Wireless Communications and Networks

Сети ЭВМ и телекоммуникации
Дроздов Алексей Владимирович
БГТУ 2008
Информация о курсе



Лекции 34 (зачет) + 17 (экзамен) часов
Лабораторные 17 + 17 часов
Курсовая работа – весенний семестр
Преподаватели:
 Лекции: Дроздов А.В.


nyquist@ctam.tu-bryansk.ru
Лабораторный практикум: Дроздов А.В.,
Статутов А.Г.
Учебные ресурсы: кафедральный сайт
Web-доступ:
http://iipo.tu-bryansk.ru
http://iipo.bstu.b-metro.net
http://linux
FTP-доступ:
ftp://iipo.tu-bryansk.ru
…
Каталог с материалами /pub/Drozdov/Net
Доступ в рамках кафедральной сети без авторизации!
Учебные ресурсы





/Books – литература по курсу в
электронном виде
/Cources Work – информация по
курсовой работе
/Labs – лабораторные работы
/RFC – спецификации по протоколам
/Sources – различные исходные коды
Консультации по курсу
Вопросы можно задавать:
 На лабораторных;
 По e-mail;
 На форуме http://iipo.tu-bryansk.ru/forum
Рекомендуемая литература

Куроуз Д.Ф., Росс К.В. Компьютерные сети.
2-е изд./Д.Ф.Куроуз, К.В. Росс. – СПб.: «Питер»,
2004. – 768с.

Таненбаум Э. С. Компьютерные сети.
4-е издание./ Э.С.Таненбаум. – СПб.:
«Питер», 2004.– 992с.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные
сети. Принципы, технологии, протоколы:
Учебник для вузов. 3-е изд./ В.Г.Олифер,
Н.А.Олифер.– СПб: «Питер», 2006. – 960с.
Источники Internet

Сетевые технологии.
http://www.intuit.ru/catalog/network/

Сетевые технологии.
http://www.citforum.ru/nets/



Семенов Ю.А. Телекоммуникационные
технологии. http://book.itep.ru/
Russian Software Developer Network: Сетевое
программирование.
http://www.rsdn.ru/summary/249.xml
RFC.net repository of RFC. http://www.rfc.net
Основные цели и задачи курса




Получить базовые представления о современных
сетевых технологиях (программных и
аппаратных)
Понимать назначение и иерархию
многоуровневой структуры современных сетевых
систем. Назначение ключевых протоколов сети
Internet
Уметь разрабатывать простые сетевые
приложения
Уметь конфигурировать сетевые ОС и выявлять
неисправности в сетевом программном и
аппаратном обеспечениях
Краткое содержание лекционного
курса










Введение в сети ЭВМ
Сетевые протоколы. Прикладной уровень
Протоколы транспортного уровня
Сетевой уровень взаимодействия
Канальный и физический уровни взаимодействия
Внешние каналы передачи данных
Принцип кодирования и передачи информации на
физическом уровне
Сетевая безопасность и сетевое администрирование
Распределенные системы
Способы и средства построения сетевых приложений
Тематика лабораторных работ








Установка и настройка одноранговой сети. Изучение
основных сетевых утилит.
Понятие сетевых протоколов. Стек протоколов TCP/IP.
Изучения средств мониторинга и анализа сетевого
трафика. Сниффер Wireshark
Знакомство с библиотекой сокетов. Разработка
простейших сетевых приложений.
Изучение принципа работы транспортных протоколов
TCP и UDP. Исследование пропускной способности
транспортных протоколов.
Изучение протокола файлового обмена FTP
Изучение протокола передачи гипертекстовых
сообщений HTTP
Принцип работы электронной почты. Изучение почтовых
протоколов SMTP и POP3
Тематика лабораторных работ: 2




Установка и базовая настройка DHCP сервера
Сетевая маршрутизация. Настройка простейшего
маршрутизатора
Служба доменных имен (DNS). Установка и настройка
DNS-сервера
Понятие и назначение прокси-серверов. Принцип работы
прокси-сервера. Настройка Nat-прокси
Телекоммуникации



Одно из старейших направлений развития
индустрии высоких технологий.
Строится на достижениях большого
количества научных достижений и
технологий
Связь и обмен информацией - одни из
самых ценных современных
«компонентов» в информационном мире!
Предпосылки возникновения сетей

Информация всегда стоила дорого и была
источником конкурентно способности


сложность создаваемых систем влекла сложность
методов и средств моделирования и проектирования.
рост производства, усиление конкуренции требовали
совершенствования организации и управления
производством и обществом
 научные исследования
 ускорение проектирования
 синхронизация производственных процессов
 электронные формы бизнеса
Эволюция компьютерных сетей
Краткая история развития ЭВМ и
методов доступа к ним






Однопользовательские ЭВМ
Системы пакетной обработки
Системы с разделением времени и много
терминальные системы
Персональные компьютеры
Вычислительные комплексы
Сети ЭВМ – частные случай
распределенной системы
Базовые определения
Сеть - это множество линий связи и
промежуточного оборудования/промежуточных
узлов, терминалов/оконечных узлов,
предназначенных для передачи информации от
отправителя до получателя с заданными
параметрами качества обслуживания
Коммуникационная cеть - система, состоящая
из объектов, осуществляющих функции генерации,
преобразования, хранения и потребления
продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и
линий передачи (связей, коммуникаций,
соединений), осуществляющих передачу продукта
между пунктами.
Базовые определения: 2
Информационная сеть - коммуникационная сеть, в
которой продуктом генерирования, переработки,
хранения и использования является информация.
Вычислительная сеть - информационная сеть, в
состав которой входит вычислительное оборудование.
Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и
периферийные устройства, являющиеся источниками и
приемниками данных, передаваемых по сети. Эти
компоненты составляют оконечное оборудование
данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment).
Собственно пересылка данных происходит с помощью
сред и средств, объединяемых под названием среда
передачи данных.
Важнейшие событий в истории
развития компьютерных сетей







Первые ламповые компьютеры Начало 40-х
Первые компьютеры на полупроводниковых схемах
(транзисторах) Середина 50-х
Запуск первого космического спутника (1957г)
Публикации Леонардом Клейнроком материалов по
теории коммутации пакетов в условиях неравномерной
нагрузки (1961г)
Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые
мультипрограммные ОС Середина 60-х
Появление компьютерной сети ARPA (Advanced Research
Projects Agency Network) – прообраза сети Internet –
(1969г)
Первые глобальные связи компьютеров Конец 60-х
Важнейшие событий в истории
развития компьютерных сетей: 2







Начало передач по телефонным сетям голоса в
цифровой форме Конец 60-х
Появление больших интегральных схем. Первые миникомпьютеры Начало 70-х
Появление беспроводной компьютерной сети ALOHAnet с
пакетной передачей данных (1970г)
Первые нестандартные локальные сети Начало 70-х
Создание сетевой архитектуры IBM SNA 1974
Создание технологии Х.25 1974
Появление персональных компьютеров Начало 80-х
Важнейшие событий в истории
развития компьютерных сетей: 3






Создание Internet в современном виде. Установка на всех
узлах стека TCP/IP Начало 80-х
Появление стандартных технологий локальных сетей
Ethernet - 1980
Token Ring - 1985
Разработка системы доменных имен (DNS) – 1987
Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - 1989
Начало коммерческого использования Internet

Конец 80-х
В сети Internet зафиксировано 100000 хостов 1989 г.

Изобретение Web 1991
Современные тенденции







Постоянное увеличение пропускной способности
сети
Акцент на беспроводные технологии
Различия между ЛВС и РВС по скорости передачи
стираются
Организация работы с внешней памятью –
подсеть в сети
Идеология Datacenter (возврат к mainframe’мам)
Цифра, звук, видео – разнородные потоки
информации
Прозрачная интеграция различных сетевых
решений
Современные тенденции: 2

Сети для индивидуальных пользователей








доступ к информации (news, WWW)
общение с другими людьми (news, e-mail, video
conference)
обучение
развлечения
покупки
управление личными средствами
управление домашним хозяйством
интеллектуальный дом
Организация вычислительных сетей






Сеть = абонентские машины +
транспортная среда.
Абонентские машины обеспечивают интерфейс
пользователей и работу приложений в сети.
Транспортная среда = Коммутирующие элементы
+ СПД
Коммутирующие элементы - маршрутизаторы,
мосты, шлюзы.
СПД - коммуникационные каналы и переключатели.
Коммуникационные каналы - это линии связи
самой различной природы и каналообразующая
аппаратура.
Классификация транспортных сред




Способ коммутации потоков данных
Способ передачи данных
Тип каналов
Топология среды
Способы коммутации потоков
данных


Коммутация каналов (circuit switching) организация составного канала через несколько
транзитных узлов из нескольких
последовательно соединённых каналов на время
передачи сообщения (оперативная коммутация)
или на более длительный срок
Коммутация сообщений - разбиение
информации на сообщения, которые передаются
последовательно к ближайшему транзитному
узлу, который приняв сообщение, запоминает
его и передаёт далее сам таким же образом. То
есть получается как бы конвейер.
Способы коммутации потоков
данных : 2


