Физические основы построения сетевых телекоммуникационных

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕВЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Растягаев Д.В.
Для очной формы обучения
ВСЕГО
Всего аудиторных занятий
самостоятельная работа
118
68
50
Программу составил: доцент Растягаев Д.В.
Целью изучения дисциплины является изучить основы базовых концептуальных
знаний, необходимых для изучения сетевых и телекоммуникационных технологий, об
физических принципах организации и функционирования сетей, принципах построения
локальных и глобальных вычислительных сетей, основных технологиях и стандартах.
Особое внимание уделяется физическим основам передачи данных в кабельных и
беспроводных системах.
Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения курса:
«Информатика», «Физика», «Архитектура вычислительных систем и компьютерных
сетей», «Вычислительная и микропроцессорная техника».
В результате изучения дисциплины каждый студент должен:
- иметь представление о:
 функциях и назначении сетевых и телекоммуникационных технологиях;
 роли стандартов и спецификаций в области построения и функционирования
сетей;
 сетевом и телекоммуникационном оборудовании;
- знать:
 топологии вычислительных сетей;
 основные типы кабельных и беспроводных технологий передачи данных;
 спецификации локальных вычислительных сетей;
 классификации линий связи, их особенности и принципы построения;
 принципы функционирования сетей передачи данных на основе коммутации
пакетов и каналов;
 функции, назначения и особенности систем кодирования, используемых при
передаче данных;
 физические характеристики линий связи;
- уметь:
 выполнять анализ структуры локальных вычислительных сетей;
 применять программные и аппаратные средства проверки функционирования
вычислительной сети и ее нарушения.
Основные виды занятий: лекции и практические занятия.
Основные виды текущего контроля занятий: коллоквиумы.
Основной вид рубежного контроля знаний: зачет.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Тема 1. Введение в предмет
Понятие вычислительной сети. Вычислительные и телекоммуникационные
технологии. Сравнение узкополосных и широкополосных сетей. Сети на основе
коммутации пакетов и коммутации каналов. Локальные и глобальные сети. Конвергенция
сетей: сближение компьютерных и телекоммуникационных сетей и технологий передачи
данных. Стандартизация сетевых технологий, примеры стандартов. Модель
взаимодействия открытых систем (OSI).
Тема 2. Принципы построения сетей
Физическая передача данных по линиям связи. Кодирование данных. Характеристики
физических каналов: скорость передачи данных емкость канала связи, полоса
пропускания. Дуплексные, полудуплексные и симплексные каналы.
Топология физических связей. Типы топологий. Адресация узлов сети. Групповая и
широковещательная адресация. Коммутация в сетях. Информационные потоки.
Продвижение данных. Мультиплексирование и демультиплексирование. Типы
коммутации.
Разделение среды передачи данных. Структуризация вычислительных сетей:
физическая и логическая структуризация.
Совместное использование ресурсов. Взаимодействие компьютерных систем. Сетевые
службы и приложения, принципы их организации. Примеры сетей.
Тема 3. Линии связи
Классификация линий связи: первичные сети, линии и каналы связи. Физическая
среда передачи данных. Технические средства передачи данных. Характеристики линий
связи.
Затухание и волновое сопротивление линии связи. Помехозащищенность. Спектр
сигнала. Полоса пропусканная и пропускная способность. Числовые характеристики
пропускной способности.
Кабельные системы, типы кабелей: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный
кабель. Характеристики различных кабельных систем, их недостатки и преимущества.
Применение кабельных систем, их выбор.
Тема 4. Беспроводные каналы передачи данных
Беспроводная среда передачи, преимущества беспроводной коммуникации.
Электромагнитные волны, классификация диапазонов электромагнитных волн. Принципы
распространения электромагнитных волн, их характеристики. Несущая частота, полосы
пропускания.
Связь типа “точка-точка”. Организация радиорелейной линии связи. Связь “источник
- несколько приемников”. Базовые станции, соты.
Спутниковая связь. Типы спутниковых систем: геостационарные спутники, низко- и
средне-орбитальные спутники. Характеристики спутниковой связи. Использование
спутниковых каналов для организации передачи данных.
Технологии широкополосного канала связи. Техника расширенного спектра, ее
применение в беспроводной связи. Ортогональное частотное мультиплексирование.
Расширение спектра методом скачкообразной перестройкой частоты. Прямое
последовательное расширение спектра. Множественный доступ с кодовым разделением
(CDMA).
Правовые вопросы регулирования использования беспроводных каналов передачи
данных. Лицензирование использования частотных диапазонов.
Тема 5. Кодирование и мультиплексирование данных
Модуляция при передаче аналоговых сигналов. Амплитудная, частотная и фазовая
модуляции. Их характеристики.
Модуляции при передаче дискретных сигналов. Амплитудная модуляция. Двоичная
частотная манипуляция. Многоуровневая частотная манипуляция. Комбинированные
методы модуляции.
Дискретизация аналоговых сигналов. Аналогово-цифровые и цифро-аналоговые
преобразователи. Импульсно-кодовая модуляция. Оцифровывание аудио- и видеоданных.
Кодирование данных. Цели кодирования сигнала. Синхронизация передатчика и
приемника, самосинхронизирующиеся коды. Примеры кодов: потенциальные коды NRZ и
NRZI, биполярное кодирование,
манчестерский код. Потенциальный код 2B1Q.
Избыточные коды (4B/5B). Скремблирование данных.
