Файл: Учебнометодический комплекс по учебной дисциплине компьютерные системы и сети для специальности 1 40 01 01 Программное обеспечение информационных технологий.pdf

Белорусский национальный технический университет
Факультет Международный институт дистанционного образования
Кафедра «Информационные системы и технологии»
ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ
для специальности:
1- 40 01 01 «Программное обеспечение информационных технологий»
Составитель:
Русак Леонид Владимирович, старший преподаватель каф. ИСиТ
Минск БНТУ 2023

2
Перечень материалов
Электронный учебно-методический комплекс включает:
- теоретический раздел (конспект лекций),
- практический раздел (лабораторные занятия),
- контроль знаний (задания контрольной работе),
- вспомогательный раздел (программа дисциплины, литература, список вопросов)
Пояснительная записка
Электронный учебно-методический комплекс разработан для студентов специальности 1 - 1-40 01 01 «Программное обеспечение информационных технологий». Информационное наполнение ЭУМК соответствует программе дисциплины «Компьютерные системы и сети».
ЭУМК может использоваться как при проведении занятий по дисциплине
«Компьютерные системы и сети», так и для организации самостоятельной работы студентов. Внедрение ЭУМК будет способствовать более эффективному овладению теоретическими и практическими основами построения и функционирования компьютерных сетей и сетевого программирования.
Информация в ЭУМК хорошо структурирована. Теоретический раздел включает основные темы курса. Лабораторный практикум содержит необходимый базовый методический материал (цель лабораторной работы, краткие теоретические сведения, задания на лабораторную работу, контрольные вопросы). В ЭУМК приводится также список литературы и актуальная программа дисциплины. Модуль контроля знаний состоит из экзаменационных вопросов.
ЭУМК разработан в виде pdf-файла и не требует установки специального программного обеспечения

3
СОДЕРЖАНИЕ
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ............................................................................. 4 1. Общие принципы построения компьютерных сетей .................................... 4 1.1. Определение компьютерной сети. Обобщенная схема функционирования сети ...................................................................................... 4 1.2. Классификация, характеристики компьютерных сетей ............................ 8 1.3. Понятие протокола и применение сетевых протоколов для взаимодействия объектов сети ......................................................................... 12 1.4. Требования, предъявляемые к современным сетям ................................ 15 2. Локальные компьютерные сети ..................................................................... 19 2.1. Классификация, локальных сетей ........................................................... 19 2.2. Топологии локальных сетей: Физическая и логическая. Достоинства и недостатки. Выбор топологии .......................................................................... 22 2.3. Среда передачи: проводная и беспроводная. Коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно. Радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение ............................................................................................................ 29 2.4. Методы доступа к среде передачи: конфликтные и бесконфликтные 41 2.5. Модель взаимодействия открытых систем .............................................. 44 2.6. Базовые технологии локальных сетей ...................................................... 51 3. Объединения сетей и глобальные сети ......................................................... 57 3.1. Принципы межсетевого взаимодействия ............................................... 57 3.2. Сети TCP/IP ............................................................................................... 60 3.3. Глобальные сети и перспективные сетевые технологии ........................ 75 3.4. Глобальная сеть интернет .......................................................................... 86
РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКИЙ ............................................................................. 96
РАЗДЕЛ 3. КОНРОЛЬ ЗНАНИЙ ....................................................................... 129
Общая формулировка заданий к контрольной работе ................................. 129
РАЗДЕЛ 4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ................................................................. 133

4
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ
1.
Общие принципы построения компьютерных сетей
1.1. Определение компьютерной сети. Обобщенная схема
функционирования сети
Компьютерная сеть (КС) — это единый комплекс, где компьютеры, серверы и другая техника взаимодействуют посредством каналов связи.
Основное назначение комплекса состоит в упрощении и облегчении IT- процессов и ускорении работы. Пользователи получают совместный доступ к аппаратному и программному обеспечению, а также информационным ресурсам.
Можно выделить 5 этапов причин и предпосылок развития компьютерных сетей:
1) Системы пакетной обработки.
Сети строились на базе Мейнфрейм (большая универсальная машина, самые мощные вычислительные системы общего назначения обеспечивают непрерывный круглосуточный режим работы; могут включать один или несколько процессоров). Пользователи готовили перфокарты, содержащие данные и команды программ. Операторы вводили эти карты в Мейнфрейм, а распечатки результатов пользователи получали только на следующий день.
2) Многотерминальные системы.
Каждый пользователь получал в своё распоряжение терминал
(устройство ввода-вывода). Все терминалы связывались с центральным.
Обработка информации была централизованной.
3) Появление глобальных сетей.
Связанно с потребностью в соединении ПК, находящихся на расстоянии друг от друга с помощью телефонной сети.
4) Появление первых локальных сетей.
Связанно с появлением линии ПК. Отличительная черта – использование устройств сопряжения.
5) Создание стандартных технологий локальных сетей.
Связанно с появлением ПК.
В середине 80-х гг. прошлого века были утверждены стандартные технологии объединения ПК в сеть. Теперь для построения локальных сетей достаточно было подключить сетевые адаптеры соответствующего стандарта к стандартному кабелю и установить на ПК сетевую операционную систему
(ОС).

5
Таким образом появление компьютерных сетей было вызвано потребностью обмениваться информацией между ПК.
Начальном этапе, стоит рассмотреть более подробно базовые понятия для общего понимания функционирования локальной вычислительной сети
(ЛВС), в основе которой лежит понятие телекоммуникации.
Телекоммуникация (греч. tele – вдаль, далеко и лат. communicatio –
общение) – передача данных на большие расстояния.
Средства
телекоммуникации
– совокупность технических, программных и организационных средств для передачи данных на большие расстояния.
Телекоммуникационная сеть – множество средств телекоммуникации, связанных между собой и образующих сеть определённой топологии
(конфигурации). Телекоммуникационными сетями являются (рис.1.1):
Рисунок 1.1. – Виды телекоммуникационных сетей
• телефонные сети для передачи телефонных данных (голоса);
• радиосети для передачи аудиоданных;
• телевизионные сети для передачи видеоданных;
• цифровые (компьютерные) сети или сети передачи данных (СПД);
• для передачи цифровых (компьютерных) данных.
Данные в цифровых телекоммуникационных сетях формируются в виде сообщений, имеющих определенную структуру и рассматриваемых как единое целое.
Данные (сообщения) могут быть:
• непрерывными;
• дискретными.
Непрерывные данные могут быть представлены в виде непрерывной функции времени, например, речь, звук, видео. Дискретные данные состоят из знаков (символов).
Передача данных в телекоммуникационной сети осуществляется с помощью их физического представления – сигналов.
В компьютерных сетях для передачи данных используются следующие типы сигналов (рис.1.2):
• электрический (электрический ток);
Телекоммуникационные сети
Телефонная
Радиосеть
Телевизионная
Цифровая

6
• оптический (свет);
• электромагнитный (электромагнитное поле излучения – радиоволны).
Рисунок 1.2. – Типы сигналов
Для передачи электрических и оптических сигналов применяются кабельные линии связи соответственно (рис.1.2):
• электрические (ЭЛС);
• волоконно-оптические (ВОЛС).
Передача электромагнитных сигналов осуществляется через радиолинии
(РЛС) и спутниковые линии связи (СЛС).
Обратим внимание на организацию коммуникационной сети в случае рассмотрения организации передачи данных с точки зрения формирования информационных потоков.
Коммуникационная сеть - это соединение определенным образом участвующих в коммуникационном процессе участников обмена данными с помощью информационных потоков. В данном случае рассматриваются коммуникационные отношения между участниками. Коммуникационная сеть включает потоки посланий или сигналов между двумя и более участниками.
Коммуникационная сеть организуется с соблюдением определенных правилах обмена данными на организации.
Можно выделить три вида коммуникационных сетей:
• открытые, в этих сетях движение команды или информации может быть остановлено, так как попадает в тупик, т.е. к элементу структуры управления, которое препятствует дальнейшей передачи данных (сигнала).
• замкнутые, в них обрыв передачи либо отсутствуют, либо может быть обойден.
• комбинированные сети сочетают в себе оба принципа построения и
Типы сигналов
Электрический
Оптический
Электромагнитный
ЭЛС
ВОЛС
РЛС
СЛС
Кабельные
Беспроводные
Линии связи

7 присущи крупным многоуровневым предприятиям.
В случае организации более сложных сетей и делая акцент на непосредственно передачу данных, вводится определение информационных сетей.
Информационная сеть – это коммуникационная сеть, в которой информация выступает в качестве продукта создания, переработки, хранения и использования. В таких сетях осуществляются сеансы информационного взаимодействия разных категорий пользователей.
С точки зрения организации существует разделение сетей на три вида: реальные, искусственные и одноранговые.
К реальным сетям относят сети, в которых компьютеры соединяются между собой по определенной схеме посредством специальных устройств – сетевых адаптеров и требуют присутствия специалистов, осуществляющих контроль и эксплуатацию таких сетей. Их называют сетями с выделенным сервером (англ. «real network» или «Network With an Attitude», NWA). Эти сети позволяют осуществлять централизованное управление. Более сложной и одновременно распространенной считается технология сети «клиент/сервер», когда любой компьютер сети в определенных ситуациях может быть попеременно как сервером, так и клиентом.
Искусственные сети не требуют специального сетевого жесткого диска.
Компьютеры в этих сетях связываются между собой через последовательные или параллельные порты без специальных сетевых адаптеров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой, так как ни в один из слотов компьютера не включена сетевая плата (адаптер).
Одноранговые сети организуются по принципу «равный среди равных»
(англ. «peer-to-peer network»), т.е. без выделенного сервера и относятся к промежуточному типу между реальными и искусственными. В них любой компьютер попеременно может выступать в роли сервера или рабочей станции
(РС)–«клиента».
Таким образом компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, взаимо­связанных через каналы передачи данных для обеспечения обмена информацией и коллективного доступа пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам сети.
В общем случае для создания компьютерных сетей требуется наличие линии связи между компьютерами (канала передачи данных), специального аппаратного обеспечения (сетевого оборудования) и специального программного обеспечения (сетевых программ­ных средств).
Компьютерные сети предназначены:
• для обмена данными между ПК;

