Методические указания и контрольные заданияx

Федеральное агентство связи
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
___________________________________________________________________________
Кафедра информационных систем и технологий
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ИСТ
М.А.Кораблин
« ____ » _______________ 200__ г.
Методические указания и контрольные задания
для студентов факультета информационных систем и технологий
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ИНТЕРНЕТ ТЕХНОЛОГИИ
Составил А.С. Овсянников
Обсуждено на заседании кафедры
«_____» ____________________ 200__ г.
протокол № ___________
САМАРА,2009
УДК 681.323
ИНТЕРНЕТ ТЕХНОЛОГИИ: Метод. указания и контрольные задания/ сост.
А.С.Овсянников. Поволж.госуд.ун-т телеком.и информ.; Самара, 2009, 18 с.
Методические указания предназначены для выполнения контрольной
работы по дисциплине “Интернет технологии ” для студентов очной и заочной
форм обучения
.
Рецензент: И.И. Корнилов
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
1.
Общие указания по выполнению контрольной работы………….…..4
2.
Список литературы ………………………….………………………...5
3.
Задание……………………………..………….………………………...5
4.
Основные теоретические сведения…………………………………....7
3
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Номер варианта контрольной работы определяет преподаватель и, в
соответствии с номером по таблице 1 берутся исходные данные для решения
задач. Текст задания вместе с номером варианта и исходными данными студент
должен привести на отдельной, как правило, первой странице. Решения задач
должны
быть
приведены
подробно
и
обязательно
сопровождаются
необходимыми пояснениями.
В сроки, установленные учебным графиком, контрольная работа сдаётся
для проверки и оценки.
В случаях значительного числа замечаний преподаватель возвращает
контрольную работу для исправления
Все исправления, дополнения и пояснения, сделанные студентом по
замечаниям преподавателя, выносятся на поля в том месте, где обнаружены
ошибки, заданы вопросы или сделаны замечания. Допускается, при большом
объёме доработок исправления, дополнения и пояснения выполнять на
отдельных страницах.
После исправлений работа сдаётся преподавателю для повторной
проверки.
4
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Денисова Т.Б. Сети передачи данных: Задачник. – Самара.: ПГАТИ., 2004. – 100с.
2. Овсянников А.С. Интернет технологии: Компьютерный конспект лекций,
Поволж.. гос. ун-т информ. и телеком. Самара, 2009, - 100с.
ЗАДАНИЕ
Для выполнения задач исходные данные берутся из таблицы 1.
Задача №1
Определить класс заданного в таблице 1 IP-адреса.
Задача №2
Определить длину речевого IP-пакета, такую, чтобы время его передачи по
каналу со скоростью передачи R=64 кбит./сек не превышало 130 мс (без
применения CRTP). Используется заданный в таблице 1 кодек.
Задача №3
Устройство состоит из рабочего блока и резервного блока в “горячем
резерве”. Распределение времени между отказами и восстановлениями
показательное с параметрами ,  соответственно. Определить значения
коэффициентов готовности кг и простоя кп системы.
5
Таблица 1
Номер
варианта
IP-адрес
Время передачи
пакета по
ОЦК,мсек
Кодек
1
70.70.0.0.
130
2
240.240.0.0.
3
,
µ,
час-1
час-1
G.711
1
0,1
125
G.723
2
0,2
231.231.0.0.
120
G.728
3
0,3
4
210.127.0.0.
115
G.729
4
0,4
5
178.178.0.0.
110
G.711
5
0,5
6
196.196.0.0.
100
G.723
6
0,6
7
145.145.0.0.
95
G.728
7
0,7
8
241.241.0.0.
90
G.729
8
0,8
9
234.234.0.0.
85
G.711
9
0,9
10
7.7.0.0.
80
G.723
1
0,1
11
239.239.0.0.
75
G.728
2
0,2
12
244.244.0.0.
70
G.729
3
0,3
13
134.134.0.0.
65
G.711
4
0,4
14
204.204.0.0.
60
G.723
5
0,5
15
4.4.0.0.
55
G.728
6
0,6
16
135135.0.0.
50
G.729
7
0,7
17
104.104.0.0.
45
G.711
8
0,8
18
242.242.0.0.
