І. Р. Арсенюк, А. А. Яровий

КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

Частина 1

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

І. Р. Арсенюк, А. А. Яровий

КОМП’ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ

Частина 1

Затверджено Вченою радою Вінницького національного технічного університету як навчальний посібник для студентів спеціальностей “Інтелектуальні системи прийняття рішень”, „Програмне забезпечення автоматизованих систем” та „Захист інформації в комп’ютерних системах та мережах”. Протокол № 6 від 27 грудня 2007 р.

Вінниця ВНТУ 2008

УДК 681.3

А 85

Р е ц е н з е н т и:

О. В. Осадчук, доктор технічних наук, професор

А. М. Пєтух, доктор технічних наук, професор

Л. І. Тимченко, доктор технічних наук, професор

C. М. Захарченко, кандидат технічних наук, доцент,

сертифікований інструктор мережевої академії CISCO

Рекомендовано до видання Вченою радою Вінницького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України

Арсенюк І. Р., Яровий А. А.

А85 Комп’ютерні мережі. Навчаль­ний посібник. Частина 1. – Вінниця:

ВНТУ, 2008. – 116 с.

В першій частині наведено еволюцію, класифікацію, основи побудови і вимоги, що пред’являються до комп’ютерних мереж; розглянуто основні стандартні стеки комунікаційних протоколів, особливо OSI та ТСР/ІР, а також основи передачі даних на фізичному та канальному рівнях.

Посібник розроблений у відповідності з планом кафедри та програмою дисципліни ”Комп’ютерні мережі”, а також може бути використаний під час вивчення дисциплін „Корпоративні і глобальні комп’ютерні мережі” та „Корпоративні мережі”.

УДК 681.3

 І. Р. Арсенюк, А. А. Яровий, 2008

ЗМІСТ

Вступ 4

1 Роль комп’ютерних мереж в сучасному суспільстві 6

1.1 Еволюція комп’ютерних мереж 6

1.2 Конвергенція мереж 13

1.3 Класифікація комп’ютерних мереж 18

1.4 Вимоги до комп’ютерних мереж 22

1.5 Контрольні питання 25

2 Основи побудови мереж 26

2.1 Топології фізичних зв’язків 26

2.2 Комутація каналів і пакетів 28

2.3 Структуризація як засіб побудови великих мереж 34

2.4 Контрольні питання 41

2.5 Завдання 42

3 Протоколи та архітектура 49

3.1 Багаторівневий підхід. Протокол. Інтерфейс. Стек протоколів 49

3.2 Модель взаємодії відкритих систем ISO/OSI 51

3.3 Рівні моделі OSI 54

3.4 Поняття відкритої системи 59

3.5 Стандартні стеки комунікаційних протоколів 60

3.6 Контрольні питання 65

4 Основи передачі дискретних даних 66

4.1 Типи та апаратура ліній зв’язку 66

4.2 Стандарти кабелів 74

4.3 Аналогова модуляція 82

4.4 Цифрове кодування 87

4.5 Логічне кодування 92

4.6 Передача даних канального рівня 96

4.7 Контрольні питання 112

4.8 Завдання 113

Література 115

ВСТУП

В 1993 році група експертів підготувала за замовленням Європейського союзу матеріал, що називається „Європа й інформаційне співтовариство (рекомендації для Європейського союзу)”. У матеріалі стверджувалось, що інформаційні та комунікаційні технології викликали нову промислову революцію. Ця революція базується на інформації, а технологічні можливості збільшують можливості інтелекту людини та змінюють способи спільної роботи, спілкування й життя. Прикладом є глобальне співтовариство комп’ютерних мереж Internet.

Майже 30 років тому, після запуску першого радянського супутника Землі, RAND Corporation (знаменитий американський мозковий центр часів холодної війни) був поставлений перед складною стратегічною проблемою керування країною. Країні, що могла зазнати ядерного удару, потрібна була надійна мережа. В 1964 році RAND опублікувала свої вимоги до мережі: по-перше, вона не повинна бути централізованою, і по-друге, вона з самого початку повинна складатися з окремих сегментів. Тоді окремий вузол буде незалежний від інших вузлів і зможе самостійно відповідати за приймання/передавання даних.

