m2.dv3_.1_proektirovanie_kompyuternyh_setey

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Факультет компьютерных наук и информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"__" __________________20__ г.
Рабочая программа дисциплины
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Направление подготовки
230100 Информатика и вычислительная техника
Профессионально-образовательная программа
Сети ЭВМ и телекоммуникации
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
очная
Саратов,
2013
1. Цели освоения дисциплины
Целью
освоения
данной
дисциплины
является
приобретение
студентами знаний о современных технологиях построения компьютерных
сетей. Задачами дисциплины являются формирование у студентов знаний об
основных методах и средствах проектирования компьютерных сетей,
изучение основных компонентов, устройств и стандартов локальных и
глобальных компьютерных сетей.
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Данная учебная дисциплина входит в раздел «Профессиональный цикл.
Вариативная часть» ФГОС-3. Является дисциплиной по выбору.
Для изучения дисциплины необходимы компетенции, сформированные
у обучающихся в результате изучения естественнонаучных дисциплин: «Методы и средства защиты информации в компьютерных сетях», «Современные
операционные системы».
Дисциплина имеет логическую и содержательно-методическую взаимосвязь с дисциплинами: «Сети ЭВМ и системы телекоммуникаций», «Сетевые архитектуры», «Программирование в сетях».
Компетенции, сформированные при изучении данной дисциплины, используются при изучении следующих дисциплин: «Корпоративные информационные системы».
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ
СЕТЕЙ
Данная
дисциплина
способствует
формированию
у
студентов
следующих компетенций:
 способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень (ОК-1);
 способен к самостоятельному обучению новым методам исследования,
к изменению научного и научно-производственного профиля своей
профессиональной деятельности (ОК-2);
 использует
на
практике
умения
и
навыки
в
организации
исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК4);
 способен самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания
и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не
связанных со сферой деятельности (ОК-6);
 способен
к
профессиональной
эксплуатации
современного
оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской
программы) (ОК-7);
 применять
перспективные
методы
исследования
и
решения
профессиональных задач на основе знания мировых тенденций
развития вычислительной техники и информационных технологий
(ПК-1);
 разрабатывать и реализовывать планы информатизации предприятий и
их подразделений на основе Web- и CALS-технологий (ПК-3);
 формировать технические задания и участвовать в разработке
аппаратных и/или программных средств вычислительной техники (ПК4);
 применять
современные
технологии
разработки
программных
комплексов с использованием CASE-средств, контролировать качество
разрабатываемых программных продуктов (ПК-6);
 организовать работу и руководить коллективами разработчиков
аппаратных
и/или
программных
средств
информационных
и
автоматизированных систем (ПК-7);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать:
 методы
проектирования
аппаратных
и
программных
вычислительной техники;
 методы хранения, обработки, передачи и защиты информации;
средств
 информационные и телекоммуникационные технологии в науке и
образовании.
- уметь:
 выбирать и эксплуатировать программно-аппаратные средства в
создаваемых сетевых структурах;
 выбирать топологию сети;
 выбирать необходимые сетевые протоколы и службы;
 использовать современные сетевые технологии.
- владеть:
 навыками работы с сетевыми операционными системами и их
администрирования;
 навыками конфигурирования локальных сетей, реализации сетевых
протоколов с помощью программных средств.
4. Структура и содержание дисциплины ПРОЕКТИРОВАНИЕ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108
№
п/п
Раздел
дисциплины
Се
мес
тр
Неделя
семестр
а
Всего часов
Лекции
Лабораторные
(Практические)
занятия
Самостоятельн
ая работа
часов.
1
Бесклассовая
адресация и
маршрутизац
ия
Протокол
маршрутизац
ии OSPF
(Open Shortest
Path First) для
сети,
состоящей из
3
1
6
1
1
4
3
1-2
6
1
1
4
2
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточно
й аттестации
(по
семестрам)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
одной
области
Протокол
маршрутизац
ии EIGRP
(Enhanced
Internet
Group Routing
Protocol).
Принципы
Ethernetкоммутации.
