Старооскольский технологический институт

(филиал) Федерального государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Кафедра АИСУ

И.В. Мельникова Вычислительные машины, системы и сети

Часть 1

Методическое пособие

для студентов специальности

«220301 – Автоматизация технологических процессов и производств»

(очной, заочной формы обучения)

Одобрено редакционно-издательским советом института

Старый Оскол

2010

УДК 519.7

ББК 22.161

Рецензент: доцент кафедры АИТС ВГТУ, к.т.н. Таратынов О.Ю.

Мельникова И.В. Вычислительные машины, системы и сети. Методическое пособие. Старый Оскол. СТИ НИТУ МИСиС, 2010. – 136 с.

Методическое пособие по курсу «Вычислительные машины, системы и сети» для студентов специальностей «220301 – Автоматизация технологических процессов и производств», очной, заочной формы обучения.

 Мельникова И.В.

 СТИ НИТУ МИСиС

Содержание

Содержание 3

ЛЕКЦИЯ 1 7

Вычислительные сети – частный случай распределенных систем 7

Классификация по совместимости 10

Большие ЭВМ (Main Frame) 12

МиниЭВМ 12

МикроЭВМ 12

MISC против RISC против CISC 18

СуперЭВМ 19

Выбор подходящей топологии 37

Сложные топологии 37

Распределенная магистраль 46

Оптоволокно: неразъемные соединения 59

Соединения оптических волокон с помощью сварки 59

Соединение оптических волокон методом склеивания 64

Механические соединители оптических волокон 65

Передача в основной полосе частот и широкополосная передача 83

ЛЕКЦИЯ 3 86

На Транспортном уровне, кроме того, к пакету добавляется информация, которая поможет компью­теру-получателю восстановить исходные данные из последовательно­сти пакетов. 95

ЛЕКЦИЯ 4 105

Передача данных по кабелю 105

Максимальная длина сегмента 117

ЛЕКЦИЯ 5 126

Технология Token Ring 126

ЛЕКЦИЯ 6 136

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 136

УРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ 149

ТОПОЛОГИЯ 150

ТИПЫ ПОРТОВ 150

РАЗНОВИДНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ 151

Классы сервиса 152

Характеристики fibre channel 152

ЛЕКЦИЯ 7 155

Понятие сетевого протокола 155

Блоки сообщений сервера 162

Кадр NetBEUI 163

Протокол NMP (Name Management­ Protocol). 163

Протокол SMP(Session Management­ Protocol) DMP ( Diagnostic and Monitoring Protocol). 164

Протокол UDP 164

Протокол DMP 164

Краткое резюме 165

Стек протоколов IPX/SPX и система Novell NetWare 165

Средства построения составных сетей стека Novell 167

Общая характеристика протокола IPX 167

Адресация 168

Маршрутизация протокола IPX 170

Адресация 170

Резюме 171

Протоколы SAP 172

Выводы 173

ЛЕКЦИЯ 8 174

Стек TCP/IP 174

Комплект протоколов ТCP/IP 175

Архитектура TCP/IP 176

Адресация 177

Но маску в десятичном представлении удобно использовать лишь тогда, когда расширенный сетевой префикс заканчивается на границе октетов, в других случаях ее расшифровать сложнее. Допустим, что в примере на рис. 4 мы хотели бы для подсети использовать не 8 бит, а десять. Тогда в последнем (z-ом) октете мы имели бы не нули, а число 11000000. В десятичном представлении получаем 255.255.255.192. Очевидно, что такое представление не очень удобно. В наше время чаще используют обозначение вида "/xx", где хх - количество бит в расширенном сетевом префиксе. Таким образом, вместо указания: "144.144.19.22 с маской 255.255.255.192", мы можем записать: 144.144.19.22/26. Как видно, такое представление более компактно и понятно. 180

Таблица 1.1 Характеристики классов IP-адресов 180

Маски подсетей 181

Не хватает адресов? 181

РЕЗЮМЕ 182

Маска подсети переменной длины VLSM (Variable Length Subnet Mask) 183

Проблемы классической схемы 184

Бесклассовая междоменная маршрутизация CIDR (Classless Inter-Domain Routing) 184

IPing - новое поколение протоколов IP 186

Рис. 8.4 Заголовок IPv6 187

Выводы: 188

Дополнительный материал. (Примеры расчета масок подсетей) 189

Стеки протоколов 198

Рис. 8.8 198

Стек протоколов при использовании модуля TCP 199

Рис. 8.9 199

Стек протоколов при работе через транспортный протокол UDP 199

Рис. 8.10 199

Отображение физических адресов на IP-адреса: протоколы ARP и RARP 199

Отображение символьных адресов на IP-адреса: служба DNS 201

Автоматизация процесса назначения IP-адресов узлам сети – протокол DHCP 201

Протоколы ТCP и UDP 202

Структура стека протоколов TCP/IP 202

К сетевому (межсетевому) уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных, или, другими словами, за соединение отправителя и получателя. Вообще говоря, эта терминология пошла от сетей коммутации каналов, когда отправитель и получа­тель действительно соединяются на время работы каналом связи. Применительно к сетям TCP/IP, такая терминология не очень приемлема. К этому уровню в TCP/IP относят протокол IP (Internet Protocol). Именно здесь определяется отправитель и получатель, именно здесь на­ходится необходимая информация для доставки пакета по сети. 203

Транспортный уровень отвечает за надежность доставки данных, и здесь, проверяя контроль­ные суммы, принимается решение о сборке сообщения в одно целое. В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами TCP (Transport Control Protocol) и UDP (User Data­gramm Protocol). Если предыдущий уровень (сетевой) определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных. 203

Уровень сессии определяет стандарты взаимодействия между собой прикладного программ­ного обеспечения. Это может быть некоторый промежуточный стандарт данных или правила обработки информации. Условно к этому уровню можно отнеси механизм портов протоколов TCP и UDP и Berkeley Sockets. Однако обычно, рамках архитектуры TCP/IP такого подразде­ления не делают. 203

Уровень обмена данными с прикладными программами (Presentation Layer) необходим для преобразования данных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения. В Internet это преобразование возложено на прикладные программы. 203

Уровень прикладных программ или приложений определяет протоколы обмена данными этих прикладных программ. В Internet к этому уровню могут быть отнесены такие протоколы, как: FTP, TELNET, HTTP, GOPHER и т.п. 203

Рис. 8.11Структура стека протоколов TCP/IP 203

ЛЕКЦИЯ 9 205

Большие сети. Технические и программные компоненты расширения сетей. Интеграция локальных и глобальных сетей 205

Использование маршрутизаторов 235

Компоненты маршрутизации 241

Коммутация 242

Алгоритмы маршрутизации 244

Классификация алгоритмов маршрутизации и общие сведения 245

Цели разработки алгоритмов маршрутизации: 245

Показатели алгоритмов (метрики) 246

Типы алгоритмов 247

Одномаршрутные или многомаршрутные алгоритмы 248

Таблицы маршрутизации 250

Типы записей в таблице маршрутизации 250

Структура таблицы маршрутизации 250

Среда со статической маршрутизацией 251

Протоколы динамической маршрутизации 251

Организации, поддерживающие технологии беспроводных сетей 260

Технологии радиосетей 260

Радиосети стандарта IEEE 802.11 261

Компоненты беспроводной сети 261

Направленная антенна 261

Многоячеечные беспроводные локальные сети (сотовые) 263

Альтернативные технологии радиосетей 264

Bluetooth 264

HiperLAN 264

HomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP) 265

Микроволновые сетевые технологии 265

266

Беспроводные сети на базе низкоорбитальных спутников Земли 266

40 Gigabit Ethernet и беспроводные сети Fast Ethernet 267

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В ГВС 273

Глобальные сети (WAN – Wide Area Networks) 273

ЛЕКЦИЯ 13 302

Промышленная сеть для поддержки АСУ    302

Структура АСУ ТП 303

Промышленные сети верхнего уровня 304

2. CAN 309

4. PROFIBUS 313

Каналы связи 314

Однако между сетевыми системами имеются и существенные различия. 315

Заключение 318

^{И, наконец, самое важное:} 318

ЛЕКЦИЯ 14 323

Создание современных промышленных сетей автоматизации на основе Ethernet 327

Рис. 1. Модульные управляемые коммутаторы MICE и Power MICE для промышленных сетей 328

Классическая сеть Ethernet для систем реального времени 328

СЕТЕВЫЕ РЕШЕНИЯ ФИРМЫ HIRSCHMANN 329

Повторители 330

Концентраторы 331

Коммутаторы 333

Рис. 8. Кольцевая топология с использованием коммутаторов 333

Промышленные сети SIMATIC NET 334

Что означает наименование SIMATIC NET? 334

Волоконно-оптический канал связи (10BASE–FL) 336

Промышленная витая пара (100BASE–TX) 336

Волоконно-оптический кабель (100BASE–FX) 336

В сетях Industrial Ethernet используются следующие компоненты и кабели: 337

Пример шинной топологии с использованием OLM 337

Узел 2 337

Электрические и оптические модули связи (ELM, OLM) 337

PROFIBUS 338

Экранированная витая пара (волновое сопротивление 150 Ом) 339

Искробезопасная экранированная витая пара (для PROFIBUS-PA) 339

Волоконно-оптический кабель 339

Беспроводные сети (ИК-технология) 339

Оборот маркера (логическое кольцо) 339

Ведущий = активная станция Ведомый = пассивная станция 339

Активные и пассивные узлы 339

Встроенные оптические интерфейсы, OBT, OLM 339

Архитектура протоколов и профили 340

PPOFIBUS-DP 340

PROFIBUS-FMS 341

PROFIBUS-PA 341

Логическое маркерное кольцо 341

Мастера (Masters) – активные участники Адр.: 2 341

Метод Master-Slave 341

Шинные параметры 342

Резюме: 342

Различия между разными типами сетей 347