40
G.723
9
0,9
19
188.188.0.0.
35
G.728
1
0,1
20
212.212.0.0.
30
G.729
2
0,2
21
105.105.0.0.
25
G.711
3
0,3
22
231.231.0.0.
20
G.723
4
0,4
23
210.210.0.0.
15
G.728
5
0,5
24
246.246.0.0.
10
G.729
6
0,6
25
140.25.20.10.
5
G.711
8
0,8
26
252.252.0.0.
135
G.723
7
0,7
27
239.239.0.0.
140
G.728
9
0,9
28
222.222.0.0.
145
G.729
1
0,1
29
8.8.0.0.
150
G.711
2
0,2
30
168.168.0.0.
155
G.723
3
0,3
31
247.247.0.0.
160
G.728
4
0,4
32
186.186.0.0.
165
G.729
5
0,5
6
1. АДРЕСАЦИЯ
В вычислительных сетях используются локальные адреса (аппаратные
адреса, МАС-адреса) и межсетевые адреса. Локальный адрес - это уникальное
числовое значение, присвоенное плате сетевого адаптера.
Межсетевой адрес однозначно определяет узел объединенной сети.
Межсетевой адрес состоит из двух частей: номера (адреса) сети и номера
(адреса) узла. Примером межсетевого адреса является IP-адрес.
IР-адреса
Для адресации используются IP-адреса пяти классов (А, В-Е), приведенные в
табл.2.
Класс
Формат
А
В
С
D
E
Сеть.Узел.Узел.Узел.
Сеть. Сеть.Узел.Узел.
Сеть. Сеть. Сеть.Узел.
Сеть. Сеть. Сеть. Сеть.
Сеть.
Таблица 2
Диапазоны
значений первого
байта
1÷126
128÷191
192÷223
224÷239
240÷247
Возможное
количество сетей
126
16 382
2 097 150
—
—
Возможное
количество
хостов
16 777 214
65 534
254
—
—
Адреса в цифровом виде представлены в табл. 3
Таблица 3
Класс адреса
Разряд
ы
0 1 2 3 4 5 6 7 8
15 16
№ сети (7р)
А
0
В
1 0
С
1 1 0
D
1 1 1 0
E
1 1 1 1 0
23 24
31
№ хост-ЭВМ (24р)
№ сети (14р)
№ хоста (16р)
№ сети (21р)
№
хоста (8р)
Групповой адрес (28р)
Зарезервировано
При назначении IP-адреса следует учитывать, что некоторые адреса
зарезервированы и не могут быть использованы для индивидуальной адресации
7
Таблица 4 - Зарезервированные IP-адреса
Адреса
Назначение
Сетевой адрес,
Означает «эта текущая сеть» (выход
состоящий из «0»
вне локальной сети не нужен).
Сетевой адрес,
Означает «все сети»
состоящий из «1»
Сеть 127
Предназначен для петлевого
тестирования, обозначает локальный
узел и позволяет ему посылать
пакеты проверки самому себе, не
генерируя сетевого трафика
Узловой адрес,
Означает «этот текущий узел»
состоящий из«0»
Узловой адрес,
Означает «все узлы» определенной
состоящий из
сети. Например, 128.5.255.255
«1»
означает все узлы сети 128.2
Весь адрес состоит из Используется протоколом RIP для
«0»
назначения маршрута по умолчанию
Весь адрес состоит из Передача сообщений на все узлы
«1»
сети
Маска подсети
Маска представляет собой последовательность «0» и «1», «1» указывает
на позицию адреса сети и подсети, «0» указывает на позицию адреса узла.
Маска позволяет ввести логические подсети внутри сети и маршрутизировать
пакеты внутри сети между подсетями. Принятые по умолчанию маски
показаны в табл.5 .
Таблица 5 - Маски по умолчанию
Кла Формат
Маска подсети
сс
в двоичном виде
А
в десятичном
виде
Сеть.Узел.Узел.Узе л 11111111 00000000 00000000 000000 00 255.0.0.0
В
Сеть.Сеть.Узел.Узе л 1111111111111111 00000000 000000 00 255.255.0.0
С
Сеть.Сеть.Сеть.Узе л 11111111 11111111 11111111 000000 00 255.255.255. 0
Таким образом, для задания подсети не нужно вводить новые IP-адреса.
