Datortīkli

Kurss "Datortīkli" paredzēts studentiem, kuri vēlas apgūt datu pārraides tīklu pamatprincipus. Alberta koledžā šo kursu pasniedz 1. kursa bakalauriem.
Kursa apguvei jābūt labām datoru lietošanas zināšanām un vispārīgam priekšstatam par operētājsistēmu darbību.

• Par šo kursu
• Patstāvīgie darbi
  
• Jautājumi un atbildes

Lekciju ieraksti

1. lekcija: Ievads datu pārraides tīklos

Prezentācija Par šo kursu. Par patstāvīgajiem darbiem: kā pildīt, kā iesniegt, kā tiks vērtēti.

Ar ko pārsteidz internets. Lielākais un mazākais. Tīkla slāņu "smilšu pulkstenis". Neatrisinātās lietas.

Praktiskie darbi

1. 1. aptauja
2. Diskusija un eksperiments par signāliem un datu pārraidi: gaismas ātrums, signāla pārraides ātrums, buferēšana, caurlaidspēja. Atgriezeniskā saite un latentums.
3. Vai var noteikt gaismas ātrumu ar Galileja metodi?
4. Vai avatars ir iespējams, vai ir iespējami surogāti?
5. 1. Patstāvīgais darbs

2. lekcija: Sakaru tīklu darbības principi

Prezentācija Datu pārraides tīklu veidi. Apraides un komutācijas tīkli. Līniju un pakešu komutācija. Paketes un datagrammas. Datu pārraides kvalitātes nodrošināšana. Līniju un pakešu komutācijas priekšrocības un trūkumi. Kas ir komutēšana? Kas ir multipleksēšana?

Papildu informācija

• Tīklagalvas un zvanagalvas

Praktiskie darbi

1. Diskusija un eksperimenti ar komutētas pārraides nodrošināšanu ("klusie telefoni"). Pašu veidots apraides tīkls un datu pārraide.
2. Līnijas un adreses

3. lekcija: Kas ir protokols

Prezentācija Kas ir protokols? IP un TCP protokoli. Kāds būtu mūsu internets? (Nevis tāds, kā tas strādā tagad, bet kāds tas varētu būt).

Praktiskie darbi

1. Tīkla diagnostika ar ipconfig, ifconfig
2. Tīkla diagnostika ar iftop un iptraf
3. 2. Patstāvīgais darbs

4. lekcija: Interneta dizains

Prezentācija Protokolu standartizācija. Tīkla gala sistēmu lomas: klienti, serveri, līdzinieki. Klienta-servera arhitektūra. Interneta tīkla slāņi, modularitāte, inkapsulācija. Galu (End-to-End) un "kopīgā likteņa" (fate sharing) principi.

Praktiskie darbi

1. Tīkla konfigurēšana ar ifconfig/ipconfig, Network Manager (nmcli, nm-tool)
2. ip/route un ping lietotņu izmantošana.

5. lekcija: Detalizēti par IP

Prezentācija IP paketes iesākuma uzbūve. Adresēšanas principi. Fragmentēšana, paketes dzīves laiks. IPv4 un IPv6.

Praktiskie darbi

1. ping parametri (paketes izmērs, dzīves laiks) traceroute.
2. 3. Patstāvīgais darbs

6. lekcija: IP adresēšana

Prezentācija IP adreses, adrešu piešķiršana. Adrešu klases un CIDR. Adrešu translācija (NAT). IP iesākuma drošība. Sūtītāja adrese, pakešu fragmentēšana.

Praktiskie darbi

1. ifconfig un ipconfig izmantošana tīkla konfigurēšanā.

7. lekcija: Paketes. Transporta slānis

Prezentācija IP adresēšanas apkopojums. IP pakešu pārsūtīšana, garākā adreses prefiksa atrašana. Transporta slānis, UDP un TCP paketes. Uzticamas piegādes veiktspēja slīdošā loga algoritms.

Praktiskie darbi

1. Statisku maršrutu pievienošana un dzēšana, izmantojot route add/remove (windows) un ip route add/del (Linux)
2. Tīkla diagnostika ar ngrep
3. 4. Patstāvīgais darbs

8. lekcija: Domēnu nosaukumu sistēma DNS

Prezentācija Transporta protokolu UDP un TCP apkopojums. Domain Name System (DNS) jēdzieni un principi. DNS darbība. DNS drošības problēmas: neuzticamas atbildes un keša "saindēšana".

Praktiskie darbi

1. resolv.conf fails un resolvconf serviss, hosts, nslookup un dig izmantošana.

Papildu informācija

1. DNS in Ubuntu 12.04
2. Garums ir svarīgs
3. Hakeru DNS — opennicproject.org

9. lekcija: Pasaules tīmeklis jeb WWW

Prezentācija Tīmekļa vēsture, Galvenie cilvēki un viņu pienesums. Galvenās tīmekļa sastāvdaļas: URI, HTML, HTTP.
Galvenās HTTP īpašības. Bezstāvokļa pieprasījums un atbilde, resursu metadati. HTTP veiktspēja, vienlaicīgie savienojumi, noturīgie savienojumi, "caurulēšana" (pipelining). Tīmekļa infrastruktūra, klienti, starpnieki un serveri, kešošana un replicēšana.

Praktiskie darbi

1. HTTP pamati, izmantojot telnet
2. Firebug spraudnis tīmekļa lapu satura izpētei
3. Tamper Data spraudnis HTTP pieprasījumu un atbilžu analīzei
4. HTTP sesijas un sīkfaili
5. HTTP un HTTPS analīze, izmantojot Wireshark
6. 5. Patstāvīgais darbs

10. lekcija: Lokālie tīkli. Saišu slānis

Prezentācija Lokālie tīkli. Tīkla slāņa servisi. Koplietojama nesēja pieejas pārvaldība: Random Access MAC (Media Access Control). Ethernet tīkls. Binārā eksponenciālā atkāpšanās un tās ietekme uz tīkla stabilitāti un veiktspēju.

Praktiskie darbi

1. Ethernet kadra izpēte, izmantojot Wireshark.
2. 6. Patstāvīgais darbs

11. lekcija: Ethernet tīkls

Prezentācija Viena segmenta Ethernet. Pamatprincipu atkārtojums. Atkāpšanās funkcijas un to ietekme uz tīkla izmantojumu.
Daudzsegmentu Ethernet. Koncentratori, atkārtotāji, slēdži, tilti un maršrutētāji. Savienotais koks.

Praktiskie darbi

1. ARP protokola un Ethernet slēdžu darbības diagnostika ar Wireshark
2. Tīkla darbības diagnostika ar Etherape
3. 7. Patstāvīgais darbs

12. lekcija: Tīkla kontroles protokoli

Prezentācija Ethernet un interneta vadības protokoli. DHCP, ARP un ICMP protokoli. Kā mītne uzzina par tīkla konfigurāciju, kā pakete tiek sūtīta no viena tīkla uz citu. Kā izmanto ICMP ziņojumus: maksimālā paketes lieluma un paketes maršruta atklāšana.

Praktiskie darbi

1. DHCP darbības un ICMP ziņojumu izpēte, izmatojot Wireshark.
2. 8. Patstāvīgais darbs
3. Kursa gala aptauja

Kurss "Datortīkli II" paredzēts studentiem, kuri vēlas padziļināti apgūt datu pārraides tīklu darbību. Alberta koledžā šo kursu pasniedz 2. kursa bakalauriem. Kursa apguvei jābūt labām zināšanām par datoru operētājsistēmu darbību un ir sekmīgi jānokārto kursa 1. daļa.

• Par šo kursu
• Termiņi
• Patstāvīgie darbi
  
  • Jautājumi un atbildes

Kursa saturs

13. lekcija: Šī un iepriekšējā kursa apskats

Prezentācija Par šo kursu. Par patstāvīgajiem darbiem: kā pildīt, kā iesniegt, kā tiks vērtēti.

Svarīgākie interneta dizaina principi, IP slānis: arhitektūra, iesākums, adresēšana; Virs IP slāņa: transports, DNS, HTTP; Zem IP slāņa: Ethernet tīkls.

Papildu informācija

1. Tīklagalvas un zvanagalvas

Praktiskie darbi

1. IP tīkla diagnostika ar lietotnēm: hostname, ipconfig, ifconfig, ping un ping6
2. 1. Patstāvīgais darbs

14. lekcija: Maršrutēšana

Prezentācija Maršrutēšanas apskats, maršrutēšana un pārsūtīšana. Saites stāvokļa maršrutēšana (Deikstra algoritms), attāluma vektora maršrutēšana (Bellmana-Forda algoritms). Tīkla konverģence un diverģence (svārstības), konverģences aizture.

Praktiskie darbi

1. Fiksētu maršrutu pievienošana un dzēšana ar ip
2. Wireshark un Tshark uzstādīšana un lietošana

15. lekcija: BGP protokols

Prezentācija BGP protokols. Dizaina apsvērumi. Kas ir starpdomēnu maršrutēšana un kam tā nepieciešama? Kāpēc BGP ir tāds, kāds ir? Kā strādā BGP?

Praktiskie darbi

1. Papildu tīkla adreses pievienošana un konfigurēšana
2. Statiskas un dinamiskas adreses konfigurēšana
3. Network Manager darbības īpatnības Linux darbstacijās

16. lekcija: Maršrutēšanas detaļas

Prezentācija Daudzceļu maršrutēšana. Kļūdas pārnesošās paketes. Maršrutēšana pa virzītiem necikliskiem grafiem (DAG). Politikas domstarpību atrisināšana.

Praktiskie darbi

1. IP likumi (rules) un IP maršruti (routes)
2. IP likumu un maršrutu līdzības un atšķirības
3. IP likumu tabulas /etc/iproute2/rt_tables
4. IP tabulu un likumu pievienošana, mainīšana un dzēšana
5. 2. Patstāvīgais darbs

17. lekcija: Multiraide, kvalitātes nodrošināšana

Prezentācija Uniraide, apraide un multiraide. Multiraides realizācijas veidi. Pakešu plānošana un apstrādes rindas. Kvalitātes nodrošināšanas (QoS) servisi  DiffServ, Intserv. Šo servisu ieviešanas un izmatošanas grūtības. Tīkla neitralitāte.

