Історія виникнення та еволюція комп'ютерних мереж

передавання даних.......................................................................................................... 9

1.1. Короткий історичний огляд розвитку комп'ютерної техніки

та інформаційно-обчислювальних мереж........................................................ 9

1.2. Системи колективного доступу до обчислювальних

та інформаційних ресурсів.................................................................................... 13

1.3. Системи віддаленого доступу до інформаційних ресурсів.......................... 15

1.4. Структура перших глобальних комп'ютерних мереж.................................. 18

Запитання для самоконтролю......................................................................................... 18

2. Загальні засади побудови систем та мереж передавання даних.................... 20

2.1. Класифікація систем та мереж передавання даних....................................... 20

2.2. Загальні принципи побудови глобальних мереж........................................... 24

2.3. Загальні принципи побудови локальних мереж............................................. 27

2.4. Порівняльні характеристики локальних і глобальних мереж..................... 30

2.5. Відомчі мережі передавання даних.................................................................... 31

2.6. Адресація комп'ютерів у мережах передавання даних................................. 34

2.7. Вимоги до сучасних мереж передавання даних............................................. 36

Запитання для самоконтролю......................................................................................... 37

3. Стандарти у галузі систем і мереж передавання даних..................................... 39

3.1. Проблеми стандартизації у галузі передавання даних.................................... 39

3.2. Джерела стандартів у галузі передавання даних.............................................. 40

3.3. Еталонна модель взаємодії відкритих систем OSI............................................. 41

Запитання для самоконтролю......................................................................................... 45

4. Глобальні мережі передавання даних...................................................................... 47

4.1. Призначення та особливості побудови глобальних мереж............................ 47

4.2. Апаратура передавання даних............................................................................... 51

 

4.2.1. Під'єднання кінцевого обладнання даних до ліній зв'язку........................ 51

4.2.2. Будова та основні принципи роботи модема............................................... 53

4.2.3. Класифікація модемів за підтримкою міжнародних

і фірмових протоколів............................................................................................. 54

4.3. Побудова глобальних мереж на основі виділених каналів................................ 56

4.3.1. Технологія плезіосинхронної цифрової ієрархії PDH................................... 56

4.3.2. Технологія синхронної цифрової ієрархії.................................................... 58

4.3.3. Під'єднанім до виділених цифрових каналів

термінального обладнання.............................................................................. 59

4.4. Побудова глобальних мереж на основі комутованих каналів...................... 60

4.5. Глобальні мережі передавання даних з комутацією пакетів......................... 63

 

4.5.1. Технологія Х.25................................................................................................... 64

4.5.2. Технологія Frame Relay..................................................................................... 67

4.5.3. Технологія асинхронного передавання даних ATM................................ 68

Запитання для самоконтролю........................................................................................ 70

5. Локальні мережі передавання даних....................................................................... 72

5.1. Однорангові локальні мережі.................................................................................. 73

5.2. Локальні мережі з центральним комп'ютером.................................................... 74

5.3. Топології локальних мереж..................................................................................... 75

5.4. Комунікаційне обладнання та структуризація локальних мереж................ 76

5.5. Мережеві служби........................................................................................................ 80

5.6. Структурована кабельна система......................................................................... 80

5.7. Стандарти у галузі локальних мереж передавання даних............................ 82

5.8. Структура моделі IEEE 802.................................................................................... 83

5.9. Процедури підрівня LLG.......................................................................................... 85

5.10. Структура кадрів підрівня LLC............................................................................. 86

Запитання для самоконтролю........................................................................................ 87

6. Базові технологи локальних мереж.......................................................................... 89

6.1. Технологія Ethernet.................................................................................................... 89

6.1.1. Загальна характеристика технології............................................................ 89

6.1.2. Формат кадрів Ethernet...................................................................................... 90

6.1.3. Метод доступу до середовища передавання даних CSMA/CD............. 91

6.1.4. Граничні параметри технологи Ethernet...................................................... 95

6.1.5. Побудова мережі Ethernet відповідно

до вимог специфікацій фізичного середовища........................................... 98

6.1.5.1. Специфікація 10Base-5............................................................................... 98

6.1.5.2. Специфікація 10Base-2............................................................................... 101

6.1.5.3. Специфікація 10Base-T............................................................................... 102

6.1.5.4. Специфікації мережі Ethernet на

основі волоконно-оптичних кабелів...................................................... 105

6.1.6. Побудова мережі Ethernet на сегментах різної фізичної природи......... 106

6.1.7. Розрахунок часу подвійного проходження сигналу

та скорочення міжкадрового інтервалу........................................................ 108

6.1.8. Розрахунок продуктивності мережі Ethernet............................................... Ill

6.2. Технологія Fast Ethernet............................................................................................ 112

6.2.1. Характерні особливості технології................................................................ 112

6.2.2. Специфікації фізичного рівня мережі............................................................. 113

6.2.3. Правила побудови мережі Fast Ethernet....................................................... 114

6.2.4. Побудова мережі Fast Ethernet на концентраторах 1-го класу............. 115

6.2.5. Побудова мережі Fast Ethernet на концентраторах 2-го класу............. 116

6.3. Технологія Gigabit Ethernet....................................................................................... 118

6.3.1. Характерні особливості технології................................................................. 118

6.3.2. Особливості фізичного середовища................................................................ 119

6.4. Технологія FDDI........................................................................................................... 121

6.4.1. Характерні особливості технології................................................................. 121

6.4.2. Особливості методу доступу до фізичного середовища........................... 122

6.4.3. Специфікації фізичного середовища технології FDDI............................... 123

6.4.4. Принципи побудови мережі FDDI.................................................................... 123

6.4.5. Реконфігурація мережі FDDI.............................................................................. 125

Запитання для самоконтролю......................................................................................... 127

7. Комунікаційне обладнання локальних мереж..................................................... 130

7.1. Мережеві адаптери..................................................................................................... 130

7.1.1. Загальна характеристика.................................................................................. 130

7.1.2. Функції мережевих адаптерів........................................................................... 131

7.1.3. Класифікація мережевих адаптерів................................................................ 132

7.2. Концентратори............................................................................................................. 133

7.2.1. Загальна характеристика.................................................................................. 133

7.2.2. Побудова розподіленого середовища мережі Ethernet

на базі односегментного концентратора...................................................... 134

7.2.3. Побудова розподіленого середовища мережі Ethernet на базі
багатосегментного концентратора................................................................. 135

7.2.4. Додаткові функції концентраторів.................................................................. 136

7.2.5. Конструктивна класифікація концентраторів.............................................. 137

7.3. Мости локальних мереж............................................................................................ 138

7.3.1. Загальна характеристика мостів..................................................................... 138

7.3.2. Прозорі мости........................................................................................................ 138

7.3.3. Багатопортові прозорі мости............................................................................ 140

7.3.4. Мости з маршрутизацією від джерела кадрів (SR-мости)........................ 141

7.4. Комутатори 142

7.4.1. Загальна характеристика................................................................................. 142

7.4.2. Будова та принцип дії комутаторів................................................................ 143

7.4.3. Способи обробки кадрів.................................................................................... 145

7.4.4. Режими роботи комутаторів............................................................................. 146

7.4.5. Режими передавання кадрів.............................................................................. 147

7.4.6. Комутаційні вузли комутаторів....................................................................... 148

7.4.7. Продуктивність комутаторів............................................................................ 149

7.4.8. Комутатори 3-го рівня........................................................................................ 150

7.4.9. Додаткові функції комутаторів........................................................................ 151

 

7.4.10.Технологія віртуальних каналів.................................................................... 151

7.4.11.Керування потоком даних.............................................................................. 152

7.4.12.Недоліки комутаторів...................................................................................... 154

7.4.13.Рекомендації з використання комутаторів................................................. 156

7.4.14.Запитання для самоконтролю....................................................................... 158

8. Об'єднані мережі передавання даних....................................................................... 160

8.1. Основні принципи побудови об'єднаних мереж передавання даних........... 160

8.2. Види маршрутизації пакетів..................................................................................... 161

8.3. Принципи маршрутизації.......................................................................................... 163

8.4. Функції маршрутизаторів.......................................................................................... 165

8.5. Класифікація маршрутизаторів за місцем застосування.................................. 167

8.6. Стек комунікаційних протоколів ТСР/IР............................................................... 168

 

8.6.1. Загальна характеристика стека...................................................................... 168

8.6.2. Структура та функції стека TCP/IP................................................................ 169

8.6.3. Структура IP-пакета........................................................................................... 172

8.6.4. IP - адресація......................................................................................................... 173

8.6.5. Поділ IP-адрес на класи..................................................................................... 174

8.6.6. Поділ IP-адрес на ідентифікатори з допомогою масок............................. 176

8.6.7. Послідовність присвоєння IP-адрес................................................................ 178

8.6.8. Маршрутизація ІР-пакетів................................................................................. 180

8.6.9. Структуризація IP-мережі.................................................................................. 182

 

8.6.10. Безкласова міждоменна маршрутизація CIDR.......................................... 186

8.6.11. Відображення IP-адрес на локальні адреси............................................... 190

8.6.12. Відображення символьних доменних імен на IP-адреси........................ 191

8.7. Передавання даних в об'єднаній мережі............................................................... 191

Запитання для самоконтролю......................................................................................... 195

Список літератури.............................................................................................................. 198

ПЕРЕДМОВА

Усю продукцію, яку сьогодні виробляє людство, поділяють на три основних види: предмети, енергія, інформація. Сучасне виробництво всіх видів продукції основане на використанні комп'ютерних технологій, які сьогодні охоплюють усі сфери розвитку суспільства. Держава, яка не володіє комп'ютерними техно­логіями, не може забезпечити своїм громадянам високого життєвого рівня, причому відставання в економічному розвитку такої держави від країн, які володіють передовими комп'ютерними технологіями, постійно зростатиме.