IP-адреса подсети выделяются из основного IP-адреса с помощью маски.
8
Для определения маски подсети можно использовать следующее простое
правило:
1. Определите требуемое количество подсетей (количество адресуемых
физических сегментов) и переведите это значение в двоичный формат.
Например, для 6 подсетей: 610 —> 000001102.
2. Подсчитайте число бит, необходимых для записи двоичного формата.
Например, для записи 00000110 нужно 3 бита.
3. Запишите эти биты единицами, дополнив справа нулями до байта (будем
считать диапазон адресов сплошным).
Для примера с 6 подсетями полученный байт будет иметь вид 11100000.
4. Переведите полученное значение байта в десятичный формат и используйте
его в маске для задания подсетей.
111000002 —> 22410
Например, для введения 6 подсетей в сети с адресом класса В нужно задать
маску в двоичной форме
11111111. 11111111. 11100000.00000000
ИЛИ В десятичной форме
255.255.224.0.
2. IP-ТЕЛЕФОНИЯ
Термин IP-телефония означает передачу речи (видео, факса) по сетям
пакетной коммутации, использующим стек протоколов TCP/IP. IP-телефония
использует протоколы, приведенные на рис. 1.
Гарантированная доставка
Негарантированная доставка информации
информации по протоколу TCP по протоколу UDP
Н.245
H.225
Протокол речи и видео
Управление
соединением
(Q.931)
TCP
RAS
RTCP
RTP
UDP
IP
Канальный уровень: РРР, Ethernet, Frame Relay, ATM
Рис.1 - Стек протоколов IP-телефонии
9
Структура сети
Структура сети включает следующие компоненты: терминалы,
привратник, устройство управления конференциями и шлюз. Структура сети
показана на рис. 2.
Рис.2 - Структура сети
Терминал - конечное устройство IP-телефонии поддерживает сигнализацию
Н.225, Н.245, RAS.
Привратник - управляет зоной IP-сети, в которую входят терминалы, шлюз и
устройство управления конференциями. Привратник преобразует телефонный
номер (или адрес электронной почты) в IP-адрес (и наоборот), контролирует
доступ пользователей в сеть, контролирует пропускную способность зоны сети.
Устройство управления конференциями управляет обменом информацией
между тремя и более терминалами.
Шлюз преобразует речевую информацию (или мультимедийную информацию)
в IP-пакеты, используя стек протоколов IP-телефонии (рис.1), поддерживает
обмен сигнальными сообщениями с ТфОП и с привратником.
Для преобразования речевой информации в пакеты шлюз использует
кодеки, характеристики которых показаны в таблице 6. Большинство кодеков
обрабатывает речевую информацию блоками, называемыми кадрами кодека. В
один пакет может упаковываться несколько кадров.
10
Таблица 6 – Характеристики кодеков
Кодек
Скорость
Длительность
передачи,
кадра, мс
Кбит/с
G.711j
64
0.125
G.729
8
10
G.728
16
0.625
G.723
5.3
30
6.3
30
Длина
кадра, бит
8
80
10
189+3*
158+2*
Задержки на
предварительный
анализ, мс
0
5
до 2.5
7.5
7.5
* - длина кадра 189 бит дополняется до 24 байтов, длина кадра 158 бит — до 20
байтов.
Качество обслуживания
Качество обслуживания характеризуется следующими параметрами:
задержкой пакета, вариацией задержки пакета, долей потерянных пакетов.
Нормируемая задержка пакета для IP-телефонии приведена в таблице 9.2.
Остальные же параметры качества пока не имеют нормированных значений,
можно принять допустимую вариацию задержки до 40 мс, а допустимую долю
потерянных пакетов - до 5 %.
Таблица 7 – Нормированная задержка пакета
в IP - телефонии
Уровни качества
высший
высокий средний приемлемый
0-150
150-250
250-450
450 - 600
В задержку пакета входят следующие слагаемые:
1. Задержка кодека,
2. Задержка в выходной очереди шлюза,
3. Время передачи пакета,
4. Задержка в IP-сети,
5. Задержка во входной очереди шлюза на приемной стороне,
6. Задержка в сглаживающем буфере.
