Основы вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций

Кафедра информатики и автоматизации научных исследований

Специальность: Прикладная информатика

Целью преподавания курса является обучение студентов основам сетевых и телекоммуникационных технологий.В рамках курса «Основы вычислительных систем и телекоммуникаций» рассматриваются как общие вопросы, связанные с организацией вычислительных сетей (модель OSI, методы кодирования и передачи данных), так и конкретные принципы построения и функционирования вычислительных систем.
Учебный курс рассчитан на студентов, освоивших такие курсы профессионального цикла как «Схемотехника, организация систем и ЭВМ» и «Операционные системы».
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: физические основы средств передачи данных; основы архитектуры и процессов функционирования вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций; международные и отечественные стандарты; принципы работы сетевых протоколов.
Уметь: выбирать и оценивать архитектуру вычислительных систем, сетей и телекоммуникаций и их подсистем.
Владеть: представлениями о современных сетевых технологиях; уметь проводить сравнительный анализ информационно-коммуникационных технологий.

Содержание

Открытые системы, стандарты и протоколы
Предпосылки развития и эволюция вычислительных сетей. Современные тенденции развития ВС. Преимущества от использования сетей. Источники сетевых стандартов. Понятие топологи (логическая и физическая, активная и пассивная). Базовые топологии «шина», «звезда», «кольцо». Развитие базовых топологий. Понятие «эталонная модель открытых систем OSI». Понятие протокола, стека протоколов, интерфейса.
Методы передачи данных физического уровня
Характеристики линий связи. Связь между пропускной способностью и полосой пропускания. Типы кабелей. Виды аналоговой модуляции. Преимущества цифрового кодирования. Типы цифрового кодирования. Логическое кодирование. Дискретная модуляция аналоговых сигналов.
Методы передачи данных канального уровня
Причины разделения канального уровня на подуровни LLC и MAC. Сервисы уровня LLC. Методы коммутации: коммутация каналов и пакетов. Виды кадров синхронной и асинхронной передач. Мультиплексирование с разделением по частоте. Мультиплексирование с разделением по времени. Обнаружение и коррекция ошибок.
Технологии ЛВС
Роль Комитета 802 в стандартизации локальных сетей. Стандарт передачи данных Ethernet. Порядок доступа устройств к среде передачи данных. Понятие коллизии. Версии Ethernet. Развитие технологии Ethernet. Технология Token Ring (физический уровень и метод доступа).
Структуризация сетей
Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования модели OSI. Сегментация ЛВС средствами канального и сетевого уровня. Основные функции концентраторов и повторителей. Алгоритм работы прозрачного моста. Мосты с маршрутизацией от источника. Топология соединения коммутаторов. Алгоритм покрывающего дерева. Понятие маршрутизации. Алгоритмы маршрутизации.
Стеки протоколов
Обзор существующих стеков протоколов. Стек протоколов TCP/IP. Соответствие протоколов стека TCP/IP и уровней модели OSI. IP-адресация (решение проблемы нехватки адресов, классы, маски, особые адреса). Назначение протоколов ARP, ICMP, IP, TCP, UDP.
Основные задачи оптимизации локальных сетей
Критерии эффективности. Сравнение различных технологий и протоколов по производительности.

Лабораторный практикум

1. Расчет конфигурации сети Ethernet (время двойного оборота, сокращение межкадрового интервала).
2. Алгоритм покрывающего дерева, определение состояний портов.
3. Алгоритмы RIP и OSPF, заполнение таблиц маршрутизации.
4. Структуризация сетей при помощи масок.
5. Анализ сетевого трафика.
6. Моделирование работы сегмента сети Ethernet средствами системы имитационного моделирования GPSS World.

Литература

а) основная литература:

Таненбаум Э. Компьютерные сети. 4-е издание. – СПб: Питер, 2009. – 992 с.: ил.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Питер, 2001. 672 c.

б) дополнительная литература:

Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия – СПб: Питер, 2000. 576 с.
Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008.- 766с.: ил.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы компьютерных сетей. – СПб.: Питер, 2009. – 352 c.: ил.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

Вопросы для экзамена

1. Этапы развития вычислительных систем.
2. Основные компоненты, входящие в состав вычислительных систем.
3. Преимущества объединения компьютеров в сеть.
4. Что дает совместное использование ресурсов в ЛВС?
5. Перечислите, какие серверы могут входить в состав ЛВС.
6. Топология сети.
7. Понятие одноранговой ЛВС.
8. Понятие иерархической ЛВС.
9. Понятие «открытая система».
10. Принцип открытых систем.
11. Источники сетевых стандартов.
12. Понятие стека сетевых протоколов.
13. Типы адресов в сети.
14. Что понимается под «сообщением» в сети?
15. Как связаны между собой кадр и пакет данных?
16. Способы доступа к среде передачи данных.
17. Типы сред передачи данных.
18. Характеристики линий связи.
19. Методы физического кодирования.
20. Типы аналоговой модуляции.
21. Преимущества цифрового кодирования.
22. Дискретная модуляция аналоговых сигналов.
23. Методы коммутации.
24. Типы мультиплексирования.
25. Способы обнаружения ошибок канального уровня.
26. Структура стандартов IEEE 802.x.
27. Стандарт передачи данных Ethernet.
28. Развитие технологии Ethernet.
29. Стандарт передачи данных Token Ring.
30. Логическая и физическая структуризация сетей.
31. Средства канального уровня для сегментации сетей.
32. Почему средств канального уровня не достаточно для построения сложных сетей?
33. Средства сетевого уровня для сегментации сетей.
34. Алгоритм работы прозрачного моста.
35. Назначение коммутаторов.
36. Алгоритм покрывающего дерева.
37. Понятие маршрутизации.
38. Алгоритмы маршрутизации.
39. Соответствие протоколов стека TCP/IP и уровней модели OSI.
40. IP-адрес (понятие класса, маски).
41. Решение проблемы нехватки IP-адресов.
42. Понятия порта, сокета, «тройного рукопожатия».
43. Почему стек TCP/IP занял лидирующее положение среди стеков коммуникационных протоколов?

Отчетность

Семестр 6: Зач