 
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
Школа естественных наук ДВФУ
|
«УТВЕРЖДАЮ»
|
|
Заведующий кафедрой информатики, математического и компьютерного моделирования
|
|
|
|
______________ А.Ю. Чеботарев
(подпись) (Ф.И.О. зав. каф.)
|
|
«_22_»_июня_2012 г.
| УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Сети ЭВМ»
010500.62 «Прикладная математика и информатика» Форма подготовки очная
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра информатики, математического и компьютерного моделирования
Курс 4 семестр 8
лекции _22_ (час.)
практические занятия __11___ (час.)
семинарские занятия_______ (час. )
лабораторные работы_______(час.)
консультации _______
всего часов аудиторной нагрузки_33___ (час.)
самостоятельная работа __69___ (час.)
реферативные работы 0(количество)
контрольные работы 0(количество)
экзамен в 8семестре
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования 200 ен/бак от 23 марта 2000 г
УМК дисциплины обсужден на заседании кафедры 16 мая 2012 г.
Зав.кафедрой информатики, математического и компьютерного моделирования А. Ю. Чеботарев
Составитель доцент Е.А. Сторожок
АННОТАЦИЯ
Целью изучения дисциплины «Сети ЭВМ» является знакомство с принципами, лежащими в основе построения вычислительных сетей и телекоммуникаций. Студент должен получить знания о задачах, возникающих при построении сетей, и методах их решения, а также навыки настройки и диагностики сетей.
Структура лекционного курса отражает разделение задачи построения сетей на уровни. Рассматриваются задачи, возникающие на каждом уровне и технологии и их решения в виде алгоритмов и протоколов.
Практическая часть курса включает выполнение контрольных работ в виде тестирования по лекционному материалу, получение студентами практических навыков в программировании сетевых приложений и настройки сетей.
Итоговая отметка выставляется по результатам контрольных работ, работы на практических занятиях и устного экзамена.
Полученные знания и навыки будут использоваться студентами в будущей профессиональной деятельности в области информационных технологий и телекоммуникаций.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
Школа естественных наук ДВФУ
|
«УТВЕРЖДАЮ»
|
|
Заведующий кафедрой информатики, математического и компьютерного моделирования
|
|
|
|
______________ А.Ю. Чеботарев
(подпись) (Ф.И.О. зав. каф.)
|
|
«_22_»_июня_2012 г.
|
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«СЕТИ ЭВМ»
010500.62 «Прикладная математика и информатика» Форма подготовки очная
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра информатики, математического и компьютерного моделирования
Курс 4 семестр 8
лекции _22_ (час.)
практические занятия __11__ (час.)
семинарские занятия_______ (час. )
лабораторные работы_______(час.)
консультации _______
всего часов аудиторной нагрузки_33___ (час.)
самостоятельная работа __69___ (час.)
реферативные работы 0(количество)
контрольные работы 0(количество)
экзамен в 8семестре
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования 200 ен/бак от 23 марта 2000 г., на основании типовой программы ГОС ВПО и авторских разработок
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры 16 мая 2012 г.
Зав.кафедрой информатики, математического и компьютерного моделирования А. Ю. Чеботарев
Составитель доцент Е.А. Сторожок
Оборотная сторона титульного листа
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_22_» _мая_______ 2013 г. № 9
Заведующий кафедрой _А.Ю. Чеботарев
Изменений нет.
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20г. № ______
Заведующий кафедрой _А.Ю. Чеботарев___
АННОТАЦИЯ
В настоящем курсе «Сети ЭВМ» компьютерная сеть рассматривается как открытая система, построенная в соответствии с моделью OSI. Программа курса составлена на основе типовой программы ГОС ВПО и авторских разработок. Большое внимание при чтении данного курса уделяется как принципам построения сетей с применением различных технологий, так и написанию сетевых приложений на языке высокого уровня.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Концепция вычислительных сетей является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. Выделяют следующие этапы эволюции глобальных и локальных сетей:
Системы пакетной обработки (50-е годы)
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма – мощного и надежного компьютера универсального назначения. Данные системы работали в пакетном режиме – пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр, операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Пакетный режим – это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы.
Многотерминальные системы (60-е годы)
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Причем, время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других пользователей.
Терминал, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции – такие, как ввод и вывод данных – стали распределенными. Такие многотерминальные централизованные системы внешне уже были похожи на локальные вычислительные сети.
Появление глобальных сетей (60-е годы – начало 70-х годов)
К этому времени назрела потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Началось все с решения простой задачи – доступ к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные линии с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными системами типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер. Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что и является базовым механизмом любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевыми службами.
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях.
Первые локальные сети (70-е годы)
В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов – появились большие интегральные схемы. Их сравнительно небольшая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов.
Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию.
Потребности пользователей вычислительной техники постоянно росли, им стало недостаточно собственных компьютеров. Возникла потребность в обмене данными с другими близко расположенными компьютерами. В связи с этой потребностью предприятия и организации стали объединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети. Первые локальные сети во многом отличались от современных вычислительных сетей, в первую очередь – своими устройствами сопряжения. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались саамы разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т.п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны. Например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр».
Создание стандартных технологий локальных сетей (80-е годы)
В середине 80-х годов положение в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Arcnet, TokenRing. Мощным стимулом для их развития служили персональные компьютеры. ПК явились идеальными элементами для построения сетей – с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой – явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому ПК стали преобладать в сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта (например, Ethernet), стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем (например, NetWare), после этого сеть начинала работать.
Современные тенденции
Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Основные тенденции современного этапа развития вычислительных сетей:
разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Например, популярная глобальная сеть Internet;
в локальных сетях вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля появилось разнообразное коммуникационное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру;
возродился интерес к крупным компьютерам – в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживались сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мейнфремы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы;
как в локальных, так и в глобальных сетях стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация – голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с её чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных – задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Сегодня эти проблемы решаются самыми различными способами (например, использование сетей ATM).
Преимущества использования сетей
1. Концептуальным преимуществом сетей перед централизованными системами является их способность выполнять параллельные вычисления. Распределенные системы потенциально имеют лучшее соотношение производительность-стоимость, чем централизованные системы.
2. Более высокая отказоустойчивость. Под отказоустойчивостью понимается способность системы выполнять свои функции при отказах отдельных элементов аппаратуры и неполной доступности данных. Основой повышения отказоустойчивости в распределенных системах является избыточность.
3. Использование территориально-распределенных вычислительных систем больше соответствует распределенному характеру прикладных задач в некоторых предметных областях, таких как автоматизация технологических процессов и т.д.
4. Возможность совместного использования данных и устройств.
5. Обеспечение доступа к обширной корпоративной информации.
6. Сети снижают потребность в других формах передачи информации (телефон, почта).
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
N
|
лекции
|
Литература
|
Введение. Предмет, цели и задачи дисциплины. Основные понятия. История развития сетей. Классификация сетей. Основные топологии сетей.
|
1
|
2
|
Семиуровневая сетевая архитектура. Уровни и протоколы.
Модель взаимодействия открытых систем. Характеристика уровней семиуровневой модели. Функции, реализуемые на каждом уровне. Сетезависимые и сетенезависимые уровни.
|
2
|
1, 2
|
Методы передачи данных на физическом уровне.
Кодирование информации. Потенциальные и импульсные коды.Синхронизация приёмника и передатчика. Самосинхронизирующиеся коды. Потенциальный код без возвращения к нулю. Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией. Потенциальный код с инверсией при единице. Биполярный импульсный код. Манчестерский код. Потенциальный код 2B1Q. Логическое кодирование.
|
2
|
1, 2
|
Классификация методов доступа к среде передачи данных и их сравнение.
Классификация методов доступа. Схемы с состязаниями ALOHA. Метод доступа CSMA/CD.Метод доступа CSMA/CА. Схемы с резервированием. Схемы с маркерами. Области применения сетей с различными методами доступа.
|
1
|
1, 2
|
Способы контроля правильности передачи информации. Сжатие данных.
Обнаружение и коррекция ошибок. Методы обнаружения ошибок. Методы восстановления искаженных и потерянных кадров. Сжатие данных. Количество информации и энтропия.
Методы сжатия данных.
|
1
|
1-3
|
Локальные сети
Архитектура локальных сетей. Технология Ethernet. Формат кадра Ethernet. Стандарты IEEE на 10 Мбайт/с. Стандарты IEEE на 100 Мбит/с. Технология FastEthernet.GigabitEthernet. Время двойного оборота и распознавание коллизий. Максимальная производительность сети Ethernet.Сети TokenRingи FDDI.
Форматы кадров в сетях TokenRing и FDDI. Особенности сетей FDDI.
|
1
|
1, 2
|
Характеристики проводных линий связи для локальных сетей
Электрические кабели с витыми парами сетей Ethernet и FastEthernet. Коаксиальные кабели. Волоконно-оптический кабель.
|
2
|
1, 2
|
Аппаратура локальных сетей
Сетевые адаптеры. Концентраторы. Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде и преимущества логической структуризации сети. Структуризация с помощью мостов и коммуникаторов. Алгоритм работы прозрачного моста. Мосты с маршрутизацией от источника. Ограничения топологии сетей, построенной на мостах. Коммутаторы локальных сетей. Ограничение мостов и коммутаторов. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.
|
2
|
1, 2
|
Глобальные сети и телекоммуникации
Управление обменом информацией в глобальных сетях. Коммутация каналов. Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования. Коммутация каналов на основе разделения времени. Общие свойства сетей с коммутацией каналов. Коммутация пакетов.
|
2
|
1, 2
|
Структура глобальной сети
Транспортные функции глобальной сети. Высокоуровневые услуги глобальных сетей. Пример структуры глобальной сети. Типы глобальных сетей.
|
2
|
1, 2
|
Глобальные сети на основе выделенных линий
Аналоговые выделенные линии. Новые выделенные линии. Технологии плезиохронной цифровой иерархии PDH. Технология синхронной цифровой иерархии SONET/SDH. Применение цифровых первичных сетей. Устройства DSU/CSU для подключения к выделенному каналу. Протоколы канального уровня для выделенных линий.
|
2
|
1, 2, 3
|
Глобальныесети с коммутациейканалов
Аналоговые телефонные сети. Телефонные модемы. ISDN – сети с интегральными услугами. Пользовательские интерфейсы ISDN. Подключение пользовательского оборудования к сети. Использование служб ISDN в корпоративных сетях.
|
2
|
4,5
|
Глобальные сети с коммутацией пакетов
Принципы коммутации пакетов с использованиемтехники виртуальных каналов. Сети X.25. Стек протоколов сети X.25. Сети frameRelay. Стек протоколов framerelay. Поддержка качества обслуживания в сетях framerelay. Использование сетей FrameRelay. Технология ATM.
|
2
|
4-7
|
Программное обеспечение сетей
Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов. Адресация в IPсетях. Три основных класса IP-адресов. Использование масок в IP-адресации. Отображение физических адресов на IP-адреса: протокол ARP. Автоматизация процесса назначения IP-адресов узлами сети – протоколDHCP. Протокол IP. Формат пакета IP.
