Анкудинов Г.И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Архитектура и сетевые технологии

Подождите немного. Документ загружается.

Г.И.Анкудинов, И. Г.Анкудинов

А.И.Стрижаченко

СЕТИ ЭВМ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

АРХИТЕКТУРА И СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Санкт-Петербург

2006

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г.И.Анкудинов, И. Г.Анкудинов,

А.И.Стрижаченко

CЕТИ ЭВМ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

АРХИТЕКТУРА И СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2006

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г.И.Анкудинов, И. Г.Анкудинов,

А.И.Стрижаченко

CЕТИ ЭВМ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

АРХИТЕКТУРА И СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2006

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 681.326(075)

Анкудинов Г. И., Анкудинов И. Г., Стрижаченко А. И. Сети ЭВМ и

телекоммуникации. Архитектура и сетевые технологии: Учеб. пособие.– [Новое изд.]. –

СПб.: СЗТУ, 2006, – 182 .

Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту

дисциплины “Сети ЭВМ и телекоммуникации” для специальности 230101

“Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”) и направлению подготовки

бакалавра 230100 “Информатика и вычислительная

техника”.

Материал учебного пособия посвящен архитектуре вычислительных сетей:

рассматривается классификация вычислительных сетей, сетевые топологии и методы

доступа к среде передачи данных, эталонная модель взаимодействия открытых систем.

Достаточно подробно рассматриваются основы построения первичных сетей и

глобальных связей, технология сетей Ethernet и беспроводные сети. Приведены сведения

об устройствах объединения сетей: концентраторах, мостах, коммутаторах

маршрутизаторах. Приводится классификация сетевых протоколов и рассматриваются

стандартные протоколы. Особое внимание уделяется протоколам Internet сетевого и

транспортного уровней. Пособие содержит также вводный материал по сетевым

операционным системам, распределенному выполнению приложений, удаленному

вызову процедур и технологии мобильных агентов.

Пособие предназначено для студентов четвертого и пятого курсов Института

информационных технологий и систем

управления, изучающих дисциплину “Сети ЭВМ

и телекоммуникации” в рамках специальности 230101, а также может быть использовано

студентами пятого курса специальности 210302 “Радиотехника” факультета

радиоэлектроники, изучающими дисциплину “Сетевые информационные технологии”.

Рецензенты:

А. Б. Шадрин, д-р техн.наук, проф. кафедры процессов управления и информационных систем

СЗТУ,

В. В. Лохмотко, д-р техн.наук, проф. кафедры информационных управляющих систем

Государственного университета телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича,

Л. Я. Родос, канд.техн.наук, проф., декан факультета радиоэлектроники СЗТУ

-Западный государственный заочный технический университет, 2006

We are at the dawn of an age of networked intelligence - an age that is giving birth to a

new economy, a new politics, and a new society. Businesses will be transformed,

governments will be renewed, and individuals will be able to reinvent themselves – all

with the help of information technology.

Мы на заре века сетевого интеллекта – века, рождающего новую экономику, новую политику

и новое общество. Бизнес преобразуется, правительства будут обновлены, а люди смогут заново

открыть себя – и все это с помощью информационных технологий (перевод авторов).

(Don Tapscott, Digital Economy: Promis and Peril in the Age of Networked

Intelligence (NY: McGraw-Hill, 1996))

Предисловие

Мы вступили в XXI в. Происходят фундаментальные изменения в экономике и

технике, в том числе и в информатике. Эти изменения связаны как с новыми сетевыми

информационными технологиями, так и с тем, что накопление нового в нашем

поведении достигло критической массы. Миллионы людей общаются с помощью

электронных средств, развиваются новые формы

деловой активности в экономике на

основе универсальных, открытых стандартов Internet. Этот взрывной рост

телекоммуникаций – самая последняя, а для экономики – самая важная волна

информационной революции.

Ограниченный объем пособия не позволил достаточно подробно осветить все

вопросы дисциплины «Сети ЭВМ и телекоммуникации». Для получения

дополнительных сведений по архитектуре, аппаратным и программным компонентам

сетей ЭВМ

рекомендуем использовать фундаментальные учебные пособия [1] и [2], а по

аналитическим моделям оценки производительности сетей и их компонентов – учебное

пособие [3] и монографию [4]. При написании данного учебного пособия авторы

пользовались практически всей новой литературой, изданной к моменту завершения

работы над пособием в 2005 г., и материалами, опубликованными в Internet. Много

полезных материалов по компьютерным сетям опубликовано

на сайте

http://www.citforum.ru

Список использованных источников содержит 14 наименований. При этом

неоднократно осуществлялось заимствование идей, методов изложения, определений и

примеров, но отдельные ссылки в тексте не делались. Однако все использованные

источники включены в список.

