МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Радиофизический факультет
Кафедра радиотехники
Центр «Безопасность информационных систем и средств коммуникаций»
УТВЕРЖДАЮ
Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.
«27» июня 2012 г.
Учебная программа
Дисциплины ДС.Ф.01 «Системы и сети передачи информации»
по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Нижний Новгород
2012 г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к дисциплинам специализации федерального компонента, преподается в 6 и 7 семестрах.
2. Цели и задачи дисциплины
Цель первой части курса «Системы и сети передачи информации» – ознакомить студентов с технологиями работы современных сетей обмена информацией, принципами их построения и управления. В курсе рассматриваются особенности локальных и глобальных сетей передачи данных, организация многоуровневой иерархии протоколов сетевого взаимодействия, изучаются как технологии, ставшие классическими, так и перспективные стандарты.
Содержание второй части курса направлено на ознакомление с основными концепциями, моделями и принципами построения телекоммуникационных систем и сетей, современными тенденциями их развития, с основными характеристиками, включая показатели качества телекоммуникационных систем и их основных подсистем, стандартами в области телекоммуникаций.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны
иметь представление:
об основных терминах и понятиях систем связи;
об основных проблемах и перспективах развития теории и техники связи;
о состоянии и перспективах развития отечественных и зарубежных средств и систем связи;
о назначении, условиях функционирования, принципах построения, структурных схемах телекоммуникационных систем и их основных подсистем;
знать:
основные принципы работы сетевого оборудования для распространенных технологий построения локальных и глобальных сетей;
логику работы широко распространенных сетевых протоколов и их функциональные возможности;
роль и виды стандартов в области телекоммуникационных систем и сетей;
основные тенденции современного развития телекоммуникационных систем и сетей;
методы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму и обратно;
принципы эффективного сжатия информации, международные стандарты;
виды каналов связи;
основные виды сигналов, используемых в цифровых телекоммуникационных системах и сетях;
методы мультиплексирования и демультиплексирования сообщений;
показатели качества каналов передачи информации (скорость передачи, пропускная способность, достоверность передачи и т.п.);
назначение, основные характеристики и особенности канального и физического уровней наиболее распространённых стандартов современных телекоммуникационных систем;
уметь:
проводить оценочные расчёты основных параметров телекоммуникационных систем.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
|
Всего часов
|
Семестры
|
Общая трудоемкость дисциплины
|
250
|
6
|
7
|
Аудиторные занятия
|
119
|
68
|
51
|
Лекции
|
85
|
51
|
34
|
Практические занятия (ПЗ)
|
–
|
–
|
–
|
Семинары (С)
|
–
|
–
|
–
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
34
|
17
|
17
|
Другие виды аудиторных занятий
|
–
|
–
|
–
|
Самостоятельная работа
|
131
|
71
|
60
|
Курсовой проект (работа)
|
–
|
–
|
–
|
Расчетно-графическая работа
|
–
|
–
|
–
|
Реферат
|
–
|
–
|
–
|
Домашняя работа
|
–
|
–
|
–
|
Вид итогового контроля
|
зачет, экзамен
|
экзамен
|
зачет
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п
|
Раздел дисциплины
|
Лекции
|
ПЗ (или С)
|
ЛР
|
1.
|
Общие вопросы курса. Основные понятия и классификации предметной области
|
11
|
|
|
2.
|
Технологии агрегирования и мультиплексирования трафика в магистральных каналах связи
|
7
|
|
|
3.
|
Стандарты и технологии Ethernet
|
10
|
|
|
4.
|
Организация межсетевого взаимодействия на основе технологий TCP/IP
|
12
|
|
9
|
5.
|
Основные угрозы безопасности в сетях
|
4
|
|
|
6.
|
Технологии обеспечения безопасности в IP сетях
|
3
|
|
|
7.
|
Технология передачи данных по коммутируемым телефонным каналам
|
4
|
|
8
|
8.
|
Общая характеристика систем телекоммуникаций
|
2
|
|
|
9.
|
Стандарты в области телекоммуникаций
|
2
|
|
|
10.
|
Тенденции развития телекоммуникационных систем и сетей
|
6
|
|
|
11.
|
Преобразование аналоговых сообщений в цифровую форму и эффективное представление цифровых сообщений
|
8
|
|
17
|
12.
