Сети ЭВМ и телекоммуникации Дроздов Алексей Владимирович БГТУ

Сети ЭВМ и телекоммуникации Дроздов Алексей Владимирович БГТУ 2008

Информация о курсе n n n Лекции 34 (зачет) + 17 (экзамен) часов Лабораторные 17 + 17 часов Курсовая работа – весенний семестр Преподаватели: n Лекции: Дроздов А. В. n n nyquist@ctam. tu-bryansk. ru Лабораторный практикум: Дроздов А. В. , Статутов А. Г.

Учебные ресурсы: кафедральный сайт Web-доступ: http: //iipo. tu-bryansk. ru http: //iipo. bstu. b-metro. net http: //linux FTP-доступ: ftp: //iipo. tu-bryansk. ru … Каталог с материалами /pub/Drozdov/Net Доступ в рамках кафедральной сети без авторизации!

Учебные ресурсы n n n /Books – литература по курсу в электронном виде /Cources Work – информация по курсовой работе /Labs – лабораторные работы /RFC – спецификации по протоколам /Sources – различные исходные коды

Консультации по курсу Вопросы можно задавать: n На лабораторных; n По e-mail; n На форуме http: //iipo. tu-bryansk. ru/forum

Рекомендуемая литература n Куроуз Д. Ф. , Росс К. В. Компьютерные сети. 2 - е изд. /Д. Ф. Куроуз, К. В. Росс. – СПб. : «Питер» , 2004. – 768 с. n Таненбаум Э. С. Компьютерные сети. 4 -е издание. / Э. С. Таненбаум. – СПб. : «Питер» , 2004. – 992 с. n Олифер В. Г. , Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3 -е изд. / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб: «Питер» , 2006. – 960 с.

Источники Internet n Сетевые технологии. http: //www. intuit. ru/catalog/network/ n Сетевые технологии. http: //www. citforum. ru/nets/ n n n Семенов Ю. А. Телекоммуникационные технологии. http: //book. itep. ru/ Russian Software Developer Network: Сетевое программирование. http: //www. rsdn. ru/summary/249. xml RFC. net repository of RFC. http: //www. rfc. net

Основные цели и задачи курса n n Получить базовые представления о современных сетевых технологиях (программных и аппаратных) Понимать назначение и иерархию многоуровневой структуры современных сетевых систем. Назначение ключевых протоколов сети Internet Уметь разрабатывать простые сетевые приложения Уметь конфигурировать сетевые ОС и выявлять неисправности в сетевом программном и аппаратном обеспечениях

Краткое содержание лекционного курса n n n n n Введение в сети ЭВМ Сетевые протоколы. Прикладной уровень Протоколы транспортного уровня Сетевой уровень взаимодействия Канальный и физический уровни взаимодействия Внешние каналы передачи данных Принцип кодирования и передачи информации на физическом уровне Сетевая безопасность и сетевое администрирование Распределенные системы Способы и средства построения сетевых приложений

Тематика лабораторных работ n n n n Установка и настройка одноранговой сети. Изучение основных сетевых утилит. Понятие сетевых протоколов. Стек протоколов TCP/IP. Изучения средств мониторинга и анализа сетевого трафика. Сниффер Wireshark Знакомство с библиотекой сокетов. Разработка простейших сетевых приложений. Изучение принципа работы транспортных протоколов TCP и UDP. Исследование пропускной способности транспортных протоколов. Изучение протокола файлового обмена FTP Изучение протокола передачи гипертекстовых сообщений HTTP Принцип работы электронной почты. Изучение почтовых протоколов SMTP и POP 3

Тематика лабораторных работ: 2 n n Установка и базовая настройка DHCP сервера Сетевая маршрутизация. Настройка простейшего маршрутизатора Служба доменных имен (DNS). Установка и настройка DNS-сервера Понятие и назначение прокси-серверов. Принцип работы прокси-сервера. Настройка Nat-прокси

Телекоммуникации n n n Одно из старейших направлений развития индустрии высоких технологий. Строится на достижениях большого количества научных достижений и технологий Связь и обмен информацией - одни из самых ценных современных «компонентов» в информационном мире!

Предпосылки возникновения сетей n Информация всегда стоила дорого и была источником конкурентно способности n n сложность создаваемых систем влекла сложность методов и средств моделирования и проектирования. рост производства, усиление конкуренции требовали совершенствования организации и управления производством и обществом n научные исследования n ускорение проектирования n синхронизация производственных процессов n электронные формы бизнеса

Эволюция компьютерных сетей

Краткая история развития ЭВМ и методов доступа к ним n n n Однопользовательские ЭВМ Системы пакетной обработки Системы с разделением времени и много терминальные системы Персональные компьютеры Вычислительные комплексы Сети ЭВМ – частные случай распределенной системы

Базовые определения Сеть - это множество линий связи и промежуточного оборудования/промежуточных узлов, терминалов/оконечных узлов, предназначенных для передачи информации от отправителя до получателя с заданными параметрами качества обслуживания Коммуникационная cеть - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.

