Посвящаем нашей дочери Анне

 

 

Благодарности

Мы благодарны рецензентам книги: сотрудникам кафедры «Вычислительная техника» МИРЭА, а также д. т. н., профессору МГТУ им. Н. Э. Баумана Григорьеву Ю. А. и к. т. н., заместителю начальника ИВЦ ОАО Московский ММТ Прижукову Б. Ф. за ценные советы и замечания, позволившие улучшить качество этой книги.

Мы признательны сотрудникам издательства «Питер», особенно главному редактору издательства «Питер» и одновременно самому главному редактору нашей книги Екатерине Строгановой, ее заместителю Евгении Журавлевой, заведующему редакцией компьютерной литературы Илье Корнееву и литературному редактору Алексею Жданову, которые, осуществляя неусыпный надзор над нашим совместным литературным детищем и постоянно напоминая о долге писателя перед читателем, в конце концов помогли превратить бесплотные файлы из нашего серого ноутбука в красивую книжку с глянцевой обложкой!

Виктор и Наталья Олифер


От авторов

Эта книга является результатом многолетнего опыта преподавания авторами курсов сетевой тематики в аудиториях государственных ВУЗов, коммерческих учебных центров, а также учебных центров крупных предприятий и корпораций.

Основу книги составили материалы курсов «Проблемы построения корпоративных сетей», «Основы сетевых технологий», «Организация удаленного доступа», «Сети TCP/IP», «Стратегическое планирование сетей масштаба предприятия» и ряда других. Эти материалы прошли успешную проверку в бескомпромиссной и сложной аудитории, состоящей из слушателей с существенно разным уровнем подготовки и кругом профессиональных интересов. Среди них были студенты и аспиранты вузов, сетевые администраторы и интеграторы, начальники отделов автоматизации и преподаватели. Учитывая специфику аудитории, курсы лекций строились так, чтобы начинающий получил основу для дальнейшего изучения, а специалист систематизировал и актуализировал свои знания. В соответствии с такими же принципами написана и эта книга — она является фундаментальным курсом по компьютерным сетям, который сочетает широту охвата основных областей, проблем и технологий этой быстро развивающейся области знаний с основательным рассмотрением деталей каждой технологии и особенностей оборудования, в котором эта технология реализуется.

За время, прошедшее между первым и вторым изданиями, авторы опубликовали еще две книги, одну из которых — «Сетевые операционные системы» — можно считать прямым продолжением и дополнением книги «Компьютерные сети».

Для кого эта книга

Книга предназначена для студентов, аспирантов и технических специалистов, которые хотят получить базовые знания о принципах построения компьютерных сетей, понять особенности традиционных и перспективных технологий локальных и глобальных сетей, изучить способы создания крупных составных сетей и управления такими сетями.

Книга будет полезна начинающим специалистам в области сетевых технологий, имеющим только общие представления о работе сетей из опыта общения с персональными компьютерами и Интернетом, но хотели бы получить базовые знания, позволяющие продолжить изучение сетей самостоятельно.

Сложившимся сетевым специалистам книга может помочь в знакомстве с теми технологиями, с которыми им не приходилось сталкиваться в практической работе, а также стать справочным средством, в котором можно найти описание конкретного протокола, формата кадра и т. п.

Студенты высших учебных заведений, обучающиеся по направлению «220000. Информатика и вычислительная техника» и по специальностям «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети», «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» могут использовать книгу в качестве рекомендованного Министерством образования Российской Федерации учебного пособия.

Изменения во втором издании

После выхода в свет в 1999 г. первого издания книги наша лекционная работа продолжалась, при этом значительная доля заказов на специализированные курсы пришлась на телекоммуникационные компании. Те изменения, которые заказчики просили внести в стандартные программы курсов, подсказали нам основные направления корректировки содержания второго издания книги. Мы благодарны нашим слушателям из компаний «Совинтел», Lucent Technologies, Lattelekom, Центробанк и многих других за плодотворные дискуссии, в результате которых появились новые разделы книги и были изменены (мы надеемся — в лучшую сторону) ряд формулировок и пояснений.