Сучасні комп'ютерні інформаційні технології не тільки забезпечують суспільство ефективним доступом до багатьох соціальних благ та можливостей, а й сприяють загальному економічному розвитку держави. Важливим аспектом виробництва та використання інформації є процес відбору, обробки та передавання даних на віддаль.

Передавання даних на відстань здійснюється за допомогою систем та мереж передавання даних (СМПД), які є одним з видів систем електрозв'язку. У загальному випадку СМПД - це комплекс технічних і програмних засобів, який забезпечує обмін інформацією між віддаленими абонентами, розташованими на великій території. До технічних засобів СМПД належать кінцеве (абонентське) обладнання даних, канали зв'язку та комунікаційне обладнання, які забезпечують швидку та достовірну передачу інформаційних повідомлень адресатам, віддаленим від абонентів на десятки тисяч кілометрів. Сучасними мережами, окрім комп'ю­терних даних, можна передавати найрізноманітнішу інформацію: мультимедійну, факсимільну, банківську, наукову, навігаційну, метеодані тощо. За їх допомогою проводять аудіо- і відеоконференції, симпозіуми та виробничі наради, передають газетний текст та реалізовують послуги електронної пошти. Прикладом актуальності та універсальності сучасних мереж передавання даних є всесвітньо відома мережа Internet, яка об'єднує тисячі локальних і глобальних мереж та мільйони персональних комп'ютерів, розташованих у різних державах всіх континентів.

Тому знання теорії та техніки сучасних систем і мереж передавання даних є обов'язковим для бакалаврів та спеціалістів, які працюватимуть як у галузі комп'ютеризованих інформаційних технологій, телекомунікацій та електрозв'язку, так і в інших галузях, до яких належать системи автоматики та управління, транспорту, енергетики та інші.

Цей посібник підготовлений відповідно до робочої програми дисципліни "Системи і мережі передавання даних" та навчального плану підготовки бакалаврів напряму 6.0914 "Комп'ютеризовані системи, автоматика та управління". Викла­дений матеріал базується на знаннях таких дисциплін, як "Теорія інформації", "Основи збору, передавання та обробки інформації" та ін. Метою видання є висвіт­лення основних питань названої дисципліни у межах відведеного навчальним планом обсягу годин та без застосування громіздкого математичного апарату.

Посібник складається з восьми розділів. У першому розділі розглянуто розвиток комп'ютерної техніки та інформаційно-обчислювальних мереж, структу­ру перших систем віддаленого доступу до інформаційних ресурсів та глобальних комп'ютерних мереж.

У другому розділі наведено класифікацію систем та мереж передавання даних, загальні засади їх побудови та порівняльні характеристики, вимоги до сучасних мереж передавання даних.

У третьому розділі розглянуто проблеми стандартизації у галузі передавання даних, джерела стандартів, детально описано 7-рівневу еталонну модель взаємодії відкритих систем OSI.

У четвертому розділі описано глобальні мережі передавання даних: розглянуто питання побудови та основні технології глобальних мереж на основі виділених і комутованих каналів та мереж з комутацією пакетів.

У п'ятому розділі викладено основні принципи побудови локальних мереж передавання даних, розглянуто питання стандартизації протоколів канального та фізичного рівнів, процедури передавання даних і структуру кадрів підрівня LLC.

У шостому розділі описано базові технології локальних мереж передавання даних, методи доступу до фізичного середовища, правила побудови розподілених сегментів відповідно до вимог специфікацій фізичного середовища.

У сьомому розділі описано комунікаційне обладнання та його використання для побудови та структуризації локальних мереж. Особливу увагу приділено комутаторам, їх структурі та принципам роботи, основним та додатковим функціям, режимам передавання кадрів, наведено рекомендації з їх використання.

У восьмому розділі викладено принципи побудови об'єднаних мереж пере­давання даних, описано основні види і принципи маршрутизації пакетів в об'єднаній мережі та функції маршрутизаторів, структуру та функції стека комунікаційних протоколів ТСРЛР, структуру IP-пакета, принципи IP-адресації та маршрутизації пакетів. Розглянуто основні принципи обміну повідомленнями між прикладними рівнями двох кінцевих вузлів, які знаходяться в різних мережах Internet-мережі.

Викладений у посібнику матеріал знайомить студентів із основами побудови СМПД та основними принципами передавання даних між віддаленими абонентами і може стати базою для їх подальшої спеціалізації та більш глибокого вивчення як технічних, так і програмних засобів комп'ютерних мереж, їх безпеки та мережевого адміністрування.