Применение
коммутаторов
Cisco Catalyst
в сетях
Ethernet
Базовая
настройка
коммутатора
Cisco Catalyst
с
операционной
системой
Cisco IOS
Протокол
«объединяющ
его дерева»
STP (Spanning
Tree Protocol)
Виртуальные
сети VLAN
(Virtual LAN)
Транковые
каналы
(Trunks) и
протокол VTP
(Virtual Trunk
Protocol) для
репликации
таблиц VLAN
между
коммутаторам
и.
Управление
пространство
м IP-адресов
Технологии
глобальных
сетей WAN
(Wide Area
Network)
3
3
6
1
1
4
Контрольные
вопросы на 3
неделе
3
3-4
10
1
1
8
3
5
9
1
0
8
Проверка
практических
заданий
Проверка
практических
заданий
3
5-6
12
1
3
8
Проверка
практических
заданий
3
7-8
8
2
2
4
Проверка
практических
заданий.
3
9
6
1
1
4
3
9-10
6
1
1
4
Проверка
практических
заданий
Проверка
практических
заданий
3
11
8
1
1
6
3
11-12
5
1
0
4
Контрольные
вопросы на 11
неделе
Проверка
практических
заданий
12
13
14
15
Протокол PPP
3
13
(Point-to-Point
Protocol)
Сеть с
3
13-14
коммутацией
каналов ISDN
(Integrated
Services
Digital
Network) и
использовани
е DDR (Dialon-Demand
Routing) в
сети ISDN
Протокол
3
15
Frame Relay.
Средства
3
15-16
сетевого
администриро
вания и
мониторинга
сети
Промежуточная аттестация
ИТОГО
6
1
1
4
6
1
1
4
6
1
1
4
8
1
1
6
Проверка
практических
заданий
Проверка
практических
заданий
Контрольная
работа на 16-й
неделе
Зачет в 3
семестре
108
16
16
76
Раздел «Бесклассовая адресация и маршрутизация».
Маски переменной длины (VLSM - Variable Length Subnet Mask).
Необходимость использования VLSM для управления IP-адресами в сетях
сложной топологии. Деление сетей на подсети для экономии IP-адресов
(Subnetting). Вычисление масок подсетей. Объединение маршрутов для
экономии записей в таблицах маршрутизации (Route Summarization,
Supernetting). Вычисление масок объединенных сетей. Настройка VLSM.
Различия между протоколами маршрутизации RIP версии 1 и RIP версии 2.
Поддержка VLSM в RIPv2. Настройка RIPv2 и его диагностика. Настройка
маршрута по умолчанию в RIPv2 при помощи команды "ip defaultnetwork"
Раздел «Протокол маршрутизации OSPF (Open Shortest PathFirst)
для сети, состоящей из одной области».
Обзор протоколов маршрутизации семейств Link-State и DistanceVector. Протокол OSPF. Терминология и концепции OSPF. Сравнение OSPF с
протоколами Distance-Vector. Алгоритм выбора кратчайшего пути SPF
(Shortest Path First). Выбор назначенного маршрутизатора (DR - Designated
Router) и запасного назначенного маршрутизатора (BDR - Backup Designated
Router) в сети OSPF. Виды сетевых соединений между маршрутизаторами и
их влияние на процесс выбора DR. Групповые адреса (Multicasts),
используемые для обмена сообщениями между OSPF-маршрутизаторами.
Структура и заголовок пакета OSPF. Фазы работы OSPF: обнаружение
"соседей", выбор DR и BDR, обмен маршрутами (LSA - Link State
Advertisement), выбор наилучших маршрутов, поддержание актуальности
маршрутной информации. Настройка OSPF. Управление выбором DR и BDR
при помощи виртуальных интерфейсов (Loopback Interfaces) и приоритета
маршрутизатора (ip ospf priority). Управление топологией сети при помощи
метрик маршрутов (ip ospf cost). Таймеры OSPF. Настройка аутентификации.
Настройка анонсирования маршрута по умолчанию. Диагностика OSPF.
Раздел «Протокол маршрутизации EIGRP (Enhanced Internet
Group Routing Protocol)».
EIGRP
Преимущества
-
улучшенная
EIGRP
перед
версия
IGRP.
IGRP.