Задержка кодека зависит от типа кодека.
Задержки в шлюзах, связанные с ожиданием в очередях и передачей, зависят от
длины речевого пакета и длины пакета данных, а также от применения
механизма сжатия заголовков (CRTP) и механизма подавления пауз (VAD).
Этими задержками можно управлять, используя фрагментацию пакета данных.
11
Задержки в IP-сети зависят не только от длин пакетов, но и от загрузки
сети и от технологий канального уровня. Задержками в IP-сети можно
управлять не только с помощью фрагментации, но и с помощью введения
технологий качества обслуживания Diffserv, RSVP, MPLS.
Задержка в сглаживающем буфере зависит от емкости буфера.
Для расчета параметров качества IP-телефонии можно использовать модели
теории массового обслуживания: M/D/l, M/G/l, M/M/1/N, модели с
приоритетами [1].
3 НАДЁЖНОСТЬ СИСТЕМ
Надежность нерезервируемых систем
Надежность невосстанавливаемой системы
Под системой будем понимать любое устройство (блок), которое состоит
из частей, надежность которых задана. Эти части будем называть элементами.
Структура системы и характер ее работы известны, т.е. известно как повлияет
отказ любой группы элементов на отказ системы. Полагаем, что элементы
отказывают независимо друг от друга. Рассмотрим работу системы до первого
отказа. Система состоит из п элементов, функции надежности которых
обозначим P1(t), Р2 (t), ..., Pn(t). Рассмотрим простой и важный случай.
Элементы в системе соединены последовательно в смысле надежности,
т.е. отказ любого элемента вызывает отказ системы (рис.3).
Рис.3
Тогда для безотказной работы системы в течение времени t нужно, чтобы
каждый элемент работал безотказно в течение этого времени. Так как элементы
системы независимы в смысле надежности, то
𝑃(𝑡) = ∏𝑛𝑖=1 𝑃𝑖 (𝑡)
(1)
При экспоненциальных законах надежности элементов Рi (t) = ехр(-i t) система
также подчиняется экспоненциальному закону
𝑃(𝑡) = exp⁡(−𝑡)
(2)
=1+2+…+n
(3)
12
1
Среднее время жизни системы равно Тc =

Рассмотрим второй простой случай. Элементы с системе соединены
параллельно в смысле надежности, т.е. отказ системы наступает только тогда,
когда откажут все входящие d систему элементы (рис. 3).
Рис.2
Для системы с параллельным соединением элементов справедливо
(4)
(5)
Среднее время жизни при экспоненциальных законах надежности элементов
равно
(6)
где
Надежность восстанавливаемой системы с конечным временем
восстановления
Восстанавливаемая система характеризуется коэффициентами готовности и
простоя. Рассмотрим два простых и важных случая. При последовательном
соединении элементов системы (в смысле надежности) коэффициент
готовности системы и интенсивности отказов системы равны
(7)
где Kgi - коэффициент готовности элемента i,
i - интенсивность отказов элемента i,
n - число элементов системы.
13
При параллельном соединении элементов системы (в смысле надежности)
коэффициент простоя системы и интенсивности восстановлений системы
равны
(8)
где Крi - коэффициент простоя элемента i,
µi- интенсивность восстановления элемента i, n - число элементов системы.
11.2. Надежность резервируемых систем
Резервирование является одним из основных методов повышения надежности.
Резервирование состоит в том, что к элементу или блоку системы подключается
несколько резервных элементов (блоков), которые по мере возникновения
отказов последовательно подключаются на место основного элемента и
выполняют его функции. В зависимости от того, в каком состоянии находятся
резервные элементы, различают несколько типов резервирования.
Нагруженный резерв. Резервные элементы находятся в том же режиме, что и
основной.
Ненагруженный резерв. Резервные элементы находятся в выключенном
состоянии и по условию до момента их включения на место основного не могут
отказать.
Облегченный резерв. Во время ожидания в резерве резервные элементы могут
отказать, но с меньшей вероятностью, чем основной элемент.