8
• для совместного использования вычислительных ресурсов. Ресурсы бывают трех типов:
• аппаратные (принтер, емкости жестких дисков);
• программные;
• информационные.
1.2. Классификация, характеристики компьютерных сетей
Различают следующие виды компьютерных сетей:
• локальные, которые используются для обмена информацией между ПК, расположенными на ограниченной территории (удаленными на небольшие расстояния) в пределах одного здания или в рамках одной организации;
• корпоративные сети - объединение локальных сетей в пределах одной корпорации;
• региональные, связывающие компьютеры отдельной страны или экономического региона;
• глобальные, используемые для связи компьютеров разных стран, континентов.
Основным требованием локальной сети является обеспечение высокой скорости обмена данными, т.е. обеспечения надежности, так как исправление возникших ошибок может свести на нет весь выигрыш в скорости передачи.
Типичное количество ошибок в локальных сетях составляет один ошибочный бит на сто миллионов (то есть вероятность ошибки 10-8). Это достигается, в частности, использованием высококачественных кабелей (чаще всего это коаксиальные электрические кабели и в последнее время — оптоволоконные).
Также в локальных сетях уделяется большое внимание снижению времени ожидания установления связи, так как, с точки зрения пользователя, оно входит во время передачи информации.
Таким образом, локальные сети, исходя из специфики их применения, требуют использования специальных технических и программных средств, которые должны обеспечивать быструю и удобную связь между всеми компьютерами.
Главной особенностью корпоративных сетей является их масштабность.
Число пользователей и компьютеров в корпоративной сети может измеряться тысячами, а число серверов – сотнями; расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что использование глобальных связей становится необходимым. Непременным атрибутом корпоративной сети является высокая степень неоднородности (гетерогенности) – нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных

9 программных и аппаратных средств. В корпоративной сети обязательно используются различные типы компьютеров – от мэйнфреймов до персональных компьютеров, несколько типов операционных систем и множество различных приложений.
При организации региональных сетей сталкиваются с проблемой значительно удаленных друг от друга компьютеров (например, расположенных в разных концах города или в разных городах), между которыми необходимо организовать постоянный обмен большими потоками информации. Решение проблемы, это создание специальные постоянно действующие выделенные каналы. Физически выделенные каналы могут реализовываться с помощью телефонных каналов или оптических кабелей, а также с помощью спутниковых или радиоканалов. С помощью выделенных каналов обычно соединяются удаленные друг от друга компьютеры одной организации (например, компьютеры центрального офиса банка с компьютерами в его филиалах). Сети, связывающие значительно удаленные друг от друга компьютеры, называются распределенными. Доступ к распределенным сетям организаций ограничен определенным кругом лиц, для которых работа в таких сетях связана с выполнением их должностных обязанностей. По своему функциональному назначению сети подобного типа эквивалентны локальным и называются региональными. скорость, а также возможность передачи на большое расстояние.
Особенностями глобальных сетей является следующие.
1. Неограниченный территориальный охват.
2. Сеть объединяет ЭВМ самых разных классов (от персональных до суперЭВМ), локальные и территориальные сети разных технологий.
3. Для объединения различных сетей и передачи данных на большие расстояния используется специальное оборудование, а именно: аппаратура передачи данных (модемы, приемопередатчики и т.п.) и активное сетевое оборудование (маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы).
4. Топология глобальных сетей, в общем случае, произвольная.
5. Одной из важнейших задач, решаемой при построении глобальной сети, является организация эффективной маршрутизации передаваемых данных.
6. Глобальная сеть может содержать каналы связи разных типов: кабельные оптические и электрические, в том числе телефонные, беспроводные радио и спутниковые каналы, имеющие различные пропускные способности (от нескольких кбит/с до сотен Гбит/с).
Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают

10 мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рис. 1.3 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей.
Рисунок 1.3. - Иерархия компьютерных сетей
Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети — объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.
Компьютерная сеть Интернет является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Интернет, существуют конкретная структура связи и определенная дисциплина управления. Внутри Интернет структура и методы соединений между различными сетями для конкретного пользователя не имеют никакого значения.
Стоит отметить присущую разность эксплуатируемых сетей, так каждым годом усиливается тенденция сближения компьютерных и телекоммуникационных сетей разных видов, что вызывает ряд трудностей в организации высокоскоростной передачи данных с обеспечением высокого уровня надежности. Это приводит к