ISBN 978-5-7782-1114-8
Учебное пособие посвящено сетевым компьютерным технологиям и
охватывает широкий круг вопросов, позволяющих студентам получить
базовые знания о принципах построения компьютерных сетей, протоколов и сетевых приложений. <...> Содержательный аспект терминов, используемых в курсе лекций
3
Введение
Учебное пособие «Сетевые информационные технологии» является
результатом многолетнего опыта преподавания автором курсов сетевой тематики на факультете прикладной математики и информатики
(ФПМИ) Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). <...> Так, например, к принципам работы транспортного уровня относятся установление и разрыв
логического соединения, управление потоками данных, контроль перегрузки, мультиплексирование. <...> Структурным стержнем пособия является
пятиуровневая архитектура Интернета: прикладной, транспортный,
сетевой, канальный и физический уровни. <...> Содержательный аспект терминов, используемых в курсе лекций
5
ЛЕКЦИЯ № 1
СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ ТЕРМИНОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КУРСЕ ЛЕКЦИЙ
Сетевая терминология может оказаться чрезвычайно сложной, поскольку не имеет логической организации и не является единообразной. <...> Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения. <...> Уровни
Прикладной
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Единица обмена
Сообщение
Сегмент/ Дейтаграмма
Дейтаграмма / Пакет
Кадр/ Фрейм
Поток битов
Коммуникационное оборудование типа Повторитель реализует
только физический уровень (работает на физическом уровне). <...> Содержательный аспект терминов, используемых в курсе лекций
7
передачи данных. <...> Важнейший этап в развитии сетей – появление стандартных сетевых технологий (Ethernet, FDDI, Token Ring,…), позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов. <...> ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ
В широком смысле открытой системой может быть названа
любая система (компьютерная сеть <...>
Сетевые_информационные_технологии._Ч.1.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н.Л. ДОЛОЗОВ
СЕТЕВЫЕ
ИНФОРМАЦИОННЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
Часть 1
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2009
Стр.1
2
УДК 004.7(075.8)
Д 648
Рецензенты:
директор ЦИУ, канд. техн. наук, доц. В.М. Стасышин;
директор Центра информационных технологий НГТУ,
канд. техн. наук, доц. Е.Б. Гаврилов
Работа подготовлена на кафедре программных систем
и баз данных для студентов V курса ФПМИ
(специальности 010501, 010503 и 080801 )
Долозов Н.Л.
Д 648 Сетевые информационные технологии. Ч. 1 : учеб. пособие /
Н.Л. Долозов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. – 100 с.
ISBN 978-5-7782-1114-8
Учебное пособие посвящено сетевым компьютерным технологиям и
охватывает широкий круг вопросов, позволяющих студентам получить
базовые знания о принципах построения компьютерных сетей, протоколов
и сетевых приложений.
Оно может быть полезно для инженеров и сотрудников, желающих
получить базовые знания, которые позволят им в дальнейшем продолжить
освоение сетевых информационных технологий самостоятельно.
Введение
УДК 004.7(075.8)
ISBN 978-5-7782-1114-8
© Долозов Н.Л., 2009
© Hовосибиpский государственный
технический университет, 2009
Стр.2
96
СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. Часть 1
Табл. П2.1. Коды типа протоколов ........................................................ 80
Табл. П4.1. .............................................................................................. 85
Рис. 1. Модель информационной сети (ИС). ........................................... 5
Рис. 2. Структура организационных средств стандартизации
Internet. ........................................................................................ 13
Рис. 3. Организация взаимодействия процессов через сеть. ................. 15
Рис. 4. Взаимодействие клиента и сервера. ........................................... 16
Рис. 5. Процессы-приложения, сокеты и протокол транспортного
уровня.......................................................................................... 18
Рис. 6. Обобщенная схема систем связи. ............................................... 38
Рис. 7. Эволюция Ethernet по иерархии скоростей................................ 57
Рис. 8. Диаграмма алгоритма доступа к среде передачи ...................... 67
Рис. П1.1. Вложение пакетов Интернет в Ethernet- и IEEE 802 кадры ... 78
Рис. П2.1. Формат кадра сетей Ethernet (цифры в верхней части
рисунка показывают размер поля в байтах) ......................... 79
Рис. П3.1. Формат IP- пакета (дейтограммы) Интернет ....................... 82
Рис. П3.2. Формат поля DSCP ............................................................... 83
Рис. П4.1. Формат UDP-дейтограммы. .................................................. 84
Рис. П5.1. Формат TCP-сегмента ........................................................... 87
Рис. П6.1. Формат пакета ARP .............................................................. 89
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3
ЛЕКЦИЯ № 1. Содержательный аспект терминов, используемых
в курсе лекций ................................................................................ 5
Основные тезисы (определения) ........................................................................ 5
Взаимопроникновение локальных и глобальных сетей
(конвергенция) ..................................................................................................... 7
Открытые системы и стандартизация сетей ...................................................... 7
Модульность и стандартизация .......................................................................... 8
Виды стандартов .................................................................................................. 9
Стандарты Internet.............................................................................................. 12
Процедура разработки стандартов Internet ...................................................... 13
Стр.96
ОГЛАВЛЕНИЕ
97
Контрольные вопросы ....................................................................................... 14
ЛЕКЦИЯ № 2. Взаимодействие прикладной программы (процесса)
с сетевым ПО ................................................................................ 15
Многоуровневая модель сети ........................................................................... 15
Организация взаимодействия процессов ......................................................... 15
Соединители (socket`ы) ..................................................................................... 17
Работа с соединителями .................................................................................... 17
Идентификация .................................................................................................. 18
Идентификация приложений ............................................................................ 18
Протоколы прикладного уровня ....................................................................... 19
Сетевое программирование и сетевые приложения ....................................... 19
Принципы обмена данными .............................................................................. 20
Демонстрация принципов сетевого программирования................................. 21
Описание API-интерфейса ................................................................................ 21
Контрольные вопросы ....................................................................................... 22
ЛЕКЦИЯ № 3. Основы передачи данных ............................................................ 23
Введение ............................................................................................................. 23
Виды передающих сред ..................................................................................... 23
Уровни технологий связи .................................................................................. 24
Локальная асинхронная связь – RS-232 (до 15 м) ........................................... 24
Скорость в бодах, кадрирование и ошибки ..................................................... 26
Дуплексная асинхронная связь ......................................................................... 26
Ограничения реальных аппаратных средств ................................................... 27
Пропускная способность аппаратуры и передача битов ................................ 27
Максимальная скорость передачи данных D в битах в секунду.................... 28
Применение теоретических результатов в сетях передачи данных .............. 29
Контрольные вопросы ....................................................................................... 30
ЛЕКЦИЯ № 4. Методы и средства дальней связи в компьютерных сетях ....... 32
Передача сигналов на большие расстояния в пределах города ..................... 32
Методы модулированной волны. Амплитудная (АМ)
и частотная (ЧМ) модуляция ............................................................................ 32
Методы модулированной волны. Фазовая модуляция ................................... 33
Аппаратные средства, используемые для модуляции
и демодуляции .................................................................................................... 33
Несущие частоты и мультиплексирование ...................................................... 34
Мультиплексирование с частотным уплотнением .......................................... 35
Стр.97
98
Узкополосные и широкополосные технологии ............................................... 35
Мультиплексирование со спектральным уплотнением (МСУ) ..................... 36
Расширенный спектр ......................................................................................... 36
Цифровая дальняя связь .................................................................................... 36
Цифровая телефония ......................................................................................... 37
Обобщенная схема системы связи.................................................................... 38
Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) ........................................................... 39
Синхронная связь ............................................................................................... 40
Цифровые линии и адаптеры цифрового канала............................................. 40
Контрольные вопросы ....................................................................................... 42
ЛЕКЦИЯ № 5. Стандарты цифровых телефонных линий
(первичные сети) .......................................................................... 43
Технологии цифровых телефонных линий ....................................................... 43
Сети PDH. Иерархия скоростей ......................................................................... 43
Стандартизация технологии PDH ..................................................................... 44
Цифровые линии небольшой пропускной способности ................................. 45
Мультиплексирование с временным уплотнением......................................... 45
Синхронное мультиплексирование с временным уплотнением (STDM) ..... 46
Статистическое мультиплексирование ............................................................ 46
Технология синхронной цифровой иерархии (SDH/SONet) .......................... 46
Контрольные вопросы ....................................................................................... 47
ЛЕКЦИЯ № 6. Пакетные сети. Основные понятия............................................. 48
Концепция пакетов ............................................................................................ 48
Пакеты и фреймы ............................................................................................... 49
Стаффинг ............................................................................................................ 50
Принцип вставки байтов ................................................................................... 51
Вставка битов ..................................................................................................... 52
Ошибки передачи ............................................................................................... 52
Аппаратная адресация и определение типа фрейма ....................................... 53
Определение содержимого фрейма .................................................................. 54
Контрольные вопросы ....................................................................................... 56
ЛЕКЦИЯ № 7. Технология Ethernet ..................................................................... 57
Введение ............................................................................................................. 57
Хронология ......................................................................................................... 57
Форматы кадров технологии Ethernet .............................................................. 59
Стр.98
99
Использование различных типов кадров Ethernet........................................... 63
Обобщенный формат кадра сетей Ethernet ...................................................... 63
Контрольные вопросы ....................................................................................... 64
ЛЕКЦИЯ № 8. Основные характеристики технологии Ethernet ........................ 66
Метод доступа CSMA/CD ................................................................................. 66
Этапы доступа к среде передачи ...................................................................... 66
Алгоритм доступа к среде ................................................................................. 67
Возникновение коллизии .................................................................................. 68
Распознавание коллизий.................................................................................... 69
Время двойного оборота и распознавание коллизий ...................................... 70
Производительность сети Ethernet ................................................................... 73
Структура фрейма для технологии Ethernet .................................................... 75
Контрольные вопросы ....................................................................................... 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................... 77
ПРИЛОЖЕНИЯ ..................................................................................................... 78
Приложение 1. Инкапсуляция пакетов в кадры .................................................. 78
Приложение 2. Формат кадра сетей Ethernet ....................................................... 79
Приложение 3. Формат основного IP-пакета ...................................................... 82
Приложение 4. Формат UDP-сообщений............................................................. 84
Приложение 5. Формат TCP-сегмента ................................................................. 86
Приложение 6. Формат пакета ARP ..................................................................... 88
Приложение 7. Список сокращений ..................................................................... 91
Приложение 8. Список таблиц и рисунков .......................................................... 96
Стр.99