Сравнение
Принципы
работы
протоколов.
EIGRP
и
терминология. Типы пакетов и таймеры EIGRP. Алгоритм DUAL (Diffuse
Update Algorithm) для выбора оптимального (Successor) и резервного
(Feasible
Successor)
маршрутов.
Настройка
EIGRP.
Автоматическое
суммирование маршрутов протокола EIGRP и ситуации, когда необходимо
его отключение. Ручное (явное) суммирование маршрутов EIGRP. Проверка
работы EIGRP. Компоненты EIGRP: таблица маршрутизации, таблица
топологии, таблица соседей. Диагностика и поиск неисправностей в работе
протоколов динамической маршрутизации RIP, IGRP, EIGRP, OSPF.
Раздел «Принципы Ethernet-коммутации».
Оборудование Ethernet-сетей, работающее на разных уровнях модели
OSI. Технология Ethernet (повтор): коллизии, полно- и полудуплексный
режимы работы, проблемы перегрузок и задержки в сетях Ethernet. Причины
для
сегментации
сети.
Коллизионные
домены.
Принципы
работы
коммутаторов 2 и 3 уровня. Типы коммутации: Store-and-Forward, CutThrough
(Fast
Forward),
Таблица
Fragment-Free.
коммутации.
Микросегментация. Виды трафика в сети Ethernet: одноадресный (Unicast),
многоадресный
(Multicast)
и
широковещательный
(Broadcast).
Широковещательные домены.
Раздел «Применение коммутаторов Cisco Catalyst в сетях Ethernet».
Топология сетей Ethernet. Понятия Collision Domain и Broadcast
Domain. Разработка и документирование схемы сети. Задачи, стоящие при
разработке схемы сети. Иерархическое построение коммутируемых сетей.
Выбор коммутаторов Cisco Catalyst для разных уровней иерархической сети.
Раздел
«Базовая
настройка
коммутатора
Cisco
Catalyst
с
операционной системой Cisco IOS».
Коммутаторы
коммутатора.
серии
Консольное
Catalyst
2950.
подключение
Светодиодные
к
индикаторы
коммутатору.
Интерфейс
командной строки Cisco IOS на коммутаторе Catalyst 2950. Проверка
состояния коммутатора при помощи команды Show. Очистка конфигурации
и базовые настройки: имя устройства, пароли, терминальные линии,
параметры интерфейсов. Доступ к коммутатору через Web-интерфейс.
Просмотр и очистка таблицы коммутации. Статические записи в таблице
коммутации.
Защита
от
несанкционированного
доступа
к
портам
коммутатора при помощи Port Security. Обновление IOS и работа с
конфигурационными файлами коммутатора. Восстановление утерянных
паролей.
Раздел «Протокол "объединяющего дерева" STP (Spanning-Tree
Protocol)».
Повышение отказоустойчивости сети Ethernet путем добавления
избыточных
каналов
(петель
в
сетевой
топологии).
Явление
широковещательного шторма (Broadcast Storm) в сети с наличием петель.
Автоматическое отключение лишних каналов и построение безизбыточной
древовидной топологии сети помощи протокола STP. Этапы работы STP:
выбор корневого коммутатора, выбор корневых и назначенных портов,
отключение избыточных портов. Информационный пакет протокола STP BPDU (Bridge Protocol Data Unit). Понятие приоритета коммутатора (Bridge
Priority) и его влияние на выбор корневого коммутатора. 4 состояния портов
коммутатора в процессе работы протокола STP. Процесс сходимости
протокола STP. Эволюция STP: протокол RSTP (Rapid Spanning-Tree
Protocol).
Раздел «Виртуальные сети VLAN (Virtual LAN)».
Концепция VLAN и их использование для логической изоляции групп
пользователей в сети Ethernet. Статические (Port-Based) и динамические
(MAC Address-Based) VLAN. Настройка и просмотр статических VLAN на
коммутаторах с операционной системой Cisco IOS. Диагностика и поиск
неисправностей, связанных с VLAN и протоколом STP.
Раздел «Транковые каналы (Trunks) и протокол VTP (Virtual
Trunk Protocol) для репликации таблиц VLAN между коммутаторами».
