Курс лекции по компьютерным сетям
Жеретинцева Н.Н. Курс лекций по компьютерным сетям – Владивосток: ДВГМА, 2000. – 158 с.
Курс лекций посвящен компьютерным сетям, даны основные понятия сетевой терминологии, описаны виды архитектуры, приводится описание топологии и методов доступа. Описаны основные компоненты ЛВС (сетевые адаптеры, сетевые операционные системы, сетевые службы и др.) и требования, предъявляемые к сетям. Концепция построения сетей представлена на основе семиуровневой базовой эталонной модели передачи данных в сетях (ISO). Даны понятия физической среды связи, линии связи и каналов связи, приведены типы физических сред передачи данных в сетях. Описаны популярные стеки протоколов. А также даются сведения по сетевому оборудованию.
Предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих курс «Компьютерные сети».
Здор В.В., д.т.н., профессор, генеральный директор ООО «Фордевинд»;
Сафин В.И., доцент, к.ф-м.н., заведующий кафедрой информационных технологий ДВГАЭУ
© Дальневосточная государственная морская академия им. адм. Г. И. Невельского, 2000
Оглавление
Лекция 1. Обзор и архитектура вычислительных сетей 11
Тема 1. Основные определения и термины 11
Тема 2. Преимущества использования сетей 13
Тема 3. Архитектура сетей 15
Архитектура терминал – главный компьютер 15
Одноранговая архитектура 16
Архитектура клиент – сервер 17
Выбор архитектуры сети 19
Лекция 2. Семиуровневая модель OSI 22
Тема 1. Взаимодействие уровней модели OSI 22
Тема 2. Прикладной уровень (Application layer) 25
Тема 3. Уровень представления данных (Presentation layer) 27
Тема 4. Сеансовый уровень (Session layer) 28
Тема 5. Транспортный уровень (Transport Layer) 29
Тема 6. Сетевой уровень (Network Layer) 31
Тема 7. Канальный уровень (Data Link) 32
Тема 8. Физический уровень (Physical Layer) 34
Тема 9. Сетезависимые протоколы 37
Тема 10. Стеки коммуникационных протоколов 38
Лекция 3. Стандарты и стеки протоколов 40
Тема 1. Спецификации стандартов 40
Тема 2. Протоколы и стеки протоколов 43
Транспортные протоколы 44
Тема 4. Архитектура стека протоколов Microsoft TCP/IP 46
Протокол управления передачей (TCP) 49
Пользовательский протокол дейтаграмм (UDP) 49
Протоколы сопоставления адреса ARP и RARP 51
Уровень сетевого интерфейса 52
Лекция 4. Топология вычислительной сети и методы доступа 54
Тема 1. Топология вычислительной сети 54
Лекция 5. ЛВС и компоненты ЛВС 65
Тема 1. Основные компоненты 65
Тема 2. Рабочие станции 66
Тема 3. Сетевые адаптеры 67
Тема 4. Файловые серверы 67
Тема 5. Сетевые операционные системы 69
Тема 6. Сетевое программное обеспечение 69
Тема 8. Использование паролей и ограничение доступа 70
Тема 9. Типовой состав оборудования локальной сети 70
Лекция 6. Физическая среда передачи данных 73
Тема 1. Кабели связи, линии связи, каналы связи 73
Тема 2. Типы кабелей и структурированные кабельные системы 74
Тема 3. Кабельные системы 75
Кабель типа «витая пара» (twisted pair) 76
Тема 5. Кабельные системы Ethernet 78
Тема 6. Беспроводные технологии 80
Связь в микроволновом диапазоне 80
Лекция 7. Сетевые операционные системы 82
Тема 1. Структура сетевой операционной системы 82
Клиентское программное обеспечение 84
Серверное программное обеспечение 85
Клиентское и серверное программное обеспечение 85
Выбор сетевой операционной системы 86
Тема 2. Одноранговые NOS и NOS с выделенными серверами 87
Тема 3. NOS для сетей масштаба предприятия 89
Тема 4. Сетевые ОС NetWare фирмы Novell 91
Сетевая файловая система 92
Основные сетевые возможности 93
Тема 5. Семейство сетевых ОС Windows NT 94
Области использования Windows NT 97
Тема 6. Семейство ОС UNIX 98
Идентификаторы пользователя и группы пользователей 101
Тема 7. Обзор Системы Linux 102
Графический интерфейс пользователя 103
Сетевые файловые системы 103
Лекция 8. Требования, предъявляемые к сетям: 106
Тема 1. Производительность 106
Тема 2. Надежность и безопасность 107
Тема 4. Поддержка разных видов трафика 109
Управление эффективностью 110
Управление конфигурацией 111
Управление учетом использования ресурсов 111
Управление неисправностями 111
Управление защитой данных 112
Лекция 9. Сетевое оборудование 115
Тема 1. Сетевые адаптеры, или NIC (Network Interface Card). 115
Настройка сетевого адаптера и трансивера 115
Функции сетевых адаптеров 117
Базовый, или физический, адрес 118
Типы сетевых адаптеров 119
Тема 2. Повторители и концентраторы 120
Планирование сети с хабом 122
Преимущества концентратора 123
Тема 3. Мосты и коммутаторы 124
Различие между мостом и коммутатором 124
Коммутатор локальной сети 127
Различие между маршрутизаторами и мостами 129
Английские сокращения 157
Курс лекций по компьютерным сетям базируется на программе «Основы сетевых технологий» В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, размещенной по адресу http://www.citmgu.ru/courses/f9101.html.