|
2
|
5,8
|
15. Маршрутизация. Виды и алгоритмы маршрутизации
Алгоритм поиска маршрута в таблице маршрутизации. Протокол динамической маршрутизации RIP. Протокол управляющих сообщений ICMP. Формат сообщений протокола ICMP. Сообщения о недостижимости узла назначения. Перенаправление маршрута. Протокол UDP Порты. Протокол TCP. Алгоритм установления TCP-соединения. Реализация скользящего окна в протоколе TCP. Формат сообщений TCP. Протокол DNS.Принцип работы DNS. Алгоритм взаимодействия узлов в распределенной сети.Протокол управления сетью SNMP. Основы технологии. Различия в представлении информации. Базы данных управления. Операция. Протоколы дистанционного управления. Протокол telnet.Протоколы файлового обмена.Тривиальный протокол передачи файлов (TFTP). Простой протокол передачи файлов (SFTP). Протокол передачи файлов FTP. Команды FTP. Электронная почта. Протокол SMTP. Протокол POP3 (PostOfficeProtocol). Протокол IMAP. WEB – технологи. Универсальный указатель ресурса URL.. Протокол HTTP. Методы протокола HTTP Статус-Код и пояснение к нему. Языки и средства создания Web-приложений.
|
1
|
9,10,11
|
3. Практические занятия
|
Освоение работы с ресурсами локальной вычислительной сети.
Работа с почтовыми ящиками Windows.
Исследование возможностей сети при выполнении операций коллективного доступа к сетевым ресурсам.
Работа с именованными каналами Windows в блокирующем режиме.
Работа с именованными каналами Windows в неблокирующем режиме.
Поиск доступных сетевых ресурсов.
Освоение методов работы с протоколом Netbios
Сокеты Windows. Создание клиент-серверного приложения, работающего по протоколу UDP.
Исследование возможностей использования сокетов Windows для организации обмена информацией между клиентом и сервером по протоколу ТСР.
Исследование методов сканирования сети.
Применение сокетного соединения для обеспечения сетевого взаимодействия клиента и сервера.
Исследование работы сервера времени Internet.
Создание сетевых приложений, обеспечивающих обмен данными.
Исследование возможностей поддержки протокола ТСР.
Программирование клиентских приложений для работы с серверами Internet.
Приём и передача файлов по сети с использованием протокола TFTP.
СозданиеHTTP-клиента.
|
4. Самостоятельная работа студентов
Выполнение индивидуальных заданий по различным разделам курса.
Подготовка рефератов по избранным разделам курса.
5. Вопросы к экзамену
История развития сетей ЭВМ.
Классификация сетей.
Характеристики сетей.
Базовые топологии сетей.
Концепции архитектуры открытых сетей.
Семиуровневая сетевая архитектура. Уровни и протоколы.
Характеристика уровней семиуровневой модели.
Сетезависимые и сетенезависимые уровни.
Методы передачи данных на физическом уровне.
Потенциальный код без возвращения к нулю.
Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией.
Потенциальный код с инверсией при единице.
Биполярный импульсный код.
Манчестерский код.
Потенциальный код 2В1Q.
Логическое кодирование.
Архитектура локальных сетей.
Технология Ethernet.
Формат кадра Ethernet.
Стандарты IEEEна 10 Мбит/c.
Технология Fast Ethernet.
Сетевые адаптеры.
Концентраторы.
Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде.
Структуризация с помощью мостов и коммутаторов.
Управление обменом информацией в глобальных сетях.
Коммутация каналов.
Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования.
Коммутация каналов на основе разделения времени.
Общие свойства сетей с коммутацией каналов.
Коммутация пакетов.
Структура стека TSP/IP. Краткая характеристика протоколов.
Адресация в IP- сетях.
Три основных класса IP-адресов.
Использование масок в IP-адресации.
Протокол IP.
Маршрутизация. Виды и алгоритмы маршрутизации.
Локальные вычислительные сети.
Глобальные вычислительные сети.
Модель взаимодействия открытых систем.
Методы кодирования информации.
Методы доступа.
Способы контроля.
Аппаратура сетей.
Управление обменом информацией.
Структура глобальной сети.
Глобальная сеть на основе выделенной линии.
Глобальная сеть с коммутацией каналов.
Коммутация пакетов.
Стек протоколов ТСР/IP.
Протоколы сетевого уровня.
Маршрутизация.
|
