Учебное пособие 1107
.pdfФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра систем информационной безопасности
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовому проектированию по дисциплине «Сети и системы передачи информации»
для студентов специальностей 090301 «Компьютерная безопасность», 090302«Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 090303 «Информационная безопасность автоматизированных систем» очной формы обучения
Воронеж 2014
Составитель канд. техн. наук И. В. Гончаров
УДК 004.056.5
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Сети и системы передачи информации» для студентов специальностей 090301 «Компьютерная безопасность», 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 090303 «Информационная безопасность автоматизированных систем» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. И. В. Гончаров. Воронеж, 2014. 24 с.
Методические указания посвящены исследованию и пониманию наиболее современных способов передачи (кодирования и модуляции) и приема (декодирования и демодуляции) информации, вопросов организации и функционирования систем электросвязи.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2013 и содержатся в файле Гончаров_КП_СИСПИ.pdf.
Ил. 4. Библиогр.: 9 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.Г. Остапенко
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Курсовая работа является важнейшим элементом самостоятельной работы студентов. Основной целью курсовой работы является создание и развитие навыков исследовательской работы, умения работать с научной литературой, делать на основе ее изучения выводы и обобщения.
Курсовая работа является научной разработкой конкретной темы исследования в ходе обучения и овладения студентами определенной специальностью в сфере информационной безопасностью. Являясь небольшой учебной статьей или описанием проекта, курсовая работа должна по содержанию и форме представлять собой научный текст, где обозначены теоретические подходы к поставленной проблеме.
Курсовые работы пишутся на учебных потоках с высшим и средним специальным образованием в сроки, соответствующие учебным планам.
Курсовая работа должна показать умение студента самостоятельно изложить проблему, выявить наиболее приоритетные вопросы, применить элементы исследования, или представить собственные экспериментальные или опытные данные.
Курсовая работа отличается от научных докладов и аудиторных выступлений студентов тем, что ее должен выполнять каждый обучающийся в письменном виде, в согласованной с научным руководителем форме и в строго обозначенные сроки. Между тем, проблематика курсовой работы может быть использована в устном выступлении на семинарском или практическом занятии.
Курсовая работа не может быть простой компиляцией и состоять из фрагментов различных статей и книг. Она должна быть научным, завершенным материалом, иметь факты и данные, раскрывающие взаимосвязь между явлениями, процессами, аргументами, действиями и содержать нечто новое: обобщение обширной литературы, материалов эмпирических исследований, в которых появляется авторское видение проблемы и ее решение. Этому общетеоретическому положению
подчиняется структура курсовой работы, ее цель, задачи, методика исследования и выводы.
Курсовая работа является квалификационным учебнонаучным трудом студента, посвященным самостоятельной разработке избранной проблемы.
1.Четко сформулированы: проблема и исследовательские вопросы.
2.Обоснована их актуальность, степень изученности, состояние исследованности.
3.При ее исследовании используются методологические знания.
4.Выполняется на основе знакомства с теоретическими и практическими подходами к анализируемым проблемам, содержит научные выводы.
5.В завершенном виде представляет целостное, однородное исследование.
2
2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В1977 году Международная Организация по Стандар-
тизации (International Organization for Standartization, ISO) об-
разовала подкомитет, задачей которого стала разработка стандарта сетевой архитектуры с целью поддержки совместимости при проектировании сетей. Подкомитету была поставлена цель
–определить набор наиболее характерных функций, которые могли бы управлять всеми возможными видами соеди-
нений между компьютерами.
В1983 г. был опубликован документ «The Basic Reference Model for Open System Interconnection», где была описана распределённая модель сетевого взаимодействия между 7 различными уровнями. Модель взаимодействия открытых систем
(Open System Interconnection, OSI):
четко определяет различные уровни взаимодействия систем;
дает им стандартные имена;
указывает, какую работу должен делать каждый уровень.
Модель OSI – это «модель моделей», она представляет сеть как иерархию семи уровней. На рис. 1 в обобщенном виде представлены функции, выполняемые на различных уровнях сетевых коммуникаций. Но модель OSI так и не стала основой нового стека протоколов. Напротив, модель OSI используется с существующими стеками в качестве обучающего и справочного пособия.
3
Сетенезависимые |
протоколы |
Сетезависимые |
протоколы |
Прикладной уровень
Уровень Представления
Сеансовый уровень
Транспортный уровень
Сетевой уровень
Канальный уровень
Физический уровень
Компьютер 1 |
|
|
Компьютер 2 |
|
|||
Процесс А |
|
|
|
Процесс B |
|
||
передает |
|
|
|
|
|||
|
|
|
принимает |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
протоколы |
|
|
|
|
|
|
|
|
данные |
|
|
|
|
7 |
прикладной |
AH |
данные |
|
7 |
|
|
протокол |
|
|
|||||
|
|
|
интерфейсы |
||||
6 |
протокол |
PH AH |
данные |
|
6 |
||
|
|
||||||
представления |
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
5 |
сеансовый |
SH PH AH |
данные |
|
5 |
|
|
протокол |
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
4 |
транспортный |
TH SH PH AH |
данные |
|
4 |
|
|
протокол |
|
|
|||||
|
|
|
дейтаграммы |
||||
3 |
Сетевой |
NH TH SH PH AH |
данные |
|
3 |
||
протокол |
|
|
|||||
|
|
|
|
||||
2 |
канальный |
DH NH TH SH PH AH |
данные |
DT |
2 |
|
|
протокол |
кадры |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
bits |
DH NH TH SH PH AH |
данные |
DT |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Физическая среда передачи данных |
|
|
|
|||
DH NH TH SH PH AH данные |
DT |
|
Служебная |
|
концевик |
информация-заголовки |
Полезная информация |
|
|
||
Рис. 1. Модель взаимодействия открытых систем (двигаясь по стеку протоколов вниз, данные «обрастают» заголовками и трейлерами)
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами,
не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо разли-
4
чать уровень взаимодействия приложений и прикладной уро-
вень модели OSI.
Модель OSI представляет архитектуру передачи данных посредством протоколов, определенных таким образом, что компьютер-получатель на уровне n получает в точности то сообщение, которое было отправлено с уровня n компьютераисточника.
Потоки информации организованы таким образом, что каждый уровень предполагает, что он напрямую взаимодействует с одноименным уровнем другого узла. На самом деле каждый уровень может взаимодействовать с соседними уровнями на своем компьютере.
В сетевом взаимодействии следует различать понятия «информация» и «данные».
Информация (information) характеризуется структурой, значением и полнотой. Это данные в форме, пригодной для использования. Данные не имеют ничего.
Данные (data) есть произвольный набор байтов.
Каждый уровень оперирует с собственной информацией, а всё, что он получает с верхнего уровня, рассматривается как данные. Прикладная задача отправляет в сеть блок информации, имеющей определенную длину, структуру и значения. Для сетевых компонентов информация не более, чем данные, которые могут быть произвольно разбиты на фрагменты в процессе доставки и вновь собраны воедино при передаче приложению-приемнику.
Когда данные от передающего компьютера проходят по уровням, они инкапсулируются (вкладываются) во все больший блок, по мере того как каждый уровень добавляет заголовочную информацию. Когда данные поступают на принимающий компьютер, этот процесс выполняется в обратной последовательности. Информация передается вверх по уровням. При этом каждый уровень удаляет инкапсулирующую информацию (рис. 2).
5
Рис. 2. Функции семи уровней модели OSI. Уровни 1,2,3 являются соответственно физическим,
канальным и сетевым уровнями
Итак, пусть приложение обращается с запросом к при-
кладному уровню, например к файловому сервису. На основа-
нии этого запроса службы прикладного уровня формируют сообщение стандартного формата, в которое помещают служебную информацию (заголовок) и передаваемые данные. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в сообщении не только заголовка, но и концевика (trailer).
Процесс добавления заголовков к запросу, сгенерированному приложением, называется инкапсуляцией данных (data encapsulation).
Далее сообщение направляется уровню представления. Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи. Говорят, что для взаимодействия одноименных уровней организуется «сес-
сия».
6
Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается с физического уровня вверх до прикладного уровня. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет инкапсулирующую информацию своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.
Когда данные прошли все уровни в принимающем компьютере, вся заголовочная информация оказывается удаленной, и данные принимают исходную форму (как они были созданы приложением на передающей стороне). В этом виде они предоставляются принимающему приложению.
Сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными используется термин «сообщение» (message). Существуют и другие названия. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин, как «прото-
кольный блок данных» - Protocol Data Unit (PDU).
Кроме этого, используются термины кадр (frame), па-
кет (packet), дейтаграмма (datagram).
Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, на чаще всего сети делятся по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. При этом выделяют следующие типы компьютерных сетей:
локальные сети (Local Area Network – LAN);
городские (Metropolian Area Network – MAN);
глобальные(Wide Area Network – WAN).
Обычно LAN < MAN < WAN. Менее существенным признаком является размер сети, то есть количество подключенных компьютеров.
7
Локальные вычислительные сети (ЛВС) - Local Area Network (LAN)
В толковом словаре локальный означает «местный, но не выходящий за определенные пределы». Аналогично этому термин «локальная сеть» означает сеть, охватывающую ограниченную площадь. Компьютеры, принадлежащие локальной сети, расположены недалеко один от другого (рис. 3).
ЛВС позволяют с минимальными затратами осуществить оперативное взаимодействие компьютеров одной организации, находящихся в одном здании или в нескольких километрах друг от друга, обычно в радиусе не более 1-2 км.
Количество компьютеров локальной сети может быть ограничено архитектурой сети и типом кабеля. Предельные допустимые расстояния зависят от протоколов, которые управляют разделением среды передачи в ЛВС. Эти протоколы не могут эффективно работать на больших расстояниях изза задержек распространения сигнала.
Рис. 3. Пример простой локальной сети
Наиболее широко распространены ЛВС Ethernet, Token Ring, FDDI (fiber distributed data interface, волоконно-
оптический распределенный интерфейс данных). Эти ЛВС
8