Сборник методических указаний к лабораторным работам. Архитектура компьютерных сетей

21.06.2019

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики и компьютерных наук

ОЛЕННИКОВ Е. А.

Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей

Учебно-методический комплекс.

Рабочая программа для студентов очной формы обучения,

специальности 010500.62 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем », профили подготовки: «Технологии программирования»,
«Параллельное программирование»

Тюменский государственный университет

. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей.

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности 010500.62 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем», профили подготовки: «Технологии программирования», «Параллельное программирование». Тюмень, 2011, 13 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.

Утверждено проректором по учебной работе ТюмГУ

Ответственный редактор: , зав. кафедрой информационной безопасности, д. т.н., проф.

2. Пояснительная записка

2.1. Цели и задачи дисциплины

Дисциплина «Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей» имеет целью дать целостное представление:

О принципах построения операционных и вычислительных систем (ОС, ВС);

Об основных функциях ОС;

Таблица 4.

Планирование самостоятельной работы студентов

	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол - во баллов
обязательные	дополнитель-ные
Модуль 1
	История развития операционных систем.
	Основные понятия и концепции ОС. Функции ОС. Архитектурные особенности ОС.	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Управление процессами. Гонки, синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Управление памятью.	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Всего по модулю 1:
Модуль 2
	Управление вводом-выводом	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Файловые системы	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Организация файловой системы FAT, NTFS	Конспектирование материала на лекционных занятиях. Выполнение контрольной работы.	Работа с учебной литературой
	Организация файловых систем используемых в ОС Unix/Linux	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Всего по модулю 2:
Модуль 3
	Архитектура ОС Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Архитектура ОС семейства Unix	Конспектирование материала на лекционных занятиях.	Работа с учебной литературой
	Архитектура ОС Linux. Дистрибутивы Linux	Конспектирование материала на лекционных занятиях. Выполнение контрольной работы.	Работа с учебной литературой
	Всего по модулю 3:
	ИТОГО:

5. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Модуль 1.

Тема 1.1. История развития операционных систем.

Эволюция ОС. История развития Unix.

Тема 1.2. Основные понятия и концепции ОС. Функции ОС.

Архитектурные особенности ОС. Функции, принципы построения, функциональные компоненты и архитектурные особенности и классификация ОС.

Тема 1.3. Управление процессами. Гонки, синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.

Определение процесса и понятий с ним связанных. Планирование процессов. Гонки. Синхронизация процессов. Тупики и методы борьбы с ними.

Тема 1.4. Управление памятью

Типы адресов. Методы распределения памяти. Иерархия запоминающих устройств. Принцип кэширования данных.

Модуль 2.

Тема 2.1. Управление вводом-выводом

Физическая организация устройств ввода-вывода. Организация программного обеспечения ввода-вывода

Тема 2.2. Файловые системы

Основные понятия. Логическая организация файла. Операции над файлами и каталогами. Защита файлов. Реализация файловой системы. Общая модель файловой системы. Управление свободным и занятым дисковым пространством. Структура файловой системы на диске

Тема 2.3. Организация файловой системы FAT, NTFS

Логическая организация файловых систем FAT, NTFS.

Тема 2.4. Организация файловых систем используемых в ОС Unix/Linux

Логическая организация файловых систем: S5, UFS, Ext2FS, ReiserFS, Ext3fs, XFS, JFS.

Модуль 3.

Тема 3.1. Архитектура ОС Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.

Тема 3.2. Архитектура ОС семейст ва Unix

Тема 3.3. Архитектура ОС Linux. Дистрибутивы Linux

7. Планы семинарских занятий

Не планируется.

8. Темы практических работ

1. Создание и управление процессами с использованием средств Win API, конструкция языков программирования.

2. Разработка многопоточного приложения с использованием средств Win API, конструкция языков программирования.

3. Синхронизация процессов. Функции ожидания. Объекты ожидания: события.

4. Синхронизация процессов. Объекты ожидания: ожидаемые таймеры, семафоры

5. Синхронизация процессов. Объекты ожидания: мьютексы, критичесие секции

6. Разработка приложения моделирующего один из классических алгоритмов управления процессами в операционных системах

7. Разработка приложения для получения системной информации ОС Windows: список процессов и потоков, объем и распределение памяти.

8. Исследование распределения виртуальной памяти процесса в Windows. Разработка приложения для получения карты виртуального адресного пространства процессов.

9. Использование виртуальной памяти. Выделение регионов, передача физической памяти страницам региона в Windows. Разработка приложения для использующего виртуальную память для работы с большими структурами данных.

10. Отображаемые в память файлы. Разработка приложения для копирования файлов больших размеров с использованием механизма отображаемых в память файлов.

11. Разработка приложения моделирующего один из классических алгоритмов управления памятью в операционных системах

12. Изучение структуры файловых систем FAT с использованием редактора диска

13. Изучение структуры файловых систем NTFS с использованием редактора диска

14. Установка и конфигурирование ОС FreeBSD.

15. Работа с пользователями в ОС FreeBSD. Управление учетными записями, группами, ограничение пользователей. Выполнения команд от имени других пользователей: утилиты SU, SUDO.

16. Файловые системы в ОС FreeBSD. Управление разделами, монтирование, настройка прав доступа.

17. Сетевые настройки в ОС FreeBSD.

18. Сборка и конфигурирование ядра ОС FreeBSD.

9. Примерная тематика курсовых работ

Курсовая работа по дисциплине не предусмотрена.

10. Учебно - методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).

Контроль качества подготовки осуществляется путем проверки теоретических знаний и практических навыков с использованием:

a) Текущей аттестации:

проверка промежуточных контрольных работ и прием лабораторных работ,

b) Промежуточной аттестации:

экзамен в конце 4 семестра (к экзамену допускаются студенты после сдачи всех лабораторных работ, решения всех задач контрольных работ).

Текущий и промежуточный контроль освоения и усвоения материала дисциплины осуществляется в рамках рейтинговой (100-бальной) системы оценок.

Пример лабораторного задания

Лабораторная работа. Конфигурирование ядра ОС FreeBSD. Установка ПО.

Задание 1. Сборка ядра.

1. Собрать свое ядро, исходя из следующих требований:

Имя ядра выбрать по своему усмотрению;

Отключить поддержку неиспользуемого оборудования;

Включить опцию запрещающую перезагружать систему с помощью сочетания клавиш ctrl-alt-del.

2. Установить ядро.

Задание 2. Установка ПО из пакетов

1. Установить любой текстовый редактор, используя утилиту sysinstall.

2. Установите текстовый редактор vim из пакета.

Задание 3. Установка ПО из портов

1. Установите файловый менеджер MC (порт: ../misc/mc).

Пример контрольной работы

Реализовать схему «оповещения» трех ожидающих потоков о помещении в очередь (произвольного формата) некоторого сообщения на основе объекта синхронизации «событие». Генерируют события в очередь два потока, которые имеют приоритет на уровень ниже, чем ожидающие. Посчитать среднее число обработанных каждым потоком сообщений. Очередь должна быть защищена критической секцией.

Вопросы к экзамену

Понятие операционной системы. Операционная система как виртуальная машина. Операционная система как система управления ресурсами. Операционная система как постоянно функционирующее ядро. Понятие операционной среды. Программная среда. Основная и дополнительная программная среда. Эволюция ОС. Основные функции операционных систем Основные принципы построения ОС Архитектура операционной системы. Общий подход. Привилегированный и пользовательский режимы работы. Архитектурные особенности современных операционных систем. Монолитное ядро. Слоеные системы. Виртуальные машины. Микроядерная архитектура. Смешанные системы. Классификация операционных систем. Особенности областей применения. Классификация операционных систем. Поддержка многозадачности. Классификация операционных систем. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Классификация операционных систем. Поддержка многонитевости. Классификация операционных систем по способу взаимодействия с компьютером. Классификация операционных систем по типу централизации. Классификация операционных систем. Многопроцессорная обработка. Классификация операционных систем. Поддержка многопользовательского режима. Классификация операционных систем по типу аппаратуры. Классификация операционных систем. Особенности областей использования Классификация операционных систем. Особенности методов построения. Понятие процесса. Состояния процесса. Информационные структуры процесса. Планирование процессов. Уровни планирования. Основные цели планирования. Алгоритмы планирования процессов. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность Синхронизация процессов. Критические ресурсы. Гонки. Критические секции. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов. Запрет прерываний. Блокирующие переменные. Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов. Семафоры. Монитор. Сообщения Понятие тупика. Условия возникновения тупиков. Основные направления борьбы с тупиками. Средства синхронизации потоков в ОС Windows. Функции и объекты ожидания. Основные функции ОС по управлению памятью. Типы адресов. Методы распределения памяти без использования дискового пространства. Распределение памяти фиксированными разделами. Распределение памяти разделами переменной величины. Распределение памяти перемещаемыми разделами Понятие виртуальной памяти Методы распределения памяти с использованием дискового пространства. Страничное распределение памяти Сегментное распределение памяти Странично-сегментное распределение памяти Своппинг Понятие файловой системы. Файл. Типы и атрибуты файлов. Логическая организация файла. Операции над файлами и каталогами. Защита файлов. Общая модель файловой системы. Методы выделения дискового пространства. Управление свободным и занятым дисковым пространством. Отображаемые в память файлы Производительность файловой системы Современные архитектуры файловых систем Файловая система FAT 12/16/32 – логическая и физическая организация Файловая система NTFS – логическая и физическая организация. Файловая система NTFS – журналирование, безопасность, сжатие, шифрование. Устройство файловых систем Unix-семейства Защищенный режим работы процессора

11. Образовательные технологии.

Сочетание традиционных образовательных технологий в форме лекций, компьютерных лабораторных работ и проведение контрольных мероприятий (контрольных работ).

Аудиторные занятия:

Лекционные и компьютерные лабораторные занятия; на лабораторных занятиях контроль осуществляется при сдаче лабораторного задания. В течение семестров студенты выполняют задачи, указанные преподавателем к каждому занятию.

Активные и интерактивные формы

Компьютерное моделирование и анализ результатов при выполнении лабораторных работ

Внеаудиторные занятия:

Выполнение дополнительных заданий разного типа и уровня сложности при выполнении лабораторных работ, подготовка к аудиторным занятиям, изучение отдельных тем и вопросов учебной дисциплины в соответствии с учебно-тематическим планом, составлении конспектов. Подготовка индивидуальных заданий: контрольных работ, подготовка ко всем видам контрольных испытаний: текущему контролю успеваемости и промежуточной аттестации; индивидуальные консультации.

12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

12.1. Основная литература:

1. Э. Таненбаум. Современные операционные системы. - СПб.: Питер, 2011

12.2. Дополнительная литература:

1. , . Сетевые операционные системы. - СПб.: Питер, 2005

2. Столингс В. Операционные системы. М.: Вильямс, 2004

3. Эбен М., Таймэн Б. FreeBSD. Администрирование: искусство достижения равновесия. - СПб.: ДиаСофтЮП, 2003

4. , FreeBSD: установка, настройка, использование. -СПб.: БХВ-Петербург, 2003

5. Гордеев системы. - СПб.: Питер, 2004

6. Кэрриэ Б. Криминалистический анализ файловых систем. - СПб.: Питер, 2007

7. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. - СПб.: Питер, 2010

8. Э. Таненбаум. Операционные системы: разработка и реализация. - СПб.: Питер, 2006

12.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы.

Вузовские электронно-библиотечные системы учебной литературы;

База научно-технической информации ВИНИТИ РАН;

Доступ к открытым базам цитирования, в т. ч. , scholar. , math-net. ru;

Среды разработки на языках C#, C++, Pascal;

Программы для виртуализации систем: VMWare Workstation, Virtual PC.

13. Технические средства и материально-техническое оснащение.

Для организации самостоятельной работы студентов необходим компьютерный класс c установленной средой разработки на языке C#, C++, Pascal и одной из программ для виртуализации систем: VMWare Workstation, Virtual PC, с возможность запуска образов виртуальных машин под управлением ОС Windows NT, FreeBSD.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Робототехника и автоматизация производства»

Сборник методических указаний к лабораторным работам

по дисциплине

Вычислительные машины, системы и сети

Направление подготовки: 220400 «Мехатроника и робототехника»

Специальность: 220402 «Роботы и робототехнические системы»

Формы обучения:очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены доцент, к.т.н. Шмелев В.В. и обсуждены на заседании кафедры факультета кибернетики ,

протокол №___ от "___"____________ 201 г.

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры робототехники и автоматизации производства факультета кибернетики ,

протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой________________Е.В. Ларкин

Лабораторная работа № 1. Классификация ЭВМ и архитектура вычислительных систем 4

2.1 Классификация ЭВМ 4

Лабораторная работа № 2. Состав и устройство персонального компьютера 9

2.1 Структура персонального компьютера 9

Основные устройства ПК 15

Лабораторная работа № 3.Запоминающие устройства персонального компьютера 29

2.1 Запоминающие устройства 29

Лабораторная работа № 4. Внешние устройства ПК 58

Лабораторная работа № 5. Локальные вычислительные сети 79

2.1 Локальные вычислительные сети 79

Лабораторная работа № 6. Программное, информационное и техническое обеспечение сетей 91

2.1. Программное и информационное обеспечение сетей 92

2.2 Основные принципы построения компьютерных сетей 93

2.3. Техническое обеспечение информационно-вычислительных сетей 104

Объектом изучения является программное, информационное и техническое обеспечение сетей 122

2. Изучить программное, информационное и техническое обеспечение сетей 122

Лабораторная работа № 7. Глобальная информационная сеть Интернет 123

2. Основы теории 123

2.1 Глобальная информационная сеть Интернет 123

Лабораторная работа № 8. Система коммуникаций 133

1. Цель и задачи работы 133

2. Основы теории 133

2.1. Системы ТЕЛЕКОММУНИКАЦИй 133

Системы передачи документированной информации 146

Лабораторная работа № 1. Классификация эвм и архитектура вычислительных систем

1. Цель и задачи работы.

В результате выполнения данной работы студенты должны

знать классификацию ЭВМ и архитектуру вычислительных систем

2.Основы теории.

2.1 Классификация ЭВМ

ЭВМ – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения различных задач.

Существует несколько признаков, по которым можно разделить ВМ. В частности:

по принципу действия,

по элементной базе и этапам создания,

по назначению,

по размеру и вычислительной мощности,

по функциональным возможностям,

По принципу действия ВМ: аналоговые, цифровые и гибридные.

Аналоговые, или ВМ непрерывного действия , работают с информацией представленной в непрерывной (аналоговой форме), т.е. в виде непрерывного потока значений какой-либо физической величины (чаще всего напряжения электрического тока)

АВМ просты и удобны в эксплуатации. Скорость решения задач регулируется оператором и может быть очень высокой, но точность вычислений очень низкая. На подобных машинах эффективно решаются задачи дифференциального исчисления, не требующие сложной логики.

Цифровые, или ВМ дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой форме.

Гибридные, или ВМ комбинированного действия сочетают в себе возможности работы как с цифровой, так и с аналоговой информацией. Обычно применяются в автоматизации задач управления техническими и технологическим процессами.

В экономике и повседневной деятельности получили широкое распространение ЦЭВМ, чаще называемы просто ЭВМ или компьютерами.

По элементной базе и этапам создания выделяют:

1-е поколение, 50-е годы ХХ века: ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

2-е поколение, 60-е годы: ЭВМ на полупроводниковых устройствах (транзисторах).

3-е поколение, 70-е годы: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни-тысячи транзисторов в одном корпусе, на кристалле).

4-е поколение, 80-90-е годы: компьютеры на больших и сверхбольших ИС, основная из которых – микропроцессор (десятки тысяч-миллионы активных элементов на одном кристалле).

Если электронное оборудование ЭВМ 1-но поколения занимало зал площадью 100-150 кв. м, то СБИС 1-2 кв. см и расстояние между элементами на ней 0,11-0,15 микрона (толщина человеческого волоса – несколько десятков микроном)

5-е поколение, настоявшее время: вычислительные системы с несколькими десятками параллельно работающих микропроцессоров.

6-е и последующие поколения: компьютеры с массовым параллелизмом и оптико-электронной базой, в которых реализован принцип ассоциативной обработки информации; т.н. нейронные компьютеры.

Важно знать:

Каждое последующее поколение превышает производительность системы и емкость запоминающих устройств более чем на порядок.

По назначению принято выделять универсальные компьютеры, проблемно-ориентированные и специализированные.

Универсальные предназначены для решения широкого круга инженерно-технических, экономических, математических и др. задач, для которых характерны большие объемы обработки данных и сложность алгоритмов.

Проблемно-ориентированные предназначены для решения более узкого круга задач, связанных с управлением технологическими процессами (объектами), с регистрацией, накоплением и переработкой относительно небольших объемов данных, выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. Они включают ограниченные по своим возможностям аппаратные и программные ресурсы.

Специализированные предназначены для решения специфических задач по управлению работой технических устройств (агрегатов). Это могут быть контроллеры – процессоры, управляющие работой отдельных узлов вычислительной системы.

По размерам и вычислительной мощности компьютеры можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ, суперкомпьютеры), большие, малые и сверхмалые (микроЭВМ, микрокомпьютеры).

Сравнительная характеристика классов компьютеров

Параметры	СуперЭВМ	МикроЭВМ
Производительность, MIPS
Емкость ОЗУ, Мбайт
Емкость ВЗУ, Гбайт
Разрядность, бит

При рассмотрении функциональных возможностей компьютеров оценивают:

быстродействие процессора,
разрядность регистров процессора,
формы представления чисел,
номенклатура, емкость и быстродействие запоминающих устройств,
номенклатура и технические характеристики внешних устройств,
способность выполнять несколько программ одновременно (многозадачность),
номенклатура применяемых операционных систем,
программная совместимость – возможность выполнять программы, написанные для других типов компьютеров,
возможность работы в вычислительной сети

КУРС «КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

ТЕМА 5a

СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Понятие компьютерных сетей

Компьютерная сеть (КС) – это совокупность нескольких компьютеров или вычислительных систем, объединенных между собой средствами телекоммуникаций в целях эффективного использования вычислительных и информационных ресурсов при выполнении информационно-вычислительных работ.

Задачи, которые решаются с помощью персональных компьютеров, работающих в локальной сети:

1. Разделение файлов. (позволяет многим пользователям одно временно работать с одним и тетм же файлом, который хранится на цен тральном файл-сервере);

2. Передача файлов (позволяет быстро копировать файлы любого размера с одного компьютера на другой);

3. Доступ к информации и файлам (позволяет запускать прикладные программы с любой рабочей станции компьютерной сети);

4. Разделение прикладных программ (дает возможность двум пользователям применять одну и ту же копию программы);

5. Одновременный ввод данных в прикладные программы (сетевые прикладные программы позволяют нескольким пользователям одновременно вводить данные, необходимые для работы этих программ);

6. Разделение принтера, накопителя и т.д.

В глобальном масштабе компьютерные сети позволяют решить следующие задачи:

1. Обеспечение информацией по всем областям человеческой деятельности;

2. Электронные коммуникации (электронная почта, телеконференции и т.д.).

В настоящее время компьютерные сети делят по территориальному размещению на:

1. Локальные компьютерные сети, LAN-сети (Local Area Network);

2. Региональные компьютерные сети, MAN-сети (Metropolitan Area Network);

3. Глобальные компьютерные сети, WAN-сети (Wide Area Network).

Корпоративная сеть – это, как правило, закрытая компьютерная сеть, в состав которой могут входить сегменты LAN-сетей малых, средних и крупных отделений корпорации, объединенные с центральным офисом MAN и WAN компьютерными сетями с использованием сетевых технологий глобальных компьютерных сетей.

Компьютерные сети – это сложный комплекс., включающий в себя технические, программные и информационные средства.

Технические средства составляют:

1. ЭВМ различных типов (от супер до компьютеров малой мощности);

2. Транспортная (телекоммуникационная) среда передачи данных, связывающая вычислительные центры или сервера сети и клиентские машины;

3. Адаптеры (сетевая карта), коммутаторы, концентраторы, шлюзы, маршрутизаторы и другое сетевое оборудование для подключения компьютеров к транспортной телекоммуникационной среде и организации топологии компьютерной сети.

Концентратор (HUB) предназначен для распознавания конфликтов между элементами сети и их ликвидации, а также синхронизации информационных потоков внутри сети.

Коммутатор – аппаратное средство, обеспечивающее прием, контроль поступления и маршрутизацию информационных пакетов.

Маршрутизатор предназначен для организации взаимосвязи между несколькими локальными сетями, объединения их в сети более высокого уровня, распределения потоков информации между сегментами сетей.

Программные средства компьютерных сетей состоят из трех частей: общего, специального и системного программного обеспечения.

Общее программное обеспечение КС включает:

1. Операционную систему (отвечает за распределение потоков заданий и данных между серверами и клиентскими машинами сети, управление подключением и отключением отдельных серверов сети, обеспечение динамики координации работы сети);

2. Систему программирования (включает средства автоматизации составления программ по технологии клиент/сервер, их трансляции и отладки);

3. Систему технического обслуживания (представляет собой комплекс программ для осуществления проверки и профилактики работы технических и программных средств связи).

Архитектура компьютерных сетей

Архитектура компьютерных сетей может рассматриваться с двух точек зрения:

1. С точки зрения топологии КС, т.е. каким образом организована сеть на физическом уровне;

2. С точки зрения ее логической организации, которая включает такие вопросы, как организация доступа пользователей к информационным ресурсам КС, их иерархия, взаимоотношения между компьютерами, сегментами КС, распределения информационных ресурсов по сети (сервера, базы данных и т.д.), управления сетью в целом и др.

При построении компьютерных сетей важным является выбор физической организации связей между отдельными компьютерами, т.е. топологии сети. Топология – описание физических соединений в LAN (или логических связей между узлами), указывающее, какие пары узлов могут связываться между собой.

Наиболее распространены следующие топологии:

1. Шина – кабель, объединяющий узлы в сеть (компьютеры подключаются к одному общему кабелю (шине), по которому и происходит обмен информацией между компьютерами, преимущества - дешевизна и простота разводки кабеля по отдельным помещениям, недостатки - низкая надежность, так как любой дефект общего кабеля полностью парализует всю сеть, а также невысокая производительность, поскольку в любой момент только один компьютер может передавать данные в сеть);

2. Звезда – узлы сети соединены с центром кабелями-лучами (предусматривает подключение каждого компьютера отдельным кабелем к концентратору, который находится в центре сети, преимущества - высокая надежность, недостатки – дороговизна);

3. Кольцо – узлы объединены в сеть замкнутой кривой (данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении, если компьютер распознает данные как "свои", то он их принимает, такие сети используются, если требуется контроль предаваемой информации, так как данные, сделав полный оборот, возвращаются к компьютеру-источнику);

4. Смешанная топология – комбинация топологий, перечисленных выше.

Наряду с топологией компьютерной сети, определяющей на физическом уровне построение КС, архитектура компьютерной сети определяет на логическом уровне структуру взаимодействия пользователей, компьютеров и ресурсов КС. Именно на этом уровне руководитель концептуально определяет, кто из пользователей или групп пользователей имеет право доступа к тем или иным ресурсам компьютерной сети (компьютерам, сетевым устройствам, файлам и т.д.) и где находятся эти ресурсы. Администратор компьютерной сети реализует выбранную политику с помощью средств администрирования сети.

На логическом уровне локальные сети могут быть:

1. Одноранговые LAN – это сеть, в которой все компьютеры равноправны и могут выступать в роли как пользователей (клиентов) ресурсов, так и их поставщиков (серверов), предоставляя другим узлам право доступа ко всем или к некоторым из имеющихся в их распоряжении локальным ресурсам (файлам, принтерам, программам);

2. LAN с выделенным сервером. Для эффективного администрирования компьютерных сетей используются сети со специальным компьютером (выделенным сервером).

Существует много серверов компьютерной сети, например, сервер печати, сервер баз данных, сервер приложений, файл-сервер и т.д. В отличие от перечисленных выше сервер компьютерной сети осуществляет управление сетью и на нем, в частности, находятся базы данных, содержащие учетные записи пользователей сети, определяющих их политику доступа к ресурсам КС.

В компьютерных сетях с выделенным сервером рабочие станции подключаются к выделенным серверам, а серверы в свою очередь группируются в домены.

Домен (Domain) – группа компьютеров и периферийных устройств, с общей системой безопасности. В OSI (ниже рассматривается эта модель) термин "домен" используется применительно к административному делению сложных распределенных систем. В сети Internet-часть иерархии имен.

Доменная организация сети позволяет:

1. Упростить централизованное управление сетью;

2. Облегчить создание сетей методом объединения существующих сетевых фрагментов;

3. Обеспечить пользователям однократную регистрацию в сети для доступа ко всем серверам и ресурсам информационной системы независимо от места регистрации.

Важным фактором, определяющим архитектуру компьютерной сети, является ее масштабируемость и, в частности, доменной архитектуры.

При объединении доменов следует выделить три основные модели отношений:

1. Модель мастер-домена (один из доменов объявляется главным, и в нем хранятся записи всех пользователей сети, остальные домены являются ресурсными, все ресурсные домены доверяют главному домену, который является главным мастер-доменом, такая архитектура плохо масштабируется (изменяется число доменов));

2. Модель с несколькими мастер-доменами (несколько доменов объявляются главными, и в каждом из них хранятся учетные записи подмножества пользователей сети, остальные домены являются вторичными, данная модель хорошо масштабируется);

3. Модель полностью доверительных отношений (не существует главного домена, и каждый из них может содержать как учетные записи, так и ресурсы, данная модель хорошо подходит для создания сколь угодно больших сетей, однако чрезвычайно сложна для администрирования сети).

5.3. Internet\Intranet технологии

Интернет изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих локальных, и ее предшественницей, как уже упоминалось, являлась сеть ARPANET. Идея создания Интернет возникла в связи с необходимостью построения отказоустойчивой сети, которая могла бы продолжать работу, даже если большая часть ее стала неработоспособной. Решение состояло в том, чтобы создать сеть, где информационные пакеты могли бы передаваться от одного узла к другому без какого-либо централизованного контроля. Если основная часть сети не работает, пакеты самостоятельно должны передвигаться по сети до тех пор, пока не достигнут точки своего назначения. Одновременно сеть должна быть достаточно устойчивой к возможным ошибкам при передаче пакетов, т.е. обладать механизмом контроля пакетов и обеспечить наблюдение за доставкой информации.

Основой сети Интернет является стек проколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP обеспечивает на передающем компьютере разбивку отправляемого сообщения на куски, так называемые дейтаграммы, восстановление на принимающем компьютере сообщения из поступающих дейтаграмм в нужном порядке, повторную отправку не доставленных или поврежденных дейтаграмм. IP выполняет функции маршрутизации и доставки по адресу отдельных дейтаграмм. Стек TCP/IP изначально был разработан для сети ARPANET и рассматривался как экспериментальный протокол для сети с коммутацией пакетов. Эксперимент дал положительный результат и этот протокол был принят в промышленную эксплуатацию, а в дальнейшем расширялся и совершенствовался в течение нескольких лет. В 1983 г. министерство обороны США объявило о переходе к технологии Интернет. Это означало, что с данного момента все компьютеры, присоединенные к глобальной сети, должны использовать стек TCP/IP.

Существует много причин, почему протоколы TCP/IP были выбраны за основы сети Интернет. Это прежде всего возможность работы с указанными протоколами как в локальных, так и глобальных сетях. Кроме того, эти протоколы обеспечивают взаимодействие компьютеров, работающих под управлением различных операционных систем.

Как уже указывалось выше, задачей протокола IP является маршрутизация пакетов сообщений. Маршрутизация между локальными сетями осуществляется в соответствии с IP-адресами. IP-адрес назначается администратором сети во время конфигурации компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера локальной сети и номера хоста в ней. Хост представляет собой объект сети, который может передавать и принимать IP-адреса, например, компьютер или маршрутизатор.

Номер локальной сети как составной части Интернет назначается по рекомендации специального подразделения Интернет- Internet Network Information Center (InterNIC). Обычно диапазоны адресов у InterNIC получают специальные организации, занимающиеся поставкой услуг Интернет, - провайдеры. Последние распределяют IP-адреса между своими абонентами. Номер хоста в локальной сети администратор назначает произвольно. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значение каждого байта в десятичной форме и разделенных точками (например, 128.9.1.28). Все IP-адрееа, а значит, и подключаемые к Интернет сети, делятся на четыре класса: класс А, класс В, класс D и класс Е. Сети класса А предназначены главным образом для использования крупными организациями, так как количество таких сетей- 126. Но количество хостов в них составляет 16 777 216. Класс В имеет 65 536 сетей и такое же количество хостов. Класс С определяет 16 777 216 сетей и всего лишь по 256 компьютеров в каждой сети. Сети класса D - это особый класс, т.е. такие IP-адреса присваиваются специфическим сетям, а класс Е зарезервирован для будущих применений.

Поскольку при работе в сети Интернет использовать цифровую адресацию сетей крайне неудобно, то вместо цифр используются символьные имена, называемые доменными именами.

Доменом называется группа компьютеров, объединенных одним именем. Символьные имена дают пользователю возможность лучше ориентироваться в киберпро-странстве Интернет, поскольку запомнить имя всегда проще, чем цифровой адрес. Для преобразования имен в цифровой адрес разработана специальная система DNS (Domain Name System), для реализации которой был создан специальный сетевой протокол DNS. Кроме того, в сети созданы специальные информационно-поисковые компьютеры-серверы (DNS-серверы). DNS-серверы обеспечивают однозначное соответствие между символьными адресами и физическими цифровыми IP-адресами, передаваемыми по сети Интернет. Каждый домен должен иметь свой DNS-сервер. В результате этого в сети Интернет функционирует огромное количество DNS-серверов, которые хранят имена хостов (поддоменов) своего домена. Как и цифровой IP-адрес, имя сервера разделяется точками для удобства построения иерархии в домене на основании имен. По правилам построения имени иерархия задается справа налево. Например, в адресе www.microsoft.com домен верхнего уровня com. По имени можно получить информацию о профиле организации или ее местоположении. Шесть доменов высшего уровня определены следующим образом: gov - правительственные организации, mil - военные организации, edu - образовательные организации, com - коммерческие организации, org - общественные организации, net - организации, предоставляющие сетевые услуги, как правило, региональные сетевые организации.

Кроме того, все страны мира имеют свое собственное символьное имя, обозначающее домен верхнего уровня этой страны. Например, by-Беларусь, de-Германия, us-США, ru-Россия и т.д.

Лекция: Архитектура компьютеров и компьютерных сетей

Архитектура компьютера

Под архитектурой компьютеров понимают все их составляющие, а также принципы их работы. Если соединить между собой несколько компьютеров, то мы можем получить готовую компьютерную сеть.

Есть две основные составляющие, которые необходимы для создания компьютерной сети:

1. Специальное оборудование для образования сети;

2. Программное обеспечение, позволяющее всем компьютерам работать вместе.

Компьютерной сетью называются несколько компьютеров, соединенных между собой специальным оборудованием, управляемая специальными программами, тем самым обеспечивая обмен и общее пользование информацией, хранящейся в компьютерной сети.

Линия связи – это среда, способная объединить между собой компьютеры в компьютерную сеть, именно по средствам линий связи происходит передача информации.

Если некая информация передается непосредственно между некоторыми абонентами. То это происходит по средствам канала связи. Объединенные линии связи – это и есть каналы. Одна линия связи может принадлежать нескольким каналам связи.

Компьютерные сети могут быть локального пользования (на местах, на предприятии), региональные (принадлежащие определенному региону), глобальные сети.

Виды компьютерной сети

Давайте разберемся подробнее, что такое локальная, региональная и глобальная сеть.

Локальная сеть – это сеть, которая объединяет те компьютеры, которые находятся на небольшом расстоянии друг от друга, обычно это бывает на территории какого-то здания или даже этажа.

Большим достоинством данной сети является то, что все компьютеры находятся на небольшом расстоянии, что увеличивает скорость передачи информации, а также расширяет возможности такой сети.

Если некоторая сеть объединяет пользователей на больших расстояниях, то такая сеть называется глобальной.

Для таких сетей используют самые разнообразные линии связи, некоторые из которых изначально использовались в других целях (например, телефонные или телеграфные линии). Однако благодаря современному подходу практически все соединяющие линии заменены на радиолинии или оптоволокно.

Если несколько локальных сетей объединяется в одну сеть, то она называется региональной .

Эти сети объединяют все локальные сети города, района или региона.

Так же существуют корпоративные сети – сети, объединяющие компьютеры одной организации или отрасли промышленности для обмена рабочей информацией.

Для таких сетей компьютеры не обязательно должны находится на территории одного здания.

Архитектура сети – это набор параметров, правил, протоколов, алгоритмов, карт, которые позволяют изучать сеть.

Протокол – это набор правил, которые предполагают обозначения типов данных, которые могут передаваться по сети.

Топология сети

Топология сети – это план, описывающий места соединений компьютеров, а также их узлов.

Существует несколько видов топологий, которые определяются количеством компьютеров, какое расстояние между компьютерами, какие параметры используются, а также многие другие характеристики.

Существует несколько основных видов топологий: «Точка», «Шина». «Кольцо», «Звезда».

«Точка»