Кафедра К3
Прикладная математика, информатика
и вычислительная техника
Сети ЭВМ и телекоммуникации
Направление подготовки: 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника».
Направленность подготовки: Вычислительные машины, комплексы, системы и сети.
Квалификация выпускника: бакалавр.
Курс: 3, 4.
Семестры: 6, 7, 8.
Формы промежуточной аттестации: зачёт.
Содержание дисциплины
6-й семестр
Основные понятия техники связи
- Определение телекоммуникации и телекоммуникационной сети.
- Виды телекоммуникационных сетей.
- Непрерывные и дискретные данные.
- Сигналы, типы сигналов.
- Линии связи. Классификация линий связи.
- Изменение сигнала при передаче по линиям связи. Коэффициент затухания.
- Простейший аналоговый сигнал — гармоническое колебание.
- Разложение сигнала на спектр. Ширина спектра сигнала.
- Полоса пропускания канала связи.
- Условия, необходимые для качественной передачи сигнала по каналу связи.
Каналы связи и системы связи
- Канал связи. Классификации каналов связи.
- Характеристики каналов связи (пропускная способность, скорость модуляции, достоверность передачи данных).
- Соотношение полосы пропускания и пропускной способности канала (формула Шеннона).
- Пропускная способность цифрового канала без учёта шума (формула Найквиста).
- Система связи. Структура системы связи. Системы связи на основе непрерывного и дискретного каналов.
- Многоканальные системы связи.
- Мультиплексирование: частотное, волновое, временное.
Модуляция сигналов
- Модуляция. Модуляция аналоговых сигналов. Модуляция дискретных сигналов — манипуляция.
- Дискретизация аналоговых сигналов (дискретная модуляция).
- Теорема Котельникова.
- Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).
Цифровое кодирование сигналов
- Цифровое кодирование.
- Проблемы, возникающие при передаче цифровых сигналов по каналам связи на большие расстояния.
- Принцип приближения формы передаваемого синусоидального сигнала к прямоугольному виду.
- Требования к методам цифрового кодирования.
- Методы цифрового кодирования.
- Логическое кодирование.
- Избыточное кодирование. Метод 4В/5В, достоинства и недостатки.
- Скремблирование, достоинства и недостатки. Алгоритмы скремблирования.
Кабельные линии связи
- Электрические линии связи.
- Типы кабелей.
- Основные электромагнитные характеристики электрических кабелей связи.
- Кабель витая пара. Типы кабелей на основе витой пары. Категории витой пары.
- Стандарт Registered Jack.
- Коаксиальный кабель. Типы коаксиального кабеля.
- Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем.
- Оптическое волокно.
- Конструкция и принцип действия волоконного световода.
- Основные параметры оптического волокна.
- Понятие моды, виды мод, рабочая мода волокна.
- Типы оптоволокна в зависимости от числа одновременно передаваемых лучей.
- Волоконно-оптический кабель. Достоинства и недостатки ВОК по сравнению с электрическими кабелями.
- Требования к оптическим разъёмам и коннекторам.
- Типы полировки оптических коннекторов.
- Способы сращивания оптических волокон.
- Внешние и внутренние факторы возникновения потерь энергии при сращивании оптоволокна.
Беспроводная передача данных
- Беспроводные линии связи. Связь частоты и длины волны. Основные диапазоны электромагнитного спектра. Общие закономерности распространения электромагнитных волн, связанные с частотой излучения.
- Механизмы распространения электромагнитных волн при встрече с препятствиями и связанные с этим искажения электромагнитных сигналов. Способы решения проблемы высокого уровня помех в беспроводных каналах. Лицензирование частотных диапазонов.
- Антенны. Назначение и характеристики антенны. Штыревая антенна. Дипольная антенна. Направленные антенны (рупорная и параболическая антенны).
- Двухточечная беспроводная связь (точка — точка). Беспроводной канал с одним источником и несколькими приёмниками (точка — многоточка). Общие принципы сотовой связи. Связь нескольких источников и нескольких приёмников.
- Спутниковая связь. Типы орбит. Типы спутников в зависимости от типа орбиты, их применение, преимущества и недостатки.
- Технология широкополосного сигнала. Метод расширения спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS (медленное расширение спектра, быстрое расширение спектра). Метод прямого последовательного расширения спектра DSSS. Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA).