Назначение соединительных линий (транков) между коммутаторами.
Назначение транковых протоколов (Trunk Protocols). Маркировка трафика
при помощи транковых протоколов IEEE 802.1q и ISL (Inter-Switch Link).
Настройка транковых портов и просмотр их статуса на коммутаторах с
операционной системой Cisco IOS. Понятие таблицы VLAN (VLAN
Database). Применение протокола VTP (Virtual Trunk Protocol) для
репликации таблиц VLAN между коммутаторами. Режимы работы VTP
(Server, Client, Transparent). Формат пакета VTP. Настройка VTP и просмотр
его состояния. Технология Inter-VLAN Routing для маршрутизации между
VLAN. Настройка Inter-VLAN Routing.
Раздел «Управление пространством IP-адресов».
Использование приватных IP адресов (Private IP Addresses) для
экономии адресного пространства. Технологии трансляции адресов NAT
(Network Address Translation) и PAT (Port Address Translation). Понятия
статической и динамической трансляции адресов. Наcтройка NAT и PAT.
Просмотр таблицы трансляции и отладка процесса трансляции при помощи
Debug. Протоколы уровня приложения, поддерживаемые Cisco IOS NAT.
Технология DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) для автоматического
назначения IP адресов клиентам. Процесс получения адреса по протоколу
DHCP. Настройка DHCP-сервера на маршрутизаторах Cisco. Просмотр
таблицы выданых адресов. Понятие DHCP Relay Agent и его настройка при
помощи команды "ip helper-address".
Раздел «Технологии глобальных сетей WAN (Wide Area Network)».
Обзор WAN-технологий. Типы WAN-соединений физического уровня
и их пропускная способность. Элементы WAN-соединения физического
уровня: понятия CPE, CO, DSU/CSU, DTE/DCE, Local Loop. Деление WANтехнологий на основные категории: выделенные линии (соединения "точкаточка"), сети с коммутацией каналов, сети с коммутацией пакетов.
Протоколы WAN-сетей. Примеры WAN-технологий: выделенные линии,
PSTN, ISDN, X25, Frame Relay, ATM. Введение в широкополосные
технологии передачи данных: DSL и кабельные модемы. Соответствие WANтехнологий уровням модели OSI. Топологии WAN-сетей. Проектирование
иерархических WAN-сетей.
Раздел «Протокол PPP (Point-to-Point Protocol)».
Соединения "точка-точка" и их составные компоненты на физическом
уровне. Понятия CPE, CO, DSU/CSU, DTE/DCE, Local Loop, Demarcation
Point. Типы последовательных интерфейсов (Serial Interface) для соединений
"точка-точка". Протоколы 2 уровня для соединений "точка-точка": HDLC и
PPP. Настройка HDLC на последовательном интерфейсе. Диагностика
последовательного интерфейса. Стек протоколов PPP и их назначение.
Процесс установки соединения PPP. Функции протоколов LCP (Link Control
Protocol) и NCP (Network Control Protocol). Аутентификация PPP. Протоколы
аутентификации PAP (Password Authentication Protocol) и CHAP (Challenge
Handshake Authentication Protocol). Настройка опциональных параметров
PPP: компрессии, проверки качества канала, аутентификации. Диагностика
PPP.
Раздел «Сеть с коммутацией каналов ISDN (IntegratedServices
Digital Network) и использование DDR (Dialon-Demand Routing) в сети
ISDN».
Сеть ISDN и ее отличие от аналоговой телефонной сети (PSTN - Public
Switched Telephone Network). Обзор стандартов ISDN (протоколы серий "I",
"E" и "Q"). Интерфейсы физического уровня BRI (Basic Rate Interface) и PRI
(Primary Rate Interface). Стек протоколов ISDN. Процесс установки вызова в
сети ISDN. Компоненты сети ISDN на территории клиента. Reference Points.
Настройка ISDN BRI и PRI. Диагностика ISDN. Настройка соединения с
установкой по требованию (DDR). Оптимизация работы DDR при помощи
Dialer Profiles. Диагностика DDR.
Раздел «Протокол Frame Relay».
Концепции Frame Relay. Понятия Frame Relay DTE и Frame Relay DCE.
Постоянные виртуальные соединения PVC (Permanent Virtual Circuit) и
идентификатор логического канала DLCI (Data Link Channel Identifier).
Характеристики потока данных в сети Frame Relay — CIR, Bc, Tc.
Управление потоком при помощи битов DE, FECN, BECN в заголовке Frame
Relay. Варианты топологии сети Frame Relay. Вспомогательные протоколы
LMI (Local Management Interface) и Inverse-ARP. Настройка Frame Relay и
дополнительных параметров: типа кадра, типа протокола LMI, таблицы
отображения IP адресов на номера DLCI (Frame Relay Map). Проблемы с
протоколами динамической маршрутизации, возникающие в сетях Frame
Relay и их решение при помощи суб-интерфейсов. Диагностика Frame-Relay.
Раздел «Средства сетевого администрирования и мониторинга
сети».
Рабочие станции, сервера, операционные системы (обзор). Модели
управления сетью, рекомендованные комитетом ISO. Протоколы управления
сетью и сбора информации с сетевых устройств SNMP и CMIP. Структура
сети, управляемой по протоколу SNMP: SNMP агенты, SNMP менеджер, база
информации о сетевом устройстве MIB (Management Information Base),
SNMP протокол. Информация, содержащаяся в MIB. Виды MIB: MIB I, MIB
II, RMON. Версии протокола SNMP. Настройка SNMP на оборудовании
Cisco. Дополнительные возможности и дополнительная информация,
предоставляемая базой RMON MIB. Настройка протоколирования (logging)
на оборудовании Cisco. Сбор журналов на внешнем сервере Syslog.
5. Образовательные технологии
В учебном процессе при реализации компетентностного подхода
используются такие активные и интерактивные формы проведения занятий
как модельный метод обучения, разбор конкретных ситуаций, мозговой
штурм, дебаты. Широко используются мультимедийные презентации при
представлении лекционного материала.
7.
Учебно-методическое
и
информационное
обеспечение
дисциплины
Основная литература:
1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации.
СПб., 2011.
2. Таненбаум Э. С. Компьютерные сети. - М.; СПб.: Питер, 2010.
Дополнительная литература:
1. Антонова Г. М. Современные средства ЭВМ и телекоммуникаций. - М.:
Изд. центр "Академия", 2010.
2. Вязилов Е.Д. Архитектура, методы и средства Интернет-технологий. М.: КРАСАНД, 2009.
3. Курицын С. А. Телекоммуникационные технологии и системы. - М.:
Изд. центр "Академия", 2008.
4. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. М.; СПб.: Питер, 2011.
5. Семенов Ю. А. Алгоритмы телекоммуникационных сетей. - М.:
БИНОМ. Лаб. знаний, 2007.
6. Степанов А.Н. Архитектура вычислительных систем и компьютерных
сетей. - М.; СПб.: Питер, 2007.
7. Суворов А. Б. Телекоммуникационные системы, компьютерные сети и
Интернет. - Ростов н/Д : Феникс, 2007.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Лекционная аудитория с мультимедийным проектором.
2. Лабораторная
аудитория
с
ПК,
оснащенными
необходимым
программным обеспечением, подключенными к локальной сети и
имеющими доступ в глобальную сеть Интернет.
3. Лабораторное оборудование:
a. маршрутизаторы CISCO1721, WIC-2A/S, CISCO2611;
b. кабели CAB-SS-V35MT, CAB-SS-V35FC;
c. коммутатор WS-C2950-24T.
4. Программное обеспечение:
a. ОС Windows, OC Unix FreeBSD.
b. программа терминального доступа к удаленным компьютерам,
например, PuTTY.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению подготовки
230100 «Информатика и вычислительная техника» по программе подготовки
«Сети ЭВМ и телекоммуникации».
Автор
Доцент
________
В.А. Поздняков
Программа одобрена на заседании кафедры дискретной математики и
информационных технологий от «20» мая 2013 года, протокол № 16.
Заведующий кафедрой
Декан факультета
________
Л.Б. Тяпаев
________
А.Г. Федорова