Курс лекции по компьютерным сетям Министерство транспорта России Дальневосточная государственная морская академия имени адмирала Г.И. Невельского Н. Н. Жеретинцева Курс лекции по компьютерным сетям Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром в качестве учебного пособия для студентов вузов региона Владивосток 2000 УДК Жеретинцева Н.Н. Курс лекций по компьютерным сетям – Владивосток: ДВГМА, 2000. – 158 с. Курс лекций посвящен компьютерным сетям, даны основные понятия сетевой терминологии, описаны виды архитектуры, приводится описание топологии и методов доступа. Описаны основные компоненты ЛВС (сетевые адаптеры, сетевые операционные системы, сетевые службы и др.) и требования, предъявляемые к сетям. Концепция построения сетей представлена на основе семиуровневой базовой эталонной модели передачи данных в сетях (ISO). Даны понятия физической среды связи, линии связи и каналов связи, приведены типы физических сред передачи данных в сетях. Описаны популярные стеки протоколов. А также даются сведения по сетевому оборудованию. Предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих курс «Компьютерные сети». Ил. 42, табл. 7. Рецензенты: Здор В.В., д.т.н., профессор, генеральный директор ООО «Фордевинд»; Сафин В.И., доцент, к.ф-м.н., заведующий кафедрой информационных технологий ДВГАЭУ © Жеретинцева Н.Н. © Дальневосточная государственная морская академия им. адм. Г. И. Невельского, 2000 Оглавление Введение 10 Лекция 1. Обзор и архитектура вычислительных сетей 12 Тема 1. Основные определения и термины 12 Тема 2. Преимущества использования сетей 14 Тема 3. Архитектура сетей 16 Архитектура терминал – главный компьютер 16 Одноранговая архитектура 17 Архитектура клиент – сервер 18 Выбор архитектуры сети 20 Вопросы к лекции 21 Лекция 2. Семиуровневая модель OSI 23 Тема 1. Взаимодействие уровней модели OSI 23 Тема 2. Прикладной уровень (Application layer) 26 Тема 3. Уровень представления данных (Presentation layer) 28 Тема 4. Сеансовый уровень (Session layer) 29 Тема 5. Транспортный уровень (Transport Layer) 30 Тема 6. Сетевой уровень (Network Layer) 31 Тема 7. Канальный уровень (Data Link) 33 Тема 8. Физический уровень (Physical Layer) 35 Тема 9. Сетезависимые протоколы 38 Тема 10. Стеки коммуникационных протоколов 38 Вопросы 39 Лекция 3. Стандарты и стеки протоколов 41 Тема 1. Спецификации стандартов 41 802.1 41 802.2 41 802.3 41 802.4 42 802.5 43 802.6 43 802.7 43 802.8 43 802.9 44 802.10 44 802.11 44 802.12 44 Тема 2. Протоколы и стеки протоколов 44 Сетевые протоколы 45 Транспортные протоколы 45 Прикладные протоколы 46 Тема 3. Стек OSI 46 Тема 4. Архитектура стека протоколов Microsoft TCP/IP 47 Уровень Приложения 48 Уровень транспорта 49 Протокол управления передачей (TCP) 50 Пользовательский протокол дейтаграмм (UDP) 50 Межсетевой уровень 50 Протокол Интернета IP 51 Адресация в IP-сетях 51 Протоколы сопоставления адреса ARP и RARP 52 Протокол ICMP 52 Протокол IGMP 53 NDIS 53 Уровень сетевого интерфейса 53 Вопросы 53 Лекция 4. Топология вычислительной сети и методы доступа 55 Тема 1. Топология вычислительной сети 55 Виды топологий 55 Общая шина 56 Кольцо 57 Звезда 57 Тема 2. Методы доступа 58 CSMA/CD 59 TPMA 60 TDMA 62 FDMA 63 Вопросы 64 Лекция 5. ЛВС и компоненты ЛВС 66 Тема 1. Основные компоненты 66 Тема 2. Рабочие станции 67 Тема 3. Сетевые адаптеры 68 Тема 4. Файловые серверы 68 Тема 5. Сетевые операционные системы 70 Тема 6. Сетевое программное обеспечение 70 Тема 7. Защита данных 71 Тема 8. Использование паролей и ограничение доступа 71 Тема 9. Типовой состав оборудования локальной сети 72 Вопросы 72 Лекция 6. Физическая среда передачи данных 74 Тема 1. Кабели связи, линии связи, каналы связи 74 Тема 2. Типы кабелей и структурированные кабельные системы 75 Тема 3. Кабельные