Теория и особенно практика сетей ЭВМ развиваются настолько быстро, что

технические решения, признаваемые сегодня за наилучшие, завтра могут оказаться

морально устаревшими. Но в то же время, в вычислительной технике наблюдается

спиралевидный характер развития, при котором старые решения возвращаются в новой

реализации.

В заключение авторы выражают признательность рецензентам и редактору за

внимательное прочтение рукописи и замечания, способствовавшие улучшению качества

предлагаемого пособия.

Г. И. Анкудинов, И. Г. Анкудинов, А. И. Стрижаченко

Глава 1. Принципы построения сетей ЭВМ

Сеть ЭВМ (компьютерная сеть) – это частный случай сетей связи

(коммуникационной сети). Сеть связи состоит из:

• оконечных узлов (телефонные аппараты, компьютеры, принтеры, файл-

серверы и т. д.);

• коммуникационных узлов (АТС, мультиплексоры, демультиплексоры,

концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и др.).

Оконечные (терминальные узлы) создают и потребляют информацию.

Коммуникационные узлы осуществляют:

• прием,

промежуточное хранение и передачу информации;

• управляют направлением передачи;

• контролируют перегрузку узлов и правильность передачи.

Основные компоненты современной коммуникационной сети:

• оконечные узлы;

• коммуникационное оборудование;

• сетевая операционная система (сетевая ОС);

• сетевые приложения.

Сеть ЭВМ (компьютерная сеть, или вычислительная сеть) – это совокупность

компьютеров и терминалов, компонент сетевого программного обеспечения,

соединенных с помощью

каналов связи в единую систему, удовлетворяющую

требованиям распределенной обработки данных.

Компьютерные сети открывают предприятию следующие возможности:

• совместное использование общих информационных и вычислительных

ресурсов;

• совершенствование коммуникаций;

• свободу в территориальном размещении узлов;

• повышение оперативности и качества принимаемых решений.

1.1. История развития и классификация сетей ЭВМ

Сети ЭВМ (вычислительные сети, компьютерные сети) возникли в результате

закономерного развития средств связи (телекоммуникаций) и вычислительных систем.

От телефонных сетей к цифровым

Сэмуэл Морзе изобрел телеграф в 30-х гг. XIX в., Александр Белл – телефон в 1876

г. Телефонные линии «точка-точка» соединяли абонентов с телефонными станциями,

причем канал, соединяющий пару абонентов на время разговора, формировался

(переключался, коммутировался) вручную оператором (телефонисткой). Так появились

первые сети связи, в которых речь передавалась в виде аналогового электрического

сигнала

. В 90-х гг. XIX в. появились электромагнитные коммутаторы и автоматические

телефонные станции (АТС). В 70-х гг. XX в. появились цифровые АТС с программным

управлением.

Цифровая передача речи основана на квантовании аналогового речевого сигнала,

например, со скоростью 64 000 бит/с (8 000 отсчетов в секунду с кодированием каждого

отсчета 8 битами) и используется принцип коммутации каналов (АТС устанавливает

канал между двумя абонентами на время их разговора и освобождает этот канал, когда

разговор завершен).

Преимущества цифровой передачи:

• лучше защита от помех;

• несколько сигналов могут передаваться по одной линии;

• для управления соединениями в коммутационном оборудовании в

современных цифровых

телефонных сетях используется общеканальная

сигнализация

Современная тенденция развития цифровых сетей заключается в интеграции служб.

Пользователи цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС

) при стандартном

подключении получают три дуплексных канала:

1. два со скоростью 64 000 бит/с;

2. один со скоростью 16 000 бит/с (для информации оповещения, мониторинга,

управления осветительными приборами, кондиционерами и т. д.).

Для удобства объединения потоков данных от нескольких сетей передающие устройства

цифровых сетей должны быть синхронизированы на общей частоте. В США

развиваются

синхронные цифровые сети SONET, в Европе и Японии – совместимые с SONET сети

SDH. Сотовые телефонные сети обеспечивают беспроводное подключение терминалов

пользователей.

Компьютерные сети

Сначала появились вычислительные сети глобального масштаба – системы

удаленного доступа. Это произошло, когда на смену системам пакетной обработки

пришли многотерминальные вычислительные системы (см. рис. 1.1, а), возникла

потребность удаленного подключения

терминалов (на сотни и тысячи километров) через

модемы и телефонные сети (см. рис. 1.1, б).

Управление соединениями включает переадресацию вызовов, вызовы по кредитным

карточкам, бесплатные службы.

ISDN (Integrated Services Digital Network) на англ. языке

Рис. 1.1

СуперЭВМ

б) а)

Затем стали использовать удаленное соединение отдельных компьютеров и

автоматический режим обмена данными (пересылку файлов, синхронизацию баз данных,

электронную почту).

В конце 60-х гг. Министерство обороны США инициировало проект сети

ARPANET: требовалось объединить множество компьютеров в сеть ячеистой структуры.

Уже тогда был использован принцип синхронной передачи на основе коммутации

пакетов (дейтаграмм

) с промежуточным накоплением и возникли вопросы

эффективного использования сетевых ресурсов.

1. Маршрутизация. По каким путям должны следовать пакеты в сети?

2. Управление траффиком. Как управлять потоком данных, чтобы избежать

перегрузки участков сети?

3. Контроль ошибок. Каким образом автоматически исправлять ошибки при передаче

пакетов?

4. Адресация. Как адресовать конечные станции (

узлы) в сети?

5. Защищенность. Как защитить информацию в сети?

6. Стандартизация. Как определить характеристики сети, чтобы различные

производители создавали совместимое аппаратное и программное обеспечение?

7. Совместимость. Как организовать взаимодействие различных типов оконечного

оборудования?

8. Управление. Как контролировать работу сети, чтобы иметь информацию для

обнаружения ошибок или отказов и

устранения их последствий?

Развитие микроминиатюризации электронной аппаратуры

и появление БИС привело в начале 70-х гг. к созданию

миниЭВМ, на базе которых строились автономные

многотерминальные системы в отделах предприятия (см. рис.

1.2). Возникла необходимость объединения таких систем –

появились локальные вычислительные сети (ЛВС) (см. рис. 1.3

Дейтаграмма – пакет, передаваемый через сеть независимо от других пакетов

Рис. 1.2

МиниЭВМ

Рис. 1.3

МиниЭВМ

Устройство

соп

яжения

В середине 80-х появились ПЭВМ, пользователи-непрофессионалы и стандартные

технологии объединения компьютеров в сеть: Ethernet, ARCnet, Token Ring. ПЭВМ стали

выполнять функции не только клиентских машин, но и централизованных серверов.

1.2. Сетевые топологии

Топология сети характеризует взаимосвязи и пространственное расположение друг

относительно друга компонентов сети – сетевых компьютеров (хостов

), рабочих

станций, кабелей и других активных и пассивных устройств. Топология влияет на состав

и характеристики оборудования сети, возможности расширения сети и способ

управления сетью. Логическая топология сети – это конфигурация информационных

потоков между компьютерами сети. В данном разделе рассматриваются топологии

сетевых физических связей.

Полносвязная и ячеистая топологии. Полносвязная топология (см. рис

. 1.4, а)

характеризуется тем, что каждый компьютер связан отдельной физической линией со

всеми остальными компьютерами в сети. Полносвязная топология применяется редко,

так как требует большого количества оборудования (коммуникационных портов

компьютеров и физических линий связи между ними).

Ячеистая топология получается путем удаления

некоторых связей из полносвязной топологии (см. рис. 4, б),

причем непосредственные

связи остаются между двумя

компьютерами только в том случае, если между ними

происходит интенсивный обмен данными.

Все локальные сети строятся, как правило, на основе трех

базовых топологий: шина (bus), звезда (star) и кольцо (ring).

Шинная топология (bus). При помощи кабеля каждый узел сети (рабочая станция,

сервер) соединяется с другими узлами сети (см. рис. 1.5, а

). Кабель проходит от узла к

узлу, последовательно соединяя все рабочие станции и

все файловые серверы.

Шинная топология использует состязательный

метод доступа к среде передачи данных. Это означает,

что информация поступает на все компьютеры, но

принимает ее только тот компьютер, адрес которого

Хост (англ. host) – компьютер, постоянно подключенный к сети

б) а)

Рис. 1.4

Рис. 1.5

б) в)

а)