Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Компьютерные сети - файл 1.doc


Лекции - Компьютерные сети
скачать (1018 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1018kb.18.12.2011 00:20скачать

содержание

1.doc

  1   2   3
ЛЕКЦИИ
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ”


Наименование разделов и тем

Макс. учеб. нагрузка студента час.

Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения

Самостоятельная работа студентов

Всего

в т. ч. практ.

Введение. История развития информационно-вычислительных сетей (ИВС). Классификация сетей и их систем.

1

1







Раздел 1. Общие принципы построения вычислительных сетей.

6

4

0

2

Тема 1.1. Вычислительные сети – частный случай распределенных систем. Основные программные и аппаратные компоненты сети.

Понятие открытой системы. Проблемы стандартизации. Модель OSI, ее уровни. Стандартные стеки коммуникационных протоколов: OSI, TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB

2

2







Тема 1.2. Локальные и глобальные ИВС. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям

4

2





2

Раздел 2. Локальные вычислительные сети (ЛВС)

25

13

10

12

Тема 2.1. Общая характеристика ЛВС. Классификация ЛВС. Одноранговые сети и сети с централизованным управлением. Топология ЛВС.

4

2




2

Тема 2.2. Технологии ЛВС: Ethernet, Tokin Ring, Arcnet, FDDI.

4

2

2

2

Тема 2.3. Технические средства реализации физического и канального уровней локальной связи.

Характеристика физических сред. Принципы передачи физических сигналов. Методы кодирования информации. Методы защиты информации.

4

2

2

2

Тема 2.4. Сетевой адаптер. Драйверы сетевых адаптеров. Адрес на уровне сетевого адаптера (стандарт IEEE). Активный и пассивный концентраторы.

4

2

2

2

Тема 2.5. Программные средства поддержки сеансового, транспортного и сетевого уровней ЛВС.

Пакеты, протоколы, методы управления обменом.

Взаимодействие программных средств ЛВС.

4

2

2

2

Тема 2.6. Надежность и безопасность ЛВС: характеристика причин, влияющих на надежность ЛВС. Средства мониторинга ЛВС. Средства обеспечения надежности кабельной системы. Защита от отключения электропитания. Защита от вирусов. Средства контроля данных.

5

3

2

2

Раздел 3. Глобальные и региональные сети.

33

25

6

8

Тема 3.1. История развития больших сетей. Способы коммутации и маршрутизации информации в больших сетях: коммутация каналов, коммутация пакетов.

2

2







Тема 3.2. Способы объединения ЛВС в большую сеть: внутренний мост, внешний мост. Линии передачи сигналов: коммутируемые телефонные линии связи, выделенные синхронные линии связи.

5

3

2

2

Тема 3.3. Функции модемов. Правила выбора модемов

4

2

2

2

Тема 3.4. Сетевой уровень как средство построения больших сетей: принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.

2

2







Тема 3.5. Принципы маршрутизации. Протоколы маршрутизации. Функциональная схема маршрутизатора.

4

4

2




Тема 3.6. Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP.

4

4







Тема 3.7. Адресация в IP-сетях

4

4







Тема 3.8. Средства построения составных сетей стека Novell (протокол IPX)

4

2




2

Тема 3.9. Основные характеристики маршрутизаторов и концентраторов.

4

2




2

Раздел 4. Защита информации в сетях.

15

9

4

6

Тема 4.1. Технические средства сетевой безопасности.

4

2




2

Тема 4.2. Что такое брандмауэр: назначение, основные типы. Основы технологии брандмауэров. Основные принципы фильтрации.

6

4

2

2

Тема 4.3. Безопасность Web – серверов. Система firewall.

5

3

2

2

Раздел 5. Области применения локальных и глобальных сетей.

14

12

8

2

Тема 5.1. Телематика телетекст и видеотекст. Электронная почта. Телесовещания и телеконференции.

6

6

4




Тема 5.2. Выбор сети. Взаимодействие с поставщиками. Оценка предложений.

8

6

4

2

ИТОГО:

94

64

32

30



Тема 1.

Типы сетей.
В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей, который поддерживается конкретной сетевой операционной системой, выделяют два типа информационных сетей:

  • иерархические сети;

  • сети клиент/сервер.

В иерархических сетях все задачи, связанные с хранением, обработкой данных, их представлением пользователям, выполняет центральный компьютер. Пользователь взаимодействует с центральным компьютером с помощью терминала. Операциями ввода/вывода информации на экран управляет центральный компьютер.

Достоинства иерархических систем:

  • отработанная технология обеспечения сохранности данных;

  • надежная система защиты информации и обеспечения секретности.

Недостатки:

  • высокая стоимость аппаратного и программного обеспечения, высокие эксплуатационные расходы;

  • быстродействие и надежность сети зависят от центрального компьютера.

^ Модели клиент-сервер - это технология взаимодействия компьютеров в сети, при которой каждый из компьютеров имеет свое назначение и выполняет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами.

Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом называют сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им - клиентом.

Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т.д.

Один из основных принципов технологии клиент-сервер заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу.

^ Первая группа - это функции ввода и отображения данных.

Вторая группа - объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т.д.).

^ Третья группа - фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т.д.).

Четвертая группа - служебные функции, осуществляющие связь между функциями первых трех групп.

В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

  • компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы;

  • прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы;

  • компонент доступа к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей группы, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).

