Р.Л. Смелянский - Компьютерные сети. Том 1. Системы передачи данных

УДК 004.7(075.8) ББК 32.973.202я73 С501 Рецензенты: зав кафедрой вычислительной техники МЭИ (ту), д-р гехи. наук, проф В. В. Тапорков; декан факультета вычислительной математики и кибернетики Казанского госуниверситета, зав1 кафедрой системного анализа и информационных технологий, пРоф, Р.Х. 7атыпов; зав. кафедрой теоретической информатики Ярославского госуларственного универ- ситета им.

ПГ Дед«икова, др физ.-мат. наук, проф. ВА. Соколов Смелянский Р.Л. С501 Компьютерные сети: в 2 т. Т. 1. Системы передачи данных гг Р.Л. Смелянский. — М.: Издательский центр мАкадемия», 2011. — 304 с. 1БВ)х( 978-5-7695-7151-0 Привелены теоретические основы систем передачи данных, характеристики основных видов Физических сред, способы кодирования и передачи аналоговых и цифровых данных, основы организации компьютерных сетей и систем передачи данных.

Рассмотрены основы международной и отечественной систем стандартизации в области компьютерных сетей, этю«онная ьюдель взаимодействия открытых систем, основы сетевого стека О51, организация и основные принципы Функционирования современных систем передачи данных, протоколы канального уровня, а также даны многочисленные примеры систем передачи данных. Для студентов учреждений высшего профессионального образования. УДК 004.7(075.8) ББК 32.973.202я73 Оригинал-макет даююго издания яв.иется собственностью Издательскоео иенп«ра «Академия», и его воспроизведение любани способом без согласия правообладателя запрещаете ф Смелянский Р.Л . 20Ц 1ВВЫ 978-5-7695-7151-0 (т.

1) Ос Образовательно-издательский центр «Академия», 2011 15В(Ч 978-5-7695-7152-7 Оь Оформление Издательский центр «Академии«, 2011 ПРЕДИСЛОВИЕ 'данный учебник написан на основе материалов лекций по курсу , „Компьютерные сети», который читается на факультете «Вычислительная математика и кибернетика» (ВМиК) Московского государ,ственного университета им.

М. В.Ломоносова. :.,:;.' Учебник„прежде всего, предназначен для подготовки специалистов.и бакалавров по направлениям «Прикладная математика и информатика» и «Фундаментальная информатика и информационные технологии», а также по направлению «Информатика и вычислитель'ная техникагь В учебнике не рассматриваются сетевые операционные системы, поскольку, во-первых, сегодня само понятие сетевой операционной системы выглядит странно, так как любая современная операционная система предполагает наличие функциональности для поддержки ,.сетевого взаимодействия; во-вторых, на зту тему уже достаточно :Мнагго:издано литературы, а в-третьих, на факультете ВМиК курсу «Компьютерные сети» предшествуют курсы «Операционные системьв>', «Базы данных» и «Программирование на языке Уага».

Основной целью курса «Компьютерные сети» в т. ! «Системы передачи данных» является приобретение студентами знаний и навьгков в следующих областях: ° современные системы международной и отечественной стандартизации в области инфокоммуникационных технологий; ° основы построения и:архитектуры сетей телекоммуникации; ° принципы построения, параметры и характеристики цифровых и аналоговых каналов передачи данных; ° современные технологии телекоммуникации; ° основные стандарты, используемые в инфокоммуникационных системах и технологиях; ° теоретические основы архитектурной и системотехнической организации вычислительных сетей, построение сетевых протоколов; ° выбор и комплексирование программно-аппаратных средств сетей телекоммуникации; ° конфигурирование локальных сетей и Реализация сетевых протоколов с помощью программных средств.

На факультете ВМиК МГУ при изучении курса «Компьютерные сети» используется практикум, включающий в себя пять лабораторных заданий и семь контрольных тестов. Организация изучения курса на факультете ВМиК также предусматривает систему промежуточного контроля знаний студентов, (Автор готов поделиться презентационными материалами, а также материалами практических упражнений и промежуточного контроля с желающими, для чего достаточно обратиться с вопросом по адресу япе!ФСБ. МЯ). Я) ) Изучение данного курса предполагает наличие определенного объема знаний у студентов, т.с.

они должны зиавчь архитектуру современных вычислительных систем, организацию и функционирование операционной системы Оп)х и ее файловой системы, организацию и функционирование систем управления базами данных, элементы интегрального и дифференциального исчислений, разложение функции одной переменной в ряд, основы теории рядов, основы теории вероятностей и математической статистики, элементы теории массового обсдуживания (теории очередей), основы дискретной математики в части комбинаторики, теории графов и сетей, теории автоматов.