Рассмотрим работу нескольких систем, для случаев с восстановлением будем
полагать, что работает одна ремонтная бригада.
Надежность нерезервируемой системы
Нерезервируемая система может находится в любой момент времени в одном
их двух состояний: 0- система работоспособна, 1-система не работоспособна и
ремонтируется. Схема состояний нерезервируемой системы показана на рис.3.
В прямоугольниках указаны номера состояний системы, над стрелками интенсивности переходов.
Рис.3
При длительной эксплуатации система имеет стационарные значения
коэффициентов готовности и простоя.
(9)
14
(10)
где тt , т - средние времена жизни и восстановления элемента
соответственно, среднее время жизни системы mс = mt, так как
система состоит из одного элемента.
Надежность резервируемой системы с ненагруженным резервом
Система состоит из равнонадежных одного и к резервных элементов. При
замене работающего элемента на резервный перерыва в работе системы не
происходит, поэтому отказ системы происходит при одновременной
неработоспособности основного и всех резервных элементов. Схема состояний
системы показана на рис.4.
Рис. 4
Коэффициенты готовности и простоя равны Кг= 1 -Кш К
(11)
где , µ- интенсивность отказов и восстановлений элемента.
Надежность резервируемой системы с нагруженным резервом
Система состоит из равнонадежных одного и к резервных элементов в
нагруженном резерве. Схема состояний системы показана на рис.5.
Рис. 5
Коэффициенты готовности и простоя равны
(12)
15
где , µ - интенсивность отказов и восстановлений элемента.
Среднее время наработки на отказ системы равно
(13)
где mt , m - средние времена жизни и восстановления элемента.
Надежность дублируемой системы с нагруженным резервом
Дублируемая система с нагруженным резервом является частным случаем
резервируемой системы с нагруженным резервом. Система состоит из одного
рабочего и одного резервного элемента в нагруженном резерве. Система имеет
три состояния: 0 - система работоспособна, работают оба элемента, 1- система
работоспособна, работает один элемент, другой ремонтируется, 2 - система не
работоспособна, элементы ремонтируются последовательно одной ремонтной
бригадой. Схема состояний системы показана на рис.6.
Рис. 6
Коэффициенты готовности и простоя системы равны:
(14)
где , µ - интенсивности отказов и восстановлений элемента.
Надежность дублируемой системы с ненагруженным резервом
Дублируемая система с ненагруженным резервом является частным случаем
резервируемой системы с ненагруженным резервом. Полагаем, что элемент,
находящийся в состоянии ненагруженного резерва, не может отказать. Система
состоит из одного рабочего и одного ненагруженного резервного элементов.
Схема состояний системы показана на рис. 7. Отказ системы наступает при
одновременной неработоспособности элементов (состояние 2).
16
Рис.8.
Коэффициенты готовности и простоя равны
(15)
Надежность дублируемой системы с облегченным резервом
В системе с облегченным резервом резервный элемент может отказать, но
интенсивность отказов резервного элемента (^2) меньше интенсивности отказов
работающего элемента (Х{). Схема состояний системы показана на рис. 8.
Рис. 11.8.
Коэффициент готовности системы равен
(16)
Надежность дублируемой системы с нагруженным резервом и
ограниченным восстановлением
Система состоит из одного основного элемента и одного нагруженного
резервного элемента. При одновременной неработоспособности обоих
элементов происходит отказ системы, который недопустим и приводит к
невыполнению поставленной задачи. Состояние отказа является поглощающим.
Ремонт может производиться только во время выполнения задачи. Системами с
ограниченным восстановлением являются система управления выведением на
орбиту космического аппарата, радиолокационная система, обеспечивающая
посадку самолета, и др. Схема состояний дублируемой системы с
ограниченным восстановлением показана на рис. 9.
Рис 9.
Среднее время наработки системы до отказа равно
17
(17)
Вероятность безотказной работы в течение времени t равна
(18)
Надежность дублируемой системы с ненагруженным резервом и
ограниченным восстановлением
Система состоит из одного основного элемента и одного резервного в
ненагруженном резерве. Отказ системы недопустим. Схема состояний системы
показана на рис. 10.
Рис.10.
Среднее время наработки системы до отказа равно
(19)
18