Различия в реализации технологии клиент-сервер определяются следующими факторами:

  • видами и механизмами программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;

  • способом распределения логических компонентов между компьютерами в сети;

  • механизмами, используемыми для связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:

  • модель файлового сервера (File Server - FS);

  • модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

  • модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);

  • модель сервера приложений (Application Server - AS).

По организации взаимодействия принято выделять два типа систем, использующих метод клиент/сервер:

  • равноправная сеть;

  • сеть с выделенным сервером.

^ Равноправная сеть - это сеть, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций, нет единого устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому каждая рабочая станция одновременно может выполнять функции как сервера, так и клиента. Пользователю в такой сети доступны все устройства (принтеры, жесткие диски и т.п.), подключенные к другим рабочим станциям.

Достоинства:

  • низкая стоимость (используются все компьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на ПО для работы сети);

  • высокая надежность (при выходе из строя одной рабочей станции, доступ прекращается лишь к некоторой части информации).

Недостатки:

  • работа сети эффективна только при количестве одновременно работающих станций не более 10;

  • трудности организации эффективного управления взаимодействием рабочих станций и обеспечение секретности информации;

  • трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

^ Сеть с выделенным сервером - здесь один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, выполнения сервисных услуг - сервер сети. На таком компьютере выполняется операционная система, и все разделяемые устройства (жесткие диски, принтеры, модемы и т.п.) подключаются к нему, выполняет хранение данных, печать заданий, удаленная обработка заданий. Рабочие станции взаимодействуют через сервер, поэтому логическую организацию такой сети можно представить топологией "звезда", где центральное устройство - сервер.

Достоинства:

  • выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей);

  • обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности;

  • проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки:

  • такая сеть дороже из-за отдельного компьютера под сервер;

  • менее гибкая по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распространенными. Примеры сетевых операционных систем такого типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc., NetWare, Novell Inc.

Тема 2.

Методы передачи данных в сетях ЭВМ.
При обмене данными между узлами используются три метода передачи данных:

  • симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);

  • полудуплексная (прием/передача информации осуществляется поочередно);

  • дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.

Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи:

  • асинхронная;

  • синхронная.

При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис.1). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит "стоп бит" сигнализирует об окончании передачи.

Преимущества:

  • несложная отработанная система;

  • недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.

Недостатки:

  • третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности);

  • невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной;

  • при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.

Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными (Xmodem, Zmodem, MNP).

При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется Циклический Избыточный Код Обнаружения Ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность принятой информации.

Преимущества:

  • высокая эффективность передачи данных;

  • высокая скорость передачи данных;

  • надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.

Недостатки:

  • интерфейсное оборудование более сложное и, соответственно, более дорогое.


Тема 3.

Принципы построения локальных вычислительных сетей.
3.1. Топология типа звезда.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с пе­риферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес­тами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других тополо­гиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер может реализо­вать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.
^ 3.2. Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру­гой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
^ 3.3. Логическая кольцевая сеть.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутато­ров (англ. Hub - концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”.

В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабо­чими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Актив­ные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключи­тельно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети про­исходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управ­ление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях мо­жет нарушаться работа всей сети.
^ 3.4. Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут не­посредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычис­лительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони­рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выклю­чение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы­зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис­темы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, че­рез которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети. Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерыва­ния сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослуши­вать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.
^ 3.5. Древовидная структура ЛВС. На ряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответст­венно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммута­торы.

Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором. На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие под­ключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать несколь­ких десятков метров.

^ Тема 4.

Средства коммутации в компьютерных сетях.
В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают сле­дующие показатели:

  • стоимость монтажа и обслуживания;

  • скорость передачи информации;

  • ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополни­тельных усилителей-повторителей);

  • безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении перечисленных показате­лей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально воз­можным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращивае­мость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.
^ 4.1. Витая пара.

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двух­жильное про­водное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет пе­редавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако явля­ется помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимущест­вами являются низкая цена и беспроблемная уста­новка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экраниро­ванную ви­тую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.
^ 4.2. Коаксиальный кабель.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применя­ется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с.
^ 4.3. Широкополосный коаксиальный кабель.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко на­ращива­ется, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При пе­редаче информации в базисной полосе частот на рас­стояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстоя­ние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласую­щий резистор (терминатор).
4.4. Еthernet-кабель.

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротив­лением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или жел­тый кабель (yellow ca­ble). Он использует 15-контактное стандартное включе­ние. Вследствие помехоза­щищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Мак­симально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее рас­стояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, ис­пользует в конце лишь один нагрузочный резистор.
4.5. Сheapernеt-кабель.

Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheaper­net-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 млн бит/с. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются по­вторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и мини­мальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помо­щью широко используемых малогабаритных разъемов (СР-50). Дополни­тельное экранирование не требуется. Ка­бель присоединяется к ПК с помощью тройни­ковых соединителей (T-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей мо­жет состав­лять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеле - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet располо­жен на сетевой плате и как для гальваниче­ской развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.
^ 4.6. Оптоволоконные линии.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловоло­конным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требу­ется передача информа­ции на очень большие расстояния без использования повтори­телей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответв­ле­ний в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединя­ются в ЛBC с помощью звездообразного соединения.
  1   2   3



Скачать файл (1018 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации