Курс «Компьютерные сети»


The Presentation inside:

Slide 0

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 1 Курс «Компьютерные сети» Малышенко Владислав Викторович


Slide 1

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 2 Литература Олифер В.Г. , Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. СПб: Питер, 2010. – 944 с.: ил. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 5-е изд. - СПб.: Питер, 2013. — 960 с. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учеб. пособие для вузов - СПб.:Питер, 2003. 683 c. ил. Паркер Т. С. TCP/IP. 3-е изд. - СПб.:Питер, 2004. 858 с. ил. Чекмарев, Ю.В. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. - Издательство:"ДМК Пресс", 2009 г., 184 стр.


Slide 2

Критерии оценки знаний студентов 3


Slide 3

Лекция №1 Эволюция компьютерных сетей кафедра ЮНЕСКО по НИТ 4


Slide 4

Системы пакетной обработки кафедра ЮНЕСКО по НИТ 5


Slide 5

Многотерминальные системы – прообраз сети кафедра ЮНЕСКО по НИТ 6


Slide 6

Первые компьютерные сети Требовался доступ к компьютеру с терминалов, удаленных на определенное расстояние: Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Появились системы с удаленными соединениями типа: Терминал – компьютер; Компьютер – компьютер. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 7


Slide 7

Первые глобальные сети Первыми появились глобальные сети (Wide Area network, WAN) – сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры. Введена передача информации по принципу коммутации пакетов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 8


Slide 8

Первые глобальные сети В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в единую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров – сеть ARPANET. Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работающие под управлением различных операционных систем (ОС) с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Первые сетевые операционные системы. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 9


Slide 9

Первые локальные сети Создание больших интегральных схем (БИС). Производство миникомпьютеров. Управление технологическим оборудованием; Управление складом; Другие задачи; Появление концепции распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 10


Slide 10

Первые локальные сети кафедра ЮНЕСКО по НИТ 11


Slide 11

Первые локальные сети различные типы связей в первых локальных сетях кафедра ЮНЕСКО по НИТ 12


Slide 12

Первые локальные сети Локальные сети (Local Area Network, LAN) – это объединения, компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе 1-2 км. Сетевая технология – это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров и разъемов), а так же механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети. С 80-х годов утверждаются стандартные сетевые технологии – Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, FDDI. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 13


Slide 13

Хронология событий компьютерных сетей кафедра ЮНЕСКО по НИТ 14


Slide 14

Конвергенция сетей сближение локальных и глобальных сетей Отличие между локальными и глобальными сетями: Протяженность и качество линий связи; Сложность методов передачи данных; Скорость обмена данными; Разнообразие услуг. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 15


Slide 15

Конвергенция сетей сближение локальных и глобальных сетей Интеграция локальных и глобальных сетей: Использование волоконно-оптических линий связи – сети SDH, DWDM; Повышение требования к протоколам глобальных компьютерных сетей – технологии Frame Relay, ATM; Доминирование протокола IP, объединяющего различные подсети в единую сеть; Расширение спектра услуг в глобальных сетях; Intranet – технологии; Развитие методов обеспечения защиты информации; Появление городских сетей (Metropolitan area network, MAN) кафедра ЮНЕСКО по НИТ 16


Slide 16

Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Телекоммуникационные сети – телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Компьютерные сети – предназначались для передачи алфавитно-цифровой информации (данных) – сети передачи данных. Мультисервисные сети – способные предоставлять услуги как компьютерных, так и телекоммуникационных сетей. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 17


Slide 17

Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Мультисервисные сети Цифровые сети с интегрированным обслуживанием (Integrated Services Digital Network, ISDN); Мультисервисная сеть нового поколения (Next Generation Network - NGN или New Public Network - NPN); Технологическое сближение сетей происходит на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 18


Slide 18

Общие принципы построения сетей Часть 2. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 19


Slide 19

Простейшая сеть из двух компьютеров Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов: Периферийные устройства (принтеры, диски, сканеры и др.); Данные (ОЗУ, ПЗУ); Вычислительная мощность. Для совместного использования ресурсов сети, компьютеры необходимо оснастить некими дополнительными сетевыми средствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 20


Slide 20

Сетевые интерфейсы Интерфейс – формально определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 21


Slide 21

Сетевые интерфейсы Физический интерфейс – (наз. порт) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное значение, например, синхронная передача данных. Пара разъемов соединяется кабелем, состоящим из набора проводов. Линия или канал связи между устройствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 22


Slide 22

Сетевые интерфейсы Логический интерфейс (наз. протокол) – это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 23


Slide 23

Сетевые интерфейсы кафедра ЮНЕСКО по НИТ 24


Slide 24

Сетевые интерфейсы Интерфейс компьютер – компьютер: Аппаратный модуль, наз. сетевой адаптер или сетевой интерфейсной картой (Network Interface Card, NIC); Драйвер сетевой интерфейсной карты – специальная программа, управляющая работой сетевой интерфейсной карты. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 25


Slide 25

Сетевые интерфейсы Интерфейс компьютер – периферийное устройство: со стороны компьютера – интерфейсная карта, драйвер периферийного устройства (ПУ) принтера, со стороны ПУ – контроллер ПУ. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 26


Slide 26

Обмен данными между двумя компьютерами кафедра ЮНЕСКО по НИТ 27


Slide 27

Доступ к ПУ через сеть кафедра ЮНЕСКО по НИТ 28


Slide 28

Сетевые службы и сервисы кафедра ЮНЕСКО по НИТ 29


Slide 29

Сетевые службы и сервисы Клиент – это модуль, предназначенный для формирования и передачи сообщений – запросов к ресурсам удаленного компьютера от разных приложений с последующим приемом результатов из сети и передачи их соответствующим приложениям. Сервер – это модуль, который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов, и приняв запрос, пытается его обслужить, как правило, с участием локальной ОС; один сервер может обсуживать запросы сразу нескольких клиентов (поочередно или одновременно). кафедра ЮНЕСКО по НИТ 30


Slide 30

Сетевые службы и сервисы Пара клиент – сервер, предоставляющая доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, образует сетевую службу. Служба печати; Файловая служба; Веб - служба; кафедра ЮНЕСКО по НИТ 31


Slide 31

Сетевые службы и сервисы кафедра ЮНЕСКО по НИТ 32


Slide 32

Сетевая операционная система Сетевая операционная система – это операционная система компьютера, которая помимо управления локальными ресурсами предоставляет пользователям и приложениям возможность эффективного и удобного доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети. Сегодня практически все операционные системы являются сетевыми. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 33


Slide 33

Сетевая операционная система Доступ к сетевым ресурсам обеспечивается: Сетевыми службами; Средствами транспортировки сообщений по сети. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 34


Slide 34

Сетевая операционная система кафедра ЮНЕСКО по НИТ 35


Slide 35

Сетевые приложения Типы приложений: Локальные приложения; Централизованное сетевое приложение; Распределенное (сетевое) приложение. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 36


Slide 36

Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ 37


Slide 37

Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ 38


Slide 38

Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ 39


Slide 39

Сетевые приложения кафедра ЮНЕСКО по НИТ 40


Slide 40

Физическая передача данных по линиям связи кафедра ЮНЕСКО по НИТ 41


Slide 41

Кодирование В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов наз. кодирование. Способы кодирования: Потенциальный способ; Импульсный способ; Модулированный сигнал. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 42


Slide 42

Кодирование кафедра ЮНЕСКО по НИТ 43


Slide 43

Кодирование Проблемы передачи данных: Качество линий связи; Количество проводов; Синхронизация передатчика и приемника. Повышение надежности передачи данных: подсчет контрольной суммы; Сигнал-квитанция. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 44


Slide 44

Характеристики физических каналов Предложенная нагрузка – это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети (бит в секунду); Скорость передачи данных – это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть; Емкость канала связи (пропускная способность) – максимально возможная скорость передачи информации по каналу. Параметры физической среды передачи; Полоса пропускания – ширина полосы частот, которую линия связи передает без существенных искажений. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 45


Slide 45

Характеристики физических каналов Типы каналов связи: Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях; Полудуплексный канал обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди; Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 46


