Гаев А.В. Сети ЭВМ. Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра прикладной математики и информатики
Гаев А.В.
СЕТИ ЭВМ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для студентов специальности
«Прикладная математика и информатика»
Тула - 2005
Разработал: А.В.Гаев, кандидат физико-математических наук, доцент.
Рассмотрено на заседании кафедры:
Протокол № ___ от «__»_________200_г.
Зав. кафедрой __________________В.И.Иванов.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 6
ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ…………… 7
§ 1. Понятие компьютерных сетей…………………………………… 7
§ 2. Историческое развитие компьютерных сетей…………………... 8
§ 3. Общая схема взаимодействия пользователя и СКС…………… 12
§ 4. Что дает предприятию использование сетей…………………… 14
§ 5. Аппаратное, программное и информационное обеспечение
компьютерных сетей……………………………………………... 19
§ 6. Показатели функционирования компьютерной сети…………... 23
§ 7. Классификация компьютерных сетей…………………………… 25
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ…………………………………….. 34
§ 1. Сетевые топологии и логические связи………………………… 34
§ 2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем…………. 39
§ 3. Управление доступом к передающей среде…………………….. 47
§ 4. Адресация компьютеров в сети………………………………….. 61
§ 5. Информационная безопасность в компьютерных сетях……….. 65
§ 6. Базовые сетевые технологии…………………………………….. 74
ГЛАВА 3. СЕТЕВОЕ КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ…… 90
§ 1. Кабельные системы………………………………………………. 90
§ 2. Сетевые адаптеры………………………………………………… 95
§ 3. Концентраторы…………………………………………………… 98
§ 4. Мосты……………………………………………………………… 99
§ 5. Коммутаторы……………………………………………………… 103
§ 6. Маршрутизаторы…………………………………………………. 106
§ 7. Брандмауэры……………………………………………………… 109
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ……………………………... 111
§ 1. Структура программного обеспечения ЭВМ…………………… 111
§ 2. Операционные системы………………………………………….. 113
§ 3. Системы автоматизации программирования…………………… 119
§ 4. Пакеты программ…………………………………………………. 125
§ 5. Комплекс программ технического обслуживания……………… 129
§ 6. Режимы работы ЭВМ…………………………………………….. 131
ГЛАВА 5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕТЕЙ ЭВМ……………... 139
§ 1. Классификация сетевого программного обеспечения ЭВМ…... 139
§ 2. Классификация сетевых операционных систем………………... 140
§ 3. Краткая характеристика сетевых операционных систем……… 142
ГЛАВА 6. СЕМЕЙСТВО ПРОТОКОЛОВ TCP/IP…………………………. 152
§ 1. Основы TCP/IP…………………………………………………… 159
§ 2. Протокол IP………………………………………………………. 161
§ 3. IP-адрес……………………………………………………………. 165
3
§ 4. Протокол ARP……………………………………………………. 167
§ 5. Протокол ICMP…………………………………………………… 168
§ 6. Протокол UDP……………………………………………………. 170
§ 7. Протокол TCP…………………………………………………….. 171
§ 8. Протоколы прикладного уровня………………………………… 175
ГЛАВА 7. ПЛАНИРОВАНИЕ И УСТАНОВКА СЕТЕВОЙ
ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
MICROSOFT WINDOWS 2000 ADVANCED SERVER……….. 175
§ 1. Требования к аппаратным ресурсам……………………………. 175
§ 2. Способы установки………………………………………………. 176
§ 3. Информация, необходимая для установки……………………… 179
§ 4. Общее описание установки Windows 2000……………………... 180
§ 5. Конфигурирование разделов на жестком диске………………... 187
§ 6. Выбор файловой системы………………………………………... 191
ГЛАВА 8. КОНФИГУРИРОВАНИЕ СЕТЕВОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ MICROSOFT WINDOWS 2000 ADVANCED
SERVER ПОСЛЕ УСТАНОВКИ………………………………… 198
§ 1. Конфигурирование системы……………………………………... 198
§ 2. Типовые задачи администрирования……………………………. 200
§ 3. Сеть и удаленный доступ………………………………………… 220
§ 4. Серверы DNS, DHCP, WINS……………………………………... 230
§ 5. Администрирование доменов под Active Directory ……………. 237
ГЛАВА 9. ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ……………………………………………. 244
§ 1. Основные понятия и определения………………………………. 244
§ 2. Функции глобальных сетей……………………………………… 247
§ 3. Обобщенная структура глобальных сетей……………………… 250
§ 4. Интерфейсы DTE-DCE…………………………………………… 255
§ 5. Типы глобальных сетей…………………………………………... 257
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………... 268
4
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время ЭВМ используются не только для выполнения
сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами в
образовании, экономике, здравоохранении, экологии и т.д.
Развитие вычислительной техники на сегодня такое, что появились
сложные коммуникационные сетевые и телекоммуникационные решения,
позволяющие решать огромный пласт научно-технических и производственных
задач совместными усилиями большого количества ЭВМ. Развитие сетевых
технологий и телекоммуникаций, которые подчас очень сложно отделить друг
от друга, сформировало целых комплекс новых услуг. При этом сетевые
коммуникационные возможности всего за каких-нибудь последних 20 лет (с
момента стандартизации методов и оборудования передачи данных)
многократно возросли. Также помимо традиционных транспортных услуг
сетей, появились и другие, например, информационные услуги глобальной
общественной сети «Интернет», которые наряду с телевидением, печатью стали
одним из главных источников информации.
Целью данного пособия является формирование у студентов знаний об
основных понятиях, истории, тенденциях развития сетей ЭВМ и сетевой
вычислительной техники, возможностях использования сетей ЭВМ для
решения различных задач производства. Это достигается путем рассмотрения
основ построения компьютерных сетей, эволюции их аппаратного и
5
программного обеспечения, тенденций будущего. При этом самое важное
внимание уделяется развитию, основным понятиям и методам, оборудованию
сетевого и телекоммуникационного обеспечения.
ГЛАВА 1
ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
§ 1. Понятие компьютерных сетей
Компьютерной сетью (КС) называют совокупность узлов (компьютеров,
терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность
информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального
коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Компьютерные сети принадлежат к классу вычислительных сетей.
Можно дать еще одно определение КС.
Компьютерная сеть, или телекоммуникационная вычислительная сеть
(ТВС), представляет собой сеть обмена и распределенной обработки
информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и
средствами связи.
Cредства передачи и обработки информации ориентированы в ней на
коллективное использование общесетевых ресурсов – информационных,
программных, аппаратных.
Абонентская система (АС) - система оборудований конечного
пользователя сети, включающая сетевой компьютер вместе с периферийными
средствами ввода-вывода и программным обеспечением средств связи с
коммуникационной подсетью компьютерной сети, выполняющие прикладные
6
процессы. Абонентскую систему называют также рабочей станцией (PC) сети.
Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная система (ТКС) -
это совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и
программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.
Прикладной процесс - это различные процедуры ввода, хранения,
обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и
описываемые прикладными программами.
Компьютерные сети могут работать в различных режимах: обмена
данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации
пакетной обработки данных по запросам пользователей с удаленных
терминалов, в диалоговых режимах.
Таким образом, с появлением КС разрешены две очень важные проблемы:
обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей
независимо от территориального расположения и возможность оперативного
перемещений больших массивов информации на любые расстояния,
позволяющий своевременно получать данные для принятия тех или иных
решений.
§ 2. Историческое развитие компьютерных сетей
Концепция вычислительных сетей является логическим результатом
эволюции компьютерной технологии.
Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие -
предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Такие
компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а
использовались в режиме пакетной обработки, которые, как правило, строились
на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального
назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и
команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы
вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи
7
получали обычно только на следующий день.
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые
способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть
интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные
многотерминальные системы разделения времени. В таких системах
компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям.
Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью
которого он мог вести диалог с компьютером. Причем время реакции
вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю
была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других
пользователей. Разделяя таким образом компьютер, пользователи получили
возможность за сравнительно небольшую плату пользоваться преимуществами
компьютеризации.
Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме
разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных
вычислительных сетей.
Однако, назревала потребность в соединении компьютеров, находящихся
на большом расстоянии друг от друга. Началось все с решения более простой
задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие
сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами
через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли
многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым
ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. Затем появились
системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа «терминал-
компьютер» были реализованы и удаленные связи типа «компьютер-
компьютер». Компьютеры получили возможность обмениваться данными в
автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым механизмом
любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были
реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной
почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы.
8
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные
вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впервые
предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных
вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение
коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов,
маршрутизация пакетов в составных сетях.
В результате удешевления технологий и производства больших
интегральных схем в начале 70-х годов привело к созданию мини-компьютеров,
которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Мини-компьютеры
выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и
другие задачи уровня подразделения предприятия. Таким образом, появилась
концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию.
Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали
работать автономно.
Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли,
им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить
возможность обмена данными с другими близко расположенными
компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали
соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное
обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились
первые локальные вычислительные сети. Они еще во многом отличались от
современных локальных сетей, в первую очередь - своими устройствами
сопряжения.
На первых порах для соединения компьютеров друг с другом
использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим
способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т.п.
В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало
кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения
компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их
развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты
9
явились идеальными элементами; для построения сетей — с одной стороны,
они были достаточно мощными для работы сетевого программного
обеспечения, а с другой - явно нуждались в объединении своей вычислительной
мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих
периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные
компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве
клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки
данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-
компьютеры и мэйнфреймы.
Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры
соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель,
присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на
компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например,
NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового
компьютера не вызывало никаких проблем — естественно, если на нем был
установлен сетевой адаптер той же технологии,
Локальные сети в сравнении с глобальными сетями внесли много нового в
способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам
стал гораздо удобнее — пользователь мог просто просматривать списки
имеющихся ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. После
соединения с удаленным ресурсом можно было работать с ним с помощью уже
знакомых пользователю по работе с локальными ресурсами команд.
Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало
появление огромного числа непрофессиональных пользователей, которым
совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные)
команды для сетевой работы. А возможность реализовать все эти удобства
разработчики локальных сетей получили в результате появления качественных
кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения
обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.
Конечно, о таких скоростях разработчики глобальных сетей не могли даже
10