Коммутация пакетов (packet switching) разбиение сообщения на пакеты, которые
передаются отдельно. Разница между
сообщением и пакетом: размер пакета ограничен
технически, сообщения - логически. При этом,
если маршрут движения пакетов между узлами
определён заранее, говорят о виртуальном
канале. Если же каждый для каждого пакета
задача нахождения пути решается заново,
говорят о датаграммном (без установления
соединения) способе пакетной коммутации.
Коммутация ячеек - то же, что и коммутация
пакетов, но при коммутации ячеек пакеты имеют
всегда фиксированный размер.
Способы коммутации потоков
данных: 3

Коммутация каналов – управление потоком
данных
в реальном
характеризуется:







времени,
который
сохраняется порядок передаваемых данных
канал с коммутирован – нет отказов при передече.
огромный опыт создания
хорошо развитая инфраструктура.
неэффективное использование ресурсов,
низкая надежность,
медленное установление соединения..
Способы коммутации потоков
данных: 4

Коммутация пакетов –





высокая
скорость
установления
соединения
(передатчик сразу начинает передачу и не ждет
физического установления соединения),
низкий уровень ошибок в канале,
надежность,
рациональное использование ресурсов,
сильная зависимость времени передачи от загрузки
сети.
Типы каналов


каналы точка-точка;
каналы с множественным доступом.
Каналы с множественным доступом




Имеют единый канал передачи данных, который
используют все машины сети.
Пакет - короткое сообщение, имеющее
специальную структуру
Режимы - широковещательный и групповой
Методы выделения канала - динамические и
статические.


статические - time-shearing (временное разделение
канала между машинами; канал простаивает если
машине нечего передавать)
динамические - централизованные и распределенные
механизмы выделения канала по запросу.
Топология транспортной среды
Топология определяет следующие параметры:
 задержка при передаче данных;
 масштабируемость;
 «живучесть» сети.
Варианты топологий транспортной
среды
Способ передачи



аналоговый/цифровой;
синхронный/асинхронный;
проводной/беспроводной.
Классификация сетей
Вычислительные сети классифицируются по
ряду признаков. В зависимости от
расстояний между связываемыми узлами
различают вычислительные сети:




Локальные (LAN, Local Area Network)
Территориальные (MAN, Metropolitan Area
Network)
Территориальные крупного масштаба (WAN,
Wide Area Network)
Сети хранения данных (SAN, Storage area
Network)
Локальная сеть
Локальная вычислительная сеть (ЛВС)
 масштаб комната, корпус, группа корпусов
 (известна максимальная задержка при передачи)
 система передачи данных, как правило, канал с
множественным доступом
 (вещание,
скорость передачи 10-100Мbps до
нескольких Gbps, Ethernet)

топология



линейная
кольцо
дерево
Городская сеть (MAN)
Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan
Area Network) охватывает несколько зданий в
пределах одного города либо город целиком.
 поддерживает передачу как данных, так и
голоса. Иногда объединяется с кабельной
телевизионной сетью.
 не имеет коммутаторов, базируется на одном двух кабелях.
Специальный стандарт IEEE 802.6 - DQDB двойная магистраль с распределенной очередью
(Distributed Queue Dual Bus ).
Региональная сеть (WAN)



Региональная вычислительная сеть (WAN - Wide
Area
Network)
охватывает
крупные
географические области, такие как страны,
континенты.
Принцип коммутации пакетов, каналы точкаточка, развитые ТС и СПД (РРТ сети,
спутниковые системы и радио системы) наиболее часто используют при построении
WAN.
Важно различать когда мы создаем систему СПД
для нашей сети заново, и когда мы используем
для
построения
системы
СПД
какую-то
имеющуюся сеть, например, телефонную.
Глобальные сети
Развитие глобальных сетей:
 Сеть ARPANET (конец 60-х)
 +NSFNET - сеть национального научного фонда
США
 +SPAN - сеть космической физики NASA
 +HEP - сеть физики высоких энергий
 +BITNET - сеть машин среднего класса
(mainframe) фирмы IBM
 +EARN –сети научно-исследовательских
организаций Европы
 => «Остов» сети Internet
Глобальные сети: 2
До начала 90-х Internet была в основном
сетью академических организаций. Однако,
с появлением нового приложения Всемирной
паутины (World Wide Web - WWW)
положение стало резко меняться.
WWW было изобретено физиком Тимом
Бернерс-Ли в CERN. С появлением
браузера Mosaic, созданного в национальном
центре приложений для суперЭВМ,
количество WWW серверов в мире стало
резко возрастать
Сопряжение транспортных сред
Необходимость в сопряжении транспортных
сред возникает, когда надо обеспечить
взаимодействие приложений,
расположенных в разных сетях.
Мосты и шлюзы – средства сопряжения
транспортных сред (ТС) на разных уровнях.
Множество соединенных сетей называется
internet (не путать Internet и internet!).
Способы управления в сетях