Помимо этого студенты должны иметь практический опыт программирования, например на ассемблере и на языке С. Также желательно знать объектно-ориентированное программирование и язык )ача, уметь строить математические модели. Темпы развития сетевых технологий и глубина их проникновения в жизнь общества столь велики, что за годы чтения данного курса автору постоянно приходилось дополнять материал, включать в него новые технологии, новые сетевые средства и протоколы. Каждый год курс дополнялся и изменялся. Основными критериями при отборе материалов для включения в курс были следующие: ° перспективность технологии„ ° наличие международного стандарта (или проведение процесса стандартизации) по данной технологии; ° актуальность данной технологии для России. Как уже было сказано, материал курса разбит на два тома.

Первый том посвящен общим вопросам организации компьютерных сетей и проблематике телекоммуникационных сетей или сетей передачи данных. Во избежание путаницы термин «сеть» используется автором для сетей ЭВМ, а применительно к телекоммуникациям его заменяет термин чсистемы передачи данныхэ. Второй том данного учебника посвящен описанию работы сетевого, транспортного и прикладного уровней современных сетей ЗВМ. Ну и наконец, осталось самое приятное — поблагодарить всех тех, кто помогал автору, высказывая критические замечания, что способствовало улучшению данного курса.

ПРежде всего, хотелось бы поблагодарить студентов третьего потока факультета ВМиК, которые слушали курс в 1995 — 2008 гг. и своими замечаниями, критикой способствовали его улучшению. -: '-', .Автор также признателен Д.Гамаюнову, помогавшему ему рабо' тать с рукописью, С.

Монину — за материалы по технологии %1ГК Д Чамберсу, Э. Перес, Р.Эйджи — за предоставленные материалы о компании Стасо Яуз1ешз и ее пролуктах, М. Свердликову, О. Типисо' ву — за обсуждение разных разделов курса, труд по прочтению руко, писи и критику, способствовавшую улучшению материала, Д. Козло.ву и М, Забежайло — за обсуждение и конструктивные предложения отдельных частей курса, Н.Трусовой и Е. Капинус — за работу по 'подготовке рукописи. Особенно хотел бы отметить доброжелательность Ю. В. Коровина, без поддержки которого эта книга вряд ли появилась.

Москва ~ авгУста 2010 г Р. Х Смелянский Глава 1 ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ 1.1. Шок будущего В кажлом из трех предшествуюших столетий существовала технология, уровень которой определял уровень развития цивилизации. Известный социолог и футуролог Э.Тоффлер в [42! выделяет три технологические эпохи: аграрную, индустриальную и эпоху, которой пока не найдено адекватного названия. Но, безусловно. информационные технологии — технологии сбора, передачи, обработки, визуализации и хранения информации играют в этой третьей эпохе определяющую роль.

Мы живем в уникальное время. Наука насчитывает 50 000 лет сушествования современного человека. Если, следуя Э. Тоффлеру, разделить этот срок на периоды по 62 года, то получим примерно 800 периодов, причем прошло только !50 таких периолов с тех пор, как люли вышли из пешер. При этом только на протяжении последних двух с небольшим периодов люди научились использовать паровые двигатели, электричество, двигатели внутреннего сгорания, атомную энергию, ралио, телефон, телевизор, и лишь в последнем периоде люди узнали о вычислительной технике и информационных технологиях.

Для автомобилизации и телефонизации 80 % населения Земли потребовалось около 110 лет, для распространения использования электрической энергии — 80 лет, для персонального компьютера и Интернета — чуть более 20 лет, а для Всемирной паутины (%ог!б %Ые %еЬ)— всего 6 лет! Из сказанного видно, что темпы смены технологий в мире [43), а также уровни интеллектуализации и энерговооруженности труда людей постоянно растут. 1*2 Предпосылки появления сетей ЭВМ и развития информационных технологий 1.2.1. Появление технически сложных систем Отметим две главные предпосылки появления сетей ЭВМ и развития информационных технологий: создание технически сложных "=;:. систем и необходимость быстрого получения, накопления и обработки информации. Новые способы получения энергии открыли новые горизонты в развитии промышленности.

Однако создание технически сложных систем потребовало принципиально новых подходов к их проектированию. Так, технически сложную систему (например, ядерный реактор, самолет, космический корабль, спутниковую систему) не всегда можно представить в натуральном виде.

Требуются моделирование, сложные расчеты, вычислительные схемы, специальные методы борьбы со сложностью и создаваемого изделия, и его модели. Например, увеличение числа взаимодействующих компонентов си.. стемы лепет к усложнению ее конструкции, а следовательно, к сни''' жению надежности. При этом возникает следующий не праздный ' . вопрос: как убедиться, что создаваемая система при любых обстоя;:" '. тельствах будет функционировать корректно? Новые задачи проектирования обусловили новые требования к ,::,:"скпростям расчетов, алгоритмам расчетов, численным методам, сред:.-: ствам моделирования. Уже в 1940-х гг. основным местом для ускоре.:, 'ния ручных расчетов было их распараллеливание, при котором не';;:: сколько человек — счетчиков — работали параллельно над разными - частями одного и того же расчета.