системы 76 Тема 4. Типы кабелей 77 Кабель типа «витая пара» (twisted pair) 77 Коаксиальные кабели 78 Оптоволоконный кабель 79 Тема 5. Кабельные системы Ethernet 79 10Base-T, 100Base-TX 79 10Base2 80 10Base5 80 Тема 6. Беспроводные технологии 81 Радиосвязь 81 Связь в микроволновом диапазоне 81 Инфракрасная связь 81 Вопросы 81 Лекция 7. Сетевые операционные системы 83 Тема 1. Структура сетевой операционной системы 84 Клиентское программное обеспечение 85 Редиректоры 85 Распределители 85 Имена UNC 86 Серверное программное обеспечение 86 Клиентское и серверное программное обеспечение 86 Выбор сетевой операционной системы 87 Тема 2. Одноранговые NOS и NOS с выделенными серверами 88 Тема 3. NOS для сетей масштаба предприятия 91 Сети отделов 91 Сети кампусов 91 Корпоративные сети 92 Тема 4. Сетевые ОС NetWare фирмы Novell 93 Назначение ОС NetWare 93 Структурная схема OC 93 Сетевая файловая система 94 Основные сетевые возможности 94 Защита информации 95 Тема 5. Семейство сетевых ОС Windows NT 96 Структура Windows NT 96 Сетевые средства 97 Состав Windows NT 97 Свойства Windows NT 98 Области использования Windows NT 99 Тема 6. Семейство ОС UNIX 99 Программы 101 Ядро ОС UNIX 101 Файловая система 102 Принципы защиты 102 Идентификаторы пользователя и группы пользователей 103 Защита файлов 103 Тема 7. Обзор Системы Linux 103 Графический интерфейс пользователя 104 Работа с сетью 104 Сетевые файловые системы 105 Почта 105 Вопросы 105 Лекция 8. Требования, предъявляемые к сетям 107 Тема 1. Производительность 107 Тема 2. Надежность и безопасность 108 Тема 3. Прозрачность 109 Тема 4. Поддержка разных видов трафика 110 Тема 5. Управляемость 111 Управление эффективностью 111 Управление конфигурацией 112 Управление учетом использования ресурсов 112 Управление неисправностями 112 Управление защитой данных 113 Тема 6. Совместимость 113 Вопросы 114 Лекция 9. Сетевое оборудование 116 Тема 1. Сетевые адаптеры, или NIC (Network Interface Card). 116 Назначение. 116 Настройка сетевого адаптера и трансивера 116 Функции сетевых адаптеров 118 Базовый, или физический, адрес 119 Типы сетевых адаптеров 119 Тема 2. Повторители и концентраторы 121 Планирование сети с хабом 123 Преимущества концентратора 124 Тема 3. Мосты и коммутаторы 124 Различие между мостом и коммутатором 125 Коммутатор 127 Коммутатор локальной сети 128 Тема 4. Маршрутизатор 129 Различие между маршрутизаторами и мостами 129 Тема 5. Шлюзы 130 Вопросы 131 Русские термины 133 Английские термины 147 Английские сокращения 158 Литература 167 Введение Курс лекций по компьютерным сетям базируется на программе «Основы сетевых технологий» В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, размещенной по адресу http://www.citmgu.ru/courses/f9101.html. Курс представляет собой введение в сетевую тематику и дает базовые знания по организации и функционированию сетей. В лекциях даны общие понятия компьютерных сетей, их структуры, сетевых компонентов в простой и доступной форме. Здесь приведены виды топологии, используемые для физического соединения компьютеров в сети, методы доступа к каналу связи, физические среды передачи данных. Передача данных в сети рассматривается на базе эталонной базовой модели, разработанной Международной организацией по стандартам взаимодействия открытых сетей. Описываются правила и процедуры передачи данных между информационными системами. Приводятся типы сетевого оборудования, их назначение и принципы работы. Описывается сетевое программное обеспечение, используемое для организации сетей. Изучаются наиболее популярные сетевые операционные системы, их достоинства и недостатки. Рассматриваются принципы межсетевого взаимодействия. Приводятся основные понятия из области сетевой безопасности. Для подготовки курса проработан большой