Slide 46

Топология физических связей Топология сети – конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети и коммуникационное оборудование, а ребрам – физические или информационные связи между вершинами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 47


Slide 47

Топология физических связей От выбора топологии связей существенно зависят характеристики сети: Надежность сети; Распределение загрузки между каналами связи; Расширяемость; Экономическая эффективность. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 48


Slide 48

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 49 Топология физических связей Звезда Кольцо Дерево Пересекающиеся кольца Нерегулярное соединение


Slide 49

Топология физических связей Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Общая шина соответствует сети, в которой каждый компьютер подключен единому кабелю. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 50


Slide 50

Адресация узлов сети Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Например, для создания полносвязной структуры из N компьютеров, требуется чтобы у каждого из них имелся N-1 интерфейс. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 51


Slide 51

Адресация узлов сети Классификация интерфейсов: Уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов; Групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, данные доставляются каждому из узлов, входящих в группу; Широковещательный адрес (broadcast). Данные, направленные по этому адресу должны быть доставлены всем узлам сети; Адрес произвольной рассылки (anycast), задает группу адресов, однако данные, должны быть доставлены не всем адресам данной группы, а любому из них. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 52


Slide 52

Адресация узлов сети Типы адресов: Числовые (129.26.255.255); Символьные (www.kemsu.ru). Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь: Плоскую (линейную) организацию; Иерархическую организацию. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 53


Slide 53

Адресация узлов сети Плоская организация множества адресов. MAC–адрес, предназначен для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. Пример: 00:81:00:5e:24:a8. MAC-адрес встраивается в аппаратуру компанией-изготовителем – аппаратный адрес (hardware address). кафедра ЮНЕСКО по НИТ 54


Slide 54

Адресация узлов сети Плоская организация множества адресов. MAC–адрес кафедра ЮНЕСКО по НИТ 55


Slide 55

Адресация узлов сети Иерархическая организация: множество адресов структурируется в виде подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, определяют отдельный сетевой интерфейс. Пример: IPX и IP адреса. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 56


Slide 56

Адресация узлов сети Иерархическая организация множества адресов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 57


Slide 57

Адресация узлов сети Обычно применяют сразу несколько схем адресации, сетевой интерфейс компьютера может быть одновременно иметь несколько адресов имен. Для преобразования адресов из одного вида в другой используется специальные вспомогательные протоколы – протоколы разрешения адресов. Проблема установления соответствия между адресами различных типов решается как централизованными, так и распределенными средствами. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 58


Slide 58

Адресация узлов сети При централизованном подходе в сети выделяются один или несколько компьютеров, в которых хранится таблица соответствия имен различных типов, например, символьных имен и числовых адресов. При распределенном подходе каждый компьютер сам хранит все назначенные адреса разного типа. Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) стека TCP/IP. Идентификация сетевого интерфейса -> идентификация процесса, которому предназначены данные (номер порта UDP, TCP). кафедра ЮНЕСКО по НИТ 59


Slide 59

Коммутация Коммутация – соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов. Маршрут – последовательность узлов, лежащих на пути от отправителя к получателю. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 60


Slide 60

Обобщенная задача коммутации Определение информационных потоков, для которых требуется прокладывать маршруты; Маршрутизация потоков; Продвижение потоков, то есть распознавание потоков и их локальная коммутация на каждом транзитном узле. Мультиплексирование и демультиплексирование потоков. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 61


Slide 61

Определение информационных потоков Информационным потоком (потоком данные) наз. непрерывную последовательность данных, объединенных общим признаков, выделяющих эти данные из общего сетевого трафика. data stream – равномерный информационный поток; data flow – неравномерный информационный поток. Адрес источника и назначения определяют поток для пары соответствующих конечных узлов. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 62


Slide 62

Определение информационных потоков Признаки потока может иметь: глобальные и локальное значения. Метка потока – особый признак. Глобальная метка назначается данным потока и не меняет своего значения на всем протяжении его пути следования от узла источника до узла назначения. Локальная метка – динамически меняется свое значение при передаче данных от одного узла к другому. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 63


