ОПД.Ф.03 Архитектура вычислительных систем и компьютерных

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Утверждаю
Декан факультета информатики
С.П. Сущенко
«
»
2010 г.
АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И КОМПЬЮТЕРНЫХ
СЕТЕЙ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
Специальность 351500 – МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И
АДМИНИСТРИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Статус дисциплины:
федеральный компонент специальности
Томск - 2010 г.
ОДОБРЕНО
кафедрой прикладной информатики
Протокол №50 от 01.12.2010
Зав. кафедрой, профессор _________________С.П.Сущенко
РЕКОМЕНДОВАНО методической комиссией факультета информатики
Председатель комиссии, профессор _____________________ Б.А.Гладких
“___”_____________2010 г.
Рабочая программа по курсу “Архитектура вычислительных систем и сетей”
составлена на основе требований Государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования по специальности
351500 – МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ И АДМИНИСТРИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ,
утвержденного 10 марта 2000 г. Общий объем курса 102 часа. Из них: лекции – 64 часа,
самостоятельная работа студентов – 38 часов. Экзамен в седьмом семестре. Общая
трудоемкость курса 3.5 зач. ед.
СОСТАВИТЕЛЬ:
Сущенко Сергей Петрович – доктор технических наук, заведующий кафедрой
прикладной информатики
РЕЦЕНЗЕНТ:
Кокшенёв В.В. - ассистент кафедры прикладной информатики
Выписка
из Государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования по специальности 351500 – МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И
АДМИНИСТРИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (квалификация –
математик-программист).
ОПД.Ф.03 Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей
Способы организации и типы ВС; параллельная обработка информации: уровни и способы
организации; реализация в многомашинных и многопроцессорных ВС; операционные
конвейеры; векторные, матричные, ассоциативные системы; однородные системы и среды;
RISC-архитектуры; развитие архитектур, ориентированных на языковые средства и среду
программирования; основы метрической теории ВС; технология распределенной обработки
данных; принципы построения и архитектура компьютерных сетей; протоколы, иерархия
протоколов и режимы их работы: соединение, передача данных, разъединение; передача
информации в компьютерных сетях; каналы связи, модемы; кодирование и защита от
ошибок; структура пакета; методы коммутации каналов, сообщений, пакетов;
маршрутизация; базовые средства передачи данных; локальные вычислительные сети
(ЛВС); структура и принципы построения ЛВС; конфигурация связей; стандарты,
соглашения и рекомендации; программное обеспечение компьютерных сетей.
Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. Цель преподавания дисциплины
Целью курса является изучение архитектуры вычислительных систем и
компьютерных сетей.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Студент должен знать принципы организации и функционирования
вычислительных систем и компьютерных сетей и уметь оценивать их
операционные характеристики.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения курса
Для изучения курса необходимо знание следующих курсов: дискретная
математика, программирование, организация ЭВМ.
2. Содержание дисциплины
2.1. Теоретическая часть
1. ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ
СЕТИ.
Эволюция вычислительных систем. Методы коммутации в сетях передачи
данных (СПД). Сравнение методов коммутации. Классификация СПД. Сети с
маршрутизацией и селекцией информации. Концептуальные требования к
архитектуре вычислительной сети. Понятие протокола. Принципы управления
распределенными вычислительными системами. Семиуровневая модель
архитектуры вычислительных сетей МОС (эталонная модель взаимодействия
открытых систем). Преобразование форматов блоков данных при передаче по
сети.
2. ПРОТОКОЛ УПРАВЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ.
Функции и структура физического канала связи. Стандарты на данный уровень
протоколов. Выделенные и коммутируемые линии связи Аналоговые и
цифровые каналы связи.. Каналообразующая аппаратура. Аналоговые модемы.
Технологии ISDN, xDSL, Frame Relay, ATM.
3. ПРОТОКОЛ УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫМ КАНАЛОМ
СВЯЗИ.
Функции протокола. Формат кадра. Фазирование и прозрачность. Бит(байт-)
стаффинг. Контрольная последовательность кадра. Образующий полином.
Способы установления границ кадра. Понятие окна. Нормальные и
асинхронные процедуры управления звеном передачи данных. Групповой и
селективный режимы повторной передачи последовательности кадров. Стартстопный протокол. Замкнутые аналитические модели нормальных и
асинхронных процедур управления звеном передачи данных. Пропускная
способность линейного протокола. Оптимизация размера кара. Методы выбора
размера окна. Влияние блокировок буферной памяти на производительность
старт-стопного протокола. Средняя задержка кадра в звене передачи данных.
4. ПРОТОКОЛ СЕТЕВОГО УРОВНЯ.
Функции протокола. Методы адресации (физический, логический,
широковещательный, групповой, многопунктовый, иерархический). Сети
дейтаграммного и виртуального сервиса. Формат пакета, команды протокола
для сетей дейтаграммного и виртуального сервиса. Алгоритмы маршрутизации
пакетов. Алгоритм маршрутизации: Стратегия принятия решения, место
принятия решения, информация для принятия решения о изменении маршрута.
Формула маршрутизации. Цена пути. Фиксированная и адаптивная
маршрутизация. Централизованные, распределенные и иерархические
адаптивные алгоритмы. Изолированные и кооперированные алгоритмы.
Основные требования к алгоритму маршрутизаци. Алгоритмы маршрутизации
АРПА1, АРПА2. Дельта - маршрутизация. Адаптивная маршрутизация на
основе маргинальных задержек. Стратегии распределения буферной памяти
узла коммутации между выходными направлениями передачи. Прямая и
косвенная блокировка передачи.
5. ТРАНСПОРТНЫЙ ПРОТОКОЛ.
Протоколы, ориентированные на соединение (для сетей виртуального сервиса).
Протоколы без соединения (для дейтаграммных сетей). Формат фрагмента
сообщения. Команды транспортного протокола. Процедуры управления
сквозной транспортировкой данных. Задержка мультипакетного сообщения в
многозвенном детерминированном тракте передачи данных. Трубопроводный
эффект. Задержка сообщения в неоднородном виртуальном канале.
Оптимальное разбиение сообщения на фрагменты. Оптимизация размера
фрагмента в сети с учетом искажений в каналах связи. Влияние длительности
сквозного тайм-аута на среднюю задержку пакета в виртуальном канале.
Задержка сообщения в нагруженном тракте передачи данных (однородный и
неоднородный трафик).
6. СТРУКТУРА ПРИКЛАДНОГО УРОВНЯ И СОВМЕСТНОЕ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРОТОКОЛОВ ВЕРХНИХ УРОВНЕЙ.
Протокол сеансового уровня. Фазы и услуги сеансовой службы с установлением
соединения. Сеансовая служба без установления соединения. Представительный
протокол. Услуги представительной службы. Протоколы прикладного уровня.
Служба управления ассоциацией прикладных объектов. Служба управления
выполнением, завершением и восстановлением прикладных процессов.
Протокол передачи, доступа и управления файлом. Модель виртуального
файлохранилища. Протокол виртуального терминала. Модель среды
виртуального терминала. Протокол передачи и обработки заданий.
7. ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ (ЛВС).
Требования к ЛВС. Конфигурация и архитектура ЛВС. Классификация ЛВС по
сферам приложения, функциональному назначению, размерам, виду трафика,
топологии, типу передающей среды, методу доступа к среде, адресации.
Подуровень доступа к среде передачи данных. Подуровень управления
логическим звеном. Шинная ЛВС со случайным методом доступа. Шинная ЛВС
с маркерным методом доступа. Кольцевая ЛВС с маркерным методом доступа.
Кольцевая ЛВС с тактированным методом доступа. Интервально-маркерный
метод доступа. Волоконно-оптическая кольцевая ЛВС (FDDI) с маркерновременным методом доступа. Взаимосвязь между ЛВС (мосты).
8. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ.
Классификация потенциальных нарушений безопасности и
несанкционированных воздействий при передаче данных.
Несанкционированное раскрытие содержания информации (пассивный перехват
данных). Изменение данных и отрицание использования ресурсов (активный
перехват данных). Методы защиты передачи данных от нарушителейперехватчиков, не входящих в число пользователей сети. Методы
аутентификации и управления доступом к данным для нарушителей - законных
пользователей сети. Принципы проектирования механизмов защиты.
Криптосистемы с общим ключом. Канально-ориентированные и межконцевые
методы защиты передачи данных. Цели защиты передачи данных. Шифрование
данных. Поточные и блочные шифры. Стандарт шифрования DES. Алгоритм
Ривеста. Сравнение режимов блочного и поточного шифрования. Раскрытие
содержания сообщений. Изменение потока сообщений. Прерывание передачи
сообщений. Инициирование ложного соединения. Аутентификация. Время
жизни аутентификационной информации. Централизованные службы
аутентификации. Распространение аутентификации. Многоуровневая модель
управления доступом. Центры безопасности сети. Взаимосвязь механизмов
защиты сети и механизмов защиты информационных процессоров.
2.2. Практические и семинарские занятия
По курсу не предусмотрены практические занятия.
2.3. Лабораторные работы не предусмотрены.
2.4. Курсовой проект
Курсовой проект не предусмотрен.
3. Учебно-методические материалы по дисциплине
3.1. Основная литература
1. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник /
С.А.Аничкин, С.А.Белов, А.В.Бернштейн и др.; Под ред. И.А.Мизина,
А.П.Кулешова. - М.: Радио и связь, 1990. - 504 c.
2. Стандарты по локальным вычислительным сетям: Справочник / В.К.Щербо,
В.М.Киричев, С.И.Самойленко; Под ред. С.И.Самойленко. - М.: Радио и связь,
1990. - 304 с.
3. Вычислительные сети и сетевые протоколы: Пер. с англ./ Дэвис Д., Барбер Д.,
Прайс У., Соломонидес С. - М.: Мир, 1982. - 562с.
4. Богуславский Л.Б. Управление потоками данных в сетях ЭВМ. - М.:
Энергоатомиздат, 1984. - 168 с.
5. Блэк Ю. Сети ЭВМ: Протоколы, стандарты, интерфейсы. - М.: Мир, 1990. 506 с.
6. Якубайтис Э.Я. Локальные информационно-вычислительные сети. - Рига:
Зинатне, 1985. - 284 с.
7. Методические материалы и документация по пакетам прикладных программ.
Вып. 57. Телеобработка данных и вычислительные сети. Часть 1. Опыт
разработки и применения международных стандартов. - М.: МЦНТИ, 1988. - 223
с.
8.Сипсер Р. Архитектура связи в распределенных системах. В 2 кн. - М.: Мир,
1981. 744 с.
9. Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование. Пер. с англ./ Под ред. В.А.
Жожикашвили. - М.: Радио и связь, 1981. - 336 с.
10. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П.Сети коммутации пакетов. - М.:
Радио и связь, 1986. - 408 с.
11. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных: Пер. с англ. - М.: Мир,
1989. - 544 с.
12. Самойленко С.И. Сети ЭВМ. - М.: Наука, 1986. - 243 с.
13. Бутрименко А.В. Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и
статистика, 1981. - 256 с.
14. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных: Пер. с англ./ Под
ред. Ф.Ф.Куо. - М.: Радио и связь, 1985. - 480 с.
3.2. Дополнительная литература не требуется.
3.3. Наглядных пособий и технических средств обучения при чтении данного
курса не предусмотрено.