Базовые определения: 2 Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация. Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей n n n n Первые ламповые компьютеры Начало 40 -х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах) Середина 50 -х Запуск первого космического спутника (1957 г) Публикации Леонардом Клейнроком материалов по теории коммутации пакетов в условиях неравномерной нагрузки (1961 г) Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС Середина 60 -х Появление компьютерной сети ARPA (Advanced Research Projects Agency Network) – прообраза сети Internet – (1969 г) Первые глобальные связи компьютеров Конец 60 -х

Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей: 2 n n n n Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме Конец 60 -х Появление больших интегральных схем. Первые миникомпьютеры Начало 70 -х Появление беспроводной компьютерной сети ALOHAnet с пакетной передачей данных (1970 г) Первые нестандартные локальные сети Начало 70 -х Создание сетевой архитектуры IBM SNA 1974 Создание технологии Х. 25 1974 Появление персональных компьютеров Начало 80 -х

Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей: 3 n n n Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP Начало 80 -х Появление стандартных технологий локальных сетей Ethernet - 1980 Token Ring - 1985 Разработка системы доменных имен (DNS) – 1987 Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - 1989 Начало коммерческого использования Internet n Конец 80 -х В сети Internet зафиксировано 100000 хостов 1989 г. n Изобретение Web 1991

Современные тенденции n n n n Постоянное увеличение пропускной способности сети Акцент на беспроводные технологии Различия между ЛВС и РВС по скорости передачи стираются Организация работы с внешней памятью – подсеть в сети Идеология Datacenter (возврат к mainframe’мам) Цифра, звук, видео – разнородные потоки информации Прозрачная интеграция различных сетевых решений

Современные тенденции: 2 n Сети для индивидуальных пользователей · · · · доступ к информации (news, WWW) общение с другими людьми (news, e-mail, video conference) обучение развлечения покупки управление личными средствами управление домашним хозяйством интеллектуальный дом

Организация вычислительных сетей n n n Сеть = абонентские машины + транспортная среда. Абонентские машины обеспечивают интерфейс пользователей и работу приложений в сети. Транспортная среда = Коммутирующие элементы + СПД Коммутирующие элементы - маршрутизаторы, мосты, шлюзы. СПД - коммуникационные каналы и переключатели. Коммуникационные каналы - это линии связи самой различной природы и каналообразующая аппаратура.

Классификация транспортных сред · · Способ коммутации потоков данных Способ передачи данных Тип каналов Топология среды

Способы коммутации потоков данных n n Коммутация каналов (circuit switching) организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно соединённых каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок Коммутация сообщений - разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. То есть получается как бы конвейер.

Способы коммутации потоков данных : 2 n n Коммутация пакетов (packet switching) разбиение сообщения на пакеты, которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения - логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале. Если же каждый для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации. Коммутация ячеек - то же, что и коммутация пакетов, но при коммутации ячеек пакеты имеют всегда фиксированный размер.

Способы коммутации потоков данных: 3 n Коммутация каналов – управление потоком данных в реальном характеризуется: · · · · времени, который сохраняется порядок передаваемых данных канал с коммутирован – нет отказов при передече. огромный опыт создания хорошо развитая инфраструктура. неэффективное использование ресурсов, низкая надежность, медленное установление соединения. .

Способы коммутации потоков данных: 4 n Коммутация пакетов – · · · высокая скорость установления соединения (передатчик сразу начинает передачу и не ждет физического установления соединения), низкий уровень ошибок в канале, надежность, рациональное использование ресурсов, сильная зависимость времени передачи от загрузки сети.

Типы каналов · · каналы точка-точка; каналы с множественным доступом.

Каналы с множественным доступом n n Имеют единый канал передачи данных, который используют все машины сети. Пакет - короткое сообщение, имеющее специальную структуру Режимы - широковещательный и групповой Методы выделения канала - динамические и статические. n n статические - time-shearing (временное разделение канала между машинами; канал простаивает если машине нечего передавать) динамические - централизованные и распределенные механизмы выделения канала по запросу.

Топология транспортной среды Топология определяет следующие параметры: n задержка при передаче данных; n масштабируемость; n «живучесть» сети.

Варианты топологий транспортной среды

Способ передачи аналоговый/цифровой; n синхронный/асинхронный; n проводной/беспроводной. n

Классификация сетей Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети: n n Локальные (LAN, Local Area Network) Территориальные (MAN, Metropolitan Area Network) Территориальные крупного масштаба (WAN, Wide Area Network) Сети хранения данных (SAN, Storage area Network)

Локальная сеть Локальная вычислительная сеть (ЛВС) · масштаб комната, корпус, группа корпусов n (известна максимальная задержка при передачи) · система передачи данных, как правило, канал с множественным доступом n (вещание, скорость передачи 10 -100 Мbps до нескольких Gbps, Ethernet) · топология n n n линейная кольцо дерево

Городская сеть (MAN) Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком. n поддерживает передачу как данных, так и голоса. Иногда объединяется с кабельной телевизионной сетью. n не имеет коммутаторов, базируется на одном двух кабелях. Специальный стандарт IEEE 802. 6 - DQDB двойная магистраль с распределенной очередью (Distributed Queue Dual Bus ).