«клиент/сервер» - в них выделяется один или
несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в
сети управляющие или специальные обслуживающие
функции, а остальные узлы (клиенты) являются
терминальными, в них работают пользователи. Сети
клиент/сервер различаются по характеру распределения
функций между серверами, другими словами по типам
серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных).
При специализации серверов по определенным
приложениям имеем сеть распределенных вычислений.
«одноранговые» - в них все узлы равноправны.
Поскольку в общем случае под клиентом понимается
объект (устройство или программа), запрашивающий
некоторые услуги, а под сервером - объект,
предоставляющий эти услуги, то каждый узел в
одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и
сервера.
Требования к современным
вычислительным сетям

Производительность




Надежность и безопасность



Время реакции
Пропускная способность
Задержки передачи и вариация задержки передачи
Коэффициент готовности
Отказоустойчивость
Расширяемость и масштабируемость
Требования к современным
вычислительным сетям:2




Прозрачность
Поддержка разных видов трафика
Управляемость
Совместимость
Акцент изучения дисциплины
Разработчики стандартов
Разработчики стандартов
American National Standards Institute (ANSI)



коммуникации: коды, алфавиты, сигнальные схемы;
микрокомпьютеры: языки программирования, SCSI, драйвера ansi.sys;
осн. стандарты и спецификации: интерфейс Token Ring, CSMA/CD, SQL,
алгоритмы шифрования.
Common Open Software Environment

разработка общей рабочей Unix-среды. В консорциум входят IBM, HP,
SunSoft, Novell.
International Consultative Committee for Telegraphy and
Telephony (CCITT)


Протоколы CCITT (МККТТ - рус.) относятся к модемам, сетям, передаче
факсимильных сообщений.
15 исследовательских групп: A и B  раб. процедуры, термины и
определения, I  ISDN, K и L  защита оборудования, R-U 
терминальные и телеграфные услуги, V  передача данных по
телефонным сетям, X  сети передачи данных.
Разработчики стандартов: 2
CCITT (продолжение)
















v.22  полнодуплексная модемная передача 1200 бит/с,
v.22bis  2400 бит/с
v.28  стандарт интерфейса RS-232
v.32  асинхр. и синхронная передача 4800-9600 бит/с,
v.32bis  до 14400
v.35  высокоскоростная передача по комбинированным цепям.
v.42  проверка ошибок
v.42bis  сжатие данных
v.terbo  19200 бит/с
v.34  28800 бит/с, v.34+  до 33600 бит/с
x2, k56flex > v.90, v.92  до 56кбит/с (асимметричные)
X.200 (ISO 7498)  эталонная модель OSI
X.25 (ISO 7776)  сети с коммутацией пакетов
X.400 (ISO 10021)  обмен сообщениями (электронная почта, не
Интернет)
X.500 (ISO 9594)  служба каталогов
X.700 (ISO 9595)  Common Management Information Protocol
Разработчики стандартов: 3
Electronic Industries Association

1924 г. RS-232 - стандарт последовательного соединения с помощью разъемов
DB-9 и DB-25 и макс длиной кабеля 15 метров. Определяется соединение между
DTE (терминальное оборудование) и DCE (data communication equipment).
Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)













Комитеты, 802 (февраль 1980) (до 802.17)
802.1  взаимодействие сетей
802.2  управление логической связью
802.3  CSMA/CD-сеть (Ethernet)
802.4  сеть Token Bus
802.5  сеть Token Ring
802.6  Metropolitan Area Network
802.7  широкополосная передача
802.8  оптоволоконная технология
802.9  интегрированные сети передачи речи/данных
802.10  безопасность сети
802.11  беспроводные сети
802.12  сеть с доступом по приоритету запроса (100VG-AnyLAN)
Разработчики стандартов: 4
International Standards Organization (ISO)
 Идеальная модель взаимодействия открытых
систем (Open Systems Interconnection
Reference Model, OSI/RM)
Open Software Foundation
 Создает программные среды, объединяя
технологии различных производителей. Unixподобная ОС - OSF/1, OSF/Motif - граф.
интерфейс.
?