- Мобильная телефонная связь. Принципы организации сотовой связи. Преимущества сотовой связи по сравнению с традиционной наземной беспроводной связью. Поколения и основные технологии мобильной сотовой связи.
Обнаружение и коррекция ошибок
- Стратегии борьбы с ошибками в системах связи.
- Системы передачи данных, реализующие методы обнаружения и исправления ошибок.
- Контрольная сумма. Алгоритмы вычисления контрольной суммы.
- Циклический избыточный контроль CRC (порождающие полиномы, построение кодового многочлена).
- Корректирующие коды. Безызбыточные и избыточные коды. Идея помехоустойчивого кодирования. Корректирующая способность. Коэффициент избыточности. Алгоритмы вычисления корректирующих кодов.
Общие принципы построения сетей
- Понятие сети ЭВМ. Основные функции узлов связи. Классификация сетей ЭВМ по территориальному охвату и по принадлежности.
- Простейшая сеть из двух компьютеров и принтера: процесс доступа к периферийному устройству через сеть. Понятие сетевого интерфейса (физического и логического). Модули клиент и сервер.
- Топология сети. Виды топологий, их достоинства и недостатки. Физическая и логическая топологии (с примерами).
- Адресация узлов сети. Типы адресации, отличающиеся количеством адресуемых интерфейсов. Адресное пространство: плоская и иерархическая адресация. Одновременное использование нескольких схем адресации (различные подходы разрешения адресов).
7-й семестр
Краткие сведения и понятия о компьютерных сетях
- Назначение компьютерных сетей.
- Классификация компьютерных сетей.
- Методы коммутации в компьютерных сетях.
- Логическая и физическая топологии компьютерных сетей.
Открытые системы, ЭМВОС (OSI), протоколы, стеки протоколов
- Понятие открытых систем.
- Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС, OSI).
- Назначение уровней ЭМВОС. Сетевые протоколы.
- Межуровневые интерфейсы.
- Понятие стека протоколов, примеры (TCP/IP, NetBIOS/SMB, IPX/SPX, X.25, FR и др.)
Сетевой уровень ЭМВОС
- Назначение сетевого уровня ЭМВОС.
- Протоколы сетевого уровня.
- Протоколы IPv4, IPv6, ICMP и др.
- Классовая и бесклассовая IP-адресация.
- Маршрутизация, методы маршрутизации, типы маршрутов, методы маршрутизации.
- Утилиты Ping, Traceroute, Route и NetStat.
Канальный уровень ЭМВОС
- Назначение канального уровня ЭМВОС.
- Протоколы канального уровня ЭМВОС.
- Ethernet, Wi-Fi и др. стандарты компьютерных сетей.
Физический уровень ЭМВОС
- Назначение физического уровня ЭМВОС.
- Среды передачи данных и методы доступа к ним.
Транспортный уровень ЭМВОС
- Назначение транспортного уровня ЭМВОС.
- Протоколы TCP, UDP и др.
Прикладной уровень ЭМВОС
- Назначение прикладного уровня ЭМВОС.
- Протокол передачи гипертекста HTTP.
- Протоколы передачи файлов FTP и др.
- Протоколы электронной почты SMTP, POP3 и IMAP4.
- Система доменных имён, протокол DNS.
- Протокол автоконфигурации DHCP.
- Протокол сетевого времени NTP.
Сетевые устройства
- Принципы функционирования сетевых устройств.
- Коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, модемы, шлюзы, мосты, трансиверы и др.
8-й семестр
Структурированные кабельные системы
- Понятие структурированных кабельных систем (СКС).
- Принципы построения СКС.
- Основные структурные компоненты СКС.
- Преимущества использования СКС.
- Стандарты СКС.
- Активное и пассивное оборудование.
ЦОД, ЦХОД, дата-центры, серверные помещения
- Центры обработки данных (ЦОД), центры обработки и хранения данных (ЦХОД), дата-центры, серверные помещения.
- Классификация дата-центров.
- Отказоустойчивость и уровни надёжности дата-центров.
- Описание стандартов.
- Важность соблюдения стандартов на климатические условия в ЦОД и серверных помещениях.