Снижение нагрузки на сеть, методы компрессии данных. Коды переменной длины.
Алгоритм Хаффмана.
Целостность потока данных. Методы обнаружения ошибок при передаче данных.
Контрольная сумма (контрольная последовательность кадра). Циклический избыточный
контроль. Методы коррекции ошибок. Коды Хемминга.
Мультиплексирование и коммутация в сетях передачи данных. Методы частотного
мультиплексирования (FDM). Методы волнового мультиплексирования (WDM).
Уплотненное волновое мультиплексирования.
Коммутация каналов передачи данных на основе временного мультиплексирования
(TDM). Синхронный и асинхронные режимы TDM, принципы работы. Дуплексные
режимы работы канала. Дуплексный связь с частотным разделением, с временным
разделением.
Тема 6. Первичные сети
Функции и назначение первичных сетей. Поколения технологий первичных сетей,
плезиохронная цифровая иерархия (PDH), синхронная цифровая иерархия (SHD),
уплотненная волновое мультиплексирование (DWDM).
Принципы построения сетей PDH. Система T-каналов, иерархия скоростей. Методы
мультиплексирование. Ограничение технологии PDH..
Синхронная оптическая сеть, технология SONET. Стандарт SDH. Иерархия скоростей
и методы мультиплексирования. Мультиплексоры SDH, типы мультиплексоров. Стек
протоколов SDH. Типовые топологии: кольцо SDH, цепь, плоское кольцо, ячеистая
топология.
Сети DWDM. Коммутация спектральных каналов. Принципы работы. Основные типы
оборудования: волоконно-оптические усилители, терминальные мультиплексоры,
оптические кросс- коннекторы. Типовые топология сетей WDDM: двухточечная связь,
кольцо мультиплексоров, ячеистая топология.
Тема 7. Локальные сети
Применение локальных вычислительных сетей. Основные технологии построения
локальной вычислительной сети. Кабельные системы (витая пара, коаксиальный кабель,
волоконно-оптический кабель). Характеристики кабельных систем.
Сети Ethernet. Среда передачи данных. Метод доступа к среде передачи данных
(CSMA/CD), особенности реализации. Доступ к среде и передача данных. Коллизии.
Спецификации физической среды Ethernet. Волоконно-оптическая сеть Ethernet.
Домен коллизий. Технологии FastEthernet и Gigabit Ethernet. Оборудование для сетей
Ethernet: повторители, концентраторы, коммутаторы.
Локальные сети на основе разделяемой среды. Доступ к сети с передачей маркера
(токена). Технология Token Ring, особенности реализации. Физический уровень сетей.
Оборудование сетей Token Ring. Технология FDDI, основные характеристики. Первичное
и вторичное кольцо. Отказоустойчивость технологии FDDI.
Беспроводные локальные вычислительные сети (WLAN). Спецификации
беспроводных сетей (IEEE 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g). Топологии WLAN. Точки
доступа. Распределенный режим доступа DCF. Централизованный режим доступа PCF.
Обеспечение безопасности в сетях WLAN.
Персональные сети (PAN), их особенности. Технология Bluetooth. Среда передачи
данных в сетях Bluetooth, принципы работы. Структура кадров Bluetooth.
Оборудование для локальных сетей. Основные функции сетевых адаптеров.
Двухпортовый повторитель. Концентратор, правило 4-х хабов. Многосегментные
концентраторы. Структуризация сетей. Мосты и коммутаторы. Алгоритм прозрачного
моста IEEE 802.1D. Архитектура коммутаторов. Фильтрация трафика, блокирующие и
неблокирующие коммутаторы. Интеллектуальные функции коммутаторов. Виртуальные
сети, создание виртуальной сети на основе коммутаторов.
Тема 8. Удаленный доступ
Схемы удаленного доступа. Типы клиентов и абонентских окончаний.
Мультиплексирование данных на стороне абонента. Режимы удаленного узла.
Коммутируемый аналоговый доступ. Телефонная сеть, принципы работы.
Организация удаленного доступа через телефонную сеть. Модемы. Стандарты V.34,
V.34+, V.90, V.92, V.42.
Коммутируемый цифровой доступ через сеть ISDN. Услуги сети ISDN. Компоненты
сети ISDN: терминалы, терминальные адаптеры, сетевые терминалы (NT1 и NT2).
Пользовательские интерфейсы сетей ISDN. B-, D-, H-каналы. Интерфейсы BRI и PRI.
Использование ISDN для передачи данных.
Технология xDSL. Ассиметричное и симметричное цифровое абонентское окончание.
Цифровое окончание с адаптируемой скоростью передачи. Мультиплексор доступа к
цифровому абонентскому окончанию.
Доступ через сети CATV. Кабельное телевидение. Модемная терминальная станция.
Кабельный модем. Восходящий и нисходящий частотный каналы. Временное разделение
канала.
ЛИТЕРАТУРА
Основная:
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. –
СПб.: Питер, 2006.
2. Закер К. Компьютерные сети. Модернизация и поиск неисправностей. – СПб: БХВПетербург, 2002.
3. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы сетей передачи данных. Курс лекций. М.:
ИНТУИТ.РУ «Интернет-университет Информационных технологий», 2004.
Дополнительная
1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – СПб.: Питер,
2004.
2. Амато В. Основы организации сетей Cisco, том 1. – М.: Издательский дом “Вильямс”,
2004.