Slide 63

Маршрутизация Две подзадачи маршрутизации: Определение маршрута; Оповещение сети о выбранном маршруте. Определить маршрут означает выбрать последовательность транзитных узлов и их интерфейсов, через которые надо передавать данные, чтобы доставить их адресату. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 64


Slide 64

Маршрутизация Абстрактный способ измерения близости между двумя объектами называется метрикой. Типы метрики: Количество транзитных узлов; Линейная протяженность; Стоимость использования; Пропускная способность. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 65


Slide 65

Маршрутизация Оповещение о маршруте всем устройствам сети. Сообщение о маршруте обрабатывается каждым устройством, создается новая запись – в таблице коммутации. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 66


Slide 66

Продвижение данных Локальные операции коммутации. Отправитель должен выставить данные на тот свой интерфейс, с которого начинается найденный маршрут. Транзитные узлы должны соответствующим образом выполнить «переброску» данных с одного своего интерфейса на другой – коммутацию интерфейсов. Коммутатор – устройство, функциональным назначением которого является коммутация. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 67


Slide 67

Продвижение данных Коммутатор кафедра ЮНЕСКО по НИТ 68


Slide 68

Продвижение данных Коммутатор: Специализированное устройство; Универсальный компьютер со встроенным механизмом коммутации. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 69


Slide 69

Продвижение данных Коммутационная сеть кафедра ЮНЕСКО по НИТ 70


Slide 70

Мультиплексирование и демультиплексирование Демультиплексирование – разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих его потоков. Мультиплексирование – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока, который передается по одному физическому каналу связи. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 71


Slide 71

Мультиплексирование и демультиплексирование Операции мультиплексирования и демультиплексирования потоков при коммутации кафедра ЮНЕСКО по НИТ 72


Slide 72

Мультиплексирование и демультиплексирование Способы мультиплексирования: Разделение времени – каждый поток периодически на определенное время получает физический канал в свое полное распоряжение и передает по нему свои данные; Частотное разделение – каждый поток передает данные в выделенном ему частотном диапазоне. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 73


Slide 73

Мультиплексирование и демультиплексирование мультиплексор и демультиплексор кафедра ЮНЕСКО по НИТ 74


Slide 74

Разделяемая среда передачи данных Разделяемая среда (shared medium) называется физическая среда передачи данных, к которой непосредственно подключено несколько передатчиков узлов сети. Причем в каждый момент времени только один из передатчиков какого-либо узла сети получает доступ к разделяемой среде и использует ее для передачи данных приемнику другого узла, подключенному к этой же среде. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 75


Slide 75

Разделяемая среда передачи данных кафедра ЮНЕСКО по НИТ 76


Slide 76

Разделяемая среда передачи данных Задача: Совместного использования среды независимыми передатчиками таким образом, чтобы в каждый отдельный момент времени по среде передавались данные только одного передатчика. Решение: Механизм синхронизации доступа интерфейсов к разделяемой среде. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 77


Slide 77

Разделяемая среда передачи данных Способ организации совместного доступа: Централизованный подход - арбитр; Децентрализованный подход; кафедра ЮНЕСКО по НИТ 78


Slide 78

Разделяемая среда передачи данных Разделяемая среда кафедра ЮНЕСКО по НИТ 79


Slide 79

Тип коммутации Задачи коммутации: Определение потоков и соответствующих маршрутов; Фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств; Распределение потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства; Мультиплексирование и демультиплексирование потоков; Разделение среды передачи. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 80


Slide 80

Тип коммутации Коммутация каналов; Коммутация пакетов; кафедра ЮНЕСКО по НИТ 81


Slide 81

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 82 Типы коммутации: коммутация каналов Управление потоком в реальном времени, сохраняется порядок данных, огромный опыт создания и хорошо развитая инфраструктура. Очень неэффективное использование ресурсов, низкая надежность, медленное установление соединения.


Slide 82

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 83 Типы коммутации: коммутация пакетов Высокая скорость установления соединения (передатчик сразу начинает передачу) Низкий уровень ошибок в канале, надежность, рациональное использование ресурсов, сильная зависимость времени передачи от загрузки сети.


Slide 83

Конец кафедра ЮНЕСКО по НИТ 84


×

HTML:





Ссылка: