Информационные и телекоммуникационные сети

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ



А.С. ЗЕНЗИН





                ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ




Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для магистрантов первого года обучения ФТФ











НОВОСИБИРСК
2011

УДК 004.738(075.8) 3-561




Рецензенты:

Е.А. Титов, д-р физ.-мат. наук, проф.
А.И. Валишев, канд. техн. наук, директор ВКИ НГУ





      Зензин А.С.
3-561 Информационные и телекоммуникационные сети : учеб.

       пособие / А.С. Зензин. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. -80 с.

         ISBN 978-5-7782-1601-3


         Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки магистров 010700 «Физика», при изучении дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании». Пособие дает базовые знания в области компьютерных сетей и телекоммуникационных технологий, на основе которых реализуются современные распределенные компьютерные системы.




Работа подготовлена на кафедре лазерных систем






УДК 004.738(075.8)



ISBN 978-5-7782-1601-3

                     © Зензин А.С., 2011

© Новосибирский государственный технический университет, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ


Условные обозначения..........................................5

Предисловие..........................................7
1. ВВЕДЕНИЕ И ОБЗОР..................................9
 1.1. Причины и история появления компьютерных сетей.9

  1.2. Коммутация каналов и коммутация пакетов.........12

  1.3. Взаимное соединение сетей............................14

 1.4. Многоуровневые архитектуры связи..............16
 1.5. Выводы........................................18
2. МНОГОУРОВНЕВАЯ АРХИТЕКТУРА СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ..............................................20
 2.1. Архитектура OSI/ISO и протоколы...............20
 2.2. Единое воззрение на протокол OSI..............28
 2.3. Выводы........................................33

3. УРОВЕНЬ КАНАЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ...................36
 3.1. Методы построения протоколов канального уровня.36
 3.2. Протокол HDLC..................................40
 3.3. Выводы.........................................46
4. РЕКОМЕНДАЦИЯ Х.25................................48
 4.1. Протокол Х.25..................................48
 4.2. Механизм управления потоком в протоколе Х.25...51
 4.3. Выводы.........................................53

3

5. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ...............................55
 5.1. Функция выборов маршрутов..................55
 5.2. Выбор кратчайших путей.....................58
 5.3. Выводы.....................................63
6. СЕМЕЙСТВО ПРОТОКОЛОВ TCP/IP...................64

  6.1. Протоколы IP, ICMP, ARP и RARP. ARPANET........64
  6.2. Транспортный уровень - протокол TCP............65
  6.3. Протоколы TELNET, FTP, SMTP, NFS................66
  6.4. Выводы..........................................67

7. МЕХАНИЗМЫ ДОСТУПА К СЕТИ............................68
 7.1. Опрос и случайный доступ в сетях передачи данных.68
 7.2. Семейство стандартов 802.........................72
 7.3. Выводы...........................................77
Библиографический список...............................79

      УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ                                     
АТС   - автоматическая телефонная станция                      
ВК    - вычислительный комплекс                                
ВТ    - вычислительная техника                                 
ГВМ   - главная ЭВМ                                            
гвс   - глобальная вычислительная сеть                         
ЛВС   - локальная вычислительная сеть (см. LAN)                
мккт  - международный консультативный комитет по телегра-      
т     фии и телефонии (см. COTTT)                              
мос   - международная организация по стандартизации (см. ISO)  
ОС    - операционная система                                   
ПАД   - пакетный адаптер данных (см. PAD)                      
ПЭВМ  - персональная ЭВМ                                       
САПР  - система автоматизированного проектирования             
спд   - система передачи данных                                
СУБД  - система управления базами данных                       
тм    - терминальная ЭВМ                                       
УАТС  - учрежденческая автоматическая телефонная станция       
ЦКП   - центр коммутации пакетов                               
цсио  - цифровая сеть интегрального обслуживания (см. ISDN)    
эдо   - электронная доска объявлений                           
эп    - электронная почта                                      
ANSI  - American National Standards Institute                  
ASCII - American Standard Code for Information Interchange     
CCITT - Comite CoNsultatifINterNatioNale de Telegraphique et   
      TelephoNigue (cm. MKKTT)                                 
DCE   - Data Circuit terminating Equipment (линейное устройство
      передачи данных)                                         
DNA   - Digital Networking Arhitecture                         
DTE   - Data Terminal Equipment (оконечное устройство переда-  
      чи данных)                                               
ECMA  - European Computer Manufactures Association             
IEC   - International Electrotechnical Commission              
IEEE  - The Institute ofElectrical and Electronic Engineers    
ISDN  - INtegrated Services Digital Network (см. ЦСИО)         
ISO   - International Standards Organization (см. MOC)         

5

LAN    - Lokal Area Network (см. ЛВС)                     
MAN    - Metropolitan Area Network                        
NAPL   - North American Presentation Level Protocol Syntax
PS     - Network File System                              
NFS    - Optical Character Recognition                    
OSR    - Open Systems Interconnection                     
OSI    - Packet Assembler/Diassembler                     
PAD    - Standard Generalized Markup Language             
SGML   - System Network Architecture                      
SNA    - Struktured Query Language                        
SQL    - Transmission Control Protocol/Internet Protocol  
TCP/IP - Wide Area Network                                
WAN                                                       

        ПРЕДИСЛОВИЕ

   Бурное развитие электронных коммуникаций, являющихся основой современных информационных и автоматизированных систем, базируется на эволюции информационных, компьютерных и телекоммуникационных технологий. Компьютерные сети как основа реализации распределенных систем различного назначения используют средства передачи информации между компьютерами с применением методов кодирования и мультиплексирования данных - методов, получивших развитие в различных телекоммуникационных системах, что подчеркивает интеграцию в них телекоммуникационных и информационных услуг в единый комплекс.
   Системы автоматизации в экспериментальной физике широко используют различные технологии построения распределенных компьютерных систем. Требования Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по подготовке магистров направления 010700 - «Физика» включают подготовку физиков-экспериментаторов по дисциплине «Компьютерные технологии в науке и образовании», подразделом которой является курс «Информационные и телекоммуникационные сети». Предлагаемый курс дает базовые знания в области компьютерных сетей и телекоммуникационных технологий, на основе которых реализуются современные распределенные компьютерные системы, а также возможность дальнейшего самостоятельного повышения профессионального уровня.
   За основу данного учебного пособия взят курс Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) «Сети связи: протоколы, моделирование и анализ», читаемый профессором М. Шварцем [1]. Исходный курс сокращен и урезан таким образом, чтобы от изучающих его не требовалось углубленных знаний в теории вероятностей, статистической математике и теории графов. Вместе с тем сохранены основной материал, направленность и текст книг профессора М. Шварца и его двухтомник рассматривается в качестве основного учебника. Пособие полезно и для самостоятельного изучения.

7

   В разделе 1 дается общее введение в телекоммуникационные сети, определяются понятия сетей с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов.
   В разделе 2 подробно рассматривается эталонная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI, разработанная в ISO.
   Раздел 3 посвящен рассмотрению уровня канала передачи данных, который обеспечивает надлежащий и правильный обмен кадрами данных между соседними узлами сети.
   В разделе 4 рассматриваются рекомендации Х.25 Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ), представляющие собой протокол обмена в сети с коммутацией пакетов между устройством передачи данных пользователя и линейным оборудованием сети.
   В разделе 5 рассматривается сетевой уровень, в функции которого входит управление потоком, контроль перегрузок и маршрутизация пакетов, передаваемых в сети.
   В разделе 6 рассматривается набор протоколов TCP/IP, соответствующих уровням 2-7-эталонной модели, позволяющий объединить любое количество гетерогенных сетей (высокоскоростных локальных, радио, с коммутацией пакетов и т. д.).
   В разделе 7 рассматриваются механизмы доступа к сети (опрос и случайный доступ) и стандарты на протоколы доступа серии 802.
   Завершает пособие компактный список литературы, минимально необходимой для первоначального изучения предмета.