Региональная сеть (WAN) n n n Региональная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) охватывает крупные географические области, такие как страны, континенты. Принцип коммутации пакетов, каналы точка, развитые ТС и СПД (РРТ сети, спутниковые системы и радио системы) наиболее часто используют при построении WAN. Важно различать когда мы создаем систему СПД для нашей сети заново, и когда мы используем для построения системы СПД какую-то имеющуюся сеть, например, телефонную.

Глобальные сети Развитие глобальных сетей: n Сеть ARPANET (конец 60 -х) n +NSFNET - сеть национального научного фонда США n +SPAN - сеть космической физики NASA n +HEP - сеть физики высоких энергий n +BITNET - сеть машин среднего класса (mainframe) фирмы IBM n +EARN –сети научно-исследовательских организаций Европы n => «Остов» сети Internet

Глобальные сети: 2 До начала 90 -х Internet была в основном сетью академических организаций. Однако, с появлением нового приложения Всемирной паутины (World Wide Web - WWW) положение стало резко меняться. WWW было изобретено физиком Тимом Бернерс-Ли в CERN. С появлением браузера Mosaic, созданного в национальном центре приложений для супер. ЭВМ, количество WWW серверов в мире стало резко возрастать

Сопряжение транспортных сред Необходимость в сопряжении транспортных сред возникает, когда надо обеспечить взаимодействие приложений, расположенных в разных сетях. Мосты и шлюзы – средства сопряжения транспортных сред (ТС) на разных уровнях. Множество соединенных сетей называется internet (не путать Internet и internet!).

Способы управления в сетях n «клиент/сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. n «одноранговые» - в них все узлы равноправны. Поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Требования к современным вычислительным сетям n Производительность n n Надежность и безопасность n n n Время реакции Пропускная способность Задержки передачи и вариация задержки передачи Коэффициент готовности Отказоустойчивость Расширяемость и масштабируемость

Требования к современным вычислительным сетям: 2 n n Прозрачность Поддержка разных видов трафика Управляемость Совместимость

Акцент изучения дисциплины

Разработчики стандартов

Разработчики стандартов American National Standards Institute (ANSI) n n n коммуникации: коды, алфавиты, сигнальные схемы; микрокомпьютеры: языки программирования, SCSI, драйвера ansi. sys; осн. стандарты и спецификации: интерфейс Token Ring, CSMA/CD, SQL, алгоритмы шифрования. Common Open Software Environment n разработка общей рабочей Unix-среды. В консорциум входят IBM, HP, Sun. Soft, Novell. International Consultative Committee for Telegraphy and Telephony (CCITT) n n Протоколы CCITT (МККТТ - рус. ) относятся к модемам, сетям, передаче факсимильных сообщений. 15 исследовательских групп: A и B раб. процедуры, термины и определения, I ISDN, K и L защита оборудования, R-U терминальные и телеграфные услуги, V передача данных по телефонным сетям, X сети передачи данных.

Разработчики стандартов: 2 CCITT (продолжение) n n n n v. 22 полнодуплексная модемная передача 1200 бит/с, v. 22 bis 2400 бит/с v. 28 стандарт интерфейса RS-232 v. 32 асинхр. и синхронная передача 4800 -9600 бит/с, v. 32 bis до 14400 v. 35 высокоскоростная передача по комбинированным цепям. v. 42 проверка ошибок v. 42 bis сжатие данных v. terbo 19200 бит/с v. 34 28800 бит/с, v. 34+ до 33600 бит/с x 2, k 56 flex > v. 90, v. 92 до 56 кбит/с (асимметричные) X. 200 (ISO 7498) эталонная модель OSI X. 25 (ISO 7776) сети с коммутацией пакетов X. 400 (ISO 10021) обмен сообщениями (электронная почта, не Интернет) X. 500 (ISO 9594) служба каталогов X. 700 (ISO 9595) Common Management Information Protocol

Разработчики стандартов: 3 Electronic Industries Association n 1924 г. RS-232 - стандарт последовательного соединения с помощью разъемов DB -9 и DB-25 и макс длиной кабеля 15 метров. Определяется соединение между DTE (терминальное оборудование) и DCE (data communication equipment). Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) n n n n Комитеты, 802 (февраль 1980) (до 802. 17) 802. 1 взаимодействие сетей 802. 2 управление логической связью 802. 3 CSMA/CD-сеть (Ethernet) 802. 4 сеть Token Bus 802. 5 сеть Token Ring 802. 6 Metropolitan Area Network 802. 7 широкополосная передача 802. 8 оптоволоконная технология 802. 9 интегрированные сети передачи речи/данных 802. 10 безопасность сети 802. 11 беспроводные сети 802. 12 сеть с доступом по приоритету запроса (100 VG-Any. LAN)

Разработчики стандартов: 4 International Standards Organization (ISO) n Идеальная модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model, OSI/RM) Open Software Foundation n Создает программные среды, объединяя технологии различных производителей. Unixподобная ОС - OSF/1, OSF/Motif - граф. интерфейс.

?