Вычислительные системы сети - Саратовский государственный
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского Социологический факультет УТВЕРЖДАЮ _______________________ "_____"__________________20___ г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Вычислительные системы, сети и телекоммуникации Направление подготовки 230700 –Прикладная информатика Профиль подготовки прикладная информатика в социологии Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения Очная Саратов, 2011 год 1. Цели освоения дисциплины Целью освоения данной дисциплины является знакомство с основополагающими принципами построения и функционирования вычислительных систем и сетей передачи данных. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Данная учебная дисциплина входит в раздел «Профессиональный цикл. Базовая часть» ФГОС-3. Дисциплина «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» имеет логическую и содержательно-методическую взаимосвязь с дисциплиной «Информатика и программирование». В свою очередь, дисциплина «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» лежит в основе изучения большинства дисциплин профессионального цикла. 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Данная дисциплина способствует формированию следующих компетенций: - способен использовать, обобщать и анализировать информацию, ставить цели и находить пути их достижения в условиях формирования и развития информационного общества (ОК-1); - способен работать в коллективе, нести ответственность за поддержание партнерских, доверительных отношений (ОК-3); - способен самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, стремится к саморазвитию (ОК-5); - способен осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-6); - способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-8); - способен использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности и эксплуатировать современное электронное оборудование и информационно-коммуникационные технологии в соответствии с целями образовательной программы бакалавра (ПК-3); - способен ставить и решать прикладные задачи с использованием современных информационно-коммуникационных технологий (ПК-4); - способен осуществлять и обосновывать выбор проектных решений по видам обеспечения информационных систем (ПК-5); - способен использовать технологические и функциональные стандарты, современные модели и методы оценки качества и надежности при проектировании, конструировании и отладке программных средств (ПК-7); - способен моделировать и проектировать структуры данных и знаний, прикладные и информационные процессы (ПК-9); - способен эксплуатировать и сопровождать информационные системы и сервисы (ПК12); - способен принимать участие во внедрении, адаптации и настройке прикладных ИС (ПК13); - способен принимать участие в реализации профессиональных коммуникаций в рамках проектных групп, презентовать результаты проектов и обучать пользователей ИС (ПК-14). В результате освоения дисциплины обучающийся должен: Знать: - базисные понятия: информация, данные, сигнал; основные методы кодирования информации в вычислительных системах; - способы и методы представления и преобразования информации с помощью средств вычислительной техники; - элементы архитектуры ЭВМ; основы передачи данных в компьютерных сетях; особенности сетей с коммутацией каналов и пакетов; модель открытых архитектур ISO; прикладные, транспортные и сетевые протоколы; принципы маршрутизации в компьютерных сетях. Уметь: - конфигурировать компьютер для работы; cоздавать программы управления контроллерами устройств; - настраивать компьютер для работы в сети: конфигурировать компьютер для работы в сети, настраивать плату сетевого адаптера; - эффективно использовать возможности различных сервисных программ контроля сети: проверять соединение с определенным интерфейсом (ping), определять маршрут к удаленному интерфейсу (tracert), определять адреса компьютера (arp); - эффективно использовать программы для работы с FTP-серверами, осуществлять терминальный доступ к удаленному узлу сети (telnet), работать с электронной почтой. Владеть: - навыками работы с системным программным обеспечением; - навыками использования современных инструментальных и вычислительных средств. 4. Структура и содержание дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов. № п/п Раздел дисциплины Сем Недел естр я семес тра Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) 1 Основы машинной арифметики 2 1 Л:2 СР:2 КСР:1 2 Теоретические основы построения узлов ЭВМ Элементы и узлы ЭВМ 2 2 Л:2 СР:2 КСР:1 2 3 Л:2 СР:2 4 Процессоры и микропроцессоры 2 4 Л:2 СР:2 КСР:1 5 Запоминающие устройства ЭВМ 2 5 Л:2 СР:2 КСР:1 6 Принципы организации систем обработки прерывания программ Аппаратные средства современных ЭВМ 2 6 Л:2 СР:2 КСР:1 2 7 Л:2 СР:2 КСР:1 8 Компьютерные сети 2 8 Л:1 СР:3 КСР:1 9 Типы сетей 2 8 Л:1 СР:3 КСР:1 10 2 9 Л:1 СР:3 КСР:1 11 Аппаратная поддержка сетей Беспроводные сети 2 9 Л:1 СР:4 КСР:1 12 Сетевые модели 2 10-11 Л:4 СР:4 КСР:1 13 Протоколы 2 12 Л:1 СР:4 КСР:1 14 Основные методы доступа 2 12 Л:1 СР:1 КСР:1 3 7 КСР:1 Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) Контрольные вопросы на 1 неделе Контрольные вопросы на 2 неделе Контрольные вопросы на 3 неделе Пр:2 Контрольные вопросы на 4 неделе Контрольные вопросы на 5 неделе Пр:2 Контрольные вопросы на 6 неделе Пр:2 Контрольные вопросы на 7 неделе Пр:2 Пр:2 Контрольные вопросы на 8 неделе Контрольные вопросы на 9 неделе Пр:2 Контрольные вопросы на 11 неделе Пр:2 Контрольные вопросы на 12 15 Администрирование сети 2 13-14 Л:4 СР:4 КСР:1 16 Интернет и телекоммуникации 2 15-16 Л:4 СР:4 КСР:1 32 44 16 Промежуточная аттестация ИТОГО неделе Контрольные вопросы на 14 неделе Пр:2 Контрольная работа на 16 неделе Зачет 16 Раздел 1. «Основы машинной арифметики». Вводится понятие системы счисления. В зависимости от способа изображения чисел с помощью цифр системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. Определяется запись числа в позиционной системе счисления. Приводится алгоритм перевода числа из одной системы счисления в другую. Определяются формы представления чисел в ЭВМ: полулогарифмическая с плавающей запятой и естественная с фиксированным положением запятой. Определяются форматы представления чисел в ЭВМ. Раздел 2.«Теоретические основы построения узлов ЭВМ». Изучаются физические формы представления информации: потенциальный, импульсный и динамический. Определяется математическая модель схем ЭВМ в виде цифрового автомата. Раздел 3. «Элементы и узлы ЭВМ». Определяются логические элементы ЭВМ и вводится их классификация: по способу представления информации и типу межэлементных связей; по функциональному назначению и в зависимости от используемых физических явлений. Определяются вентили, триггеры, регистры. Раздел 4.«Процессоры и микропроцессоры». Определяются основные принципы построения устройств обработки цифровой информации, принципы организации арифметико-логических устройств(АЛУ). Изучаются структура и формат команд, кодирование команд и способы адресации, используемые в современных ЭВМ. Рассматривается архитектура вычислительной системы. Изучается прямой доступ к памяти. Определяется порт ввода/вывода данных. Дается обзор других архитектур: CISC-, RISC- архитектур, компьютеры с конвейерной обработкой, многопроцессорные компьютеры- MIMD и SIMD. Раздел 5. «Запоминающие устройства ЭВМ». Рассматривается классификация запоминающих устройств ЭВМ. Изучается адресная, ассоциативная и стековая организация памяти. Определяется структура адресных запоминающих устройств. Изучаются постоянные запоминающие устройства. Раздел 6.«Принципы организации систем обработки прерывания программ». Определяется процесс прерывания. Рассматриваются внешние и внутренние запросы на прерывание. Определяются основные функции системы прерываний. Раздел 7. «Аппаратные средства современных ЭВМ». Дается обзор современных аппаратных средств ЭВМ таких как материнские платы и элементы оперативной и кэш-памяти. Дается обзор современных жестких дисков интерфейса, а так же рассматриваются жесткие диски для аудио и видео и некоторые графические средства для работы с изображением. Дается обзор магнитооптических накопителей, приводов и устройств с многократной записью. Раздел 8. «Компьютерные сети». Рассматривается принципиальная схема компьютерной системы передачи данных. Вводится понятие компьютерной сети (ЛВС) как совокупности компьютеров и периферийных устройств, соединенных кабелем в пределах ограниченной территории. Выделяется основное назначение сетей — разделение и совместное использование ресурсов. Определяются основные классификации сетей. Раздел 9. «Типы сетей». Рассматриваются три типа сетей: одноранговые, сети на основе сервера и комбинированные. Выделяются их основные различия, преимущества и недостатки. Изучаются базовые топологии, а также их комбинирование. Рассматриваются их принципиальные различия, преимущества. Раздел 10. «Аппаратная поддержка сетей». Перечисляются основные аппаратные компоненты: сетевой кабель, плата сетевого адаптера, коммуникационное оборудование. Изучаются основные группы кабелей: коаксиальный (толстый и тонкий), витая пара (экранированная и неэкранированная), оптоволоконный кабель. Определяется адресация узлов сети, структуризация сетей. Раздел 11. «Беспроводные сети». Изучаются сети с беспроводным соединением: локальные, расширенные локальные и мобильные. Рассматриваются основные методы беспроводного взаимодействия. Раздел 12. «Сетевые модели». Изучаются многоуровневые модели, устанавливающие способ передачи данных по сети: эталонная модель OSI и Project 802, TCP/IP. Перечисляются спецификации 802. Рассматриваются пакеты данных и причины, по которым передаются пакеты данных, а не большие блоки. Рассматривается структура пакета, его основные компоненты: заголовок, данные, трейлер; процесс формирования пакета, адресация и рассылка пакетов. Раздел 13. «Протоколы». Определяются правила передачи данных — протоколы и стеки протоколов, их назначение. Изучаются маршрутизируемые и не маршрутизируемые протоколы, прикладные, транспортные и сетевые. Рассматриваются несколько стандартных стеков. Подробно изучаются протоколы: TCP/IP, NetBIOS, IPX/SPX. Раздел 14. «Основные методы доступа (передача данных по кабелю)». Изучаются методы доступа к среде передачи данных: методы “прослушивания” кабеля и обнаружения коллизий (CSMA/CD, CSMA/CA), доступ с передачей маркера и доступ по приоритету запроса, с целью управления сетевым трафиком. Методы коммутации. Раздел 15. «Администрирование сети». Изучаются основы сетевого