Вычислительные сети - Основные образовательные программы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики и компьютерных наук
Кафедра информационной безопасности
Сериков Д.В.
Вычислительные сети
Учебно-методический комплекс
Рабочая программа для студентов
очной формы обучения
специальности
090102.65 «Компьютерная безопасность»
Тюменский государственный университет
2013
Д.В. Сериков. Вычислительные сети
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов
очной формы обучения специальности 090102.65 – «Компьютерная
безопасность». Тюмень, 2013, 10 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС
ВПО.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Вычислительные сети [электронный ресурс] / Режим доступа:
http://www.umk.utmn.ru, свободный.
Рекомендован к изданию кафедрой информационной безопасности.
Утверждено
проректором
по
учебной
работе
Тюменского
государственного университета.
Ответственный
редактор:
А.А.Захаров,
информационной безопасности, д.т.н., проф.
зав.
кафедрой
© Тюменский государственный университет, 2013
© Сериков Д.В., 2013
3
1. Пояснительная записка
Дисциплина изучается специальностью «Компьютерная безопасность» в 8
семестре в цикле дисциплин специализации. Вид итогового контроля – экзамен.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Вычислительные сети» имеет целью дать базовые знания о
принципах построения компьютерных сетей; дать представление об особенностях
традиционных и перспективных технологий локальных и глобальных сетей.
Задачи дисциплины:
 обучить основам организации и построения вычислительных сетей;
 дать представление об устройствах и принципах действия активного и
пассивного сетевого оборудования;
 дать представление об основных протоколах обмена в вычислительных
сетях;
 изучить программное обеспечение, реализующее основные сетевые
протоколы;
 обучить основам администрирования вычислительных сетей;
 обучить основам организации защиты обмена информацией в
вычислительных сетях.
1.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны
иметь представление:
 об истории развития вычислительных сетей;
 о традиционных и перспективных технологий локальных и глобальных
сетей;
знать:
 основные принципы организации и построения вычислительных сетей;
 функции, принципы действия и алгоритмы работы сетевого оборудования;
 возможности вычислительных сетей;
уметь:
 формализовать поставленную задачу;
 применять полученные знания к различным предметным областям;
 осуществлять
проектирование
и
оптимизацию
функционирования
вычислительных сетей;
 использовать современные сетевые информационные технологии;
иметь навыки:
 администрирования вычислительных сетей;
 работы с сетевым оборудованием и сетевым программным обеспечением;
 работы с документацией.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид занятий
Общая трудоемкость
Всего часов
150
Семестр
8
150
4
Аудиторные занятия
Лекции
Лабораторные работы
Индивидуальная работа
Самостоятельная работа
Контрольные работы
Вид итогового контроля
68
34
34
7
82
68
34
34
7
82
+
экзамен
Самост. работа
Итого
количество
баллов
1.
2.
Модуль 1.
1
Задачи и проблемы распределенной
обработки данных.
2
Классификация сетей по способам
распределения данных.
3
Основы организации и функционирования
сетей.
4
Основные сетевые стандарты.
5
Средства взаимодействия процессов в
сетях.
Всего
Модуль 2.
6
Одноранговые сети.
7
Средства идентификации и
аутентификации.
8
Средства повышения надежности
функционирования сетей.
9
Интеграция локальных сетей в
региональные и глобальные сети.
10 Неоднородные вычислительные сети.
11 Сетевые операционные системы.
Организация сетей на базе операционной
системы UNIX.
Всего
Модуль 3.
12 Организация сетей на базе операционной
системы NetWare.
13 Организация сетей на базе операционной
системы Windows NT.
14 Организация и функционирование сетей
SNA.
15 Глобальные сети.
Лабораторные
работы
Наименование темы
Лекции, час.
№ п/п
3. Тематический план изучения дисциплины
3.
4.
5.
6.
1
2
2
1
1
0
2
1
2
2
6
1
2
2
6
5
2
4
6
12
20
1
0
6
5
1
0
6
1
2
0
6
7
2
4
6
5
2
0
6
3
6
8
6
10
31
2
2
6
11
6
6
6
13
2
2
6
9
2
2
6
16
5
Всего баллов
Итого (часов, баллов)
4.
34
34
82
49
100
Содержание разделов дисциплины
1. Задачи и проблемы распределенной обработки данных. Основные
проблемы построения сетей. Проблемы объединения нескольких
компьютеров. Топология физических связей. Организация совместного
использования линий связи. Адресация компьютеров.
2. Классификация сетей по способам распределения данных. Сравнительная
характеристика различных типов сетей.
3. Основы организации и функционирования сетей. Модель OSI. Способы
коммуникаций. Сетевые протоколы.
4. Основные сетевые стандарты. Стандарты IEEE. Управление логическим
каналом. Высокоскоростной стандарт Ethernet. Технология Fast Ethernet.
Технология Gigabit Ethernet.
5. Средства взаимодействия процессов в сетях. Распределенная обработка
информации в системах клиент-сервер. Удаленный вызов процедур.
6. Одноранговые сети. Определение одноранговых сетей. Достоинства и
недостатки одноранговых сетей. Отличия от иерархических сетей. Обращение
к удаленным объектам.
7. Средства идентификации и аутентификации. Основные понятия. Субъект и
объект идентификации и аутентификации.
8. Средства повышения надежности функционирования сетей. Анализ
методов обеспечения функциональной надежности и требований к
техническим характеристикам системы управления сетями.
9. Интеграция локальных сетей в региональные и глобальные сети.
Протокол межсетевого взаимодействия. Формат IP-пакета. Схема IPмаршрутизации. Маршрутизация с использованием масок. Фрагментация IPпакетов.
10. Неоднородные вычислительные сети. Основные понятия. Достоинства и
недостатки неоднородных сетей. Отличия от однородных сетей.
11. Сетевые операционные системы. Организация сетей на базе
операционной системы UNIX. Основные протоколы, службы,
функционирование, сопровождение и разработка приложений, особенности
реализации на различных платформах.
12. Организация сетей на базе операционной системы NetWare. Основные
протоколы, службы, функционирование, генерация, сопровождение и
разработка приложений.
13. Организация сетей на базе операционной системы Windows NT. Основные
протоколы, службы, функционирование, генерация, сопровождение и
разработка приложений.
14. Организация и функционирование сетей SNA. Архитектура сети SNA.
15. Глобальные сети. Internet, основные службы и предоставляемые услуги,
стандарты, перспективы развития, организация корпоративных сетей интранет.
5.
Тематика лабораторных занятий
Специальность «Компьютерная безопасность»:
6
Тема 1: Задачи и проблемы распределенной обработки данных.
1. Обзор сетевой архитектуры Windows. Установка и конфигурация TCP/IP.
Тестирование TCP/IP при помощи утилит Ipconfig и Ping. Использование
программы Network Monitor для трассировки сетевого трафика.
Тема 3: Основы организации и функционирования сетей.
2. Протокол разрешения адресов ARP. Изучение структуры ARP-пакетов с
помощью программы Network Monitor. Просмотр кэша протокола ARP.
Добавление статических ARP-записей. Утилита ARP.
Тема 4: Основные сетевые стандарты.
3. Основы межсетевого протокола IP. Изучение структуры IP-дейтаграммы с
помощью программы Network Monitor. Тип сервиса (TOS). Установка TOS с
помощью ping. Установка IP MTU. Время жизни (TTL). Настройка TTL
(реестр,
ping).
Фрагментация.
Методы,
позволяющие
избежать
фрагментации. Установка флага DF, установка размера полезной нагрузки
с помощью ping. Опции IP. Установка опции строгого маршрута от
источника с помощью ping. Установка опции свободной маршрутизации от
источника с помощью ping.
Тема 5: Средства взаимодействия процессов в сетях.
4. Адресация межсетевого протокола (IP). Перевод двоичного кода в
десятичное представление. Перевод десятичного кода в двоичный. Маска
подсети. Создание подсети заданного размера.
5. Маршрутизация межсетевого протокола (IP). Настройка маршрутизатора на
базе ОС Windows 2000. Утилита route.
Тема 9: Интеграция локальных сетей в региональные и глобальные сети.
6. Межсетевой протокол управляющих сообщений (ICMP). Изучение структуры
ICMP-сообщения. Утилита ping, как основное средство сетевой диагностики.
Утилита tracert, pathing.
7. Межсетевой протокол управления группами (IGMP). Изучение структуры
IGMP -сообщения. Настройка приема, передачи группового трафика в
windows 2000.
Тема 11: Сетевые операционные системы. Организация сетей на базе
операционной системы UNIX.
8. Установка и конфигурация TCP/IP под FreeBSD.
9. Служба протокола динамической конфигурации хоста (DHCP).
Тема 12: Организация сетей на базе операционной системы NetWare.
10. Служба доменных имен (DNS). Установка и настройка DNS-сервера под
NetWare.
11. Установка и настройка DHCP-сервера под NetWare.
Тема 13: Организация сетей на базе операционной системы Windows NT.
12. Настройка беспроводной сети.
13. Организация защиты IP-соединений. Изучение IP-Sус протоколов под
Windows NT.
14. Служба протокола динамической конфигурации хоста (DHCP). Установка и
настройка DHCP-сервера под Windows NT.
15. Служба доменных имен (DNS). Установка и настройка DNS-сервера под
Windows NT.
Тема 14: Организация и функционирование сетей SNA.
16. Виртуальные частные сети. Инсталляция PPTP, L2TP.
17. Протокол передачи пользовательских дейтаграмм (UDP). Изучение
структуры UDP –сообщения. Порты UDP.
Тема 15: Глобальные сети.
18. Основы протокола управления передачей (TCP). Изучение структуры TCP –
сегмента. Порты TCP.
7
6.
Самостоятельная работа.
Самостоятельная работа включает в себя:
1. Изучение дополнительного материала по теме.
2. Изучение научной периодики (печатных и электронных изданий) по
теме (работа в библиотеке).
3. Выполнение дополнительного практического задания по темам:
Тема 5: Средства взаимодействия процессов в сетях.
Тема 8: Средства повышения надежности функционирования сетей.
Тема 10: Неоднородные вычислительные сети.
Тема 11: Сетевые операционные системы.
Тема 12: Организация сетей на базе операционной системы NetWare.
Тема 13: Организация сетей на базе операционной системы Windows NT.
Тема 15: Глобальные сети.
7.
Оценка работы студента в рейтинговых баллах
Распределение рейтинговых баллов по модулям, видам работ и
контроля.
Виды работ и
контроля
8 семестр
Лекции
Лабораторные
работы
Самостоятельная
работа
Итого за работу в
семестре (Баллов)
Итоговый контроль
(экзамен)
Итого
Модуль 1
Максимальное количество баллов
Модуль 2
Модуль 3
Итого
8
10
14
12
12
12
34
34
22
36
24
82
20
31
49
100
Допуск к экзамену, в соответствии с рейтинговой шкалой,
получают студенты, имеющие более 35 баллов. Экзамен
проходит в традиционной форме ответов на вопросы из
билета и позволяет получить оценку, более высокую, чем
полученную студентом в семестре по итогам рейтинговых
баллов.
100
Виды контроля успеваемости, применяемые на аудиторных
занятиях и их оценка в рейтинговых баллах
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Вид контроля успеваемости
Максимальное количество баллов
Контроль за посещением лекций
Лабораторная работа
Дополнение к практическому заданию
для самостоятельного выполнения
Контроль за своевременностью
выполнения практических заданий
За посещенную лекцию 1 балл
0-4 баллов
0-2 балла
Активная работа на лекции
Коллоквиумы
За несвоевременно сданное
практическое задание (-1) балл в
неделю
0-1 балл
0-5 баллов
8
Балльная оценка текущей успеваемости студента.
п/№
Темы
Колоквиумы
Модуль 1
1.
2.
3.
4.
5.
0-5
Всего
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Всего
12.
13.
14.
15.
Итого
8.
0-5
0-5
Посещение
лекции
Формы текущего контроля
Лабораторные
Самостоятельная
работы
работа
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-3
0-1
0-3
0-1
0-1
0-4
0-4
0-2
Модуль 2
0-4
0-4
0-4
0-2
0-2
0-2
Модуль 3
0-8
0-8
0-8
0-8
0-2
0-2
0-2
Итого количество
баллов
0-1
0-1
0-1
0-5
0-12
0-20
0-5
0-1
0-7
0-5
0-3
0-10
0-31
0-11
0-13
0-9
0-16
0 – 100
Вопросы к экзамену
1. Эволюция вычислительных систем. Системы пакетной обработки.
Многотерминальные системы. Распределенные вычислительные системы.
2. Вычислительные сети. Основные функции. Основные компоненты.
3. Основные проблемы построения сетей. Проблемы объединения нескольких
компьютеров (Топология физических связей. Организация совместного
использования линий связи. Адресация компьютеров).
4. Структуризация как средство построения больших сетей. Физическая
структуризация сети. Логическая структуризация сети.
5. Коммутация.
Обобщенная
задача
коммутации
(Определение
информационных потоков. Маршрутизация. Продвижение данных.
Мультиплексирование и демультиплексирование).
6. Разделяемая среда передачи данных. Разделение среды.
7. Типы коммутации. Коммутация каналов. Коммутация пакетов.
8. Модель OSI.
9. Стандартные
стеки
коммуникационных
протоколов.
Соответствие
популярных стеков протоколов модели OSI.
10. Сетевые характеристики. Типы характеристик. Производительность.
Идеальная сеть. Надежность. Характеристики потерь пакетов. Доступность
и отказоустойчивость. Альтернативные маршруты. Повторная передача и
скользящее окно. Безопасность. Характеристики сети поставщика услуг.
11. Методы обеспечения качества обслуживания. Приложения и качество
обслуживания. Анализ очередей. Модель М/М/1. Механизмы обеспечения
9
качества обслуживания. Алгоритмы управления очередями. Обратная
связь. Резервирование ресурсов. Инжиниринг трафика.
12. Линии связи. Классификация линий связи. Характеристики линий связи.
Типы кабелей
13. Беспроводная передача данных. Беспроводная среда передачи.
Преимущества беспроводных коммуникаций. Беспроводная линия связи.
Диапазоны электромагнитного спектра. Распространение электромагнитных
волн. Лицензирование. Беспроводные системы.
14. Технология Ethernet. Общая характеристика протоколов локальных сетей.
Стандартная топология и разделяемая среда. Стек протоколов локальных
сетей. Уровень MAC. Уровень LLC. Структура стандартов IEEE 802.x. Метод
доступа CSMA/CD. МАС-адреса. Доступ к среде и передача данных.
Возникновение коллизии. Время оборота и распознавание коллизий.
Форматы кадров технологии Ethernet. Максимальная производительность
сети Ethernet. Спецификации физической среды Ethernet.
15. Высокоскоростной стандарт Ethernet. Технология Fast Ethernet. Технология
Gigabit Ethernet.
16. Локальные сети на основе разделяемой среды Технология Token Ring.
Технология FDDI. Беспроводные локальные сети. Персональные сети и
технология Bluetooth. Оборудование для локальных сетей с разделяемой
средой.
17. Коммутируемые локальные сети. Логическая структуризация сети с
помощью
мостов
и
коммутаторов.
Коммутаторы.
Особенности
коммутаторов. Неблокирующие коммутаторы. Борьба с перегрузками.
Трансляция протоколов канального уровня. Фильтрация трафика.
Архитектура и конструктивное исполнение коммутаторов. Характеристики
производительности коммутаторов
18. Адресация в сетях TCP/IP. Типы адресов стека TCP/IP. Формат IP-адреса.
Порядок назначения IP-адресов. Отображение IP-адресов на локальные
адреса.
19. Система DNS. Протокол DHCP.
20. Протокол межсетевого взаимодействия. Формат IP-пакета. Схема IPмаршрутизации. Маршрутизация с использованием масок. Фрагментация
IP-пакетов.
21. Базовые протоколы TCP/IP. Протоколы транспортного уровня TCP и UDP.
22. Протоколы маршрутизации. Классификация протоколов маршрутизации.
Маршрутизация без таблиц. Внешние и внутренние шлюзовые протоколы.
Протокол RIP. Протокол OSPF. Протокол ICMP.
23. Виртуальные каналы в глобальных сетях. Техника виртуальных каналов.
Коммутируемые виртуальные каналы. Постоянные виртуальные каналы.
Сравнение технологий виртуальных каналов и дейтаграмм. СетиХ.25.
Адресация в сетях Х.25. Стек протоколов сети Х.25. Сети Frame Relay. Стек
протоколов Frame Relay. Технология ATM. Основные принципы технологии
ATM. Стек протоколов ATM.
9.
Литература
ОСНОВНАЯ:
1. Бабич, А. В. Сетевые технологии: учеб. пособие/ А. В. Бабич; Тюм. гос. ун-т. - Тюмень: Издво ТюмГУ, 2010. - 156 с.; 20 см. - Библиогр.: с. 155.
2. Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учеб. пособие для
студ. вузов, обуч. по спец. "Прикл. информатика" и "Информ. сети в экономике"/ В. Л. Бройдо,
10
О. П. Ильина. - 3-е изд.. - Санкт-Петербург: ПИТЕР, 2008. - 766 с.: ил.; 24 см. - Библиогр.:
с.756-759. - Алф. указ.: с. 760-765
3. Олифер, В. Г. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы: учеб. пособие для
студентов вузов, обуч. по напр. "Информатика и вычислительная техника", по спец.
"Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"/ В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 4-е
изд. - Санкт-Петербург: Питер, 2012. - 944 с.: ил.; 24 см. - (Стандарт третьего поколения). Библиогр.: с. 917. - Алф. указ.: с. 918-943.
4. Якунина, М. В. Сети электронно-вычислительных машин и средства коммуникаций: учеб.
пособие/ М. В. Якунина; Тюм. гос. ун-т, Ин-т мат. и комп. наук. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2009.
- 172 с.; 20 см. - Библиогр.: с. 171.
5. .
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:
1. Вяткин, А. И. Операционные системы, среды и оболочки: учеб. пособие/ А. И. Вяткин; Тюм.
гос. ун-т. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2011. - 272 с.; 20 см. - Библиогр.: с. 271.
2. Фленов, М. Е. Linux глазами хакера/ М. Е. Фленов. - Санкт-Петербург: БХВПетербург, 2006. - 544 с.; 24 см. - Предм. указ.: с. 531-543.
3. Таненбаум, Э. Современные операционные системы: пер. с англ./ Э.
Таненбаум. - 2-е изд.. - Санкт-Петербург: Питер, 2007. - 1038 с.; 24 см. (Классика Computer Science). - Библиогр.: с. 989-1020. - Алф. указ.: с. 10211037.
10. 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. springer.com, scholar.google.com,
math-net.ru;
- симуляторы сети передачи данных Cisco Packet Tracer, GNS 3.0;
- http://www.ietf.org/rfc.html [On-line] - документы IETF – инженерного совета
Интернета.
11. Технические средства и материально-техническое
оснащение.
Для организации самостоятельной работы студентов необходим компьютерный
класс с пакетом прикладных программ, в том числе с установленными
симуляторами сети передачи данных Cisco Packet Tracer и GNS 3.0.
11