Чернега В., Платтнер Б. Компьютерные сети. Учебное пособие для вузов
Подождите немного. Документ загружается.
В. Чернега, Б. Платтнер
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
Рекомендовано Министерством образования и науки Украины
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению "Компьютерные науки"
Севастополь 2006
ББК 32.973.202 я73
Ч 46
УДК 681.324 (075)
Рецензенты:
Сапожников Н.Е., проф., д-р техн. наук, Севастопольский национальный университет
ядерной энергии и промышленности, зав. кафедрой компьютеризированных систем.
Кулаков Ю.А. проф., д-р техн. наук, Национальный технический университет Украи-
ны (КПИ), кафедра вычислительной техники.
Терещенко А.А. проф., д-р техн. наук, Севастопольский филиал Европейского универ-
ситета, зав. кафедрой информационных систем.
Научный редактор: Маригодов В.К., д-р техн. наук, проф.
Чернега В., Платтнер Б.
Ч 46 Комп'ютерні мережі: Учбовий посібник для вищих навчальних
закладів / В. Чернега, Б. Платтнер.- Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2006.-
500 с.
ISBN 966-7473-98-8
Підручник призначений для студентів технічних університетів, що навчаються за на-
прямком "Комп'ютерні науки". В ньому викладені основні теоретичні положення
архітектури і технології сучасних локальних та глобальних комп'ютерних мереж, а та-
кож способи забезпечення їх захисту від несанкціонованого доступу.
Підручник також може бути використаний студентами, що навчаються за напрямками
"Комп'ютерна інженерія" та "Комп'ютеризовані системи, автоматика і управління".
Чернега В., Платтнер Б.
Ч 46 Компьютерные сети: Учебное пособие для вузов / В.Чернега,
Б. Платтнер - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2006.- 500 с.
ISBN 966-7473-98-8
Учебник предназначен для студентов технических университетов, обучающихся по на-
правлению "Компьютерные науки". В нем изложены основные теоретические положе-
ния архитектуры и технологии современных локальных и глобальных компьютерных
сетей, а также способы их защиты от несанкционированного доступа.
Учебник также может быть использован студентами, которые обучаются по направле-
ниям "Компьютерная инженерия" и "Компьютеризированные системы, автоматика и
управление".
Решение МОН Украины о присвоении грифа "Рекомендовано в качестве учебного по-
собия для студентов высших учебных заведений" № 1-4/18-Г-1050 от 9.11.2006.
ISBN 966-7473-98-8 ББК 32.973.202 я73
Издательство СевНТУ, 2006
Виктор Чернега, Бернард Платтнер
Содержание
3
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ…………………………………………. 10
ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………… 14
Раздел 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ……………………………….
17
1.1. Обобщенная структура, основные понятия и топология
компьютерных сетей …………………………………………….
17
1.1.1. Структура компьютерных сетей и их классификация ..
17
1.1.2. Топология компьютерных сетей………………………..
22
1.1.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем... 24
1.2. Коммуникационные протоколы…………………………………
27
1.2.1. Общая характеристика протоколов……………………. 27
1.2.2. Стек протоколов эталонной сети………………………. 29
1.2.3. Стек протоколов сети TCP/IP………………………….. 30
1.2.4. Стек протоколов Novell и IBM/Microsoft ……………. 32
1.3. Способы коммутации в компьютерных сетях …………………
34
1.3.1. Пространственная коммутация ……………………….. 34
1.3.2. Временная коммутация …………………………………
39
1.3.3. Коммутация сообщений и пакетов.……………………. 41
1.4. Адресация и маршрутизация потоков в сетях………………….
45
1.4.1. Виды адресации………………………………………….
45
1.4.2. Способы маршрутизации сообщений…………………. 46
1.4.3. Алгоритмы маршрутизации в компьютерных сетях … 49
1.5. Управление потоками и сигнализация в коммуникационных
сетях………………………………………………………………
56
1.5.1. Перегрузка в сетях……………………………………… 56
1.5.2. Методы защиты от перегрузок………………………… 58
1.5.3. Способы управления потоками данных в сетях……… 60
1.5.4. Качество обслуживания в сетях ………………………. 66
1.5.5. Сигнализация в коммуникационных сетях ……………
67
1.6. Выводы по разделу……………………………………………… 71
1.7. Контрольные вопросы .………………………………………… 74
Компьютерные сети
4
Раздел 2. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В КОМПЬЮТЕРНЫХ
СЕТЯХ………………………………………………………..
76
2.1.
Линии и каналы связи …………………………………………. 76
2.1.1. Проводные кабельные линии ………………………….
78
2.1.2. Оптические линии связи ……………………………… 86
2.1.3. Беспроводные линии связи ...…………………………. 88
2.1.4. Каналы связи, их типы и иерархии .………………….. 92
2.2.
Сигналы для передачи по физическим линиям………………. 97
2.2.1. Основные параметры сигналов и требования к их
характеристикам ……………………………………….
97
2.2.2. Простые сигналы для передачи данных по
физическим линиям…………………………………….
100
2.2.3. Сигналы с улучшенными синхронизирующими
свойствами ……………………………………………..
103
2.2.4. Многопозиционные сигналы …………………………. 106
2.3.
Сигналы для передачи по каналам связи …………………….. 107
2.3.1. Необходимость преобразования спектров сигналов… 107
2.3.2. Амплитудно-модулированные сигналы …………….. 109
2.3.3. Сигналы с фазовой модуляцией ……………………… 110
2.3.4. Сигналы с частотной манипуляцией ………………….
116
2.3.5. Способ многочастотной передачи модулированных
сигналов………………………………………………..
117
2.4.
Способы передачи сигналов в беспроводных сетях ………….
118
2.4.1. Требования к сигналам для беспроводной передачи .. 118
2.4.2. Скачкообразная перестройка частоты ……………….. 119
2.4.3. Расширение спектра способом прямой последова-
тельности .………………………………………………
123
2.4.4. Использованием комплементарных кодовых
последовательностей…………………………………..
126
2.4.5. Мультиплексирование с разделением по ортогональ-
ным частотам……………………………………………
128
2.5.
Способы передачи данных на канальном уровне …………….
131
2.5.1. Асинхронная и синхронная передача ………………... 131
2.5.2. Байт-ориентированная передача данных ……………. 134
2.5.3. Бит-ориентированная передача данных ……………... 137
Содержание
5
2.5.4. Связь скорости передачи сигналов с полосой пропус-
кания ……………………………………………………
140
2.6.
Способы защиты от ошибок на канальном уровне …………. 141
2.6.1. Общая характеристика способов защиты передавае-
мых данных …………………………………………….
141
2.6.2. Передача данных с автоматическим запросом ……… 144
2.6.3. Блочное кодирование …………………………………. 146
2.6.4. Сверточное кодирование ………………………………
152
2.7.
Выводы по разделу……………………………………………... 159
2.8.
Контрольные вопросы …………………………………………. 161
Раздел 3. ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ…………….. 163
3.1.
Топология и методы доступа к среде…………………………. 163
3.1.1. Топология локальных компьютерных сетей ………… 163
3.1.2. Шина со случайным доступом ……………………….. 165
3.1.3. ЛКС с шиной и маркерным доступом ……………….. 169
3.1.4. ЛКС с кольцевой структурой и маркерным доступом 170
3.1.5. Общая характеристика сетей Ethernet и Token Ring ... 171
3.2.
Классическая локальная сеть Ethernet……………………….. 174
3.2.1. Принципы построения, общая характеристика……… 174
3.2.2. Типы кадров сети Ethernet ……………………………. 176
3.2.3. Стандартная Ethernet 10BASE-5……………………….
178
3.2.4. Тонкая Ethernet 10BASE-2 ……………………………. 178
3.2.5. Ethernet на основе витой пары 10BASE-T…………… 179
3.2.6. Сетевые адаптеры Ethernet ….…………………………
181
3.3.
Локальная сеть Token Ring ……………………………………. 183
3.3.1. Состав сети и типы кадров …………………………… 183
3.3.2. Упрощенная схема подключения к физическому
кольцу……………………………………………………
184
3.3.3. Управление средой кольца ….…………………………
185
3.3.4. Кадры сети Token Ring ...……………………………… 187
3.4.
Высокоскоростные локальные сети .…………………………. 190
3.4.1. Сети FDDI ………………………………………………
190
3.4.2. Сети Fast Ethernet ……………………………………… 194
3.4.3. Технология 100VG - Any LAN……………………….. 200
3.4.4. Гигабитовые технологии в сетях Ethernet ..………… 201
3.4.5. Оценка производитетельности локальных сетей …… 204
Компьютерные сети
6
3.5.
Оборудование локальных сетей ………………………………. 208
3.5.1. Повторители и концентраторы ……………………….. 208
3.5.2. Сетевые мосты ………………………………………… 205
3.5.3. Сетевые коммутаторы ………………………………… 210
3.5.4. Маршрутизаторы и шлюзы……………………………. 215
3.6.
Сегментация локальных компьютерных сетей ………………. 218
3.6.1. Домен коллизий и необходимость сегментации сетей 218
3.6.2. Сегментация с помощью мостов и коммутаторов ….. 221
3.6.3. Сегментация на основе маршрутизаторов ……………
223
3.6.4. Виртуальные локальные сети ………………………… 225
3.6.5. Алгоритм покрывающего дерева …………………….. 229
3.7.
Архитектура беспроводных сетей…………………………….. 235
3.7.1. Целесообразность и особенность применения
беспроводных сетей…………………………………….
235
3.7.2. Способы построения WLAN………………………….. 236
3.7.3. Стандартизация построения беспроводных сетей ….. 239
3.7.4. Способы доступа пользователей к ресурсам сети ….. 242
3.8.
Выводы по разделу…………………………………………….. 250
3.9.
Контрольные вопросы…………………………………………. 254
Раздел 4. КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ ……….………. 256
4.1.
Особенности функционирования объединенных сетей …….. 256
4.1.1. Цель и проблемы объединения разнородных сетей … 256
4.1.2. Стек протоколов TCP/IP………………………………. 259
4.1.3. Адресация в сети Интернет ……………………………
263
4.1.4. Преобразование адресов IP- сетях …………………….
267
4.1.5. Структуризация IP-сетей с помощью масок…………. 270
4.2.
Межсетевые протоколы IP и IPv6……………………………. 273
4.2.1. Межсетевой протокол IP………………………………. 273
4.2.2. Фрагментация IP-пакетов………………………………
276
4.2.3. Межсетевой протокол IPv6……………………………. 279
4.2.4. Способы адресации IPv6………………………………. 281
4.3.
Протоколы транспортного уровня UDP и TCP………………. 283
4.3.1. Назначение и разновидности протоколов транспорт-
ного уровня …………………………………………….
283
4.3.2. Протокол передачи пользовательских дейтаграмм
Содержание
7
UDP …………………………………………………….. 288
4.3.3. Протокол с установлением виртуальных соединений
ТРС………………………………………………………
290
4.3.4. Протокол динамической конфигурации сетевых ком-
пьютеров DHCP ………………………………………..
296
4.4.
Маршрутизация в IP-сетях ……………………………………. 298
4.4.1. Общие принципы маршрутизации в IP-сетях ………. 298
4.4.2. Дистанционно-векторный протокол RIP.……………. 304
4.4.3. Протокол маршрутизации с учетом состояния линий 307
4.4.4. Протоколы внешней маршрутизации………………… 314
4.4.5. Бесклассовая междоменная маршрутизация CIDR …. 317
4.5.
Протоколы передачи управляющих сообщений ICMP………
320
4.5.1. Назначение и формат управляющих сообщений……. 320
4.5.2. Типы управляющих сообщений ……………………… 321
4.5.3. Протокол ICMPv6……………………………………… 328
4.6.
Организация сервисных служб в сети Интернет…………….. 330
4.6.1. Служба терминального доступа Telnet и Rlogin ……. 330
4.6.2. Служба передачи файлов FTP………………………… 332
4.6.3. Всемирная информационная служба WWW………….
333
4.6.4. Служба доменных имен DNS ………………………… 336
4.6.5. Электронная почта в сети Интернет …………………. 338
4.7.
Выводы по разделу…………………………………………….. 343
4.8.
Контрольные вопросы…………………………………………. 347
Раздел 5. ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ СВЯЗИ ………………………….. 349
5.1.
Общая характеристика глобальных сетей ……………………. 349
5.2.
Аналоговые телефонные сети ………………………………….
351
5.2.1. Структура и особенности построения сети ………….. 351
5.2.2. Компьютерная сеть на основе аналоговых модемов…
354
5.2.3.
Архитектура модемов для телефонных сетей ………. 358
5.2.3. DSL-модемы в компьютерных сетях ………………… 367
5.2.4. Модемные протоколы передачи файлов……………... 371
5.2.5. Протоколы подключения к сети Интернет через
телефонные каналы ……………………………………
383
5.3.
Цифровые выделенные каналы связи глобальных сетей …….
387
5.3.1. Плезиохронная цифровая иерархия PDH …………… 387
Компьютерные сети
8
5.3.2. Cинхронная цифровая иерархия SDH…………………
390
5.3.3. Цифровые сети спектрального мультиплекси
рования
WDM ……………………………………………………
394
5.4.
Цифровая сеть интегрального обслуживания ISDN ………… 397
5.4.1. Назначение и общая характеристика сетей………….. 397
5.4.2. Подключение пользовательского оборудования к
сети …………………………………………………….
398
5.4.3. Взаимодействие на сетевом уровне………………….. 400
5.5.
Цифровая сеть коммутации пакетов Х.25…………………….. 402
5.5.1. Структура и особенности построения сети…………... 402
5.5.2. Адресация в сетях Х.25………………………………... 405
5.5.3. Стек протоколов сети Х.25…………………………… 406
5.6.
Сеть ретрансляции кадров Frame relay………………………... 408
5.6.1. Назначение и общая характеристика сети…………….
408
5.6.2. Управление доступом и защита от перегрузок ……… 410
5.7.
Асинхронная сеть передачи кадров АТМ ……………………. 413
5.7.1. Основные принципы технологии АТМ ……………… 413
5.7.2. Уровни и протоколы сети …………………………….. 416
5.7.3. Формат ячейки АТМ ………………………………….. 423
5.7.4. Сетевые интерфейсы и доступ к сети АТМ ………… 425
5.8.
IP-технологии в глобальных сетях …………………………….
428
5.8.1. Способы реализации глобальных IP-сетей …………...
428
5.8.2. Функционирование IP-сетей поверх ATM/FR ………. 429
5.8.3. MPLS-технология ……………………………………... 430
5.8.4. Форматы MPLS-заголовков и стек меток …………….
433
5.8.5. Применение технологии MPLS ………………………. 434
5.9.
Выводы по разделу……………………………………………. 435
5.10
Контрольные вопросы…………………………………………. 440
Раздел 6. БЕЗОПАСНОСТЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ……… 442
6.1.
Общая характеристика проблемы безопасности в
компьютерных сетях …………………………………………...
442
6.1.1. Уязвимости компьютерных сетей и их причины …… 442
6.1.2. Категории информационной безопасности …………..
444
6.1.3. Абстрактные модели защиты информации ………….. 445