администрирования. Рассматриваются области администрирования и обязанности администратора. Рассматривается создание учетных записей пользователей, групп и установка параметров пользователя (имя, пароль, привилегии, права доступа). Описывается создание профилей, групп, перечисляются типы групп: локальные, глобальные, специальные и встроенные. Изучаются основы эффективного управления работы сети — мониторинг производительности и документирование. Рассматриваются узкие места сети и инструментальные средства мониторинга. Рассматривается протокол управления сетью (SNMP), приводятся его компоненты (концентраторы, серверы, интерфейсные платы , маршрутизаторы и мосты, источники бесперебойного питания, монтажные шкафы). Рассматривается политика безопасности сети, планирование ее защиты, в том числе физическая защита оборудования. Изучаются две модели защиты сетевых ресурсов — защита совместно используемых ресурсов паролем и защита через права доступа. Рассматриваются дополнительные средства защиты: аудит, шифрование данных (стандарты шифрования — DES, CCEP), защита от вирусов. Раздел 16. «Интернет и телекоммуникации». Изучаются основы построения глобальных сетей. Рассматриваются вопросы администрирования в Internet и маршрутизации. Изучается принцип работы протокола маршрутной информации RIP, а так же ICMP и OSPF. Рассматривается адресация в Internet, принцип пересылки пакетов с помощью протоколов семейства TCP/IP, структура доменной системы имен DNS. Дается краткий обзор основных видов доступа в Internet и телекоммуникационным службам коммутируемые линии (SLIPP/PPP– доступ), ISDN, ATM, Стандарт 3G, Геостационарные спутники, Низкоорбитальные спутники, Iridium, Inmarsat, Globalstar, ICO, VSAT-сети, Высокоскоростные спутниковые системы связи. На практических занятиях студенты получают индивидуальные задания, пример которых приведен в разделе 6 настоящей программы. Задания выполняются в компьютерном классе с использованием программного обеспечения, указанного в разделе 7. 5. Образовательные технологии В учебном процессе при реализации компетентностного подхода используются такие активные и интерактивные формы проведения занятий как модельный метод обучения, разбор конкретных ситуаций, мозговой штурм, дебаты. Широко используются мультимедийные презентации при представлении лекционного материала. 6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины. Самостоятельная работа студентов заключается в углубленном изучении материала курса по соответствующей тематике недели с использованием научной и учебнометодической литературы и подготовке к контрольным вопросам, контрольной работе, зачету. Для текущего контроля успеваемости предназначены контрольные вопросы и контрольная работа. Контрольные вопросы и контрольная работа выполняются с целью определения уровня подготовки студентов в области вычислительных систем, а также проверки степени их знакомства с различными аспектами использования вычислительных систем и сетей. Контрольная работа оформляется в виде отчета. Отчет должен содержать два раздела. В первый раздел отчета необходимо включить следующие вопросы: - историю развития системы (технологии), - существующие аналоги системы и возможные альтернативные варианты технологий, - описание функционально-структурной схемы реализации процесса (системы, технологии), - основные возможности и технические характеристики системы (технологии). Второй раздел должен быть посвящен описанию выбранной системы или технологии. Показатели качества отчета: степень соответствия заданию, самостоятельность и грамотность изложения, аккуратность и четкость оформления отчета, глубина проработки материала. Примерный общий объем отчета составляет 10-15 страниц формата А4 (210*297 мм.) Относительный размер второго раздела должен составлять не менее 70% общего объема. Примерные задания для контрольной работы по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» На выбор студенту предлагается три темы, из которых он должен выбрать одну. Тема 1. Интернет и его использование. - файл-обменные сети, - электронная почта, - Web-службы, - общение в реальном времени (варианты: IRC, ICQ), - передача файлов (варианты: модули службы FTP, управляющий сеанс и сеанс передачи данных), - потоковые технологии мультимедиа, - создание и публикация Web-документов (варианты: создание Web-документов, публикация Web-документов), - поисковые ресурсы Интернет, - защита информации в Интернет (варианты: безопасность компьютера и сетевая безопасность; конфиденциальность, целостность и доступность данных; угрозы, атаки и риски; шифрование, сертификат, электронная подпись; идентификация, аутентификации, авторизация и аудит; технологии защищенного канала, политика безопасности). Тема 2. Архитектуры компьютерных сетей. - Ethernet; - FDDI; - Token Ring; - ATM. Тема 3. Разработка распределенных приложений. - Технология CORBA; - Технология Java2 Enterprise Edition; - Технология .NET. Примерные контрольные вопросы для текущего контроля успеваемости: 1. Что понимается под системой счисления? 2. Сформулируйте правила перевода целых и дробных чисел из одной системы счисления в другую. 3. Каким образом представляется в памяти ЭВМ текстовая и графическая информация? 4. Каково назначение дополнительного кода? 5. Приведите примеры выполнения арифметических операций над числами с плавающей точкой. 6. Каково назначение триггеров? 7. Охарактеризуйте перспективы развития элементной базы современных ЭВМ. 8. Перечислите альтернативные пути развития компьютеров будущих поколений. 9. Для чего необходим прямой доступ к памяти? 10. Какая связь существует между разрешающей способностью монитора и объемом видеопамяти? 11. Какие физические эффекты используются в магнитооптических дисках? 12. Каковы принципиальные различия между многомашинными и многопроцессорными вычислительными системами? 13. Назначение и возможности кластеров. 14. Средства ОС для подключения к другим компьютерам. 15. Что значит исходящие подключения (outgoing connections)? 16. Что значит входящие подключения (incoming connection)? 17. Основные типы сетевых подключений, поддерживаемые ОС. 18. Что такое прямое соединение (Direct Connection)? 19. Что означает виртуальная частная сеть (Virtual private network)? 20. Охарактеризуйте LAN сеть. 21. Как подключиться к серверу удаленного доступа? 22. Как подключиться к сети с помощью модема или линии ISDN? 23. Как подключиться к сети с использованием VPN? 24. Как настроить компьютер для входящих подключений? 25. Как добавить клиента или сетевую службу? 26. Как просмотреть состояние входящего или исходящего подключения? 27. Как с одним сетевым адаптером установить соединение с несколькими ЛВС? 28. Почему нужно устанавливать только необходимые сетевые протоколы? 29. Для чего нужна идентификация в сети? 30. Производит сеть или удаленный доступ к сети регистрацию? 31. Как происходит подключение пользователя к ЛВС? 32. Будут ли видны компьютеры в ЛВС, подключенные через маршрутизатор при коммутируемом подключении? 33. Как отключиться от сети и работать с локальными файлами? 34. Что такое дополнительные сетевые компоненты (Optional Networking Components)? 35. Почему нужно оставлять только те сетевые компоненты, в которых есть необходимость? 36. Как удалить сетевой компонент? 37. Как выполнить разрешение сетевого компонента? 38. Как изменить порядок служб доступа? 39. Назначение клиентов в сети. 40. Назначение служб в сети. 41. Назначение протоколов в сети. 42. Как подключены компьютеры в виртуальной частной сети? 43. Почему виртуальные частные сети дешевле в эксплуатации? 44. Как осуществляется администрирование VPN? 45. Как организованы входящие подключения? 46. Клиенты, каких ОС могут поддерживать входящие подключения. 47. Как предоставить разрешение на установление входящего подключения? 48. Что такое ответный вызов (Callback) и его назначение? 49. Как настроить ответный вызов (Callback)? 50. Что такое атрибуты подключения? 51. Что такое многоканальное соединение? 52. Как получить информацию о состоянии подключения? 53. Как получить информацию о состоянии модема? 54. Как обеспечивается безопасность в сети? 55. Назначение сценария входа в систему. 56. Как настроить терминал для входа в систему. 57. Назначение протоколов в сети. 58. Подключение к сетям Novell NetWare Network. 59. Какие меры и технологии используются в сети для работы с ПО сторонних производителей? 60. Назначение сетевого интерфейса программирования WinSock 2. 61. Назначение сетевого монитора. 62. Назначение сетевого монитора из состава Systems Management Server. 63. Как организовать перехват трафика с заданных компьютеров? 64. Назначение технологии управления качеством обслуживания (Quality of Service, QoS)? 65. Состав Windows Quality of Service (QoS). 66. Основные средства работы с сетями Novell NetWare. 67. Как организовать доступ из Windows на сервер NetWare. 68. Как организовать доступ из других ОС через Windows на сервер NetWare. 69. Как организовать доступ из NetWare на сервер Windows? 70. Что называется прямым выполнением функции (direct hosting) при взаимодействие с ресурсами Microsoft? 71. Как выполнить прямое выполнение функции на двух компьютерах под Windows NT2000? 72. Назначение шлюза NetWare (Gateway Service for NetWare, GSNW). 73. Механизм работы шлюза NetWare. 74. Суть технологии Asynchronous Transfer Mode (ATM). 75. Достоинства АТМ. 76. Состав служб АТМ. 77. Назначение службы удаленного доступа. 78. Механизм удаленного доступа. 79. Назначение Telephony API (TAPI). 80. Что такое IP-телефония? 81. Что такое маршрутизация? 82. Средства маршрутизации в Windows. 83. Назначение таблиц маршрутизации. 84. Типы записей в таблице маршрутизации. 85. Структура записей в таблице маршрутизации. 86. Разновидности IP-маршрутизаторов. 87. Понятие одноадресного и группового вещания. 88. Назначение группового трафика в сети. 89. Аппаратные требования для установки маршрутизатора Windows. 90. Разрешения служб маршрутизации. 91. Добавление маршрутизируемых сетей. 92. Основные протоколы маршрутизации IP. 93. Пример статической маршрутизации. 94. Создание учетной записи Windows с разрешениями для установления входящего соединения. 95. Пример динамической маршрутизации. 96. В каких сетевых средах возможна маршрутизация? 97. Основные протоколы маршрутизации. 98. Назначение протокола маршрутизации RIP. 99. Назначение протокола маршрутизации OSPF. 100. Что такое магистральная область? 101. Установка сервиса маршрутизации. 102. Как организовать маршрутизацию между сегментами ЛВС? 103. Как организовать маршрутизацию между сегментами ГВС? 104. Средство управления маршрутизацией и удаленным доступом. 105. Основные административные задачи при маршрутизации. 106. Просмотр и модификация таблиц статических маршрутов. 107. Управление серверами удаленного доступа. 108. Основные характеристики типовой корпоративной сети. 109. Как обезопасить корпоративную сеть, имеющую выход в ГВС? 110. Общая характеристика семейства сетевых ОС UNIX. 111. Каковы функции протокола TCP/IP? 112. Как классифицируются средства защиты в зависимости от способа их реализации? 113. Перспективы развития телекоммуникаций в России. Примерные задания для выполнения практических работ по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»: Задание №1 Анализ состава и оценка производительности персонального компьютера 1. Установить на компьютер программное обеспечение. В работе используются программы Dr.Hardware и PerfomanceTest. Распространяемые копии находятся в каталоге ftp://toiit.sgu.ru/Comp_org/, файлы DRH2000.exe и petst.exe. Эти файлы следует скопировать в каталог /temp персонального компьютера и выполнить установку. 2. Анализ состава компьютера. Используется программа DRHardware. Запустить эту программу. Ознакомиться с интерфейсом управления: меню, инструменты, закладки функциональных разделов 3. Выполнить обзор системы, просмотреть результаты. 4. Выполнить анализ физического состава компьютера (Hardware). Определить тип и характеристики процессора, системной платы, BIOS, набора микросхем системной шины, установки CMOS. 5. Выполнить анализ устройств. Ознакомиться с оценками степени использования ресурсов имеющихся устройств 6. Выполнить тест оценки производительности подсистем. 7. Анализ производительности компьютера. Запустите программу PerfomanceTest. Выполните тесты производительности подсистем компьютера. Сохраните результаты тестирования в форме данных базовой линии. Выберите компьютер из набора базовых линий, наиболее близкого по параметрам производительности к вашему компьютеру. 8. Сгенерируйте отчет по результатам анализа подсистем компьютера. Сгенерируйте отчет измерения производительности, включите в него диаграммы из базовой линии, наиболее близкой к вашему компьютеру. На основании полученного отчета составьте техническое описание вашего компьютера, включив в него наиболее важные, по вашему мнению, параметры. Задание №2 Системная плата. Процессор. Элементы памяти. Цель работы В этой работе Вы определите системную плату, определите по маркировкам компоненты системной платы, процессор, платы расширения. Перед началом работы Включите системный блок и запишите основные параметры системы, которые выводит BIOS при загрузке: Версия BIOS, Объем ОЗУ, Обнаруженные устройства. Отключите компьютер от сети. Установите блок на стол и наденьте антистатический манжет. Проверьте, что шнур питания отключен от сети. 1. Идентификация системной платы. Шаг 1. Снимите крышку корпуса Шаг 2. Нарисуйте схему размещения разъемов и слотов расширения на системной плате, пометьте на ней ключи разъемов. Определите назначение кабелей, подсоединенных к системной плате. Запишите номера (идентификаторы) разъемов и слотов расширения и маркировки разъемов кабелей. Отсоедините кабели и платы расширения. Эти номера и метки, возможно, трудно обнаружить и прочитать. Будьте внимательны. Шаг 3. Отверните винты крепления и отсоедините плату от корпуса. Запишите следующую информацию о системной плате. Изготовитель Наличие Название/тип/спецификация/значение Номер модели Форм-фактор (размер, наличие доп. плат) Тип ЦПУ Тип слолта ЦПУ Чипсет Изготовитель BIOS Тип батареи BIOS Количество слотов шины ISA Количество слотов шины PCI Номер и тип шины AGP Наличие переключателей (джамперов) Установки переключателей Информация на веб-сайте производителя поможет определить информацию, связанную с типом чипсета, BIOS. 2. Идентификация процессора. CPU- основная часть компьтера. Вы должны определить, какой процессор установлен в системе, какие частоты процессоров системная плата может поддерживать, какой тип сокета использован для установки процессора. Шаг 1. Какой тип сокета использован в системе? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Шаг 2. Позволяет ли этот сокет модернизировать систему заменой процессора?? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Шаг 3. Извлеките процессор из сокета и осмотрите его. Какой тип процессора установлен? Производитель Маркировка (тип/деталь) № Скорость Модель процессора Теплоотвод Вентилятор Шаг 4. Совместим ли сокет с процессорами других производителей? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Шаг 5. Определите специфические параметры модели, используя маркировку CPU и данные в Интернет. Будьте осторожны, извлекая и устанавливая процессор в слот типа ZIF( разъем, не требующий усилий для установки). Шаг 6. Установите процессор в слот. 3. Идентификация микросхем ROM и BIOS. BIOS – Basic Input-Output System (базовая система ввода-вывода) – это микросхема ROM с записанными в нее командами, обеспечивающими самопроверку системы при включении иее первоначальную загрузку. Определите изготовителя и номер версии BIOS. Постарайтесь определить на веб-сайте производителя, имеются ли более новые версии этой системы команд. Шаг 1. Нанесите на схему место расположения микросхемы ROM BIOS Шаг 2. Какой тип BIOS использован? Изготовитель Версия/тип Тип батареи Возможность перезаписи Шаг 3. Можно ли произвести модернизацию BIOS? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Шаг 4. Что нужно сделать для модернизации BIOS? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 4. Идентификация типа шины и слотов расширения. Слот расширения- длинный узкий разъем, расположенный на системной плате или дополнительной плате, устанавливаемой в некоторых моделях системной платы. На них могут размещаться такие устройства, как модем, звуковая плата, сетевая плата и др. Шаг 1. Определите местоположение слотов расширения, их количество, определите тип шины. Какие устройства были установлены в слоты расширения? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 5. Идентификация RAM. Random Access Memory (RAM) – память, используемая CPU для хранения данных во время исполнения программы. RAM не является постоянной, данные хранятся только во время включенного питания. RAM размещается на небольших платах расширения с разным числом краевых контактов. «Линейки» RAM изготавливали с 30, 72, 168, или 184 контактами. Эти линейки называют SIMM или DIMM, в зависимости от способа размещения микросхем. Зачастую на линейках можно обнаружить только название производителя или серийный номер микросхем. Шаг 1. Нанесите на схему местоположение слотов установки памяти. Шаг 2. Извлеките линейку памяти, отметьте положение ключа. Шаг 3. Заполните таблицу. Тип слота Общее число слотов Общий объем памяти Шаг 4. Запишите информацию о линейках памяти. Производитель Тип Емкость Скорость Шаг 5. Установите линейку на место. Будьте осторожны при работе с микросхемами памяти. Они могут быть легко повреждены разрядом статического электричества. Удерживайте линейку за торцы, не касаясь элементов монтажа и контактов. Шаг 6. Установите на место в корпусе системную плату. 6. Идентификация видеоадаптера. Сборка компьютера. Видеоадаптер – устройство, позволяющее компьютеру выводить изображения на экран монитора, задавать разрешение и цветопередачу монитора. Шаг 1. Осмотрите видеоадаптер и заполните таблицу: Модель Тип слота расширения (шины) Изготовитель Шаг 2. Установите видеоадаптер в слот расширения и закрепите его. Шаг 3. Восстановите соединение проводов питания, шлейфов дисков, шлейфов портов, проводов контрольных ламп и управляющих кнопок. Обращайте внимание на правильное положение ключей на разъемах. Задание №3 Регистры процессора. Цель работы: изучить назначение регистров процессора и основные принципы использования регистров для управления работой процессора. Изучить способ сегментирования памяти. 1. Отладчик DEBUG Запуск отладчика. Для запуска отладчика выполните команду cmd. В командной строке введите команду debug. Приглашение отладчика «-» Список команд отладчика. Для вывода списка команд отладчика введите символ «?» 2. Регистры как переменные. Представление содержимого регистров. Содержимое регистров выводится на экран по команде R Пример: -r AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0ACA ES=0ACA SS=0ACA CS=0ACA IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0ACA:0100 3E DS: 0ACA:0101 62 DB 62 Задание 1. Назовите регистры общего назначения (РОН). Определите, какие значения в них записаны? Скопируйте результат в отчет. Для этого в левом верхнем углу окна отладчика откройте меню редактирования, выберите пункт «Пометить», выделите в окне на экране нужную область текста, выберите в меню пункт «Копировать», перейдите в окно блокнота, и выполните вставку. Изменение значений в регистрах. Для записи данных в определенный регистр используется команда R <имя регистра> Пример: -r AX AX 0000 :23 -r AX AX 0023 : Задание 2. Введите в РОН шестнадцатеричные числа 56h, 1F3h, D8h, AB1h. Просмотрите содержимое всех регистров. Внесите результат в отчет. Введите во все РОН нулевые значения. Проверьте содержимое регистров. 3. Размещение двухбайтовых инструкций процессора в ячейках памяти. Задание 3. Из каких частей состоит адрес ячейки памяти в реальном режиме работы процессора? Укажите размер сегмента в адресуемой памяти процессора в реальном режиме. Какой наименьший сдвиг возможен между начальными байтами последовательных сегментов? Определите текущие адреса сегмента данных и сегмента кода. Запись числа в память. Для записи числа в ячейку памяти используется команда E <смещение> Старое значение в памяти Пример -E 100 0ACA:0100 3E.01 Адрес сегмента Записываемое значение Смещение -E 101 0ACA:0101 62.D8 -r AX=0023 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000 DS=0ACA ES=0ACA SS=0ACA CS=0ACA IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC 0ACA:0100 01D8 ADD AX,BX Из полученного результата видно, что отладчик интерпретирует двухбайтную инструкцию по адресу 0ACA:0100 как операцию сложения ADD значений регистров AX и BX Заполнение последовательных ячеек памяти. Для выполнения этого действия используется команда E <смещение первой ячейки>. После ввода цифр первого числа нажмите пробел и вводите цифры второго числа и т.д. Задание 4. Определите, с какого адреса должен начинаться сегмент данных, если сегмент кода имеет размер 64 кбайт. Установите нужное значение адреса сегмента данных. Введите в область сегмента данных последовательность чисел 10h,25h,1F,AC. В какой сегмент вводит значения отладчик, исполняя команду Е со смещением в качестве аргумента? Используйте формат команды E <сегмент>.<смещение> для ввода кода инструкции ADD в сегмент кода, начиная со смещения 0100 4. Коды инструкций Инструкция Машинный код сложения ADD AX,BX 01D8 вычитания SUB AX,BX 29D8 умножения BX на AX – F7E3 MUL BX деления DX:AX на BX – F7F3 DIV BX прерывание INT 21h CD21 Результат AX AX DX:AX (старшие:младшие биты) AX- результат DX- остаток Вызов обработчика прерываний. 5. Указатель следующей инструкции Смещение адреса следующей инструкции в сегменте кода содержится в регистре IP Для выполнения следующей инструкции процессором используется команда T. После ее выполнения значение IP увеличивается на 2, если выполненная инструкция не была инструкцией перехода. Задание 5. Введите в регистр BX значение 1. Введите в сегмент кода инструкцию сложения со смещением 100. Установите IP на адрес введенной инструкции. Выполните сложение. Повторите инструкцию сложения еще трижды, каждый раз устанавливая соответствующий адрес в IP. Введите в регистр BX значение 2. Введите инструкцию умножения со смещением 102. Выполните эту инструкцию. Выполните инструкцию вычитания 3 раза подряд. Смещение вычитания 104. Выполните инструкцию деления (смещение 106). Вернитесь к инструкции вычитания и выполните ее. Какое значение получено в регистре AX? Объясните его. Что изменилось в регистре флагов и почему? 6. Листинг сегмента кода. Для просмотра содержимого сегмента кода используется команда U <начальное смещение> Задание 6. Выведите листинг сегмента кода со смещения 100. Скопируйте его в отчет. Разделите число7С4B12h на число 1С0. Чему равно частное и остаток? Чему равно произведение чисел 7C4Bh и 1A5? 7. Программные прерывания. Параметры для обработчика прерываний, вызываемого инструкцией INT 21, содержатся в РОН: AH- номер прерывания DL-параметр для прерывания Вывод символа на экран. Для выполнения этой операции используется прерывание 02h, ASCII -код символа в регистре DL. Выполнение последовательности инструкций. Для выполнения последовательности инструкций в сегменте кода, начиная с той, на которую указывает IP, используется команда G <смещение останова > Эту команду нужно использовать при выполнении прерывания, чтобы избежать его трассировки. Задание 7. Введите код прерывания 21 со смещением 104, укажите номер прерывания 02h код символа 44h. Выполните инструкцию командой g от 104 до 106. Попробуйте объяснить полученный результат. Задание №4. Простейшие программы на Ассемблере. Правила использования инструкций простейших арифметических операций. Инструкция Машинный код Результат сложения ADD AX,BX 01D8 AX вычитания SUB AX,BX 29D8 AX умножения BX на AX – F7E3 DX:AX (старшие: младшие биты) MUL BX деления DX:AX на BX – F7F3 AX- результат DIV BX DX- остаток Задание 1. Выполните арифметические действия над шестнадцатеричными числами D2CF+A8= 2135+AF12= BCAD-3124= 4561-345A= FAx35= FFxFF= 2346/AC= остаток= EDFA/AD= остаток= Поместите в отчет результаты вычислений. Способ вызова обработчика прерываний INT21. прерывание INT 21h CD21 Вызов обработчика прерываний. Параметры для обработчика прерываний, вызываемого инструкцией INT 21, содержатся в РОН: AH- номер прерывания (старший байт AX) DL- параметр для прерывания (младший байт DL) Задание 2. Используя прерывание 21, выведите на экран символы F, 3, d, 9, >,(. Для определения кода ASCII соответствующего символа используйте таблицу в приложении. Прерывание INT 20. Прерывание INT20 –завершение работы подпрограммы и передача управления вызвавшей программе. прерывание INT 20h CD20 Завершение программы. Деассемблирование. Инструкция отладчика U <адрес> выводит инструкции, записанные в память, начиная с указанного адреса, в формате: <сегмент>:<смещение> <код инструкции> <команда ассемблера> <операнды> Задание 3. Введите в память начиная со смещения 100 программу из 2 строк, которая выведет на экран символ A и завершит выполнение инструкцией INT 20. Перед выполнением программы (команда отладчика G 104) проверьте правильность введенных кодов, выполнив деассемблирование. Поместите результат деассемблирования в отчет. Ассемблирование. Инструкция отладчика A <адрес> позволяет вводить команды ассемблера, автоматически размещая их в соответствующем числе ячеек памяти, начиная с указанного адреса. Задание 4. Введите начиная с адреса 100 программу вывода на экран символа D: INT 21 INT 20 Не забудьте установить значения регистров AH, DL. Поместите результат деассемблирования и значения регистров перед исполнением в отчет. Команда пересылки данных. Инструкция Машинный код Результат MOV AX,BX 89C3 BX копирует в AX MOV AH,DL 88D4 DL копирует в AH MOV AH,D2 B402 Загружает число D2 в :AH Задание 5. Составьте и введите в память начиная со смещения 100 программу, которая загрузит в регистры соответствующие коды и выведет на экран символ @, после чего завершит выполнение и передаст управление отладчику. Выполните программу. Поместите результат деассемблирования в отчет. Файл. Команда отладчика N <имя.расширение>позволяет создать файл с определенным именем. Команда W позволяет записать число байт, указанное в CX, на диск в поименованный файл ( в текущий каталог). BX при этом должен быть установлен в 0. Задание 6. Запишите на диск в файл ch.com программу вывода на экран символа @. При выполнении из командной строки DOS программа должна выводить на экран символ @. Программа вывода на экран строки символов. Для того чтобы составить программу вывода строки из памяти, нужно воспользоваться прерыванием 09h. Эта функция DOS выводит на экран последовательность символов до появления символа $ (24h). Смещение начала строки в сегменте данных указывает число в регистре DX. Задание 7. Введите строку символов «Hello, Dolly!$» в память, начиная с со смещения 200, введите в память начиная со смещения 100 программу, которая загрузит в регистры коды прерывания 21 09, адрес строки в памяти (200). При помощи команды деассемблирования проверьте введенные коды программы. Для проверки правильности введенных кодов символов строки используйте команду отладчика D <адрес>. Эта команда выводит на экран данные в формате <адрес-сегмент><адрес-смещение><строка кодов><строка символов>. Определите длину программы (начиная со смещения 100) вместе со строкой символов (до первого символа после $). Запишите программу в файл str.com Проверьте ее работу, запустив из командной строки. Перешлите файлы ch.com и str.com вместе с файлом отчета. Задание №5. Настройки компьютера для работы в сети. Цели: Изучение настроек компьютера под ОС Windows для работы в сети Интернет: Использование пиктограмм и меню Windows Control Panel для определения сетевых установок, Использование утилит ipconfig, arp для определения сетевых установок компьютера, Определение имени компьютера (Computer name) и доменного имени (Domain name), Определение производителя сетевого адаптера и его драйвера, Идентификация используемого протокола сетевого уровня, Определение сетевых IP-адресов , Определение маски и IP-адреса шлюза по умолчанию (default gateway), Определение того, используется ли Domain Name System (DNS), Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) и Windows Internet Name Service (WINS), Определение локального адреса компьютера (MAC), Использование Менеджера устройств Windows для определения правильности работы сетевого адаптера. Теоретические основы: 1. Каждый компьютер в сети Интернет имеет адреса трех уровней: Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера (Network Interface Card- NIC) или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети. IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. Символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS- именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet. 2. IP-адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса: Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224. Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28 - 216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта. Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов. Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес. Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений. 3. Количество централизовано выделенных администратору номеров сетей иногда недостаточно для того, чтобы структурировать сеть надлежащим образом, например, разместить все слабо взаимодействующие компьютеры по разным сетям. Одним из способов решения данной проблемы является использование так называемых масок, которые позволяют разделять одну сеть на несколько сетей. Маска - это число, двоичная запись которого содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети. В масках, которые использует администратор для увеличения числа сетей, количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты. Пусть, например, маска имеет значение 255.255.192.0 (11111111 11111111 11000000 00000000). И пусть сеть имеет номер 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000), из которого видно, что она относится к классу В. После наложения маски на этот адрес число разрядов, интерпретируемых как номер сети, увеличилось с 16 до 18, то есть администратор получил возможность использовать вместо одного, централизованно заданного ему номера сети, четыре: 129.44.0.0 (10000001 00101100 00000000 00000000) 129.44.64.0 (10000001 00101100 01000000 00000000) 129.44.128.0 (10000001 00101100 10000000 00000000) 129.44.192.0 (10000001 00101100 11000000 00000000) Например, IP-адрес 129.44.141.15 (10000001 00101100 10001101 00001111), который по стандартам IP задает номер сети 129.44.0.0 и номер узла 0.0.141.15, теперь, при использовании маски, будет интерпретироваться как пара: 129.44.128.0 - номер сети, 0.0. 13.15 - номер узла. Таким образом, установив новое значение маски, можно заставить маршрутизатор по-другому интерпретировать IP-адрес. При этом два дополнительных последних бита номера сети часто интерпретируются как номера подсетей. 4. В Интернете IP-адрес узла, то есть адрес компьютера или порта маршрутизатора (шлюза в Интернет), назначается произвольно администратором сети и прямо не связан с его локальным адресом.. Локальный адрес используется только в пределах локальной сети. при обмене данными между маршрутизатором и узлом этой сети. Маршрутизатор, получив пакет для узла одной из сетей, непосредственно подключенных к его портам, должен для передачи пакета сформировать кадр в соответствии с требованиями принятой в этой сети технологии и указать в нем локальный адрес узла, например его МАС-адрес. В пришедшем пакете этот адрес не указан, поэтому перед маршрутизатором встает задача поиска его по известному IPадресу, который указан в пакете в качестве адреса назначения. Аналогичную задачу решает конечный узел, когда он хочет отправить пакет в удаленную сеть через маршрутизатор, подключенный к той же локальной сети, что и данный узел. Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol, ARP. Для решения обратной задачи используется протокол Reversed ARP. 5. IP-адреса могут назначаться администратором сети вручную. Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) был разработан для того, чтобы освободить администратора от этих проблем. Основным назначением DHCP является динамическое назначение IP-адресов. Средства/Подготовка: Для выполнения работы необходим компьютер под ОС Windows, в составе локальной сети (соответственно имеющий сетевой адаптер) и подключенный к сети Интернет. В ОС Windows используются: Утилиты ipconfig, arp Системные настройки Windows папок «Настройки/Панель управления/Сеть», «Настройки/Панель управления/Менеджер устройств». Ход работы: Включите компьютер и введите свое имя и пароль для доступа к операционной системе. Шаг 1 – Определите сетевые настройки вашего компьютера с помощью программ «Панель управления»/ «Сеть и удаленный доступ к сети» и «Мой компьютер»/ «Свойства». Вы должны узнать имя компьютера, имя домена, тип сетевого клиента, тип используемого протокола сетевого уровня, информацию относительно NIC. Заполните следующую таблицу. Имя NetBIOS Имя в домене NT (Win 2000) Тип сетевого клиента Имя установленного драйвера NIC. Установленный сетевой протокол Другие сетевые компоненты Шаг 2 – Определите установки протокола TCP/IP, такие, как IP-адрес, DHCP и DNS. Заполните следующую таблицу. Параметр Вид информации IP адрес. Каким образом компьютер получает свой IP адрес IP адрес. IP адрес компьютера IP адрес. Маска подсети Шлюз Шлюз по умолчанию Конф. DNS DNS разрешен? Конф. DNS IP адрес сервера DNS Конф. WINS WINS разрешен? Конф. WINS IP адрес сервера WINS Значение Шаг 3 – Используйте программу «Панель управления/Система/Оборудование.диспетчер устройств/Сетевые платы» для проверки работоспособности и определения параметров NIC. Заполните следующую таблицу. Изготовитель NIC NIC работает без ошибок? Дата драйвера NIC Список файлов драйвера Шаг 4 – Использование утилиты IPCONFIG.EXE. Изучите опции команды IPCONFIG, выполнив команду ipconfig /? Задача: Запустите программу IPCONFIG.EXE /all из окна cmd (окна DOS). Заполните следующую таблицу. IP адрес компьютера Маска подсети MAC адрес компьютера Шлюз по умолчанию (Default Gateway) Сервер DHCP IP адрес сервера DNS IP адрес сервера WINS Шаг 5 – Использование утилиты ARP.EXE Введите команду arp /? и изучите ее формат, операнды и параметры. Задача: Выполните команды arp -a, arp –a inet_addr, arp –a eth_addr и запишите результаты. Шаг 6 – Отчет по работе. Покажите результаты работы преподавателю. Отправьте файл с результатами преподавателю по электронной почте. Задание №6. Основы передачи данных. Цель работы Закрепить знания об основах передачи данных. Получить навыки решения задач, связанных со свойствами канала связи. Теоретические основы 1. Для передачи данных необходимы 3 компоненты: источник, приемник (приемопередающая аппаратура) и физическая среда передачи. Эти три компоненты вместе с промежуточной аппаратурой (кодировщики, декодировщики, мультиплексоры) составляют то, что называют линией связи или каналом связи. К основным характеристикам линии связи относятся: амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце линии, пропуская способность, достоверность передачи данных, удельная стоимость. Наиболее важными из них, главным образом влияющих на производительность и надежность сети, являются пропускная способность и достоверность передачи данных. Эти характеристики зависят как от самой линии связи, так и от способа передачи данных. 2. Данные в цифровых линиях связи передаются в виде закодированной последовательности двоичных цифр. Кодировка цифровых данных может осуществляться за счет изменения во времени по определенному закону таких физических величин, как, например, напряжение или сила тока. Математически этот закон выражается в виде однозначной функции f(t), обычно это гармоническая функция вида f(t)=A(t)sin(t+). Таким образом, передача данных обеспечивается распространением в среде передачи электромагнитных волн. Параметрами волновых процессов являются частота, фаза и амплитуда. Согласно теории Фурье-анализа любая периодическая функция g(t) с периодом T может быть разложена в ряд по функциям синуса и косинуса – ряд Фурье: 1 g (t ) c an sin( 2nft ) bn cos(2nft ) 2 n 1 n 1 где f 1/ T - основная (фундаментальная) частота (гармоника), а an и bn амплитуды n-ой гармоники, где an 2T 2T 2T , , g ( t ) sin( 2 nft ) dt b g ( t ) cos( 2 nft ) dt c n g (t )dt . T0 T0 T0 Совокупность гармоник сигнала называют его спектром. Наиболее высокочастотную фундаментальную компоненту дает сигнал для бинарной последовательности 1010… , которую называют последовательностью в худшем случае. Униполярный бинарный сигнал 101010… (NRZ- сигнал) представляется рядом g (t ) V 2V 2 1 1 cos0t cos30t cos50t 3 5 Биполярный бинарный сигнал 1010… (RZ-сигнал) представляется рядом g (t ) 4V 1 1 cos0 t cos30 t cos50 t , где: 3 5 V g (t ) 0 f 0 0 / 2 T 1/ f 0 - максимальное значение уровня ступенчатого сигнала в вольтах, - сигнал напряжения в вольтах представленный как функция времени, - компонента фундаментальной частоты в радианах в сек, - фундаментальная частота в Hz, - период фундаментальной частоты в сек. Соответствующие компоненты 3 f 0 , 5 f 0 будут соответственно третьей, пятой и.т.д. гармониками. 3. В каналах связи разные частоты передаются с несколько разной скоростью и ослабляются по-разному. Этот эффект, называемый внутрисимвольной интерференцией, приводит к искажению передаваемого сигнала. 4. Другой характеристикой канала связи являются полоса пропускания (непрерывный диапазон частот, для которого отношение амплитуд входного и выходного сигнала превышает некоторый заданный предел). Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности. Как правило, в физической среде амплитуды гармоник передаются без существенного уменьшения в частотном диапазоне от 0 до некоторой частоты f, измеряемой в периодах в секунду или герцах (Гц) и называемой частотой среза. При ограничении полосы пропускания канала исходный сигнал становиться искаженным. 5. Степень искажения сигнала в линии оценивают с помощью нескольких ее характеристик. Амплитудно-частотная характеристика канала показывает степень затухания сигнала (уменьшения его мощности) определенной частоты. По мере распространения сигнала по передающей среде его амплитуда падает. Этот эффект известен как ослабление сигнала. Этим накладываются ограничения на длину используемого кабеля. Эту характеристику канала называют еще затуханием: относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ, dB) и вычисляется по формуле 10 log 10 P1 dB , где P1 -мощность переданного сигнала, а P2 P2 мощность полученного сигнала. Аналогично измеряется и усиление сигнала. 6. Достоверность передачи данных характеризует вероятность искажения для передаваемого бита данных. Этот показатель имеет название интенсивность битовых ошибок (BER, bit error rate). Показатель BER=10-4 означает, что в среднем из 10000 бит искажается один. Максимально возможную скорость передачи данных по линии характеризует ее пропускная способность, которая измеряется в битах в секунду (бит/сек, bit per second, bps). 7. Как уже было отмечено, информация кодируется сигналами, передаваемыми через коммуникационную среду. Существует много различных способов кодирования, используемых при передаче данных. Например, если в течение какого-то временного периода мы захотели бы передать один или два различных двоичных символа (скажем, 1 или 0), то мы могли бы использовать два значения амплитуды квадратной волны. Это означает, что мы передаем 1 бит информации за одну единицу времени. Количество изменений сигнала в секунду измеряется в бодах (boud). Бод используется для измерения скорости передачи сигналов, т.е. числа изменений сигнала в секунду. Выбор способа представления дискретной информации в виде сигналов, подаваемых на линию связи, называется физическим или линейным кодированием. От выбранного способа кодирования зависит спектр сигналов и, соответственно, пропускная способность линии. 8. Чем больше частота несущего передаваемого сигнала (фундаментальной частоты сигнала), тем больше информации в единицу времени передается по линии и тем выше пропускная способность линии при выбранном способе физического кодирования. Однако, с увеличением частоты несущего сигнала увеличивается и ширина спектра этого сигнала, чего могут не позволять делать физические характеристики линии. Фундаментальный предел максимальной скорости передачи данных C в бесшумном канале с ограниченной полосой частот W установил Х.Найквист: C 2W log 2 M , где M – число дискретных уровней кодирования сигнала. Так как в реальности при передаче данных используются дополнительные биты, то определяется сигнальная скорость, битовая скорость и скорость передачи данных. 9. Если R – скорость (bps), то Tb – продолжительность одного бита (сек) и Tb 1 , то R log 2 M m bps , где Ts - период времени сигнального элемента. Ts Ts 1 T Т.к. Tb s , то отсюда определяем эффективную полосу частот, как отношение R m R наибольшей скорости к ширине полосы: B R m 1 bpsHz1 . W WTs WTb 10. Формула Найквиста не подходит для канала с шумом. Величину шума оценивают величиной SNR - отношением сигнала к шуму: S SNR 10 log10 . N Максимальный верхний предел скорости передачи данных в канале с шумом вывел Клод Шеннон: S C W log 2 1 bps , где N С - скорость передачи информации в битах в сек, W - ширина полосы пропускания канала в Гц, S - мощность сигнала в Вт, N - мощность шума в Вт. 11. Закон Шеннона определяет максимальную информационную скорость. На практике важно определить минимальный уровень сигнала по отношению к уровню шума, необходимый для достижения минимального BER (bit error rate). Энергия в джоулях (Втсек) на бит в сигнале определяется следующей формулой: Eb STb Втсек, где S – мощность сигнала, Tb – время на 1 бит в сек. Так как R 1 S , то Eb . Tb R Уровень теплового шума в полосе 1 Гц в любой линии определяется формулой N 0 kT ВтГц, где N 0 - мощность насыщенности шума, k- постоянная Больцмана, T – температура в Кельвинах (K). Для определения влияния шума энергия на 1 бит выражается как отношение энергии Eb S R S R или в децибелах: N0 N0 kT Eb S (dB) 10 log10 10 log10 (kT ) . N0 R шума на 1 Гц: Отсюда мы можем вывести, что уровень мощности сигнала S необходимый для достижения приемлемого отношения Eb N0 и, следовательно, минимального BER возрастает с температурой T и скоростью R. Соотношение Eb выражается также через N0 полосу W. Так как N 0 - мощность насыщенности (плотности) шума в ВтГц-1, то для W мощность в несущем сигнале N будет N WN 0 . Eb S W или в децибелах N0 N R Eb S (dB) 10 log10 10 log10 W 10 log10 R . N0 N Тогда 12. Задержка распространения сигнала вычисляется по формуле Tp физическое расстояние S в метрах скорость распространения V в метрах Другой характеристикой канала связи является круговая задержка передачи данных, которая измеряется во времени с момента передачи первого бита блока данных до получения последнего бита подтверждающего кадра. Tp число передаваемых бит N . битовая скорость линии R в бит / сек Соотношение этих двух величин a Tp Tx является одной из важных характеристик линии связи. Ход работы Задание 1. Ответьте на вопросы. 1). Что общего и в чем отличие между взаимодействием компьютеров в сети и взаимодействием компьютера с периферийным устройством? 2). Перечислите факторы, препятствующие передачи сигналов в канале связи. 3). Перечислите известные вам физические среды передачи данных. 4). В каких единицах измеряется затухание сигнала? 5). Какая существует связь между полосой пропускания линии и ее максимально возможной пропускной способностью? 6). С помощью диаграмм объясните влияние на бинарный сигнал ослабления, ограничения полосы пропускания, задержки распространения, шума в линии. Задание 2. Бинарный сигнал со скоростью 500 bps передается по каналу связи. Определите максимальную требуемую полосу частот в лучшем случае предположении, что при передаваемой последовательности 101010101…получаются только фундаментальная частота; фундаментальная и третья гармоники; фундаментальная третья и пятая гармоники. Замечание: ступенчатый сигнал данных для чередующихся нулей и единиц с фундаментальной частотой 0 представляется рядом v d (t ) 1 2 1 1 cos 0 t cos 3 0 t cos 5 0 t . 2 3 5 Задание 3. Из скольких уровней должен состоять сигнал, чтобы в бесшумном канале с полосой пропускания 1000 Гц достичь скорости передачи 4000 bps? Задание 4. Ширина телевизионного канала составляет 6 МГц. Сколько бит в секунду может быть передано по такому каналу при использовании четырехуровневых цифровых сигналов? Предполагается, что шума в канале нет. Задание 5. Предполагая, что канал имеет полосу пропускания 4000 Гц и соотношение сигнала к шуму 10 dB, определите максимальную теоретическую информационную скорость, которая может быть достигнута. Задание 6. Какова максимальная скорость передачи данных при передаче двоичного сигнала по каналу с полосой пропускания 3кГц и отношением сигнал/шум в 15 дБ? Задание 7. Канал передачи данных между двумя DТЕ состоит из трех частей. Первый производит ослабление в 16 dВ, второй усиление в 20 dВ и третий - ослабление в 10 (1В. Предполагая значение передаваемого сигнала на уровне 400 mW, определите значение уровня выходной мощности канала. Задание 8. Бинарный сигнал скорости 500 bps передается через коммуникационный канал. Определите минимальную требуемую полосу пропускания, предполагая, что принимающая сторона получает а) только фундаментальной частоты, б) фундаментальной частоты и третьей гармоники в) фундаментальной частоты, третьей и пятой гармоник сигнала в худшем случае. Определите то же самое для скоростей 2000bps и 1Мbps. Задание 9. Данные передаются по РSТN (телефонной сети) с использованием схемы восьмиуровневого кодирования. Полоса пропускания РSТN составляет 3000 Гц. Определите максимальную скорость передачи по Найквисту С и эффективность модуляции В. Задание 10. Предполагая, что РSТN имеет полосу пропускания 3000 Гц, а типичное для нее соотношение сигнала к шуму составляет 20 dВ, определите максимальную теоретическую информационную скорость, которая может быть достигнута. Задание 11. Модем при передаче через РSТN использует QPSК - модуляцию с четырьмя уровнями (фазами) на сигнальный элемент. Для безшумового канала с полосой 3000Гц определите а) максимальную информационную скорость по Найквисту, б) эффективность полосы данной схемы модуляции. Задание 12. Определите максимальную теоретическую информационную скорость по следующим каналам: а) Теlех - международная сеть коммутации сообщений с полосой 500 Гц и отношением сигнал-шум 5 dВ, б) коммутируемая телефонная сеть с полосой 3100Гц и отношением сигнал-шум 20 dВ Задание 13. Между двумя DТЕ передается блок данных 1000 бит. Определите отношение задержки распространения а для следующих типов линии связи а) 100 м витой пары и скоростью передачи 10kbрз, б) 10км коаксиального кабеля и скоростью 1Мbрз, в) 50 000 км атмосферы и скоростью 10Mbрз. (Скорость распространения электромагнитного сигнала в кабеле 2*108 м/с и в свободном пространстве 3*108 м/с). Задание 14. Данные передаются по РSТN, которая имеет полосу пропускания 3000 Гц. Если отношение мощностей сигнал-шум у получателя рано 12 dB, определите максимальную скорость передачи данных, E / N 0 0 которая может быть получена, предполагая, что а) 13 dB, б) 10 dB. Определите эффективность полосы в каждом случае. Задание 15. Блок данных из 1000 бит передается между двумя DTE. Определите отношение задержки распространения сигнала к задержке передачи данных для следующих типов линии связи: 100 м витой пары и скорости передачи 10kbps. 10 км коаксиального кабеля и скорости передачи 1 Mbps. 50 000 км свободного пространства (спутниковый канал) и скорости передачи 10 Mbps. Замечание: скорость распространения электрического сигнала в любом типе кабеля составляет 2 10 ms 8 1 , а в свободном пространстве 3 10 ms 8 1 Задание №7. Основы IP- адресации. Классы сетей и структура адресов. Цель работы В результате выполнения работы вы должны научиться составлять адресный план IPсети. Для этого нужно научиться решать следующие задачи: Идентифицировать 5 различных классов IP-адресов. Описывать характеристики и использование классов IP-адресов. Определять класс IP-адреса исходя из его значения. Определять, какая часть IP-адреса идентифицирует сеть (network ID) и какая – хост (host ID) Определять допустимые и недопустимые IP- адреса хостов, исходя из правил адресации Определять диапазон адресов и маску подсети по умолчанию для каждого класса адресов Теоретические основы Эта работа поможет понять, как строится адресный план сети и как функционируют сети TCP/IP. IP-адреса используют для однозначной идентификации отдельных сетей и хостов (персональных и специализированных компьютеров) в сетях при обеспечении связи между ними. Стек протоколов TCP/IP используется наиболее широко в мире. В частности, в Интернет или World Wide Web (WWW) используется только IP- адресация. Для того, чтобы хост имел связь с Интернет, он должен иметь IP- адрес. Понимание IPадресов является определяющим в понимании работы сетей, построенных на основе стека протоколов TCP/IP. В базовом представлении IP-адрес состоит из двух частей- адреса сети и адреса хоста. Сетевая часть IP- адреса назначается компании или организации Межсетевым информационным центром (InterNIC). Маршрутизаторы используют IP адреса для передачи пакетов между сетями. IP адреса имеют длину 32 бита и делятся на 4 октета (группы по 8 бит). В общепринятом представлении каждый октет записывается десятичным числом, октеты разделяются точками. Например, 212.193.38.248 IP-адреса используются на 3-м (сетевом) уровне модели OSI (Межсетевой уровень модели TCP/IP). Их присваивает вручную сетевой администратор или они назначаются автоматически сервером Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). IP адрес компьютера- это логический адрес и его можно изменить, в отличие от MAC- адреса сетевого интерфейса, который в большинстве случаев записан в постоянной памяти устройства. IP адрес может использоваться как для адресации конкретного компьютера в сетихоста, так и для адресации сразу целой группы компьютеров, логически объединенных в сегмент сети или подсеть (subnetwork). Для адреса хоста заначащими являются все цифры адреса. Для адреса подсети значащими являются только несколько старших разрядов числа IP-адреса. Остальные цифры относятся к адресам хостов в подсети. Определены 5 различных классов IP –адресов A,B,C,D и E. В зависимости от класса адреса сетевая часть и адрес хоста занимают различное число бит. Только классы A, B и С используются в коммерческих сетях. На рис. 1 показана структура IP-адресов. 0 Класс А N сети N узла Класс В N сети 1 0 Класс С 1 1 0 N сети Класс D 1 1 1 0 Класс Е 1 1 1 1 0 0 0 N узла N узла адрес группы multicast 8 88 16 11 24 66 Рис. 1. Структура IP-адресов 31 Первый бит адреса класса А всегда равен 0. Первый октет определяет адрес сети класса А. Из структуры адреса класса А следует, что в первом октете он может иметь значения от 1 до 126. Значение 127 зарезервировано для организации внутренней петли устройств, которая используется при тестировании. Существует, таки образом, только 126 сетей класса А. Остальные 24 бита адресуют хосты в сети класса А, их может быть 2 24 (более 16 миллионов). В классической схеме адресации сетевая часть адреса или часть адреса, относящаяся к хосту, не может содержать все единицы или все нули. Например, адрес класса A 118.0.0.5 является допустимым, а адрес 118.255.255.255- нет. Если часть адреса- адрес хоста содержит все 0, то это фактически адрес сети. Если адрес хоста содержит все 1, то это широковещательный адрес сети (это означает, что пакет адресован всем хостам). Большая сеть может быть разделена на подсети при помощи задания масок подсетей. Она позволяет маршрутизатору определить, находится ли хост, которому адресован пакет, в данной подсети. В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IPадресов: если IР-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; 0 0 0 0 ....……………………………… ....………………………………………….0 /........................................................................………………………………………… …………………….... 0 0 0 0 - если в поле номера сети стоят 0, то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет; 0 0 0 0 ....………………………………………….0 Номер узла - если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast); 1 1 1 1 . . . 1…………………………………………………………………………1 ……………….177111......................................……………………………………… ……………………………...1 1 - если в поле адреса назначения стоят сплошные 1, то пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast); Номер сети 1111..............…………………………………1 …..11 - адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback. Используется для организации петли и в диагностических целях. Форма группового IP-адреса - multicast - означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом. Ход работы Задание 1. Основы IP-адресации Ответьте на вопросы 1). Сколько октетов в IP - адресе? ________ 2). Сколько битов в октете? ________ 3). Сколько бит в маске подсети?____________ 4). В каких диапазонах десятичных и двоичных значений может быть значение первого октета IP-адресов класса "B"? 5). Десятичные: от ________ до ________ 6). Двоичные: от ___________________ до _________________________ 7). Какие октеты представляют сетевую часть IP-адреса класса «С»? ______________ 8). Какие октеты представляют часть адреса хоста в IP-адресе класса «A»? ________________ 9). Какой из приведенных ниже адресов является примером широковещательного адреса для сети класса B? 147.1.1.1 147.255.255.255 147.13.0.0 147.14.255.255 10). Заполните таблицу Клас Старшие Диапа-зон Network/ биты дес. Host ID Маска подсети Количество сетей Количество хостов с первого октета Адре значений первого октета (N=Networ k, H=Host) по умолч. (используемых адресов) в сети са A B C D E Задание 2. Определение частей IP- адресов 1. Заполните таблицу IP- адреса хостов Класс Адрес сети Диапазон адреса Широкове- Маска адресов щательный подсети по хостов (broadcast) адрес умолчанию 216.14.55.137 123.1.1.15 150.127.221.244 194.125.35.199 175.12.239.244 2. Дан IP- адрес 142.226.0.15 1) Чему равен двоичный эквивалент второго октета? ___________________ 2) Какому классу принадлежит этот адрес? _________________________________ 3) Чему равен адрес сети, в которой находится хост с этим адресом? ____________________ 4) Является ли этот адрес хоста допустимым в классической схеме адресации (Y/N) ? _____________________________ 5) Почему да или почему нет? Задание 3. IP-адреса хостов допустимые в коммерческих сетях 1. Заполните таблицу Допустимый IP Address Почему? адрес? (Да/Нет) 150.100.255.255 175.100.255.18 195.234.253.0 100.0.0.23 188.258.221.176 127.34.25.189 224.156.217.73 2. Если отправителем пакета является компьютер представленных на Рис. 2, получат пакет с адресом 1) 0.0.0.0 2) 0.0.0.138 3) 255.255.255.255 4) 150.127.255.255 А216.14.55.134 А, какие 150.127.221.248 E компьютеры K 216.15.50.132 216.14.55.138 D216.15.50.138 216.15.50.134 J 150.127.221.246 L 150.127.221.247 B 216.14.55.135 I M 150.127.221.244 216.15.50.133 C 216.14.55.137 Рис. 2. Фрагмент сети из Задание №8. Основы IP- адресации. Подсети сетей различных классов. Цель работы Вы должны научиться строить сетевой план с использованием подсетей. Для этого нужно научится решать следующие задачи: Отличать маски сети определенного класса по умолчанию и частные (пользовательские) маски подсетей Определять адрес подсети по IP- адресу хоста и маске подсети Исходя из заданных сетевых адресов и требований к количеству подсетей и хостов в них, определять необходимую маску подсети Исходя из заданных сетевых адресов и маски подсети, определять количество подсетей и хостов в подсети, а так же допустимые для использования адреса подсетей и хостов Определять, находится ли IP- адрес назначения в локальной сети, используя операцию сложения двоичных чисел Определять допустимые и недопустимые IP- адреса хостов исходя из заданных адреса сети и маски подсети Теоретические основы Маски подсети можно использовать для разделения существующих сетей на подсети. Это можно делать для решения следующих задач: снижение размеров широковещательных доменов (broadcast domains) и уменьшение трафика в сегментах LAN, обеспечение связи между географически разделенными локальными сетями, разделение (сегментирование) сетей в целях повышения безопасности В отличие от масок подсетей по умолчанию, которые входят в определение класса сети, маски подсетей пользователя задаются администратором при распределении устройств по сетевым сегментам в конкретной вычислительной сети. При этом из исходного сетевого адреса, из его части, относящейся к хостам, занимаются несколько бит, которые присоединяются к адресу сети, а оставшиеся биты нумеруют хосты в такой вновь созданной подсети. Маршрутизатор с 2 сетевыми интерфейсами A и B “A”: IP- адрес интерфейса 200.1.1.1 “B”: IP- адрес интерфейса 200.1.2.1 HUB A IP-адрес подсети источника 200.1.1.0, маска 255.255.255.0 HUB B IP-адрес подсети источника 200.1.2.0, маска 255.255.255.0 Хост Х: IP- адрес 200.1.1.5 Хост Z: IP- адрес 200.1.2.8 Рис. 1. Разделение сетей с использованием маски подсети. Маршрутизаторы разделяют сетевые сегменты (Рис. 1) и определяют, в каких случаях пакеты следует перенаправлять из одной подсети в другую. Каждый роутер на пути пакета называют «хопом» (hop). Маски подсети помогают рабочим станциям, серверам и маршрутизаторам определить, находится ли устройство, для которого предназначен передаваемый в сеть пакет, в их собственной (локальной сети) или в другой сети (с которой устройство не имеет непосредственного соединения). Для этого каждое устройство перед отправкой пакета в сеть через определенный интерфейс определяет, совпадает ли адрес подсети, в которой он находится, с адресом подсети, в которую адресован пакет. Для этого производится: 1) побитовое умножение адреса интерфейса с маской подсети, заданной для него, 2) побитовое умножение адреса назначения с той же маской подсети (1&1=1, 1&0=0, 0&0=0). В результате получаются адреса подсетей. Если адреса совпадают, устройство назначения находится в одной подсети (в одном сетевом сегменте) с передающим устройством. Маска сети по умолчанию не разбивает адрес на подсети. В этом случае говорят, что подсетей нет. Хост X, отправляющий пакет, находится в сети 200.1.1.0 и имеет IP- адрес 200.1.1.5. Он отправляет пакет для хоста Z в сети 200.1.2.0, имеющего IP- адрес 200.1.2.8. Сегменты сети, построенные при помощи концентраторов (hub), соединены между собой маршрутизатором (router). Очевидно, что хосты находятся в разных сетях класса C. В соответствии с правилами American Registry for Internet Numbers адрес сети класса «С» занимает 3 старших октета IP- адреса. Один четвертый октет (8 бит) оставлен для нумерации хостов в сети. Их может быть не более, чем 282= 2562 = 254. Если требуется разбить сеть класса «С» на более мелкие подсети, вычисляется количество битов, которые нужно занять из части адреса, относящейся к хостам и добавить для нумерации подсетей. Например, для того, чтобы выделить из сети класса «С» две подсети, нужно занять из четвертого октета 2 старших бита, которые позволят пронумеровать 4 подсети. В классической схеме адресации недопустимы адреса подсетей, имеющие в 2 младших разрядах 00 или 11. Таким образом, остается две допустимых подсети 01 и 10 (маска 255.255.255.192). В каждой может быть до 62 хостов. Следует помнить, что в современной схеме адресации (classless) допустимы все 4 подсети, а две подсети можно создать, заняв 1 старший бит четвертого октета. Две подсети с адресами 0 и 1 (маска 255.255.255.128) могут содержать по 126 хостов. Обратите внимание, что маска подсети строится по следующему правилу: биты, адресующие сеть, равны 1, биты, адресующие хост, равны 0. Из-за нехватки адресов и разрастания таблиц маршрутизации в Интернет выявились ограничения на эффективность использования IP-адресов и масок подсетей. Одним из решений данной проблемы стало введение бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR, Classless InterDomain Routing). Идея состоит в объединении оставшихся сетей класса «С» в блоки переменного размера. Кроме того, были изменены правила предоставления сетей класса «С», в соответствии с которым весь мир был разделен на четыре зоны, каждой из которых была выделена часть адресного пространства сетей класса «С»: Адреса от 194.0.0.0 до 195.255.255.255 – для Европы; Адреса от 198.0.0.0 до 199.255.255.255 – для Северной Америки; Адреса от 200.0.0.0 до 201.255.255.255 – для Центральной и Южной Америки; Адреса от 202.0.0.0 до 203.255.255.255 – для Азии и Тихоокеанского региона. Еще 320 млн. адресов класса «С» от 204.0.0.0 до 223.255.255.255 было зарезервировано на будущее, а сейчас используются, в том числе, в сетях России. Преимущество данного решения состоит в том, что любой роутер за пределами Европы, получив пакет, адресованный 194.x.y.z, может просто переслать его стандартному европейскому шлюзу. Это позволяет 32 млн. адресов уплотнить в одну строку таблицы роутера. Дальнейшая маршрутизация потребует использования масок, но более организованное выделение адресов позволяет агрегировать их в таблицах маршрутизации. При этом нет номеров подсетей, а только префиксы адресного пространства, нет масок подсетей, а только длина префикса. Например, сеть 10.181.215.32 с маской 255.255.255.224 (бинарное представление маски 11111111.11111111.11111111.11100000) представляется как 10.181.215.32/27. Ход работы Задание 1. 1. Вычислите двоичные представления адресов сетей хостов X и Z. IP-адрес хоста X 200.1.1.5 Маска подсети 255.255.255.0 Адрес сети ___.____.____.____ IP-адрес хоста Z 200.1.2.8 Маска подсети 255.255.255.0 Адрес сети ___.____.____.____ 2. Находятся ли хосты X и Z в одной сети класса «С»? ________________ Задание 2. 1. Заполните таблицу для 4 подсетей сети класса «С» c маской 255.255.255.192 Номер Двоичное Десятичное Диапазон Десятичный Допустим в подсети значение значение двоичных диапазон классической занятых битов значений битов адресов схеме? битов подсети адреса хоста (6 хоста в бит) подсети подсети Subnet #0 Subnet #1 Subnet #2 Subnet #3 Задание 3. 1. Заполните таблицу для 8 подсетей сети класса «С» Номер Двоичное Десятичное Диапазон Десятичный Допустим в подсети значение значение двоичных диапазон классической занятых битов значений битов адресов схеме? битов подсети адреса хоста (5 хоста в бит) подсети подсети Subnet #0 Subnet #1 Subnet #2 Subnet #3 Subnet #4 Subnet #5 Subnet #6 Subnet #7 2. Запишите маску подсети для такого разбиения: _____._____._____._____ 1). 2). 3). 4). 5). 6). Задание 4 Ответьте на вопросы Какие октеты представляют сетевую часть IP- адреса класса «С»? _________________________________________________________ Какие октеты представляют адрес хоста в IP-адресе класса «С»? _________________________________________________________ Запишите двоичный эквивалент десятичного представления IP- адреса 197.15.22.0. __________ . __________ . __________ . __________ 7). Хост "A" имеет IP адрес 197.15.22.126. Хост "B" имеет IP адрес 197.15.22.129. Маска подсети равна 255.255.255.224. Находятся ли эти хосты в одной подсети? _______________________ Задание 5. Вам выделена сеть класса B с адресом 150.193.0.0. Необходимо разбить ее не менее, чем на 50 подсетей. В каждой из подсетей должно быть не менее 750 адресов хостов. 1). Запишите двоичный эквивалент адреса 150.193.0.0? 2). _______ . _________ . _________ . __________ 3). Какие октеты и сколько бит используется для адресации сети в этом адресе? 4). _____________________________________________________________ 5). Какие октеты и сколько бит используется для адресации хостов в этом адресе? 6). _______________________________________________________________ 7). Сколько хостов можно адресовать в сети класса В? 8). ______________________________________________________________ 9). Сколько бит следует занять из части адреса, относящейся к хостам, для того, чтобы получить в сети класса В не меньше 50 подсетей, при чем в каждой не менее, чем по 750 адресов хостов? 10). ______________________________________________________________ 11). Какую маску подсети в двоичном представлении вы используете при заданном разбиении? 12). _______________._______________._______________.______________ 13). Запишите десятичный эквивалент этой маски: 14). ______ . ______ . ______ . ______ Задание 6. Планирование подсетей. Подсети сети класса «В» 1. Заполните таблицу для первых семи из возможных подсетей сети класса B 150.193.0.0, полученных заимствованием 6 битов из третьего октета адреса. Номер Адрес Маска Адрес Диапазон Широковещательный подсети сети подсети подсети возможных адресов хостов 0 1 2 3 4 5 (broadcast) адрес 6 2. На рис. 2. приведена схема сети, состоящая из 3 сегментов. Используя построенный для сети 150.193.0.0 адресный план, заполните пропущенные значения адресов и масок. Маршрутизатор с 3 сетевыми интерфейсами (A, B и C) “A”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ “B”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ “C”: IPадрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ HUB A: IP-адрес подсети A ___.___.___.___ HUB B: IP-адрес подсети B ___.___.___.___ HUB C: IP-адрес подсети C ___.___.___.___ Хост Х: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Хост Y: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Хост Z: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Рис. Рис. 2. Схема сети из 3 сегментов 3. Опишите по шагам процесс передачи пакета от хоста X к хосту Z в сети на рис. 2. __________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________ 4. Какой результат дает побитовое умножение для хоста X? IP адрес X в десятичной нотации: ______ . ______ . ______ . _______ Двоичный адрес хоста X : ______ . ______ . _______ . _______ Двоичная маска подсети: ______ . _____ . _______ . ________ Двоичный результат умножения: _______ . _______ . _______ . ________ Десятичное представление: ______ . ______ . _______ . ________ 5. Какой результат дает побитовое умножение для хоста Z? IP адрес X в десятичной нотации: ______ . ______ . ______ . _______ Двоичный адрес хоста X : ______ . ______ . _______ . _______ Двоичная маска подсети: ______ . _____ . _______ . ________ Двоичный результат умножения: ____ . _____ . _____ .______ Десятичное представление: ______ . ______ . _______ . ________ 6. Находятся ли хосты X и Z в одной подсети? Почему? _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________ __________________________________________________________________ Задание 7. Планирование подсетей. Подсети сети класса «С» 1. Вам выделены 2 сети класса «С»: 199.6.13.0 и 201.100.11.0. Топология сети представлена на рис. 3. Необходимо, чтобы в каждом сегменте сети можно было установить не менее 24 хостов. Составьте адресный план сети (см. табл. 1.) и заполните значения адресов и масок на рис 3. Таблица 1. Адрес сети Маска Адрес Диапазон возможных ШироковеРоутер/ подсети подсети адресов хостов щательный Интер- (broadcast) фейс адрес Маршрутизатор RA с 3 сетевыми интерфейсами (A, B и C) “A”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ HUB A: IP-адрес подсети A ___.___.___.___ “A”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ “A”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Маршрутизатор RB с 2 сетевыми интерфейсами (A, B) “C”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ “B”: IP- адрес интерфейса ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ HUB C: IP-адрес подсети C ___.___.___.___ Хост Х: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ HUB B: IP-адрес подсети B ___.___.___.___ Хост Z: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Хост Y: IP- адрес ___.___.___.___ Маска подсети ___.___.___.___ Задание 8. Ответьте на вопросы 1. У вас есть сетевой адрес 172.16.3.37 и 19-битовая маска подсети. Выберите корректные номера хостов из подсети этого хоста. От 172.16.3.0 до 172.16.3.15 От 172.16.0.0 до 172.16.16.0 От 172.16.0.1 до 172.16.31.255 От 172.16.0.1 до 172.16.31.254 2. У вас есть сетевой адрес 172.16.44.58 и 20-битовая маска подсети. Выберите корректные номера хостов из подсети этого хоста. От 172.16.44.33 до 172.16.44.47 От 172.16.4.1 до 172.16.4.31 От 172.16.32.0 до 172.16.32.255 От 172.16.32.1 до 172.16.47.254 3. В сети 172.16.0.0 необходимо выделить подсети так, чтобы в каждой подсети можно было подключить до 600 хостов. Какую маску подсети следует выбрать, чтобы допустить рост числа подсетей в будущем? _____ . _____ . _____ . _____ 4. Сеть 172.16.0.0 состоит из 8 подсетей. Вам необходимо подключить к сети максимально возможное число хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 5. В сети 192.168.55.0 необходимо выделить максимальное число подсетей так, чтобы к каждой подсети можно было подключить 25 хостов. _____ . _____ . _____ . _____ 6. Ваша сеть класса «А» содержит 60 подсетей. В следующие два года вам необходимо организовать еще 40 подсетей так, чтобы к каждой из них можно было подключить максимальное число хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 7. У вас имеется сеть класса «С» с адресом 192.168.19.0, содержащая четыре подсети. Вам необходимо установить максимально возможное число хостов на сегменте. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 8. У вас есть сеть класса «В», разделенная на 30 подсетей. Вы хотите добавить 25 новых подсетей в ближайшие два года. При этом вам потребуется подключить к каждому сегменту до 600 хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 9. Сеть 192.168.1.0 требуется разделить на 9 подсетей. При этом необходимо подключить к каждому сегменту максимально возможное число хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 10. У вас имеется сеть класса «С» с тремя подсетями. Вам необходимо добавить 2 новых подсети в ближайшие два года. Каждая сеть должна содержать 25 хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 11. В имеющемся у вас сетевом адресе класса «С» 192.168.88.0 необходимо выделить максимально возможное число подсетей, в каждой из которых должно быть до 12 хостов. Какую маску подсети следует выбрать? _____ . _____ . _____ . _____ 12. Вам необходимо создать схему TCP/IP-адресации для компании. Какие факторы вы должны учитывать при выборе маски подсети? Число подсетей в сети Число хостов в каждой подсети Объем сетевого трафика в каждой подсети Расположение шлюзов, выбранных по умолчанию 13. Вы выбрали маску подсети 255.255.255.248. Сколько подсетей и хостов вы получите? _________________________________________________ 14. У вас есть IP-адрес 172.16.13.5 и маска подсети 255.255.255.128. Укажите класс адреса, адрес подсети и широковещательный адрес. __________________________________________________________________ Перечень вопросов для зачета по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»: 1. Компьютерная система передачи данных 2. Хранение битов (вентили, триггеры, конденсаторы) 3. Организация памяти (основная и массовая) 4. Представление информации в памяти (текстовой, графической, числовой) 5. Организация ЦП 6. Машинные команды 7. Концепция хранимой программы 8. Логические и арифметические операции. Операции сдвига 9. Архитектура ЭВМ. Взаимосвязь ПУ с ЦП и памятью 10. Механизм прямого доступа к памяти (DMA) 11. CISC- и RISC- архитектура 12. Конвейерная обработка и многопроцессорные машины 13. Компьютерная система передачи данных 14. Понятие компьютерной сети. Типы сетей 15. Топология сетей 16. Адресация компьютеров 17. Структуризация сетей 18. Разделение среды передачи данных 19. Управление доступом к передающей среде 20. Модель OSI 21. Стеки протоколов 22. Аппаратура сетей 23. Сигналы. Формы представления сигналов 24. Модуляция сигналов 25. Пропускная способность канала 26. Аналоговое и цифровое кодирование 27. Синхронная и асинхронная передача 28. Методы обнаружения ошибок при передачи 29. Среды передачи данных 30. Методы коммутации 31. Принципы маршрутизации 32. Методы маршрутизации 33. Протоколы маршрутизации 34. Цели управления ЛВС 35. Принципы и основные решения управления ЛВС 36. Протоколы SNMP и CMIP 37. Протоколы обмена данными 38. Мультиплексирование и коммутация 39. Выделенные линии. SONET/SDH 40. Система X.25 с коммутацией пакетов 41. Сети ISDN с коммутацией каналов 42. Сети ATM 43. Интернет. Принципы работы Интернет. 44. Адресация в Интернет. 45. Основные услуги Интернет. 46. Стандарт AMPS, DAMPS 47. Цифровая связь. GPRS 48. Стандарт 3G 49. Геостационарные спутники 50. Низкоорбитальные спутники 51. Iridium. Inmarsat. Globalstar. ICO 52. VSAT-сети 53. Высокоскоростные спутниковые системы связи 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература: 1. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – 3-е изд. – М.; СПб. [и др.]: Питер, 2008. 2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – 3-е изд. – М.; СПб.: Питер, 2008. б) дополнительная литература: 3. Тяпаев Л.Б. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Электронный УМК. СГУ, 2008. 4. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации./ под ред. А. П. Пятибратова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2004. 5. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. – 5-е изд. – М.; СПб. [и др.]: Питер, 2010. 6. Таненбаум Э. С. Компьютерные сети. – 4-е изд. – М.; СПб. [и др.]: Питер, 2007. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы: ОС Windows XP или Windows 7. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Лекционная аудитория, оснащенная мультимедийным оборудованием для организации презентаций (компьютер с проектором и акустической системой), компьютерный класс, оснащенный компьютерами с современной аппаратной платформой, установленной ОС Windows XP или Windows 7 и с выходом в Интернет. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки 230700 «Прикладная информатика». Автор к.ф.-м.н., доцент ________ Л.Б. Тяпаев Программа одобрена на заседании кафедры социальной информатики от «___» ________ 2011 года, протокол № ____. Зав. кафедрой социальной информатики, к.с.н., доцент Декан социологического факультета, профессор И.Г. Малинский Г.В. Дыльнов