate: publice, unice pe Internet, și private, folosite doar în rețelele locale și netransmise pe Internet — de aceea milioane de rețele locale pot folosi simultan aceleași adrese private, traducerea către exterior fiind făcută de router.

Atribuirea poate fi statică (configurată manual, tipică serverelor și imprimantelor) sau dinamică, prin protocolul DHCP, care închiriază automat o adresă fiecărei stații care se conectează.

DNS (sistemul de nume de domenii) rezolvă o problemă de memorie umană: oamenii țin minte nume, rețeaua lucrează cu numere. DNS este o bază de date distribuită și ierarhică care traduce numele de domeniu în adresă IP. Ierarhia se citește de la dreapta la stânga: domeniul de nivel superior este ultimul din nume, urmat spre stânga de subdomenii.

Distincții pe care le încurcă mulți: adresa MAC este fizică, înscrisă în placa de rețea și nu se schimbă la mutarea în altă rețea; adresa IP este logică și depinde de rețeaua în care te afli. Iar DNS nu transportă date — doar traduce nume; transportul rămâne treaba protocoalelor de sub el.

Protocoale și servicii Internet

Un protocol este un set de reguli care stabilește formatul mesajelor și ordinea în care sunt schimbate. Fără protocol comun, două calculatoare pot fi legate fizic fără să se poată înțelege.

Protocoalele de nivel aplicație pe care le cere programa:

• HTTP — transferul paginilor web între server și navigator. Funcționează prin cerere și răspuns, folosind TCP, uzual pe portul 80.
• HTTPS — același HTTP, dar cu traficul criptat; portul uzual 443. Este singura variantă acceptabilă acolo unde se transmit parole sau date personale.
• FTP — transferul de fișiere între client și server, cu operații de încărcare și descărcare.
• SMTP — trimiterea mesajelor de poștă electronică; POP3 și IMAP — primirea lor. Deosebirea dintre ultimele două se cere frecvent: POP3 descarcă mesajele pe calculatorul local și, tipic, le șterge de pe server; IMAP le păstrează pe server și sincronizează starea între dispozitive — de aceea IMAP e folosit când citești aceeași cutie poștală de pe telefon și de pe laptop.

Serviciile Internet uzuale:

• World Wide Web — mulțimea documentelor legate prin hiperlegături, identificate prin URL și accesate cu un navigator. Web-ul este un serviciu, nu Internetul însuși — confuzia e clasică; Internetul este infrastructura, web-ul doar unul dintre serviciile care circulă pe ea.
• poșta electronică, cu adrese de forma nume-utilizator, simbolul arond și domeniul serverului;
• transferul de fișiere, mesageria instantanee, conferințele audio-video;
• cloud computing — folosirea, prin Internet, a unor resurse aflate pe serverele unui furnizor: stocare, aplicații, putere de calcul. Avantaje: acces de oriunde, plată doar pentru ce folosești, copii de siguranță automate. Dezavantaje: dependența de conexiune și de furnizor, plus întrebarea, deloc formală, a cui sunt datele și unde sunt stocate.

Modelul de bază al majorității serviciilor rămâne client-server: navigatorul, clientul de mail sau aplicația de cloud sunt clienți care formulează cereri; serverul răspunde.

Securitatea în rețele și protecția datelor

Obiectivele securității informației se rețin ca triadă: confidențialitate (datele sunt văzute doar de cine are dreptul), integritate (datele nu sunt modificate neautorizat), disponibilitate (serviciul funcționează când e nevoie de el).

Amenințări specifice rețelelor:

• interceptarea traficului, mai ales în rețelele fără fir nesecurizate sau publice;
• phishing — mesaje care imită o instituție reală pentru a păcăli utilizatorul să-și dea parola sau datele bancare; atacul vizează omul, nu programul, motiv pentru care niciun antivirus nu îl oprește complet;
• malware — viruși, viermi, troieni, ransomware (criptează datele și cere răscumpărare);
• atacuri prin refuz de serviciu — supraîncărcarea unui server pentru a-l face indisponibil;
• acces neautorizat prin parole slabe sau conturi lăsate implicite.

Măsuri de protecție, cu rolul fiecăreia:

• firewall — filtrează traficul între rețele după reguli, blocând conexiunile nepermise;
• criptarea — transformă datele astfel încât să fie inutilizabile fără cheia potrivită; stă la baza HTTPS și a rețelelor private virtuale;
• autentificarea puternică — parole lungi și diferite pentru fiecare cont, plus autentificare în doi pași, care rezistă chiar dacă parola a fost furată;
• actualizarea sistemelor și aplicațiilor, pentru că majoritatea atacurilor exploatează vulnerabilități deja corectate de producător;
• copiile de siguranță (backup), păstrate și în afara sistemului — singura apărare reală împotriva ransomware;
• securizarea rețelei fără fir, cu protocol modern de criptare și schimbarea parolelor implicite ale echipamentelor.

Protecția datelor cu caracter personal este reglementată în Uniunea Europeană prin GDPR. Principiile de reținut: datele se colectează pentru un scop determinat, în cantitate minimă necesară, se păstrează doar cât e nevoie și trebuie securizate. Persoana are dreptul de acces, de rectificare, de ștergere și de portabilitate a datelor sale.

Confuzia frecventă: firewall-ul și antivirusul nu se substituie unul altuia. Firewall-ul controlează traficul de rețea; antivirusul caută programe rău intenționate pe sistem. Iar amândouă rămân neputincioase în fața unui utilizator care își introduce singur parola pe o pagină falsă.

Test — 6 întrebări ca la examen