2015-01-07
911
УДК 681.326(075)
Рекомендовано в качестве учебно
пособия редакционо-издательским советом МГУПИ
Рецензент:
доцент, к.т.н., профессор Зеленко Г.В.
Брейман А.Д., Баканов В.М.
Сети ЭВМ и телекоммуникации: учебное пособие (конспект лекций). Часть 1. Общие принципы построения сетей. Локальные сети. – М.: МГУПИ, 2012. – 79 с.
Предлагаемое учебное пособие предназначено для подготовки студентов III-V курсов различных форм обучения по специальности “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”.
Пособие предназначено для подготовки студентов, изучающих принципы построения компьютерных сетей и технологии, использующиеся в локальных сетях. Рассмотрены модели взаимодействия открытых систем, понятие меры информации, общие принципы построения компьютерных сетей, кодирования, контроля и сжатия данных, методы доступа к разделяемой среде и их классификация, сетевые топологии Ethernet, Fast и Gigabit Ethernet, Token Ring и FDDI, 100VG-AnyLAN, основные технологии и сетевое оборудование локальных сетей.
|
|
|
Пособие может использоваться студентами для подготовки к выполнению лабораторных и практических работ по курсу “Сети ЭВМ и телекоммуникации”, “Сетевые технологии” и “Администрирование сетевых систем”.
Табл. 2. Ил.14. Библиограф.: 7 назв.
| © | Брейман А.Д. Баканов В.М., 2012 | |
| © | МГУПИ, 2012 |
Содержание
| Введение..................................................................................................……… | |
| 1 Общие принципы построения сетей..................................................………. | |
| 1.1 Функциональные возможности сетей...................................................... | |
| 1.2 Структурная организация компьютерной сети…................................... | |
| 1.2.1 Сети разного масштаба...…………………………………………….. | |
| 1.2.2 Среды передачи данных……………………………………………... | |
| 1.2.3 Режимы передачи данных…………………………………………… | |
| 1.2.4 Способы коммутации………………………………………………… | |
| 1.2.5 Организация виртуальных каналов…………………………………. | |
| 2 Организация сетевого программного обеспечения.........…………………. | |
| 2.1 Архитектура СПО.................……………………………………………. | |
| 2.2 Основные модели взаимодействия открытых систем………………… | |
| 2.2.1 Эталонная модель ВОС…………………………………………….. | |
| 2.2.2 Модель TCP/IP………………………………………………………. | |
| 3 Аналоговые каналы передачи данных……………………………………... | |
| 3.1 Аналоговая модуляция.............…………………………………………. | |
| 3.2 Модемы…………………………………………………………………... | |
| 3.3 Протоколы, поддерживаемые модемами..................................……….. | |
| 3.4 Режимы передачи.................................………………………………….. | |
| 3.5 Асинхронная, синхронная, изохронная и плезиохронная передача...... | |
| 4 Цифровые каналы передачи данных................….………………………… | |
| 4.1 Частотное и временное разделение каналов…………………………… | |
| 4.2 Проводные линии связи и их характеристики………………………… | |
| 4.2.1 Витая пара…………………………………………………………… | |
| 4.2.2 Коаксиальный кабель………………………………………………. | |
| 4.2.3 Волоконно-оптический кабель……………………………………... | |
| 4.3 Беспроводные среды передачи данных………………………………... | |
| 4.3.1 Инфракрасные волны………………………………………………. | |
| 4.3.2 Радиоволны, сигналы с узкополосным спектром………………… | |
| 4.3.3 Радиоволны, широкополосные сигналы…………………………... | |
| 4.3.4 Спутниковая связь…………………………………………………... | |
| 4.3.5 Сотовая связь………………………………………………………... | |
| 5 Передача данных и кодирование информации……………………………... | |
| 5.1 Количество информации и понятие энтропии………………………… | |
| 5.2 Свойства энтропии………………………………………………………. | |
| 5.3 Единицы количества информации……………………………………… | |
| 5.4 Качество обслуживания линий связи…………………………………... | |
| 5.5 Кодирование информации………………………………………………. | |
