Сети ЭВМ и телекоммуникации Дроздов Алексей Владимирович БГТУ 2008 Информация о курсе Лекции 34 (зачет) + 17 (экзамен) часов Лабораторные 17 + 17 часов Курсовая работа – весенний семестр Преподаватели: Лекции: Дроздов А.В. nyquist@ctam.tu-bryansk.ru Лабораторный практикум: Дроздов А.В., Статутов А.Г. Учебные ресурсы: кафедральный сайт Web-доступ: http://iipo.tu-bryansk.ru http://iipo.bstu.b-metro.net http://linux FTP-доступ: ftp://iipo.tu-bryansk.ru … Каталог с материалами /pub/Drozdov/Net Доступ в рамках кафедральной сети без авторизации! Учебные ресурсы /Books – литература по курсу в электронном виде /Cources Work – информация по курсовой работе /Labs – лабораторные работы /RFC – спецификации по протоколам /Sources – различные исходные коды Консультации по курсу Вопросы можно задавать: На лабораторных; По e-mail; На форуме http://iipo.tu-bryansk.ru/forum Рекомендуемая литература Куроуз Д.Ф., Росс К.В. Компьютерные сети. 2-е изд./Д.Ф.Куроуз, К.В. Росс. – СПб.: «Питер», 2004. – 768с. Таненбаум Э. С. Компьютерные сети. 4-е издание./ Э.С.Таненбаум. – СПб.: «Питер», 2004.– 992с. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд./ В.Г.Олифер, Н.А.Олифер.– СПб: «Питер», 2006. – 960с. Источники Internet Сетевые технологии. http://www.intuit.ru/catalog/network/ Сетевые технологии. http://www.citforum.ru/nets/ Семенов Ю.А. Телекоммуникационные технологии. http://book.itep.ru/ Russian Software Developer Network: Сетевое программирование. http://www.rsdn.ru/summary/249.xml RFC.net repository of RFC. http://www.rfc.net Основные цели и задачи курса Получить базовые представления о современных сетевых технологиях (программных и аппаратных) Понимать назначение и иерархию многоуровневой структуры современных сетевых систем. Назначение ключевых протоколов сети Internet Уметь разрабатывать простые сетевые приложения Уметь конфигурировать сетевые ОС и выявлять неисправности в сетевом программном и аппаратном обеспечениях Краткое содержание лекционного курса Введение в сети ЭВМ Сетевые протоколы. Прикладной уровень Протоколы транспортного уровня Сетевой уровень взаимодействия Канальный и физический уровни взаимодействия Внешние каналы передачи данных Принцип кодирования и передачи информации на физическом уровне Сетевая безопасность и сетевое администрирование Распределенные системы Способы и средства построения сетевых приложений Тематика лабораторных работ Установка и настройка одноранговой сети. Изучение основных сетевых утилит. Понятие сетевых протоколов. Стек протоколов TCP/IP. Изучения средств мониторинга и анализа сетевого трафика. Сниффер Wireshark Знакомство с библиотекой сокетов. Разработка простейших сетевых приложений. Изучение принципа работы транспортных протоколов TCP и UDP. Исследование пропускной способности транспортных протоколов. Изучение протокола файлового обмена FTP Изучение протокола передачи гипертекстовых сообщений HTTP Принцип работы электронной почты. Изучение почтовых протоколов SMTP и POP3 Тематика лабораторных работ: 2 Установка и базовая настройка DHCP сервера Сетевая маршрутизация. Настройка простейшего маршрутизатора Служба доменных имен (DNS). Установка и настройка DNS-сервера Понятие и назначение прокси-серверов. Принцип работы прокси-сервера. Настройка Nat-прокси Телекоммуникации Одно из старейших направлений развития индустрии высоких технологий. Строится на достижениях большого количества научных достижений и технологий Связь и обмен информацией - одни из самых ценных современных «компонентов» в информационном мире! Предпосылки возникновения сетей Информация всегда стоила дорого и была источником конкурентно способности сложность создаваемых систем влекла сложность методов и средств моделирования и проектирования. рост производства, усиление конкуренции требовали совершенствования организации и управления производством и обществом научные исследования ускорение проектирования синхронизация производственных процессов электронные формы бизнеса Эволюция компьютерных сетей Краткая история развития ЭВМ и методов доступа к ним Однопользовательские ЭВМ Системы пакетной обработки Системы с разделением времени и много терминальные системы Персональные компьютеры Вычислительные комплексы Сети ЭВМ – частные случай распределенной системы Базовые определения Сеть - это множество линий связи и промежуточного оборудования/промежуточных узлов, терминалов/оконечных узлов, предназначенных для передачи информации от отправителя до получателя с заданными параметрами качества обслуживания Коммуникационная cеть - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. Базовые определения: 2 Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация. Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных. Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей Первые ламповые компьютеры Начало 40-х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах) Середина 50-х Запуск первого космического спутника (1957г) Публикации Леонардом Клейнроком материалов по теории коммутации пакетов в условиях неравномерной нагрузки (1961г) Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС Середина 60-х Появление компьютерной сети ARPA (Advanced Research Projects Agency Network) – прообраза сети Internet – (1969г) Первые глобальные связи компьютеров Конец 60-х Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей: 2 Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме Конец 60-х Появление больших интегральных схем. Первые миникомпьютеры Начало 70-х Появление беспроводной компьютерной сети ALOHAnet с пакетной передачей данных (1970г) Первые нестандартные локальные сети Начало 70-х Создание сетевой архитектуры IBM SNA 1974 Создание технологии Х.25 1974 Появление персональных компьютеров Начало 80-х Важнейшие событий в истории развития компьютерных сетей: 3 Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP Начало 80-х Появление стандартных технологий локальных сетей Ethernet - 1980 Token Ring - 1985 Разработка системы доменных имен (DNS) – 1987 Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - 1989 Начало коммерческого использования Internet Конец 80-х В сети Internet зафиксировано 100000 хостов 1989 г. Изобретение Web 1991 Современные тенденции Постоянное увеличение пропускной способности сети Акцент на беспроводные технологии Различия между ЛВС и РВС по скорости передачи стираются Организация работы с внешней памятью – подсеть в сети Идеология Datacenter (возврат к mainframe’мам) Цифра, звук, видео – разнородные потоки информации Прозрачная интеграция различных сетевых решений Современные тенденции: 2 Сети для индивидуальных пользователей доступ к информации (news, WWW) общение с другими людьми (news, e-mail, video conference) обучение развлечения покупки управление личными средствами управление домашним хозяйством интеллектуальный дом Организация вычислительных сетей Сеть = абонентские машины + транспортная среда. Абонентские машины обеспечивают интерфейс пользователей и работу приложений в сети. Транспортная среда = Коммутирующие элементы + СПД Коммутирующие элементы - маршрутизаторы, мосты, шлюзы. СПД - коммуникационные каналы и переключатели. Коммуникационные каналы - это линии связи самой различной природы и каналообразующая аппаратура. Классификация транспортных сред Способ коммутации потоков данных Способ передачи данных Тип каналов Топология среды Способы коммутации потоков данных Коммутация каналов (circuit switching) организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно соединённых каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок Коммутация сообщений - разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. То есть получается как бы конвейер. Способы коммутации потоков данных : 2 Коммутация пакетов (packet switching) разбиение сообщения на пакеты, которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения - логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале. Если же каждый для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации. Коммутация ячеек - то же, что и коммутация пакетов, но при коммутации ячеек пакеты имеют всегда фиксированный размер. Способы коммутации потоков данных: 3 Коммутация каналов – управление потоком данных в реальном характеризуется: времени, который сохраняется порядок передаваемых данных канал с коммутирован – нет отказов при передече. огромный опыт создания хорошо развитая инфраструктура. неэффективное использование ресурсов, низкая надежность, медленное установление соединения.. Способы коммутации потоков данных: 4 Коммутация пакетов – высокая скорость установления соединения (передатчик сразу начинает передачу и не ждет физического установления соединения), низкий уровень ошибок в канале, надежность, рациональное использование ресурсов, сильная зависимость времени передачи от загрузки сети. Типы каналов каналы точка-точка; каналы с множественным доступом. Каналы с множественным доступом Имеют единый канал передачи данных, который используют все машины сети. Пакет - короткое сообщение, имеющее специальную структуру Режимы - широковещательный и групповой Методы выделения канала - динамические и статические. статические - time-shearing (временное разделение канала между машинами; канал простаивает если машине нечего передавать) динамические - централизованные и распределенные механизмы выделения канала по запросу. Топология транспортной среды Топология определяет следующие параметры: задержка при передаче данных; масштабируемость; «живучесть» сети. Варианты топологий транспортной среды Способ передачи аналоговый/цифровой; синхронный/асинхронный; проводной/беспроводной. Классификация сетей Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети: Локальные (LAN, Local Area Network) Территориальные (MAN, Metropolitan Area Network) Территориальные крупного масштаба (WAN, Wide Area Network) Сети хранения данных (SAN, Storage area Network) Локальная сеть Локальная вычислительная сеть (ЛВС) масштаб комната, корпус, группа корпусов (известна максимальная задержка при передачи) система передачи данных, как правило, канал с множественным доступом (вещание, скорость передачи 10-100Мbps до нескольких Gbps, Ethernet) топология линейная кольцо дерево Городская сеть (MAN) Городская вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) охватывает несколько зданий в пределах одного города либо город целиком. поддерживает передачу как данных, так и голоса. Иногда объединяется с кабельной телевизионной сетью. не имеет коммутаторов, базируется на одном двух кабелях. Специальный стандарт IEEE 802.6 - DQDB двойная магистраль с распределенной очередью (Distributed Queue Dual Bus ). Региональная сеть (WAN) Региональная вычислительная сеть (WAN - Wide Area Network) охватывает крупные географические области, такие как страны, континенты. Принцип коммутации пакетов, каналы точкаточка, развитые ТС и СПД (РРТ сети, спутниковые системы и радио системы) наиболее часто используют при построении WAN. Важно различать когда мы создаем систему СПД для нашей сети заново, и когда мы используем для построения системы СПД какую-то имеющуюся сеть, например, телефонную. Глобальные сети Развитие глобальных сетей: Сеть ARPANET (конец 60-х) +NSFNET - сеть национального научного фонда США +SPAN - сеть космической физики NASA +HEP - сеть физики высоких энергий +BITNET - сеть машин среднего класса (mainframe) фирмы IBM +EARN –сети научно-исследовательских организаций Европы => «Остов» сети Internet Глобальные сети: 2 До начала 90-х Internet была в основном сетью академических организаций. Однако, с появлением нового приложения Всемирной паутины (World Wide Web - WWW) положение стало резко меняться. WWW было изобретено физиком Тимом Бернерс-Ли в CERN. С появлением браузера Mosaic, созданного в национальном центре приложений для суперЭВМ, количество WWW серверов в мире стало резко возрастать Сопряжение транспортных сред Необходимость в сопряжении транспортных сред возникает, когда надо обеспечить взаимодействие приложений, расположенных в разных сетях. Мосты и шлюзы – средства сопряжения транспортных сред (ТС) на разных уровнях. Множество соединенных сетей называется internet (не путать Internet и internet!). Способы управления в сетях «клиент/сервер» - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. «одноранговые» - в них все узлы равноправны. Поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера. Требования к современным вычислительным сетям Производительность Надежность и безопасность Время реакции Пропускная способность Задержки передачи и вариация задержки передачи Коэффициент готовности Отказоустойчивость Расширяемость и масштабируемость Требования к современным вычислительным сетям:2 Прозрачность Поддержка разных видов трафика Управляемость Совместимость Акцент изучения дисциплины Разработчики стандартов Разработчики стандартов American National Standards Institute (ANSI) коммуникации: коды, алфавиты, сигнальные схемы; микрокомпьютеры: языки программирования, SCSI, драйвера ansi.sys; осн. стандарты и спецификации: интерфейс Token Ring, CSMA/CD, SQL, алгоритмы шифрования. Common Open Software Environment разработка общей рабочей Unix-среды. В консорциум входят IBM, HP, SunSoft, Novell. International Consultative Committee for Telegraphy and Telephony (CCITT) Протоколы CCITT (МККТТ - рус.) относятся к модемам, сетям, передаче факсимильных сообщений. 15 исследовательских групп: A и B раб. процедуры, термины и определения, I ISDN, K и L защита оборудования, R-U терминальные и телеграфные услуги, V передача данных по телефонным сетям, X сети передачи данных. Разработчики стандартов: 2 CCITT (продолжение) v.22 полнодуплексная модемная передача 1200 бит/с, v.22bis 2400 бит/с v.28 стандарт интерфейса RS-232 v.32 асинхр. и синхронная передача 4800-9600 бит/с, v.32bis до 14400 v.35 высокоскоростная передача по комбинированным цепям. v.42 проверка ошибок v.42bis сжатие данных v.terbo 19200 бит/с v.34 28800 бит/с, v.34+ до 33600 бит/с x2, k56flex > v.90, v.92 до 56кбит/с (асимметричные) X.200 (ISO 7498) эталонная модель OSI X.25 (ISO 7776) сети с коммутацией пакетов X.400 (ISO 10021) обмен сообщениями (электронная почта, не Интернет) X.500 (ISO 9594) служба каталогов X.700 (ISO 9595) Common Management Information Protocol Разработчики стандартов: 3 Electronic Industries Association 1924 г. RS-232 - стандарт последовательного соединения с помощью разъемов DB-9 и DB-25 и макс длиной кабеля 15 метров. Определяется соединение между DTE (терминальное оборудование) и DCE (data communication equipment). Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) Комитеты, 802 (февраль 1980) (до 802.17) 802.1 взаимодействие сетей 802.2 управление логической связью 802.3 CSMA/CD-сеть (Ethernet) 802.4 сеть Token Bus 802.5 сеть Token Ring 802.6 Metropolitan Area Network 802.7 широкополосная передача 802.8 оптоволоконная технология 802.9 интегрированные сети передачи речи/данных 802.10 безопасность сети 802.11 беспроводные сети 802.12 сеть с доступом по приоритету запроса (100VG-AnyLAN) Разработчики стандартов: 4 International Standards Organization (ISO) Идеальная модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model, OSI/RM) Open Software Foundation Создает программные среды, объединяя технологии различных производителей. Unixподобная ОС - OSF/1, OSF/Motif - граф. интерфейс. ?