объем информации, расположенной на информационно-поисковых серверах Internet, и использовалась литература, приведенная в списке. Основные термины и определения в лекциях взяты из справочника Якубайтиса «Информационные сети и системы» [1]. В первой лекции даны основные понятия сетевой терминологии, территориальное разделение сетей, понятие информационной и коммуникационной сетей и основные типы архитектуры. За основу лекции были взяты материалы сервера http://www.citmgu.ru и информация из [1], [2], [5]. Во второй лекции объясняется передача данных в сети на основе семиуровневой базовой эталонной модели связи открытых систем (OSI). Представлен каждый уровень, его функции и протоколы, используемые на каждом уровне. За основу лекции были взяты материалы сервера http://www.citmgu.ru и информация из [1], [2], [5], [7], [11], [12]. Лекция 3 посвящена спецификации стандартов IEEE802. Здесь же дано понятие стеков протоколов и приведены наиболее популярные стеки протоколов. В стеках протоколов перечислены протоколы каждого уровня. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [13], [14], [15]. В четвертой лекции дается понятие топологии, приводятся виды топологий, их достоинства и недостатки, здесь же описаны методы доступа к каналу связи и их использование. Для лекции использовалась информация из [1], [5], [13], [16], [28]. В пятой лекции описаны компоненты локальной вычислительной сети: рабочие станции и серверы, адаптеры, сетевые операционные системы, коммуникационные каналы, сетевое программное обеспечение и др. компоненты. Даны типы серверов. При подготовке большей частью использовалась информация из [1], [2], [5], [11], [13]. В шестой лекции даны понятия физической среды передачи данных, виды сред. Перечислены типы кабелей и описано назначение кабельной структурированной системы. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29]. Лекция седьмая посвящена сетевым операционным системам, их назначению, перечислены их функции, приведены популярные СОС (NetWare фирмы Novell, Windows NT фирмы Microsoft, UNIX фирмы Bell Laboratory), их структура и применение. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [9], [11], [21]. В лекции восьмой описаны требования, предъявляемые к сетям: производительность, надежность и безопасность, расширяемость и масштабируемость, прозрачность, поддержка трафика, управляемость, защита данных, совместимость. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [4], [5], [11], [13], [16] В лекции девятой описано сетевое оборудование, предназначенное для передачи данных на всех уровнях модели OSI. При подготовке лекции были взяты материалы из [1], [2], [5], [22], [28], [30], [31],[32]. «Курс лекций по компьютерным сетям» предназначен для курсантов, студентов и преподавателей высших учебных заведений. Лекция 1.Обзор и архитектура вычислительных сетей Тема 1.Основные определения и термины Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами. Сети обычно находится в частном ведении пользователя и занимают некоторую территорию и по территориальному признаку разделяются на: Локальные вычислительные сети (ЛВС) или Local Area Network (LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях. ЛВС обычно размещаются в рамках какой-либо организации (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными. Распределенные компьютерные сети, глобальные или Wide Area Network (WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах, которые бывают территориальными, смешанными и глобальными. В зависимости от этого глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве примеров распределенных сетей очень большого масштаба можно назвать: Internet, EUNET, Relcom, FIDO. В состав сети в общем случае включается следующие элементы: сетевые компьютеры (оснащенные