ВВЕДЕНИЕ. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.П. Комагоров

Архитектура сетей и систем телекоммуникаций

Учебное пособие

Издательство ТПУ

Томск 2008

УДК 681.324

Комагоров В. П. Архитектура сетей и систем телекоммуникаций: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 159 с.

Учебное пособие содержит сведения о принципах построения и функционирования локальных, региональных, глобальных компьютерных сетей и мобильных телекоммуникаций. В конце каждого раздела пособия приведены методические указания, отражающие ключевые моменты этого раздела.

Пособие подготовлено на кафедре оптимизации систем управления ТПУ в рамках инновационной образовательной программы «Информационно-телекоммуникационные системы и технологии» в части обеспечения магистерской программы «Сети ЭВМ и телекоммуникации».

УДК 681.324

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским
советом Томского политехнического университета

Рецензенты

О.Б. Фофанов – зам. заведующего кафедрой оптимизации систем управления Томского политехнического университета, доцент, кандидат технических наук;

В.П. Коцубинский доцент кафедры компьютерных систем в управлении и проектировании Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, кандидат технических наук.

© Томский политехнический университет, 2008

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………....6

Глава 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ……………………………………………………………….7

1.1. Введение в компьютерные сети....................................................... 7

1.2. Многоуровневая архитектура компьютерной сети...................... 11

1.2.1. Физический уровень................................................................... 13

1.2.2. Канальный уровень.................................................................... 18

1.2.3. Сетевой уровень.......................................................................... 19

1.2.4. Транспортный уровень.............................................................. 27

1.2.5. Сеансовый уровень..................................................................... 27

1.2.6. Представительный уровень........................................................ 27

1.2.7. Прикладной уровень.................................................................. 27

1.3. Организация взаимодействия абонентов компьютерной сети..... 28

Методические указания........................................................................ 33

Глава 2. ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ………….…………..35

2.1. Общие принципы построения локальных компьютерных сетей. 35

2.1.1. Физическая среда передачи данных.......................................... 37

2.1.2. Физический уровень................................................................... 37

2.1.3. Канальный уровень.................................................................... 38

2.1.4. Верхние уровни модели IEEE 802............................................. 40

2.2. Локальная компьютерная сеть Ethernet........................................ 41

2.2.1. Физическая среда передачи данных.......................................... 41

2.2.2. Физический уровень................................................................... 42

2.2.3. Канальный уровень.................................................................... 45

2.2.4. Передача данных в локальной сети Ethernet............................. 46

2.2.5. Перспективы развития локальной сети Ethernet....................... 51

2.3. Локальная компьютерная сеть ARCNet........................................ 52

2.3.1. Физическая среда передачи данных.......................................... 52

2.3.2. Физический уровень................................................................... 52

2.3.3. Канальный уровень.................................................................... 52

2.3.4. Передача данных в локальной сети ARCNet........................... 56

2.3.5. Перспективы развития локальной сети ARCNet....................... 57

2.4. Локальная компьютерная сеть Token Ring................................... 57

2.4.1. Физическая среда передачи данных.......................................... 57

2.4.2. Физический уровень................................................................... 57

2.4.3. Канальный уровень.................................................................... 58

2.4.4. Передача данных в локальной сети Token Ring........................ 59

2.4.5. Перспективы развития локальной сети Token Ring.................. 62

Методические указания........................................................................ 63

Глава 3. РЕГИОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ………………..65

3.1. Общие принципы построения региональных

компьютерных сетей………………………………………………………65

3.2. Региональная компьютерная сеть FDDI....................................... 66

3.2.1. Физическая среда передачи данных.......................................... 67

3.2.2. Физический уровень................................................................... 68

3.2.3. Канальный уровень.................................................................... 69

3.2.4. Передача данных в региональной сети FDDI........................... 69

3.3. Региональная компьютерная сеть АТМ........................................ 71

3.3.1. Общие принципы технологии АТМ........................................... 73

3.3.2. Физический уровень................................................................... 74

3.3.3. Канальный уровень.................................................................... 74

3.3.4. Передача данных в региональной сети АТМ........................... 75

Методические указания........................................................................ 79

Глава 4. ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ……………………81

4.1. Общие принципы построения глобальных

компьютерных сетей............................................................................. 81

4.2. Принципы построения сетей Х.25................................................. 87

4.2.1. Канальный уровень.................................................................... 87

4.2.2. Сетевой уровень.......................................................................... 90

4.2.3. Передача данных в глобальной сети Х. 25............................... 91

4.2.4. Перспективы развития сетей Х.25. Сети Frame Relay............... 92

4.3. Принципы построения сетей TCP/IP. Глобальная сеть Internet... 93

4.3.1.Физический уровень сети Internet............................................... 95

4.3.2. Канальный уровень сети Internet............................................... 95

4.3.3. Сетевой уровень сети Internet..................................................... 98

4.3.4. Транспортный уровень сети Internet....................................... 111

4.3.5.Прикладной уровень сети Internet. Сервисы Internet............... 115

Методические указания...................................................................... 117

Глава 5. МОБИЛЬНЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ……………………..119

5.1. Введение в мобильные телекоммуникации................................. 119

5.2. Беспроводная сеть WLAN..................................................................120

5.2.1. Физическая среда передачи данных…………………………...…121

5.2.2. Физический уровень………………………………………………123

5.2.3. Канальный уровень………………………………………………..129

5.2.4. Передача данных в беспроводной сети WLAN………………….130

5.3. Беспроводная сеть Bluetooth………………………………………...142

5.3.1. Физическая среда передачи данных……………………………...143

5.3.2. Физический уровень……………………………………………….144

5.3.3. Канальный уровень………………………………………………..145

5.3.4. Передача данных в беспроводной сети Bluetooth……………….146

5.4. Беспроводная сеть связи GSM………………………………………147

5.4.1. Физическая среда передачи данных……………………………...147

5.4.2. Физический уровень……………………………………………….149

5.4.3. Канальный уровень………………………………………………..151

5.4.4. Передача данных в беспроводной сети GSM……………………152

5.5. Организация связи беспроводных сетей

с региональными сетями…………………………………………………153

Методические указания...................................................................... 156

ЛИТЕРАТУРА................................................................................... 158

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерные сети играют важную роль в распределенной обработке, хранении и передаче информации. На их основе создаются современные цифровые системы связи. Наиболее ярким их представителем является глобальная сеть Internet, включающая в себя сотни миллионов компьютеров и соединяющая города, страны и материки.

Настоящее учебное пособие разрабатывалось в рамках инновационной образовательной программы «Информационно-телекоммуникационные системы и технологии» в части обеспечения магистерской программы «Сети ЭВМ и телекоммуникации».

Материал в пособии излагается таким образом, что вначале студенты знакомятся с общими принципами построения компьютерных сетей, а затем более детально изучают особенности каждой из них: локальной, региональной, глобальной. В заключении приводится описание современного состояния мобильных телекоммуникаций. Пособие содержит пять глав.

В первой главе излагаются общие принципы построения компьютерных сетей. Здесь приводится описание семиуровневой модели ISO/OSI, которое базируется на материале, изложенном в [1, 5, 7].

Вторая глава содержит описание принципов построения локальных компьютерных сетей (LAN). В ней рассматриваются три типовые LAN: Ethernet, ARCnet, и Token Ring, в основе которых лежит стандарт IEEE 802. При изложении этой главы были использованы материалы, содержащиеся в [1, 8, 9].

Третья глава посвящена региональным компьютерным сетям, построенным по технологии FDDI и АТМ. Основным источником для описания этих технологий явились материалы, изложенные в [2, 3].

В четвертой главе рассмотрены глобальные компьютерные сети, построенные на основе двух протоколов: X.25 и TCP/IP. Основная часть этой главы содержит описание принципов построения глобальной сети Internet. Эти материалы заимствованы из [4, 6].

Пятая глава посвящена описанию мобильных телекоммуникационных систем, построенных по беспроводной технологии Wi-Fi. Этот раздел содержит материалы по беспроводной локальной сети WLAN, сети средних и коротких расстояний Bluetooth и сети мобильной связи GSM. Эти материалы заимствованы из [10, 11, 12].

В конце каждой главы приведены методические указания, содержащие основные выводы по главе.