|
Обзор наиболее распространённых стандартов современных телекоммуникационных систем
|
16
|
|
|
5.2. Содержание разделов дисциплины
Часть I
Раздел 1. Общие вопросы курса «Компьютерные сети». Основные понятия и классификации предметной области
Общие вопросы:
классификация линий связи, их параметры и характеристики;
задача синхронизации приемника и передатчика в канале связи и методы её решения;
понятия физического и логического кодирования, модуляции;
понятия и классификация сетевых топологий, физических и логических;
организация сетей с коммутацией каналов на основе частотного и временного разделения среды;
организация сетей с коммутацией пакетов;
задачи, решаемые при установлении логического соединения.
Классификации сетей передачи данных:
по территориальному масштабу;
по назначению.
Обзор методов обнаружения ошибок основанных на контрольных последовательностях.
Обзор методов исправления ошибок основанных на повторной передаче данных.
Обзор методов компрессии в протоколах передачи данных.
Иерархическая идеология организации сетевых протоколов и распространенные стеки протоколов.
Раздел 2. Технологии агрегирования и мультиплексирования трафика в магистральных каналах связи
Технология PDH и её ограничения.
Обзор иерархической системы агрегирования трафика в SDH/SONET.
Обзор типов оборудования и поддерживаемых топологий в SDH/SONET.
Внутренний стек протоколов SDH/SONET.
Форматы кадра SDH/SONET и методы компенсации потери синхронизации.
Технологии DWDM.
Раздел 3. Стандарты и технологии Ethernet
Обзор стандартов IEEE 802.x.
Система адресации, используемая в стандартах IEEE 802.3 – 802.11.
Алгоритм обработки коллизий в Ethernet. Необходимость надежного распознавания коллизий и её следствия.
Форматы кадров Ethernet. Алгоритм распознавания форматов.
Функции подуровней канального уровня Ethernet.
Оценка пропускной способности сети Ethernet при использовании кадров различной длины.
Ограничения, накладываемые на сеть Ethernet различными типами среды.
Алгоритм работы прозрачного моста и особенности сетей Ethernet на основе коммутаторов.
Стандарты и технологии Fast Ethernet.
Стандарты и технологии Gigabit Ethernet.
Стандарты и технологии 10Gbit Ethernet.
Ограничения локальных сетевых технологий канального уровня.
Раздел 4. Организация межсетевого взаимодействия на основе технологий TCP/IP
Классовая система адресации в IPv4. Особые адреса. Недостатки классовой системы.
Технология бесклассового распределения адресов (CIDR).
Протокол ARP.
Протокол DNS.
Протокол DHCP и его современные альтернативы.
Формат пакета IPv4.
Общая структура таблицы маршрутизации. Типы записей в таблице
Алгоритмы работы с маршрутной таблицей при использовании классовой адресации и CIDR.
Протокол транспортного уровня UDP.
Протокол транспортного уровня TCP.
Протокол ICMP. Ping и traceroute.
Технологии IPv6.
Формат пакета IPv6.
Структура глобального агрегируемого уникального адреса и обзор типов адресов IPv6.
Требования к маршрутизации. Общий обзор протоколов маршрутизации.
Протокол RIPv2. Алгоритм работы и формат сообщений.
Краткий обзор протокола OSPF.
Понятие автономных систем. Краткий обзор протокола BGPv4.
Раздел 5. Основные угрозы безопасности в сетях
Перехват трафика в сетях Ethernet с общей шиной и в коммутируемых сетях Ethernet.
Перехват трафика с навязыванием маршрутизатора или атакой на протоколы маршрутизации.
Десинхронизация ТСР соединения.
Примеры алгоритмов для обхода правил фильтрации firewall.
Аномальное ускорение ТСР соединения.
Методы организации DoS атак.
Раздел 6. Технологии обеспечения безопасности в IP сетях
Протокол IPSec. Содержание баз SPD, SAD и их использование.
Протокол AH из семейства IPSec.
Протокол ESP из семейства IPSec.
Раздел 7. Технология передачи данных по коммутируемым телефонным каналам
Общие вопросы и основные понятия:
исторические условия внедрения и распространения технологии;
классификации модемов по различным параметрам.
Устройство типового модема.
Обзор протоколов модемной связи физического уровня.