На початку 60-х мережа, заснована на комутації пакетів, об’єднала RAND. В 1968 р. до мережі приєдналася Національна фізична лабораторія Великобританії. В 1969 році Агентство перспективних досліджень міністерства оборони США вирішило об’єднати суперкомп’ютери оборонних, наукових і управлінських центрів у єдину мережу ARPANET, де було тільки 4 комп’ютери, в 1971 р.  14, а у 1972 р. вже 30 комп’ютерів.

70-і роки  це процес налагодження технології Internet. Основне навантаження мережі тоді становили комунікаційні повідомлення (пошта та новини), що привело до розвитку електронної пошти й телеконференцій. Тим часом удосконалювалася технологія обміну даними. На зміну протоколам ARPANET у 1982 р. прийшли ТСР/ІР. В 1977 році TCP/IP почали використовувати інші комп’ютерні мережі для підключення до ARPANET. До 1986 року Internet ще не був Internetом. З 1984 року Національний науковий фонд США став вкладати великі гроші у наукову комп’ютерну мережу NSFNET, яка об’єднала університети США. В цей час утворилося 6 перших доменів у мережі: gov, mil, edu, com, org, net.

Сьогодні комп’ютерні мережі продовжують дуже стрімко розвиватися. Розрив між локальними та глобальними мережами постійно скорочується, багато в чому за рахунок появи високошвидкісних територіальних каналів зв’язку, що не поступаються за якістю кабельним системам локальних мереж. У глобальних мережах з’являються служби доступу до ресурсів, такі ж зручні та прозорі, як і служби локальних мереж.

Змінюються й локальні мережі. Замість пасивного кабелю, що з’єднує комп’ютери з’явилось різне комунікаційне обладнання  комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Завдяки цьому з’явилась можливість побудови великих корпоративних мереж, які мають складну структуру і нараховують тисячі комп’ютерів. Відродився інтерес до великих комп’ютерів, оскільки з’ясувалося, що системи, які складаються із сотень серверів, обслуговувати складніше, ніж кілька великих комп’ютерів. Тому на новому витку еволюційної спіралі мейнфрейми стали повертатись у корпоративні обчислювальні системи, але вже як повноправні мережеві вузли, що підтримують різні технології комп’ютернх мереж.

Виявилась ще одна дуже важлива тенденція, що стосується як локальних, так і глобальних мереж. В них стала оброблятися невластива раніше обчислювальним мережам інформація  голос та відеозображення. Це спричинило внесення змін у роботу протоколів, мережевих операційних систем і комунікаційного обладнання. Оскільки традиційні служби обчислювальних мереж  такі як передача файлів або електронна пошта створюють малочутливий до затримок трафік і всі елементи мереж розроблялися розраховуючи на нього, то поява трафіка реального часу призвела до значних проблем.

Сьогодні ці проблеми вирішуються різними способами, в тому числі й за допомогою спеціально розрахованої на передачу різних типів трафіка технології АТМ. Однак, незважаючи на значні зусилля в цьому напрямку, до ефективного рішення проблеми поки далеко, і в цій області має бути ще багато зроблено для злиття технологій не тільки локальних і глобальних мереж, а й технологій будь-яких інформаційних мереж  обчислювальних, телефонних, телевізійних тощо. Фахівці вважають, що передумови для такого синтезу вже існують та зможуть бути реалізовані через 10  25 років. І основою для такого об’єднання послужить саме технологія комутації пакетів, яка застосовується сьогодні в обчислювальних мережах.

Даний навчальний посібник складається з трьох частин. В першій частині посібника наведено еволюцію, класифікацію, основні вимоги до комп’ютерних мереж а також їх роль у житті суспільства. Розглянуті питання основ побудови мереж та їх структуризації. Наведені стандартні стеки комунікаційних протоколів, зокрема ISO/OSI і TCP/IP та розглянуто функції їх рівнів. Крім того, приділено увагу питанням передачі дискретних даних у комп’ютерних мережах, а також основам фізичного та логічного кодування інформації.

До кожного розділу наведені контрольні запитання з метою здійснення самоконтролю, а також дані завдання з метою глибшого опанування поданого матеріалу.