Сети ЭВМ и телекоммуникации

1. Сети ЭВМ и телекоммуникации Дроздов Алексей Владимирович БГТУ 2008

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

3. 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!

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

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

6. Рекомендуемая литература • Куроуз Д.Ф., Росс К.В.Компьютерные сети. 2-е изд./Д.Ф.Куроуз, К.В. Росс. – СПб.: «Питер», 2004. – 768с. • Таненбаум Э. С. Компьютерные сети. 4-е издание./ Э.С.Таненбаум. – СПб.: «Питер», 2004.– 992с. • 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. – 960с.

7. Источники Internet • Сетевые технологии.http://www.intuit.ru/catalog/network/ • Сетевые технологии.http://www.citforum.ru/nets/ • 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

8. Основные цели и задачи курса • 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

9. Краткое содержание лекционного курса • 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

10. Тематика лабораторных работ • 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 POP3

11. Тематика лабораторных работ: 2 • 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

12. Телекоммуникации • 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!

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

14. Эволюция компьютерных сетей

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

16. 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.

17. 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.

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

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

20. Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей: 3 • Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IPНачало 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 Конец 80-х • В сети Internet зафиксировано 100000 хостов 1989 г. • Изобретение Web1991

21. Современные тенденции • 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

22. Современные тенденции: 2 • 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

23. Организация вычислительных сетей • 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.

24. Классификация транспортных сред • Способ коммутации потоков данных • Способ передачи данных • Тип каналов • Топология среды

25. Способы коммутации потоков данных • 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.

26. Способы коммутации потоков данных: 2 • 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.

27. Способы коммутации потоков данных: 3 • Коммутация каналов – управление потоком данных в реальном времени, который характеризуется: • 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..

28. Способы коммутации потоков данных: 4 • 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.

29. Типы каналов • каналы точка-точка; • каналы с множественным доступом.

30. Каналы с множественным доступом • 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. • статические - time-shearing (временное разделениеканала между машинами; канал простаивает если машине нечего передавать) • динамические - централизованные и распределенные механизмы выделения канала по запросу.

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

32. Вариантытопологий транспортной среды

33. Способ передачи • аналоговый/цифровой; • синхронный/асинхронный; • проводной/беспроводной.

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

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

36. Городская сеть (MAN) Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком. • поддерживает передачу как данных, так и голоса. Иногда объединяется с кабельной телевизионной сетью. • не имеет коммутаторов, базируется на одном - двух кабелях. Специальный стандарт IEEE 802.6 -DQDB - двойная магистраль с распределенной очередью (Distributed Queue Dual Bus).

37. Региональная сеть (WAN) • Региональная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) охватывает крупные географические области, такие как страны, континенты. • Принцип коммутации пакетов, каналы точка-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.

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

39. 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 суперЭВМ, количество WWW серверов в мире стало резко возрастать

40. 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!).

41. Способы управления в сетях • «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. • «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.

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

43. Требования к современным вычислительным сетям:2 • Прозрачность • Поддержка разных видов трафика • Управляемость • Совместимость

44. Акцент изучения дисциплины

45. Разработчики стандартов

46. Разработчики стандартов American National Standards Institute(ANSI) • 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 • разработка общей рабочей Unix-среды. В консорциум входят IBM, HP, SunSoft, Novell. International Consultative Committee for Telegraphy and Telephony(CCITT) • 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.

47. Разработчики стандартов: 2 CCITT (продолжение) • v.22 полнодуплексная модемная передача 1200 бит/с, • v.22bis 2400 бит/с • v.28  стандарт интерфейса RS-232 • v.32  асинхр. и синхронная передача 4800-9600 бит/с, • v.32bis  до 14400 • v.35  высокоскоростная передача по комбинированным цепям. • v.42  проверка ошибок • v.42bis  сжатие данных • v.terbo  19200 бит/с • v.34  28800 бит/с, v.34+  до 33600 бит/с • x2, k56flex > v.90, v.92 до 56кбит/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

48. Разработчики стандартов: 3 Electronic Industries Association • 1924г. 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) • 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 (100VG-AnyLAN)

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

50. ?