Архитектура и технологии компьютерных сетей

Магистратура 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Компьютерные системы и сети)

Направление: 09.04.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Филиппов Владимир Александрович

Прогр. обучения: Компьютерные системы и сети

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 70

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина относится к циклу специальных дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих специальную подготовку магистров в области как создания, так и эксплуатации компьютерных сетей и средств телекоммуникаций. Дисциплина базируется на материале следующих ранее изученных дисциплин: «Системное программное обеспечение», «Базы данных», «Организация ЭВМ, комплексов и систем», «Моделирование», «Периферийные устройства», «Основы теории управления», «Теория автоматов», «Электроника», «Схемотехника», «Сети и телекоммуникации». Знания и навыки, полученные в результате изучения дисциплины, должны быть использованы при дальнейшем изучении дисциплин специализаций.

Цель освоения дисциплины

Цель - изучение современных компьютерных и телекоммуникационных технологий, вычислительных систем, сетей, их структур, функций, протоколов, реализаций.

Планируемые результаты обучения

знать и уметь использовать: - современные технические и программные средства, входящие в состав аппаратного и программного обеспечения систем и сетей ЭВМ; - принципы многоуровневой организации и проектирования глобальных и локальных сетей ЭВМ на основе концепции открытых систем; - архитектуру и стандартные протоколы систем и сетей ЭВМ; - методы и технологии проектирования сетей ЭВМ и систем телекоммуникаций.
знать и уметь использовать: - методы и средства защиты информации в сетях ЭВМ, обеспечения надежности и живучести систем и сетей; - методы и средства организации вычислений в сетевых системах, организации баз данных и баз знаний в системах и сетях ЭВМ; - методы администрирования в системах и сетях ЭВМ; - тенденции развития систем и сетей ЭВМ.
владеть: - современными технологиями разработки и анализа систем и сетей ЭВМ, систем телекоммуникаций и соответствующих информационных технологий, - методами контроля и эксплуатации аппаратных средств и программного обеспечения.