Papildu informācija

• Network neutrality
• Ērika Reimonda atklātā vēstule Krisam Dodam

Praktiskie darbi

1. Windows grafiskās saskarnes ugunssienas lietošana
2. Windows pakešu pārsūtīšanas ieslēgšana
3. Windows netsh advfirewall lietošana, netsh advfirewall izplatītākās komandas
4. Linux pakešu pārsūtīšanas ieslēgšana
5. ufw un iptables lietošana

18. lekcija: TCP protokola detaļas

Prezentācija Maršrutēšanas pamata jēdzienu pārskats: BGP, apraides algoritmi DVMRP un CBT, taisnīgā rinda.

TCP pamatu pārskats: servisa modelis, TCP iesākums, slīdošais logs. TCP detaļas: segmentu kārtas numuri (ISN), 3 soļu sarokošanās, savienojuma pārtraukšana, pakešu atkārtota pārraide pēc noildzes un ātrā atkalpārraide.

Praktiskie darbi

1. Pakešu filtrēšana (aizliegšana un nomešana) ar iptables
2. IPv4 un IPv6 protokolu apstrāde
3. 3. Patstāvīgais darbs

19. lekcija: Sastrēgumu vadība

Prezentācija Sastrēgumu vadības pārskats. Kā gala sistēmas kontrolē tīkla slodzi. Kā sākt pārraidi: Lēnais starts. Kā reaģēt uz pakešu zudumiem. Ātruma palielināšana un zamazināšana. TCP "zāģis". Pieskaitošs pieaugums, dalošs samazinājums (Additive-increase, multiplicative-decrease — AIMD). Sastrēgumu modelis un konverģence uz taisnīgu plūsmas sadalījumu.

Papildu informācija

• Bufferbloat
• http://netalyzr.icsi.berkeley.edu/

Praktiskie darbi

1. Portu pārsūtīšana ar iptables
2. Iptables plūsmas un tabulas
3. 4. Patstāvīgais darbs

20. lekcija: Vienranga tīkli

Prezentācija Vienranga sistēmas un to pamatprincipi: decentralizācija, mērogošana, atteikumnoturība. Svarīgākās darbības: meklēšana, resursu karte, satura piegādes. BitTorrent tīkls. Darbība, dots-pret-dotu princips. Terminoloģija: bars, sēkla, sējējs, dēle, faila gabals un apakšgabals.

Piemēri

1. BitTorrent failu apmaiņa
2. Diaspora sociālais tīkls
3. Yacy meklēšanas dzinējs
4. Bitcoin elektroniskā nauda

Praktiskie darbi

1. Lokālie tīkli un adrešu translācija. iptables SNAT un MASQUERADE komandas.
2. Vienkāršs maršrutētājs

21. lekcija: Bezvadu tīkli

Prezentācija Bezvadu saziņas standarti, 1G-4G telefoni, IEEE 802 (WiFi, Bluetooth u.tml). Signāla izplatīšanās fizikālie efekti bezvadu tīklos, signāla/trokšņa un bitu/kļūdu attiecība. 802.11 tīkls. Sadursmju novēršana un RTS/CTS (MACA) protokols. Frekvenču kanāli. Daudzlēkumu tīkli.

Praktiskie darbi

1. Tīkla tuneļa izveide ar SSH
2. 5. Patstāvīgais darbs

22. lekcija: Datu pārraides tīklu drošība

Prezentācija Kriptogrāfijas metodes. Šifrēšana ar simetrisku un asimetrisku atslēgu. Jaucējfunkcija, digitālais paraksts. Konfidencialitāte, integritāte, autentifikācija, izcelsme. Publiskās atslēgas infrastruktūra (PKI). Kā darbojas HTTPS. Kompromitējumi, vīrusi un tārpi. Botnetu melnais tirgus. Pakalpojuma atteices uzbrukumi (DoS), sadalītie DoS (DDos) un cīņa ar tiem.

Praktiskie darbi

1. Nmap uzstādīšana un lietošana
2. Openvas uzstādīšana un lietošana
3. 6. Patstāvīgais darbs

23. lekcija: Tīkla diagnostika, kļūdu meklēšana un novēršana

IP konfigurācijas apskate. Pakešu pārsūtīšanas pārbaude, pakešu dzīves laiks un izmērs. Paketes ceļa noteikšana, savienojumu testēšana, DNS serveru pārbaude. hosts fails manuālai nosaukuma kartēšanai uz IP adresi. Tīkla pārstartēšana. Ugunssienas likumu apskate. Bezvadu tīklu diagnostika.

Praktiskie darbi

1. 7. Patstāvīgais darbs

24. lekcija: Noslēguma apskats

Praktiskie darbi

1. 8. Patstāvīgais darbs
2. Kursa gala aptauja

Saites

• Guide to IP Layer Network Administration with Linux
• http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee122/fa10/
• http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~ee122/fa11/