Интернет вещей, умный дом, умное здание, бортовые сети
- Интернет вещей, определение, назначение, используемые сетевые протоколы, стандарты.
- Умный дом и умное здание, уровни автоматизации, типы применяемых устройств, системы автоматизации, применяемые сетевые протоколы, требования к безопасности систем, стандарты.
- Бортовые сети автомобилей и др. транспорта, применяемые сетевые протоколы
Протоколы сетевого уровня ЭМВОС, маршрутизация
- Протоколы IPv4, IPv6, ICMP и др.
- Описание полей заголовков IP-пакетов.
- Внутрисетевые и глобальные IP-адреса.
- Подсети, расчёт диапазона IP-адресов подсети по IP-адресу хоста и маске подсети.
- Туннелирование IPv6 поверх IPv4.
- Маршрутизация, протоколы динамической маршрутизации (RIP, BGP, OSPF и др.), схемы маршрутизации.
- Network Address Translation (NAT).
- Утилиты Ping, Traceroute, Route и NetStat.
Стандарты сетей, технология VLAN
- Наиболее широко используемые стандарты сетей (Ethernet, Wi-Fi и др.), основные стандарты, принципы работы, форматы передаваемых кадров.
- Технология VLAN, методы VLAN.
- Технология PoE, протоколы PoE.
Протоколы канального уровня ЭМВОС, технология VPN
- Протоколы канального уровня ARP, PPP, PPPoE, LLDP и др.
Протоколы транспортного уровня ЭМВОС
- Протоколы транспортного уровня TCP, UDP и др.
- Назначение протоколов, алгоритмы работы, форматы передаваемых сегментов данных.
- TCP-порты, сокеты.
Протоколы сеансового и представительского уровней ЭМВОС
- SSL/TLS, QUIC и др.
- Назначение протоколов, алгоритмы работы, обеспечение безопасности соединений.
Протоколы прикладного уровня ЭМВОС
- Протоколы электронной почты (E-Mail) SMTP, POP3 и IMAP; принципы работы, команды, поля заголовков писем.
- Протокол передачи файлов FTP, принципы работы, команды.
- Др. протоколы передачи файлов (TFTP, FTPS, SFTP, MFTP, FXP, WebDAV и др.)
- Протокол сетевого времени NTP, принципы работы, часовые слои, форматы передаваемых данных, формат времени.
- Протоколы авторизации и аутентификации.
- Протокол мониторинга и управления сетевых устройств SMTP, компоненты SNMP, формат передаваемых данных, команды, базы управляющей информации MIB.
DNS, WINS, протоколы сетевой автоконфигурации, технологии ZeroConf
- Доменная система имен DNS, протокол DNS, типы записей в DNS, формат передаваемых данных, альтернативные DNS.
- Протоколы сетевой автоконфигурации. Протокол DHCP, алгоритм работы, форматы передаваемых данных, сообщения DHCP.
- Технологии ZeroConf, наиболее популярные протоколы (UPnP, mDNS, SLP, DNS-SD и др.), назначение, принципы работы.
Стеки протоколов
- Стеки протоколов TCP/IP, NetBIOS/SMB, IPX/SPX, X.25, Frame Relay и др.
- Описание стеков протоколов, форматы передаваемых данных.
Протоколы и ПО удалённого доступа, сканеры сети
- Протоколы и ПО удалённого доступа: терминальный доступ (протоколы Telnet, SSH, RDS/RDP, X.11 и др.), Удалённый рабочий стол (RDP, VNC и др.), ПО удалённого администрирования (VNC, RAdmin, TeamViewer и др.)
Рекомендуемая литература
- В. Олифер, Н. Олифер. «Компьютерные сети — Принципы, технологии, протоколы». Санкт-Петербург «Питер», 2016.
- Т. И. Алиев. «Сети ЭВМ и телекоммуникации» — СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. — с. 400.
- В. Столлингс. Современные компьютерные сети, 2-е издание. СПб: Питер, 2003.
- Под ред. Самойленко В. В. Локальные сети. Полное руководство. Киев «НТИ», Санкт-Петербург «Крона принт», 2002.
Интернет-ресурсы
Учебные материалы
- studnet.mf.bmstu.ru — сетевые технологии для бакалавров и магистров кафедры К3.