Содержание учебной дисциплины

Классификация и архитектура компьютерных сетей.
Основные виды информационно-вычислительных систем. Типы и основные Характеристик компьютерных сетей. Типы и основные характеристики транспортных сетей. Архитектура компьютерных и транспортных сетей. Модели взаимодействия открытых систем и их сравнительный анализ. Протоколы и интерфейсы. Стеки протоколов. Программное обеспечение компьютерных и транспортных сетей (обзор).
Глобальные сети. Типы и характеристики.
Типы глобальных сетей. Выбор типа глобальных связей. Измерение глобального трафика. Этапы выполнения запроса. Компрессия. Способы коммутации.
Локальные сети. Типы, протоколы и стандарты.
Общая характеристика протоколов ЛВС. Структура стандартов IEEE 802.1-802.5. Функции уровня управления логическим каналом (LLC). Стандарты Ethernet 10Base-5, -2,-Т и -F. Метод случайного доступа. Форматы кадров Ethernet. Спецификации физической среды Ethernet. Методика расчета конфигурации сети Ethernet Стандарт Fast Ethernet (100Base-T/X). Gigabit Ethernet. Стандарт Token Ring (802.5). Стандарт FDDI. Стандарт 100VG-AnyLAN. Сравнение протоколов канального уровня по производительности.
Сети с коммутацией каналов.
Аналоговые телефонные сети. Модемы для работы на телефонных коммутируемых сетях. Сети с интеграцией услуг ISDN. Примеры оборудования для работы через сети ISDN.
Сети с коммутацией пакетов.
Сети Х.25. Сети frame relay. Сети SMDS. Сети ATM. Спутниковые цифровые сети. Устройства доступа к сетям X.25 и frame relay.
Технология АТМ, LTE, MPLS как перспективный транспорт локальных и глобальных сетей.
Основы технологий. Стеки протоколов. Классы сервиса. Стандарты физического уровня, используемые в сетях.
Структурообразующее оборудование сетей.
Функциональное назначение основных видов коммуникационного оборудования. Требования, предъявляемые к коммуникационному оборудованию современных вычислительных сетей. Стандартизация коммуникационного оборудования. Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI.
Организация удаленного доступа.
Компоненты удаленного доступа. Различные варианты удаленного доступа. Режимы Dial-in и Dial-out. Защита данных. Многопротокольность серверов удаленного доступа. Реализации серверов удаленного доступа. Обзор продуктов удаленного доступа.
Стандарты и средства управления сетями.
Архитектуры систем управления сетями. Стандарты в области управления сетями. Структура МIВ. Именование переменных MIB. Формат сообщений SNMP. Спецификация RMON. Примеры программных систем управления сетями: HP Open View, Sun Net Manager, Novell NetWare Management System.
Принципы маршрутизации пакетов в составных сетях. IP-протокол.
Классификация алгоритмов маршрутизации. Протокол межсетевого взаимодействия IP. Структура пакета протокола IP. Фрагментация IP-пакетов. Структура и типы IP-адресов. Использование масок и подсетей. Типы адресов в сетях стека TCP/IP.
Протоколы сетевого уровня.
Novell IPX. Не маршрутизируемые протоколы NetBIOS, SNA LU6.2. Протоколы маршрутизации. Типы алгоритмов маршрутизации. Дистанционно-векторный протокол RIP. Протоколы GGP, EGP и BGP сети Internet. Протокол "состояния связей" OSPF. Протокол IGRP. Маршрутизация в сетях АТМ на основе протокола PNNI. Маршрутизация протоколов локальных сетей через АТМ-сети. Модель пограничных маршрутизаторов. Модель виртуального маршрутизатора.
Сетевые адаптеры и концентраторы.
Функционирование сетевого адаптера. Три поколения сетевых адаптеров. Примеры сетевых адаптеров. Концентраторы. Основные функции концентраторов. Дополнительные функции концентраторов. Конструктивное исполнение концентраторов. Примеры концентраторов.
Мосты и коммутаторы.
Функции и алгоритмы прозрачных мостов. Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm). Основные определения. Инициализация топологии. Изменения топологии. Состояния порта. Пример установления и изменения активной конфигурации. Мосты с маршрутизацией от источника. Основные параметры мостов. Дополнительные функции мостов. Коммутаторы. Спецификация АТМ LAN emulation. Построение виртуальных сегментов с помощью коммутаторов. Примеры LAN-коммутаторов.
Многопротокольные маршрутизаторы.
Типы и основные характеристики. Примеры многопротокольных маршрутизаторов. Корпоративные модульные концентраторы. Примеры модульных многофункциональных концентраторов. Структуризация сетей с помощью коммуникационного оборудования различных типов. Распределенная магистраль. Стянутая в точку магистраль (collapsed backbone). Виртуальные сети.
Особенности мостов и маршрутизаторов с выходами на глобальные сети.
Мультиплексоры. Функциональное назначение мультиплексоров.
Методы и средства реализации физического уровня вычислительной сети.
Модемы, их типы и характеристики. Аналоговые и цифровые способы обработки (модуляции) сигналов данных. Протоколы физического уровня.
Использование аналоговых и цифровых (56/64, Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SONET/SDH) выделенных каналов.
Аналоговые выделенные линии. Цифровые выделенные линии. Протоколы "точка-точка". MLPPP - развитие PPP. Примеры оборудования для связи локальных сетей через выделенные линии.
Структурированная кабельная система сетей.
Определение и преимущества структурированной кабельной системы. Основные электромагнитные характеристики кабельных систем. Выбор кабеля для различных подсистем. Стандарты и технические характеристики кабельных систем. Примеры промышленных структурированных кабельных систем. Средства диагностики кабельной системы локальных вычислительных сетей.
Стандарты беспроводной связи в сетях.
Термины. Частотные спектры. Методы передачи. Стандарты. Канальный уровень. Радиоантенны. Беспроводное оборудование.
Построение беспроводных компьютерных сетей.
Использование сертификатов. Роуминг. Картирование места. VLAN/MultyPly ESS. Power over Ethernet.

Элементы контроля

Контрольная работа_1
Семинар_1
Реферат_1
Экзамен 1
Извещение студентов о дистанционном экзамене Экзамен без прокторинга: Экзамен проводится в письменной форме (по материалам курса). Экзамен проводится на платформе classroom (https://classroom.google.com/u/1/c/NzUwMDQyMzgzMTJa) в два этапа: 10.06.20 (за 3 модуль) и 17.06.20 (за 4 модуль) К экзамену и материалам курса необходимо подключиться согласно расписанию экзаменов с 16.40. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: подключен к материалам курса на ресурсе classroom. Оценки за третий модуль были выставлены еще в марте 2020 (но не были учтены Учебным офисом), поэтому в экзамене участвуют те, кого эти оценки не устраивают и те, кто не был в марте на экзамене (Сидоренко). Экзамен состоит в письменном ответе на Вопросы к экзамену за 3 модуль (см. материалы курса). Вариант вопросов определяется согласно номеру в списке группы (номер в списке группы/на 6 - остаток от деления = вариант). Экзамен за 4 модуль в виде теста (лист тестирования и два варианта ответов расположены в материалах курса на ресурсе classroom). вариант 1 для студентов с нечетным номером в списке группы, вариант 2 для студентов с четным номером в списке группы. Лист тестирования заполняется ответами (текстовый ответ пишется на обратной стороне листа тестирования), подписывается студентом, сканируется (фотографируется) и отправляется преподавателю по электронной почте до окончания времени экзамена. Для участия в экзамене студент обязан: явиться на экзамен согласно точному расписанию. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. При превышении времени, отведенного на экзамен, студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает отдельное рассмотрение и использование усложненных заданий.
Экзамен_2
Извещение студентов о дистанционном экзамене Экзамен без прокторинга: Экзамен проводится в письменной форме (по материалам курса). Экзамен проводится на платформе classroom (https://classroom.google.com/u/1/c/NzUwMDQyMzgzMTJa) в два этапа: 10.06.20 (за 3 модуль) и 17.06.20 (за 4 модуль) К экзамену и материалам курса необходимо подключиться согласно расписанию экзаменов с 16.40. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: подключен к материалам курса на ресурсе classroom. Оценки за третий модуль были выставлены еще в марте 2020 (но не были учтены Учебным офисом), поэтому в экзамене участвуют те, кого эти оценки не устраивают и те, кто не был в марте на экзамене (Сидоренко). Экзамен состоит в письменном ответе на Вопросы к экзамену за 3 модуль (см. материалы курса). Вариант вопросов определяется согласно номеру в списке группы (номер в списке группы/на 6 - остаток от деления = вариант). Экзамен за 4 модуль в виде теста (лист тестирования и два варианта ответов расположены в материалах курса на ресурсе classroom). вариант 1 для студентов с нечетным номером в списке группы, вариант 2 для студентов с четным номером в списке группы. Лист тестирования заполняется ответами (текстовый ответ пишется на обратной стороне листа тестирования), подписывается студентом, сканируется (фотографируется) и отправляется преподавателю по электронной почте до окончания времени экзамена. Для участия в экзамене студент обязан: явиться на экзамен согласно точному расписанию. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. При превышении времени, отведенного на экзамен, студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает отдельное рассмотрение и использование усложненных заданий.
Реферат_2
Практические работы 1
Домашнее задание_1
Контрольная работа_2
Семинар_2
Практические работы _2
Домашнее задание_2

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.5 * Контрольная работа_1 + 0.1 * Реферат_1 + 0.1 * Реферат_2 + 0.1 * Семинар_1 + 0.1 * Экзамен 1 + 0.1 * Экзамен_2

Программа дисциплины