- •Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Учебно-методический комплекс
- •1. Рабочая учебная программа дисциплины
- •1.1. Цели и задачи дисциплины
- •1.2. Структура и объем дисциплины Распределение фонда времени по семестрам, неделям, видам занятий
- •1.3. Содержание дисциплины Распределение фонда времени по темам и видам занятий
- •1.4. Требования к уровню освоения дисциплины и формы текущего и промежуточного контроля
- •Примерный перечень вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине «Сети эвм и телекоммуникации»
- •1.5. Содержание самостоятельной работы
- •Распределение самостоятельной работы студентов по темам с указанием времени
- •Содержание каждого вида самостоятельной работы и вида контроля
- •2. Учебно-методическое пособие
- •2.1. Теоретические сведения
- •2.1.1. Введение
- •2.1.2.1. Эталонная модель osi
- •2.1.2.2. Аппаратура локальных сетей
- •2.1.2.3. Стандартные сетевые протоколы
- •2.1.2.4. Протоколы высоких уровней
- •2.1.2.5. Взаимодействие между стеками протоколов
- •2.1.2.6. Стандартные сетевые программные средства
- •2.1.2.7. Применение модели osi
- •2.1.2.8. Методы и технологии проектирования средств телекоммуникаций
- •2.1.3. Конфигурации локальных вычислительных сетей и методы доступа в них
- •2.1.3.1. Топология локальных сетей
- •2.1.3.2. Назначение пакетов и их структура
- •2.1.3.3. Методы управления обменом
- •2.1.3.4. Метод управления обменом csma/cd
- •2.1.3.5. Оценка производительности сети
- •2.1.3.6. Использование помехоустойчивых кодов для обнаружения ошибок в сети
- •2.1.4. Сети эвм с моноканалом и кольцевые. Проектирование сетей эвм по принципу «клиент-сервер»
- •2.1.4.1. Сети Ethernet и Fast Ethernet
- •2.1.4.2. Сеть Token-Ring
- •2.1.4.3. Сеть fddi
- •2.1.4.4. Сеть 100vg-Any lan
- •2.1.4.5. Сверхвысокоскоростные сети
- •2.1.4.6. Беспроводные сети
- •2.1.4.7. Стандартные сегменты семейства Ethernet
- •2.1.4.8. Стандартные сегменты Fast Ethernet
- •2.1.4.9. Автоматическое определение типа сети (Auto-Negotiation)
- •2.1.4.10. Производительность эвм и информационно-вычислительных сетей
- •2.1.4.11. Проектирование сетей эвм по принципу «клиент-сервер»
- •2.1.5. Конфигурации глобальных сетей и методы коммутации в них. Менеджмент в телекоммуникационных системах
- •2.1.5.1. Глобальные связи компьютерных сетей
- •2.1.5.2. Глобальные связи на основе выделенных каналов
- •2.1.5.3. Глобальные сети на основе коммутации каналов
- •2.1.5.4. Глобальные сети с коммутацией пакетов
- •2.1.6. Аппаратные средства телекоммуникации
- •2.1.6.1. Аппаратные средства локальных сетей
- •2.1.6.2. Аппаратные средства глобальных сетей
- •2.1.7. Составные и корпоративные сети
- •2.1.7.1. Принципы построения составных сетей
- •2.1.7.2. Алгоритмы и протоколы выбора маршрута
- •2.1.7.3. Иерархическая маршрутизация
- •2.1.7.4. Общие сведения о корпоративных сетях
- •2.1.7.5. Уровни и протоколы
- •2.1.7.6. Структура территориальных сетей
- •2.1.7.7. Адресация компьютеров в сети Интернет
- •2.1.7.8. Службы обмена данными
- •2.1.7.9. Сервисы сети Интернет
- •2.1.7.10. Виды конференц-связи
- •2.1.8. Программные средства телекоммуникации
- •2.1.8.1. Классификация операционных систем
- •2.1.8.2. Обобщенная структура операционных систем
- •2.1.8.3. Модель клиент-сервер и модель ос на базе микроядра
- •2.1.8.4. Топологии распределенных вычислений
- •2.1.8.5. Функции сетевых операционных систем
- •2.1.8.6. Распределенная обработка приложений
- •2.1.8.7. Адресация прикладных процессов в сетях эвм
- •2.1.8.8. Сетевые службы
- •2.1.9. Обеспечение безопасности телекоммуникационных связей и административный контроль. Проблемы секретности в сетях эвм и методы криптографии
- •2.1.9.1. Общие сведения и определения
- •2.1.9.2. Виды угроз информации
- •2.1.9.3. Классификация угроз безопасности и их нейтрализация
- •2.1.9.4. Методы и средства защиты информации в сетях. Программные средства защиты информации
- •2.1.9.5. Стандартные методы шифрования и криптографические системы
- •2.1.9.6. Администрирование сети
- •2.1.9.7. Безопасность в корпоративных сетях
- •2.1.9.8. Архивирование. Источники бесперебойного питания
- •2.1.10. Тенденции развития телекоммуникационных систем
- •2.3. Лабораторный практикум
- •Распределение тем лабораторных занятий по времени
- •2.3.1. Лабораторная работа № 1 Расчет конфигурации сети Ethernet
- •1.1. Критерии корректности конфигурации
- •1.2. Методика расчета времени двойного оборота и уменьшения межкадрового интервала
- •1.3. Пример расчета конфигурации сети
- •1.4. Задание на лабораторную работу
- •1.5. Справочные данные ieee
- •2.3.2. Лабораторная работа № 2 Изучение структуры ip-адреса
- •2.1. Типы адресов стека tcp/ip
- •2.2. Классы ip-адресов
- •2.3. Особые ip-адреса
- •2.4. Использование масок в ip-адресации
- •2.5. Задание на лабораторную работу
- •2.3.3. Лабораторная работа № 3 Взаимодействие прикладных программ с помощью транспортного протокола тср
- •3.1. Транспортный протокол tcp
- •3.2. Транспортный протокол udp
- •3.3. Порты, мультиплексирование и демультиплексирование
- •3.4. Логические соединения
- •3.5. Программирование обмена данными на основе транспортных протоколов
- •3.6 Пример реализации простейшего клиент-серверного приложения на основе сокетов
- •3.7. Задание на лабораторную работу
- •3.8. Справочные данные Основные свойства компонента ServerSocket:
- •2.3.4. Лабораторная работа № 4 Взаимодействие прикладных программ с помощью протоколов электронной почты smtp и pop3
- •4.1. Модель протокола, команды и коды ответов smtp
- •4.2. Кодировка сообщений
- •4.3. Процесс передачи сообщений
- •4.4. Пример последовательности команд почтовой транзакции
- •4.5. Модель протокола рор3, его назначение и стадии рор3-сессии
- •4.6. Формат сообщений
- •4.7. Процесс получения сообщений. Команды и ответы протокола рор3
- •4.8. Задание на лабораторную работу
- •4.9. Справочные данные
- •2.3.5. Лабораторная работа № 5 Взаимодействие прикладных программ с помощью протокола передачи данных ftp
- •5.1. Назначение и модели работы протокола ftp
- •5.2. Особенности управления процессом обмена данными
- •5.3. Команды и ответы протокола ftp
- •5.4. Задание на лабораторную работу
- •5.5. Справочные данные
- •2. Команды управления потоком данных.
- •3. Команды ftp-сервиса.
- •2.3.6. Лабораторная работа № 6 Построение и исследование компьютерных сетей с помощью системы NetCracker
- •6.1. Основы компьютерной системы NetCracker
- •6.2. Задание на лабораторную работу
- •2.3.7. Лабораторная работа № 7 Изучение алгоритма маршрутизации ospf
- •7.1. Алгоритмы маршрутизации
- •7.2. Задание на лабораторную работу
- •3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •3.1. Перечень основной и дополнительной литературы
- •3.1.1. Основная литература:
- •3.1.2. Дополнительная литература:
- •3.2. Методические рекомендации преподавателю
- •3.3. Методические указания студентам по изучению дисциплины
- •3.4. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы
- •3.4.1. Постановка задачи курсовой работы. Обязательное содержание разделов
- •3.4.2. Выбор конфигурации сети Ethernet
- •3.4.3. Выбор конфигурации Fast Ethernet
- •3.4.4. Методика и начальные этапы проектирования сети
- •3.4.5. Выбор с учетом стоимости сети
- •3.4.6. Проектирование кабельной системы
- •3.4.7. Оптимизация и поиск неисправностей в работающей сети
- •3.4.8. Проектирование локальной корпоративной компьютерной сети с помощью системы автоматизированного проектирования NetWizard
- •3.4.9. Правила выполнения и оформления курсовой работы
- •Пример правильного оформления расчета
- •3.5. Учебно-методическая карта дисциплины
- •3.6. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- •3.7. Программное обеспечение использования современных информационно-коммуникативных технологий
- •3.8. Технологическая карта дисциплины Поволжский государственный университет сервиса
- •Образец оформления титульного листа лабораторной работы
- •Образец оформления титульного листа журнала отчетов по лабораторным работам
- •Лист обложки пояснительной записки курсовой работы
- •Титульный лист пояснительной записки курсовой работы
- •Поволжский государственный университет сервиса
- •Задание по курсовому проектированию
- •Типовые варианты* задания на выполнение курсовой работы
2.1.4.5. Сверхвысокоскоростные сети
Быстродействие сети Fast Ethernet и других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно в тех ситуациях, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена. Например, все более широко применяется сетевая обработка трехмерных динамических изображений. Скорость компьютеров непрерывно растет, они обеспечивают все более высокие темпы обмена с внешними устройствами. В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия.
Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с (1000 Мбит/с) в последние годы ведутся довольно интенсивно несколькими компаниями. Однако, скорее всего, наиболее перспективной окажется сеть Gigabit Ethernet. Это связано, прежде всего, с тем, что переход на нее окажется наиболее безболезненным, самым дешевым и психологически приемлемым. Ведь сеть Ethernet и ее версия Fast Ethernet сегодня далеко опережают всех своих конкурентов по объему продаж и распространенности в мире.
Сеть Gigabit Ethernet – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Безусловно, она наследует и все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет достаточно просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в сеть, и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети (к тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима). Если же говорить о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребовать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведет к большим затратам средств.
В сети Gigabit Ethernet сохраняется все тот же хорошо зарекомендовавший себя в предыдущих версиях метод доступа CSMA/CD, используются те же форматы пакетов (кадров) и те же их размеры. Не требуется никакого преобразования протоколов в местах соединения с сегментами Ethernet и Fast Ethernet. Единственно, что нужно, – это согласование скоростей обмена, поэтому главной областью применения Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов Ethernet и Fast Ethernet между собой.
С появлением сверхбыстродействующих серверов и распространением наиболее совершенных персональных компьютеров класса «hi-end» преимущества Gigabit Ethernet становятся все более явными. Так, 64-разрядная системная магистраль PCI, уже фактический стандарт, вполне достигает требуемой для такой сети скорости передачи данных.
Работы по созданию сети Gigabit Ethernet ведутся с 1995 года. В 1998 году принят стандарт, получивший наименование IEEE 802.3z (1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX). Разработкой занимается специально созданный альянс (Gigabit Ethernet Alliance), в который, в частности, входит такая известная компания, занимающаяся сетевой аппаратурой, как 3Com. В 1999 году принят стандарт IEEE 802.3ab (1000BASE-T).
Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы:
• 1000BASE-SX – сегмент на мультимодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (длиной до 500 метров). Используются лазерные передатчики;
• 1000BASE-LX – сегмент на мультимодовом (длиной до 500 метров) и одномодовом (длиной до 2000 метров) оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм. Используются лазерные передатчики;
• 1000BASE-CX – сегмент на экранированной витой паре (длиной до 25 метров);
• 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.Заb) – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категории 5 (длиной до 100 метров). Используется 5-уровневое кодирование (РАМ-5), причем в полнодуплексном режиме передача ведется по каждой паре в двух направлениях.
Специально для сети Gigabit Ethernet предложен метод кодирования передаваемой информации 8В/10В, построенный по тому же принципу, что и код 4В/5В сети FDDI (кроме 1000BASE-T). Таким образом, восьми битам информации, которую нужно передать, ставится в соответствие 10 бит, передаваемых по сети. Этот код позволяет сохранить самосинхронизацию, легко обнаруживать несущую (факт передачи), но не требует удвоения полосы пропускания, как в случае манчестерского кода.
Для увеличения 512-битного интервала сети Ethernet, соответствующего минимальной длине пакета (51,2 мкс в сети Ethernet и 5,12 мкс в сети Fast Ethernet), разработаны специальные методы. В частности, минимальная длина пакета увеличена до 512 байт (4096 бит). В противном случае временной интервал 0,512 мкс чрезмерно ограничивал бы предельную длину сети Gigabit Ethernet. Все пакеты с длиной меньше 512 байт расширяются до 512 байт. Поле расширения вставляется в пакет после поля контрольной суммы. Это требует дополнительной обработки пакетов, но зато максимально допустимый размер сети становится в 8 раз больше, чем без принятия таких мер.
Кроме того, в Gigabit Ethernet предусмотрена возможность блочного режима передачи пакетов (Frame Bursting). При этом абонент, получивший право передавать и имеющий для передачи несколько пакетов, может передать не один, а несколько пакетов, последовательно, причем адресованных разным абонентам-получателям. Дополнительные передаваемые пакеты могут быть только короткими, а суммарная длина всех пакетов блока не должна превышать 8192 байта. Такое решение позволяет снизить количество захватов сети и уменьшить число коллизий. При использовании блочного режима до 512 байт расширяется только первый пакет блока – для того, чтобы проверить, нет ли в сети коллизий. Остальные пакеты до 512 байт могут не расширяться.
Передача в сети Gigabit Ethernet производится как в полудуплексном режиме (с сохранением метода доступа CSMA/CD), так и в более быстром полнодуплексном режиме (аналогично предшествующей сети Fast Ethernet). Ожидается, что полнодуплексный режим, не налагающий ограничений на длину сети (кроме ограничений в связи с затуханием сигнала в кабеле) и обеспечивающий отсутствие конфликтов, станет в будущем основным для Gigabit Ethernet.
Сеть Gigabit Ethernet, прежде всего, находит применение в сетях, объединяющих компьютеры крупных предприятий, которые располагаются в нескольких зданиях. Она позволяет с помощью соответствующих коммутаторов, преобразующих скорости передачи, обеспечить каналы связи с высокой пропускной способностью между отдельными частями сложной сети (рис. 83) или линии связи коммутаторов со сверхбыстродействующими серверами (рис. 84).
Вероятно, в ряде случаев Gigabit Ethernet будет вытеснять оптоволоконную сеть FDDI, которая в настоящее время все чаще используется для объединения в сеть нескольких локальных сетей, в том числе, и Ethernet.
Правда, FDDI может связывать абонентов, находящихся гораздо дальше друг от друга, но по скорости передачи информации Gigabit Ethernet существенно превосходит FDDI.
Но даже сеть Gigabit Ethernet не может решить некоторых задач. Уже предлагается и 10-гигабитная версия Ethernet, называемая l0Gigabit Ethernet (стандарт IEEE 802.Зае, принятый в 2002 году). Она принципиально отличается от предыдущих версий. В качестве среды передачи используется исключительно оптоволоконный кабель. Электрический кабель может иногда применяться только для связи на короткие расстояния (порядка 10 метров). Режим обмена – полнодуплексный. Формат пакета Ethernet – прежний. Это, наверное, единственное, что остается от изначального стандарта Ethernet (IEEE 802.3).
Рис. 83. Использование сети Gigabit Ethernet для соединения групп компьютеров |
Рис. 84. Использование сети Gigabit Ethernet для подключения быстродействующих серверов |