| 5.6 Логическое кодирование………………………………………………... | |
| 5.7 Самосинхронизирующиеся коды………………………………………. | |
| 6 Контроль передачи информации и сжатие данных………………………… | |
| 6.1 Самовосстанавливающиеся коды………………………………………. | |
| 6.2 Алгоритмы сжатия данных……………………………………………… | |
| 6.3.1 Алгоритм RLE……………………………………………………….. | |
| 6.3.2 Алгоритм Лемпела-Зива……………………………………………. | |
| 6.3.3 Кодирование Шеннона-Фано………………………………………. | |
| 6.3.4 Алгоритм Хаффмана………………………………………………... | |
| 7 Основные характеристики локальных сетей……………………………….. | |
| 7.1 Сетевые технологии…………………………………………………….. | |
| 7.1.1 Шина…………………………………………………………………. | |
| 7.1.2 Дерево………………………………………………………………... | |
| 7.1.3 Звезда с пассивным центром………………………………………. | |
| 7.1.4 Звезда с интеллектуальным центром………………………………. | |
| 7.1.5 Кольцо………………………………………………………………. | |
| 7.1.6 Цепочка……………………………………………………………… | |
| 7.1.7 Полносвязная топология…………………………………………… | |
| 7.1.8 Произвольная (ячеистая) топология……………………………….. | |
| 7.2 Методы доступа и их классификация………………………………….. | |
| 7.2.1 Метод доступа с контролем несущей и определением коллизий.. | |
| 7.2.2 Маркерные методы доступа……………………………………….. | |
| 8 Сетевая технология Ethernet…………………………………………………. | |
| 8.1 Стандарты группы IEEE 802……………………………………………. | |
| 8.2 Протокол управления логическим каналом IEEE 802.2………………. | |
| 8.3 Технология Ethernet……………………………………………………… | |
| 8.4 Метод доступа CSMA/CD………………………………………………. | |
| 8.5 Время двойного оборота………………………………………………… | |
| 8.6 Формат кадров Ethernet………………………………………………….. | |
| 8.7 Пропускная способность сети Ethernet………………………………… | |
| 9 Сети Token Ring и FDDI……………………………………………………... | |
| 9.1 Технология Token Ring………………………………………………….. | |
| 9.1.1 Маркерный метод доступа…………………………………………. | |
| 9.1.2 Формат кадров Token Ring…………………………………………. | |
| 9.1.3 Система приоритетного доступа…………………………………… | |
| 9.1.4 Оборудование Token Ring………………………………………….. | |
| 9.2 Технология FDDI………………………………………………………… | |
| 10 Высокоскоростные технологии локальных сетей………………………… | |
| 10.1 Технология Fast Ethernet 100Мбит/c…………………………………. | |
| 10.2 Технология Gigabit Ethetnet 1000Мбит/с…………………………….. | |
| 10.3 Технология 100VG-AnyLAN………………………………………….. | |
| 11 Сетевое оборудование локальных сетей…………………………………... | |
| 11.1 Сетевые адаптеры………………………………………………………. | |
| 11.2 Концентраторы…………………………………………………………. | |
| 11.3 Мосты…………………………………………………………………… | |
| 11.4 Коммутаторы…………………………………………………………… | |
| 11.5 Алгоритм покрывающего дерева……………………………………… | |
| Список литературы…………………………………………………………….. |
Введение
|
|
|
|
|
|
Последнее десятилетие XX века можно с большим основанием назвать десятилетием компьютерных сетей. В коммерческих фирмах и государственных учреждениях, учебных заведениях и даже дома все реже можно встретить компьютеры, никаким образом не связанные с другими. Если для предприятий и организаций наиболее важным оказалось развертывание локальных сетей, то домашних пользователей все больше привлекают глобальные сети - Интернет, иногда FIDO.
Два-три десятилетия назад только крупная организация могла позволить себе приобрести хотя бы один компьютер, потому что он стоил сотни тысяч долларов, требовал много места для размещения, и необходим был квалифицированный, а значит, высокооплачиваемый, обслуживающий персонал. Как правило, компьютеры тогда работали в пакетном режим, пользователь (обычно программист) мог вообще никогда и не увидеть ЭВМ, выполняющую его задачи. Программы записывались на специальных бланках, по которым операторы готовили перфокарты, наконец, программу в виде колоды перфокарт нужно было отдать системному администратору, который ставил задание в очередь и, после его выполнения, отдавал распечатку с результатами.
