Содержание

Благодарности 20

От авторов 21

Для кого эта книга 21

Изменения в третьем издании 22

Структура книги 22

Веб-сайт 25

От издательства 26

Часть I.

Основы сетей передачи данных

Глава 1. Эволюция компьютерных сетей 28

Два корня компьютерных сетей 29

Вычислительная и телекоммуникационная технологии 29

Системы пакетной обработки 30

Многотерминальные системы  прообраз сети 30

Первые компьютерные сети 32

Первые глобальные сети 32

Первые локальные сети 34

Конвергенция сетей 39

Сближение локальных и глобальных сетей 39

Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей 41

Выводы 43

Вопросы и задания 43

Глава 2. Общие принципы построения сетей 45

Совместное использование ресурсов компьютеров 46

Связь компьютера с периферийными устройствами 46

Простейший случай взаимодействия двух компьютеров 49

Сетевые службы и приложения 52

Физическая передача данных по линиям связи 53

Кодирование 54

Характеристики физических каналов 55

Проблемы связи нескольких компьютеров 57

Топология физических связей 57

Адресация узлов сети 61

Коммутация 64

Обобщенная задача коммутации 65

Определение информационных потоков 65

Маршрутизация 67

Продвижение данных 69

Мультиплексирование и демультиплексирование 71

Разделяемая среда передачи данных 73

Типы коммутации 75

Выводы 76

Вопросы и задания 77

Глава 3. Коммутация пакетов и каналов 79

Коммутация каналов 80

Установление соединения 81

Отказ в установлении соединения 81

Гарантированная пропускная способность 82

Мультиплексирование 82

Неэффективность передачи пульсирующего трафика 84

Коммутация пакетов 85

Буферы и очереди 86

Методы продвижения пакетов 89

Дейтаграммная передача 90

Логическое соединение 92

Виртуальный канал 93

Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов 95

Транспортная аналогия для сетей с коммутацией пакетов и каналов 95

Количественное сравнение задержек 96

Разделение среды 103

Принципы разделения среды 104

Причины структуризации локальных сетей 105

Физическая структуризация локальной сети 106

Логическая структуризация сети на разделяемой среде 108

Ethernet  пример стандартной технологии 112

Выводы 114

Вопросы и задания 115

Глава 4. Архитектура и стандартизация сетей 118

Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия 119

Многоуровневый подход 119

Протокол и стек протоколов 122

Модель OSI 123

Общая характеристика модели OSI 124

Физический уровень 127

Канальный уровень 127

Сетевой уровень 129

Транспортный уровень 133

Сеансовый уровень 134

Уровень представления 134

Прикладной уровень 135

Модель OSI и сети с коммутацией каналов 135

Стандартизация сетей 136

Понятие открытой системы 136

Источники стандартов 137

Стандартизация Интернета 138

Стандартные стеки коммуникационных протоколов 139

Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI 147

Информационные и транспортные услуги 148

Распределение протоколов по элементам сети 150

Вспомогательные протоколы транспортной системы 151

Выводы 153

Вопросы и задания 154

Глава 5. Примеры сетей 157

Обобщенная структура телекоммуникационной сети 158

Сеть доступа 159

Магистральная сеть 159

Информационные центры 160

Сети операторов связи 161

Услуги 161

Клиенты 163

Инфраструктура 164

Территория покрытия 165

Взаимоотношения между операторами связи различного типа 167

Корпоративные сети 168

Сети отделов 169

Сети зданий и кампусов 170

Сети масштаба предприятия 171

Интернет 174

Уникальность Интернета 174

Структура Интернета 176

Границы Интернета 179

Выводы 182

Вопросы и задания 182

Глава 6. Сетевые характеристики 185

Типы характеристик 186

Субъективные оценки качества 186

Характеристики и требования к сети 186

Временная шкала 187

Соглашение об уровне обслуживания 188

Производительность 189

Идеальная сеть 189

Характеристики задержек пакетов 192

Характеристики скорости передачи 195

Надежность 197

Характеристики потерь пакетов 197

Доступность и отказоустойчивость 197

Альтернативные маршруты 198

Повторная передача и скользящее окно 200

Безопасность 203

Компьютерная и сетевая безопасность 204

Конфиденциальность, целостность и доступность данных 206

Сервисы сетевой безопасности 207

Характеристики сети поставщика услуг 209

Расширяемость и масштабируемость 209

Управляемость 210

Совместимость 211

Выводы 211

Вопросы и задания 212

Глава 7. Методы обеспечения качества обслуживания 214

Приложения и качество обслуживания 215

Требования к качеству обслуживания приложений разных типов 215

Предсказуемость скорости передачи данных 215

Чувствительность трафика к задержкам пакетов 217

Чувствительность трафика к потерям и искажениям пакетов 218

Классы приложений 219

Анализ очередей 220

Знакомство с моделью M/M/1 221

M/M/1 как модель обработки пакетов 223

Механизмы обеспечения качества обслуживания 225

Работа в недогруженном режиме 225

Введение разных классов обслуживания 226

Алгоритмы управления очередями 227

Алгоритм FIFO 228

Приоритетное обслуживание 228

Взвешенные очереди 231

Комбинированные алгоритмы обслуживания очередей 233

Обратная связь 234

Назначение 234

Участники обратной связи 234

Информация обратной связи 237

Резервирование ресурсов 238

Резервирование ресурсов и коммутация пакетов 238

Системы обеспечения качества обслуживания,
основанные на резервировании 242

Инжиниринг трафика 245

Недостатки традиционных методов маршрутизации 246

Методы инжиниринга трафика 247

Инжиниринг трафика различных классов 251

Выводы 252

Вопросы и задания 252

Часть II.

Технологии физического уровня

Глава 8. Линии связи 256

Классификация линий связи 257

Первичные сети, линии и каналы связи 257

Физическая среда передачи данных 258

Аппаратура передачи данных 260

Характеристики линий связи 262

Спектральный анализ сигналов на линиях связи 262

Затухание и волновое сопротивление 264

Помехоустойчивость и достоверность 268

Полоса пропускания и пропускная способность 270

Биты и боды 272

Соотношение полосы пропускания и пропускной способности 274

Типы кабелей 276

Экранированная и неэкранированная витая пара 276

Коаксиальный кабель 278

Волоконно-оптический кабель 279

Структурированная кабельная система зданий 281

Выводы 283

Вопросы и задания 284

Глава 9. Кодирование и мультиплексирование данных 286

Модуляция 287

Модуляция при передаче аналоговых сигналов 287

Модуляция при передаче дискретных сигналов 288

Комбинированные методы модуляции 289

Дискретизация аналоговых сигналов 291

Импульсно-кодовая модуляция 292

Оцифровывание голоса 293

Методы кодирования 294

Выбор способа кодирования 294

Потенциальный код NRZ 296

Биполярное кодирование AMI 297

Потенциальный код NRZI 298

Биполярный импульсный код 298

Манчестерский код 299

Потенциальный код 2B1Q 299

Избыточный код 4B/5B 300

Скремблирование 301

Компрессия данных 304

Обнаружение и коррекция ошибок 306

Методы обнаружения ошибок 306

Методы коррекции ошибок 307

Мультиплексирование и коммутация 308

Коммутация каналов на основе методов FDM и WDM 309

Коммутация каналов на основе метода TDM 311

Дуплексный режим работы канала 313

Выводы 314

Вопросы и задания 315

Глава 10. Беспроводная передача данных 317

Беспроводная среда передачи 318

Преимущества беспроводных коммуникаций 318

Беспроводная линия связи 319

Диапазоны электромагнитного спектра 320

Распространение электромагнитных волн 322

Лицензирование 324

Беспроводные системы 325

Двухточечная связь 325

Связь одного источника и нескольких приемников 327

Связь нескольких источников и нескольких приемников 329

Типы спутниковых систем 330

Геостационарный спутник 332

Средне- и низкоорбитальные спутники 334

Технология широкополосного сигнала 336

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты 337

Прямое последовательное расширение спектра 339

Множественный доступ с кодовым разделением 340

Выводы 342

Вопросы и задания 343

Глава 11. Первичные сети 345

Сети PDH 346

Иерархия скоростей 346

Методы мультиплексирования 347

Ограничения технологии PDH 349

Сети SONET/SDH 350

Иерархия скоростей и методы мультиплексирования 351

Типы оборудования 354

Стек протоколов 355

Кадры STM-N 356

Типовые топологии 359

Методы обеспечения живучести сети 360

Сети DWDM 366

Принципы работы 367

Волоконно-оптические усилители 368

Типовые топологии 370

Оптические мультиплексоры ввода-вывода 372

Оптические кросс-коннекторы 373

Выводы 377

Вопросы и задания 378

Часть III.

Локальные сети

Глава 12. Технология Ethernet 383

Общая характеристика протоколов локальных сетей 384

Стандартная топология и разделяемая среда 384

Стек протоколов локальных сетей 386

Уровень MAC 387

Уровень LLC 390

Структура стандартов IEEE 802.x 392

Метод доступа CSMA/CD 394

MAC-адреса 395

Доступ к среде и передача данных 396

Возникновение коллизии 397

Время оборота и распознавание коллизий 399

Форматы кадров технологии Ethernet 402

Кадр 802.3/LLC 403

Кадр Raw 802.3/Novell 802.3 404

Кадр Ethernet DIX/Ethernet II 404

Кадр Ethernet SNAP 405

Использование различных типов кадров Ethernet 405

Максимальная производительность сети Ethernet 406

Спецификации физической среды Ethernet 408

Стандарт 10Base-5 409

Стандарт 10Base-2 412

Стандарт 10Base-T 413

Волоконно-оптическая сеть Ethernet 417

Домен коллизий 418

Общие характеристики стандартов Ethernet 10 Мбит/с 418

Выводы 423

Вопросы и задания 424

Глава 13. Высокоскоростной стандарт Ethernet 429

Технология Fast Ethernet 430

История стандартизации 430

Физический уровень технологии Fast Ethernet 430

Спецификации 100Base-FX/TX/T4 433

Правила построения сегментов Fast Ethernet при наличии повторителей 436

Особенности технологии 100VG-AnyLAN 438

Технология Gigabit Ethernet 440

История 440

Проблемы 441

Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде 442

Спецификации физической среды стандарта 802.3z 443

Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 444

Выводы 445

Вопросы и задания 446

Глава 14. Локальные сети на основе разделяемой среды 449

Технология Token Ring 450

Доступ с передачей токена 450

Физический уровень технологии Token Ring 453

Технология FDDI 454

Основные характеристики технологии FDDI 455

Отказоустойчивость технологии FDDI 457

Беспроводные локальные сети 460

Стек протоколов IEEE 802.11 463

Топологии локальных сетей стандарта 802.11 466

Распределенный режим доступа DCF 467

Централизованный режим доступа PCF 470

Безопасность 471

Персональные сети и технология Bluetooth 472

Особенности персональных сетей 472

Архитектура Bluetooth 473

Стек протоколов Bluetooth 475

Кадры Bluetooth 477

Пример работы технологии Bluetooth 478

Оборудование для локальных сетей с разделяемой средой 480

Основные функции сетевых адаптеров 481

Основная функция концентраторов 483

Дополнительные функции концентраторов 485

Многосегментные концентраторы 489

Конструктивное исполнение концентраторов 490

Выводы 492

Вопросы и задания 494

Глава 15. Коммутируемые локальные сети 496

Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов 497

Достоинства и недостатки сети на разделяемой среде 497

Преимущества логической структуризации сети 498

Алгоритм прозрачного моста IEEE 802.1D 501

Топологические ограничения коммутаторов в локальных сетях 506

Коммутаторы 508

Особенности коммутаторов 508

Неблокирующие коммутаторы 513

Борьба с перегрузками 514

Трансляция протоколов канального уровня 515

Фильтрация трафика 517

Архитектура и конструктивное исполнение коммутаторов 517

Характеристики производительности коммутаторов 521

Дуплексные протоколы локальных сетей 524

Изменения в работе MAC-уровня в дуплексном режиме 524

Перегрузки при дуплексной работе 526

Технология 10G Ethernet 529

Выводы 531

Вопросы и задания 532

Глава 16. Интеллектуальные функции коммутаторов 534

Алгоритм покрывающего дерева 535

Необходимые определения 535

Три этапа построения дерева 537

Недостатки и достоинства STA 540

Агрегирование линий связи в локальных сетях 541

Транки и логические каналы 541

Борьба с размножением пакетов 543

Выбор порта 545

Виртуальные локальные сети 547

Назначение виртуальных сетей 549

Создание виртуальных сетей на базе одного коммутатора 550

Создание виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов 551

Качество обслуживания в виртуальных сетях 555

Ограничения мостов и коммутаторов 558

Выводы 561

Вопросы и задания 561

Часть IV.

Сети TCP/IP

Глава 17. Адресация в сетях TCP/IP 564

Типы адресов стека TCP/IP 565

Локальные адреса 565

Сетевые IP-адреса 566

Доменные имена 567

Формат IP-адреса 567

Классы IP-адресов 569

Особые IP-адреса 570

Использование масок при IP-адресации 572

Порядок назначения IP-адресов 573

Назначение адресов автономной сети 573

Централизованное распределение адресов 574

Адресация и технология CIDR 575

Отображение IP-адресов на локальные адреса 576

Протокол разрешения адресов 577

Протокол Proxy-ARP 582

Система DNS 583

Плоские символьные имена 583

Иерархические символьные имена 584

Схема работы DNS 586

Обратная зона 589

Протокол DHCP 590

Режимы DHCP 590

Алгоритм динамического назначения адресов 592

Выводы 594

Вопросы и задания 595

Глава 18. Протокол межсетевого взаимодействия 598

Формат IP-пакета 599

Схема IP-маршрутизации 602

Упрощенная таблица маршрутизации 604

Таблицы маршрутизации конечных узлов 606

Просмотр таблиц маршрутизации без масок 607

Примеры таблиц маршрутизации разных форматов 608

Источники и типы записей в таблице маршрутизации 613

Пример IP-маршрутизации без масок 614

Маршрутизация с использованием масок 618

Структуризация сети масками одинаковой длины 619

Просмотр таблиц маршрутизации с учетом масок 622

Использование масок переменной длины 623

Перекрытие адресных пространств 627

CIDR 630

Фрагментация IP-пакетов 633

MTU  параметр технологии 633

Параметры фрагментации 634

Процедуры фрагментации и сборки фрагментов 635

Протокол IPv6 638

Направления модернизации стека TCP/IP 638

Масштабируемая система адресации 639

Гибкий формат заголовка 645

Снижение нагрузки на маршрутизаторы 647

Выводы 648

Вопросы и задания 648

Глава 19. Базовые протоколы TCP/IP 651

Протоколы транспортного уровня TCP и UDP 652

Порты 652

Протокол UDP 654

Формат TCP-сегмента 656

Логические соединения  основа надежности TCP 658

Последовательный и подтвержденный номер 661

Окно приема 662

Накопительный принцип квитирования 664

Время ожидания квитанции 665

Управление окном приема 665

Протоколы маршрутизации 667

Классификация протоколов маршрутизации 667

Маршрутизация без таблиц 668

Адаптивная маршрутизация 669

Дистанционно-векторные алгоритмы 670

Алгоритмы состояния связей 671

Применение нескольких протоколов маршрутизации 671

Внешние и внутренние шлюзовые протоколы 672

Протокол RIP 674

Построение таблицы маршрутизации 674

Адаптация RIP-маршрутизаторов к изменениям состояния сети 679

Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP 682

Протокол OSPF 683

Два этапа построения таблицы маршрутизации 683

Сообщения HELLO и корректировка таблиц маршрутизации 684

Связи и метрики 684

Области сети 686

Протокол BGP 686

Протокол ICMP 689

Типы ICMP-сообщений 691

Формат эхо-запроса/эхо-ответа и утилита ping 693

Формат сообщения об ошибке и утилита traceroute 694

Выводы 696

Вопросы и задания 698

Глава 20. Дополнительные функции маршрутизаторов IP-сетей 701

Фильтрация 702

Фильтрация пользовательского трафика 702

Фильтрация маршрутных объявлений 705

Стандарты QoS в IP-сетях 706

Модели качества обслуживания IntServ и DiffServ 707

Алгоритм ведра маркеров 708

Случайное раннее обнаружение 710

Интегрированное обслуживание и протокол RSVP 711

Дифференцированное обслуживание 715

Трансляция сетевых адресов 720

Причины подмены адресов 721

Традиционная технология NAT 721

Базовая трансляция сетевых адресов 722

Трансляция сетевых адресов и портов 724

Маршрутизаторы 726

Функции маршрутизаторов 727

Классификация маршрутизаторов по областям применения 729

Выводы 735

Вопросы и задания 736

Часть V.

Технологии глобальных сетей

Глава 21. Виртуальные каналы в глобальных сетях 741

Техника виртуальных каналов 742

Коммутируемые виртуальные каналы 742

Постоянные виртуальные каналы 745

Сравнение технологий виртуальных каналов и дейтаграмм 746

Сети X.25 747

Адресация в сетях X.25 749

Стек протоколов сети X.25 750

Сети Frame Relay 752

Стек протоколов Frame Relay 753

Поддержка параметров QoS 756

Технология ATM 759

Основные принципы технологии ATM 761

Стек протоколов ATM 765

Уровень адаптации ATM 766

Протокол ATM 769

Категории услуг протокола ATM и управление трафиком 772

Выводы 779

Вопросы и задания 779

Глава 22. Технология IP в глобальных сетях 782

Чистые глобальные IP-сети 783

Структура глобальной IP-сети 783

Протоколы семейства HDLC 786

Протокол PPP 789

Использование выделенных линий IP-маршрутизаторами 791

Функционирование IP-сети поверх сети ATM/FR 792

Взаимодействие слоев IP и АТМ 792

Конфигурирование интерфейсов маршрутизаторов 794

Многопротокольная коммутация с помощью меток 795

Совмещение коммутации и маршрутизации в одном устройстве 796

LSR и таблица продвижения данных 797

Пути коммутации по меткам 799

Заголовок MPLS и технологии канального уровня 800

Стек меток 802

Области применения технологии MPLS 806

Технология MPLS IGP 807

Технология MPLS TE 809

Сетевое управление в IP-сетях 813

Функциональные группы задач управления 814

Архитектуры систем управления сетями 816

Стандарты систем управления на основе протокола SNMP 819

Структура SNMP MIB 821

Формат SNMP-сообщений 825

Спецификация RMON базы данных MIB 826

Недостатки протокола SNMP 829

Выводы 830

Вопросы и задания 831

Глава 23. Удаленный доступ 833

Схемы удаленного доступа 835

Типы клиентов и абонентских окончаний 836

Мультиплексирование информации на абонентском окончании 838

Режим удаленного узла 841

Режим удаленного управления и протокол Telnet 843

Коммутируемый аналоговый доступ 845

Принцип работы телефонной сети 845

Удаленный доступ через телефонную сеть 848

Модемы 849

Коммутируемый доступ через сеть ISDN 852

Назначение и структура ISDN 853

Интерфейсы BRI и PRI 854

Стек протоколов ISDN 856

Использование ISDN для передачи данных 859

Технологии xDSL 862

Доступ через сети CATV 865

Беспроводной доступ 867

Выводы 869

Вопросы и задания 870

Глава 24. Защита сетевого трафика 872

Сервис защищенного канала 873

Иерархия сервисов защищенного канала 873

Распределение функций между протоколами IPSec 874

Шифрование в протоколе IPSec 876

Безопасная ассоциация 878

Транспортный и туннельный режимы 880

Протокол AH 881

Протокол ESP 883

Базы данных SAD И SPD 885

Сервис виртуальных частных сетей 887

Определение виртуальной частной сети 887

Критерии оценки и сравнения VPN 889

Сети VPN на основе разграничения трафика 891

Сети VPN на основе шифрования 895

Технология MPLS VPN 896

Полная связность при абсолютной изолированности 897

Компоненты сети MPLS VPN 899

Разграничение маршрутной информации 900

Использование протокола MP-BGP для связывания сайтов 902

Независимость адресных пространств 903

Генерация маршрутных объявлений MP-BGP 906

Перемещение пакета по сети MPLS VPN 908

Механизм формирования топологии VPN 909

Степень защищенности 911

Выводы 912

Вопросы и задания 913

Заключение. Заглядывая в будущее 916

Рекомендуемая и использованная литература 919

Алфавитный указатель 922