Курс представляет собой введение в сетевую тематику и дает базовые знания по организации и функционированию сетей. В лекциях даны общие понятия компьютерных сетей, их структуры, сетевых компонентов в простой и доступной форме. Здесь приведены виды топологии, используемые для физического соединения компьютеров в сети, методы доступа к каналу связи, физические среды передачи данных. Передача данных в сети рассматривается на базе эталонной базовой модели, разработанной Международной организацией по стандартам взаимодействия открытых сетей. Описываются правила и процедуры передачи данных между информационными системами. Приводятся типы сетевого оборудования, их назначение и принципы работы. Описывается сетевое программное обеспечение, используемое для организации сетей. Изучаются наиболее популярные сетевые операционные системы, их достоинства и недостатки. Рассматриваются принципы межсетевого взаимодействия. Приводятся основные понятия из области сетевой безопасности.
Для подготовки курса проработан большой объем информации, расположенной на информационно-поисковых серверах Internet, и использовалась литература, приведенная в списке. Основные термины и определения в лекциях взяты из справочника Якубайтиса «Информационные сети и системы» [1].
В первой лекции даны основные понятия сетевой терминологии, территориальное разделение сетей, понятие информационной и коммуникационной сетей и основные типы архитектуры. За основу лекции были взяты материалы сервера http://www.citmgu.ru и информация из [1], [2], [5].
Во второй лекции объясняется передача данных в сети на основе семиуровневой базовой эталонной модели связи открытых систем (OSI). Представлен каждый уровень, его функции и протоколы, используемые на каждом уровне. За основу лекции были взяты материалы сервера http://www.citmgu.ru и информация из [1], [2], [5], [7], [11], [12].
Лекция 3 посвящена спецификации стандартов IEEE802. Здесь же дано понятие стеков протоколов и приведены наиболее популярные стеки протоколов. В стеках протоколов перечислены протоколы каждого уровня. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [13], [14], [15].
В четвертой лекции дается понятие топологии, приводятся виды топологий, их достоинства и недостатки, здесь же описаны методы доступа к каналу связи и их использование. Для лекции использовалась информация из [1], [5], [13], [16], [28].
В пятой лекции описаны компоненты локальной вычислительной сети: рабочие станции и серверы, адаптеры, сетевые операционные системы, коммуникационные каналы, сетевое программное обеспечение и др. компоненты. Даны типы серверов. При подготовке большей частью использовалась информация из [1], [2], [5], [11], [13].
В шестой лекции даны понятия физической среды передачи данных, виды сред. Перечислены типы кабелей и описано назначение кабельной структурированной системы. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29].
Лекция седьмая посвящена сетевым операционным системам, их назначению, перечислены их функции, приведены популярные СОС (NetWareфирмыNovell,Windows NTфирмыMicrosoft,UNIXфирмыBell Laboratory), их структура и применение. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [9], [11], [21].
В лекции восьмой описаны требования, предъявляемые к сетям: производительность, надежность и безопасность, расширяемость и масштабируемость, прозрачность, поддержка трафика, управляемость, защита данных, совместимость. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [4], [5], [11], [13], [16]
В лекции девятой описано сетевое оборудование, предназначенное для передачи данных на всех уровнях модели OSI. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [22], [28], [30], [31],[32].
«Курс лекций по компьютерным сетям» предназначен для курсантов, студентов и преподавателей высших учебных заведений.
Лекция 11. Компьютерные сети
Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть и work — работа) — совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети.
Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.
Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны.
СПРАВКА. Топология как математическое понятие: Топология (от греч. topos — место и . логия), раздел математики, изучающий топологические свойства фигур, т. е. свойства, не изменяющиеся при любых деформациях, производимых без разрывов и склеиваний. Примерами топологических свойств фигур являются размерность, число кривых , ограничивающих данную область и т. д. Так, окружность, эллипс, контур квадрата имеют одни и те же топологические свойства, т. к. эти линии могут быть деформированы одна в другую описанным выше образом; в то же время кольцо и круг обладают различными топологическими свойствами: круг ограничен одним контуром, а кольцо —двумя. (Советский энциклопедический словарь. «Советская энциклопедия», 1979).
Наиболее распространенные виды топологий сетей:
Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.
Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.
Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.
Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.
Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.
Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.
Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.
Наиболее распространённые архитектуры:
- Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.
- Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.
- Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.
- FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.
- АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.