Такой режим нельзя назвать удобным (хотя именно в таком режиме эффективность работы компьютера максимальна), и лет через десять появились терминалы – устройства, включавшие в себя дисплей и клавиатуру. Терминал подключался к центральному компьютеру кабелем. Первые терминалы были малоинтеллектуальными, их даже называли 'тупыми' (dumb): все, что они умели делать – это сообщить центральному компьютеру, какая клавиша нажата и, приняв от него управляющую команду, отобразить символ на дисплее. (В качестве терминалов поначалу использовали устройства телексной связи – телетайпы, отсюда и небогатый набор их возможностей.) Чуть позже поняли, что если терминал снабдить своим простеньким процессором и оперативной памятью, то самому центральному компьютеру придется меньше заниматься непродуктивной работой.
|
|
|
Также оказалось удобно, если терминал стоит на столе у человека, который им пользуется, даже если этот стол находится не в том же здании, что и центральный компьютер. Так появились модемы, предоставившие терминалам возможность связываться со своими центральными компьютерами по телефонным сетям.
До сих пор информационные и финансовые агентства (например, Reuter и Bloomberg) предоставляют доступ к своей информации именно с помощью терминалов. Именно из решения проблем связи терминалов с центральными компьютерами и выросла вся индустрия сетей передачи данных.
Терминалы постепенно интеллектуализировались все больше, и наконец переросли в качественно новые устройства – рабочие станции, которые представляли из себя в большой степени независимые компьютеры, однако в полной мере могли выполнять свои функции только при подключении к серверу.
Надо понимать, что на западе до сих пор очень остро стоит проблема 'унаследованных' (inherited) систем: многие крупные организации до сих пор в своей работе используют мэйнфреймы и терминалы, и критическая масса их данных находится именно там. В то же время в России массовая компьютеризация началась в конце 1980-х годов и почти целиком опиралась на IBM PC-совместимые персональные компьютеры. Только в редких крупных организациях необходимость объемных вычислений и/или повышенные требования к надежности приводили к использованию "больших" ЭВМ, таких, как IBM AS/400, различные серверы и рабочие станции фирмы Sun и т.п. Компьютеры же класса IBM System/360 (ЕС ЭВМ), до такой степени распространенные на западе, что фирма Microsoft включила в состав своего пакета серверных приложений BackOffice сервер связи с такими компьютерами (SNA Server), в России практически прекратили существование.
Обычная дорога к сетям для наших организаций и фирм выглядела так: есть несколько IBM PC – совместимых компьютеров. На них вводятся тексты, строятся таблицы, выполняются расчеты. Текстовые файлы, файлы электронных таблиц, рисунков, данные и результаты расчетов постоянно нужно переносить с компьютера на компьютер. Для этого пользуются дискетами. Пока объемы данных невелики, и обрабатывать эти данные можно по очереди, особых проблем не возникает. Однако вскоре появляется желание, например, собрать все данные о продажах в базу данных, и сделать так, чтобы несколько продавцов могли одновременно выписывать счета и фиксировать оплаты товара так, чтобы остальные сразу видели эти новые счета и записи об оплатах. Бегать с дискетой после каждого выписанного счета – нереально. И тут выясняется, что можно приобрести недорогие сетевые карты для каждого из компьютеров, соединить их кабелем, установить специальное сетевое программное обеспечение, и проблема может быть решена. Это путь "от удобства".
Другой путь к сетям лежит "от экономии". Зачем нужно тратить деньги на несколько полноценных компьютеров для машинисток, если можно приобрести один компьютер помощнее, с большим объемом дисковой памяти, несколько машин совсем без жестких дисков, и соединить их в сеть?. Тогда более слабые компьютеры смогут пользоваться дисковым пространством более мощного. Вот и экономия – стоимость нескольких жестких дисков заметно больше стоимости требуемого сетевого оборудования. Наконец, путь "от моды". Когда все знакомые, соседи и конкуренты уже поставили себе локальные сети, то, наверное, в этом есть какой-то смысл. И хотя насущной необходимости пока нет, стоит держаться в русле технического прогресса. Как правило, и в этом случае оказывается, что сеть помогает упростить жизнь и приносит пользу.