Обзор модемных протоколов коррекции ошибок.
Обзор протоколов модемов для сжатия данных.
Обзор протоколов модемов для передачи файлов.
Часть II
Раздел 8. Общая характеристика систем телекоммуникаций
Классификация систем связи. Назначение, условия функционирования, принципы построения, структурные схемы телекоммуникационных систем и их основных подсистем, показатели качества.
Раздел 9. Стандарты в области телекоммуникаций
Роль стандартов в области телекоммуникаций, российские и международные организации по стандартизации, виды стандартов для телекоммуникационных систем и сетей.
Раздел 10. Тенденции развития телекоммуникационных систем и сетей
Системы телеграфной связи. Системы телефонной связи. Телевизионные системы связи. Спутниковые системы связи. Сотовые системы связи.
Аналоговые и цифровые системы связи. Технико-экономические предпосылки перехода к цифровым технологиям передачи сообщений. Современные виды информационного обслуживания: факсимильная передача информации; электронная почта; телеконференция. IP-телефония. Интеграция услуг передачи информации разного вида на единой цифровой технологической основе: цифровые сети с интеграцией служб (ISDN) и широкополосные цифровые сети с интеграцией служб (B-ISDN), компьютерные сети на основе технологий Ethernet, Wi-Fi, Wi-Max. Интеграция телекоммуникационных систем подвижной, фиксированной и спутниковой связи.
Раздел 11. Преобразование аналоговых сообщений в цифровую форму и эффективное представление цифровых сообщений
Виды сообщений и их характеристики, принципы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму (дискретизация по времени, квантование по уровню) и обратно (декодирование). Информационная емкость и избыточность сообщений. Понятие о сжатии информации. Алгоритмы кодирования источника. Методы модуляции в системах связи.
Раздел 12. Обзор наиболее распространённых стандартов современных телекоммуникационных систем
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней следующих систем: Wi-Fi (802.11 a/b/g), 802.11n, WiMAX, Bluetooth, ZigBee, GSM, CDMA2000, ADSL.
6. Лабораторный практикум
№ п/п
|
№ раздела дисциплины
|
Наименование лабораторной работы
|
1.
|
4
|
Сетевой анализатор
|
2.
|
7
|
Модемы
|
3.
|
11
|
Алгоритмы кодирования источника
|
4.
|
11
|
Оптимальный приём сигналов с различными видами полосовой модуляции
|
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2007. 960 с.
Столлингс В. Компьютерные сети, протоколы и технологии Интернета. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 832 с.
М.В.Гаранин, В.И.Журавлев, С.В.Кунегин. Системы и сети передачи информации - М.: Радио и связь, 2003.
В.В.Ломовицкий, А.И.Михайлов, К.В.Шестак, В.М.Щекотихин. Основы построения систем и сетей передачи информации. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2005.
Б. Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. -М.: Издательский дом “Вильямс”, 2007.
Волков Л.Н., Немировский М.С., Шинаков Ю.С. Системы цифровой радиосвязи: базовые методы и характеристики. - М.: Эко-Трендз, 2005.
И.В.Шахнович. Современные технологии беспроводной связи. - М.: Техносфера, 2006.
В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. Энциклопе-дия WiMAX. Путь к 4G. - М.: Техносфера, 2009.
И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - М.: “Дрофа”, 2006.
Д.Н.Ивлев, С.В.Панфилов. Исследование процессов кодирования источника и полосовой модуляции/демодуляции в среде LabView: Методические указания к лабораторной работе. – Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2005. – 36 с.
б) дополнительная литература:
Таненбаум Э. Компьютерные сети. СПб.: Питер, 2007. 992 с.
Сидни Фейт. TCP/IP. Архитектура, протоколы, реализация (включая IPv6 и IP Security). М.: Лори, 2009. 424 с.
В.М.Вишневский, А.И.Ляхов, С.Л.Портной, И.В.Шахнович. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - М.: Техносфера, 2005.
Журнал «Беспроводные технологии», адрес сайта: www.wireless-e.ru
8. Вопросы для контроля
Часть I
Примеры протоколов разных уровней модели ISO OSI и их типовые функции. Стеки протоколов не соответствующие модели ISO OSI.
Соотношения Шеннона и Найквиста.
Назначение синхронизации приемника и передатчика и указать способы её обеспечения.
Временные диаграммы и особенности наиболее распространенных методов физического кодирования.
Обобщенные алгоритмы работы широко распространенного сетевого оборудования: маршрутизатора, коммутатора, концентратора.
Понятие маршрутизации на примере IPv4. Обобщенный алгоритм обработки пакета маршрутизатором в соответствии с маршрутной таблицей.
Назначение и область применения технологий: PDH, SDH/SONET, DWDM,802.3 Ethernet
Назначение и область применения протоколов: 802.2 LLC, DNS, ARP, DHCP, IPv4, IPv6, TCP, UDP, ICMP, RIP, OSPF, v.32bis, v.42bis, XMODEM, ZMODEM, AH, ESP, IKE.
Воспроизвести один из форматов кадра физического уровня 802.3 Ethernet.
Классы сетей IPv4, особые адреса, ограничения классовой системы.
Технология бесклассового распределения адресов IPv4 (CIDR).
Понятия порта и сокета в протоколах TCP/UDP, различные категории портов, принципы выделения портов сервисам.
Часть II
Привести классификацию систем связи. Перечислить показатели качества телекоммуникационных систем.
Роль стандартов в области телекоммуникаций; привести примеры российских и международных организаций по стандартизации; виды стандартов для телекоммуникационных систем и сетей.
Особенности систем телефонной связи.
Особенности систем телеграфной связи.
Особенности телевизионных систем связи.
Особенности сотовых систем связи.
Особенности спутниковых систем связи.
Современные виды информационного обслуживания: факсимильная передача информации; электронная почта; телеконференция. IP-телефония.
Мультимедийные телекоммуникационные системы. Цифровые сети с интеграцией служб (ISDN) и широкополосные цифровые сети с интеграцией служб (B-ISDN).
Компьютерные сети на основе технологий Ethernet, Wi-Fi, Wi-Max.
Интеграция телекоммуникационных систем подвижной, фиксированной и спутниковой связи. Сети интегрального обслуживания.
Перечислить виды сообщений и их характеристики.
Рассказать про принципы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму (дискретизация по времени, квантование по уровню) и обратно (декодирование).
Что такое информационная емкость и избыточность сообщений. Понятие о сжатии информации. Рассмотреть алгоритмы кодирования источника.
Перечислить и пояснить методы модуляции в системах связи.
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней стандарта Wi-Fi (802.11 a/b/g),
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней стандарта 802.11n.
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней стандарта WiMAX.
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней стандарта Bluetooth.
Назначение, характеристики, структура сети, особенности физического и канального уровней стандарта ZigBee.
Назначение, характеристики, особенности физического уровня стандарта сотовой связи GSM.
Назначение, характеристики, особенности физического уровня стандарта сотовой связи CDMA2000.
Назначение, характеристики, особенности физического и канального уровней технологии ADSL.
9. Критерии оценок
Зачтено
|
Студент после подготовки с использованием конспекта лекций может последовательно изложить ответ на один контрольный вопрос, знает и владеет основными понятиями и определениями.
|
Не зачтено
|
Студент после подготовки с использованием конспекта лекций не может последовательно изложить ответ на один контрольный вопрос, не знает и не владеет основными понятиями и определениями.
|
Превосходно
|
Превосходная подготовка с очень незначительными погрешностями
|
Отлично
|
Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с некоторыми ошибками
|
Очень хорошо
| В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок |
Хорошо
| Хорошая подготовка, но со значительными ошибками |
Удовлетворительно
|
Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям
|
Неудовлетворительно
|
Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытания
|
Плохо
| Подготовка совершенно недостаточная |
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки
Курсовые работы не предусмотрены.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».
Авторы программы: ___________ Салагацкий Г.А.
___________ Ивлев Д.Н.
Программа рассмотрена на заседании кафедры 10 апреля 2012 г. протокол № 12
Заведующий кафедрой ___________________ Канаков В.А.
Программа рассмотрена на заседании Центра БИСК 12 апреля 2012 г. протокол № 8–2011/2012
Руководитель ЦеБИСК ___________________________ Ротков Л.Ю.
Программа одобрена методической комиссией факультета 17 мая 2012 г.
протокол № 02/12
Председатель методической комиссии_________________ Миловский Н.Д.
|