Конечно, за 3 года, прошедшие после выходы первого издания, сетевой мир не стоял на месте, появлялись новые и совершенствовались существующие протоколы, разрабатывались более современные типы оборудования. Однако все эти изменения не потребовали радикального пересмотра книги, поскольку большая ее часть посвящена традиционным принципам организации сетей, фундаментальным понятиям и базовым, устоявшимся сетевым технологиям. Тем не менее, как уже было сказано, некоторые дополнения были внесены, и ниже перечислены основные из них.

l      Начнем с «идеологического» изменения. Известно, что в эволюции компьютерных сетей основную роль сыграли две мощные ветви технической цивилизации — вычислительная техника и телекоммуникационные сети. Однако в первом издании основное внимание уделялось влиянию только одной из них — вычислительной технике. Во втором издании авторы постарались отдать должное телекоммуникационным технологиям: с этой целью в книгу были включены дополнительные разделы, в частности: «Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей», «Общая структура телекоммуникационной сети», «Сети операторов связи», «Услуги, провайдеры услуг и сетевая инфраструктура», кроме того, по-новому были расставлены акценты и оценки во многих других разделах книги.

l      С более общих позиций рассматриваются во втором издании вопросы коммутации, при этом охватываются все виды современных телекоммуникационных сетей: первичные, телефонные, сети с коммутацией пакетов дейтаграммного типа и с виртуальными каналами.

l      Существенно расширено описание технологий SDH и DWDM, на основе которых строятся современные первичные сети, предоставляющие свои высокоскоростные цифровые каналы для вторичных сетей — компьютерных и телефонных.

l      Важным дополнением второго издания является глава «Качество обслуживания в пакетных сетях». За те несколько лет, которые прошли с момента публикации первого издания, проблема качества обслуживания (QoS) перестала быть темой, интересной только узким специалистам, занимающимся теоретическими проблемами построения сетей. Сейчас методы обеспечения QoS представляют собой базис современных сетей передачи данных, а значит, без этой темы ни один учебник по сетевым технологиям не может считаться сколько-нибудь полным.

l      Во второе издание включено также описание таких повсеместно используемых механизмов, как агрегирование связей в локальных сетях и трансляция сетевых адресов (NAT).

l      И, наконец, было исправлено много мелких ошибок и опечаток в тексте и рисунках, замеченных читателями и самими авторами.

Структура книги

Структура книги во втором издании претерпела изменения. Книга состоит из 21 главы, организованных в 6 частей.

l      Первая часть, «Основы сетей передачи данных», является вводной. В ней рассматривается роль компьютерных сетей в мире телекоммуникаций, описывается эволюция и основные современные тенденции развития сетевых технологий, в частности конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей. Далее авторы вводят читателя в курс всех основных проблем, с которыми он встретится в этой книге, причем проблемы эти появляются в естественной последовательности. Как связать компьютер с принтером? Какие задачи надо решить, чтобы обеспечить их электрическую связь между собой? А насколько усложнится задача, если компьютер требуется подсоединить не к периферийному устройству, а к другому компьютеру? И, наконец, какие новые задачи появляются, если необходимо связать между собой группу компьютеров? Так читатель подводится к проблемам адресации, топологии, коммутации и мультиплексирования. В этой части впервые вводятся определения основных видов коммуникационных устройств: повторителя, концентратора, моста, коммутатора, маршрутизатора, мультиплексора. Заканчивается первая часть обсуждением вопросов стандартизации вообще и модели ISO/OSI в частности.

l      Вторая часть, «Технологии физического уровня», состоит из трех глав, из которых первые две носят вспомогательный характер. В них описываются различные типы линий связи, детально излагаются современные методы передачи дискретной информации в сетях. Наличие этого материала в учебнике дает возможность читателю, не тратя время на просмотр большого количества литературы, получить необходимый минимум знаний в таких областях как теория информации, спектральный анализ, физическое и логическое кодирование данных, обнаружение и коррекция ошибок. В завершающей главе, «Первичные сети», изучается принцип коммутации каналов и технологии PDH, SDH/SONET, DWDM, создающие канальную инфраструктуру для глобальных телеммуникационных сетей.

l      В третьей части, «Локальные сети», даны подробные описания практически всех основных технологий локальных сетей, как традиционных, таких как Ethernet, Token Ring и FDDI, так и новых высокоскоростных, таких как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Кроме того, рассматриваются некоторые факты истории становления технологий, их стандартизации и развития, помогающие понять место каждой технологии в ряду ей подобных, а также ее перспективы. Для технологий семейства Ethernet приводятся рекомендованные IEEE методики расчета корректности конфигурации сети. Значительное место уделяется оборудованию локальных сетей, работающему на физическом и канальном уровнях, — структурированным кабельным системам, сетевым адаптерам, повторителям и концентраторам различных технологий, а также мостам и наиболее динамично развивающемуся классу устройств локальных сетей — коммутаторам. Наряду с потребительскими характеристиками коммутаторов приведены типовые схемы их внутренней организации, рассмотрена поддержка ими резервных связей на основе протокола Spanning Tree, а также одна из наиболее перспективных технологий, реализованная в коммутаторах, — технология виртуальных сетей VLAN. Большое внимание в главе уделяется методам логической структуризации сетей, агрегированию физических каналов связи, рассматриваются причины повышения производительности, надежности и управляемости сетей, разделенных на логические сегменты.

l      В четвертой части, «Составные сети», рассмотрены принципы и механизмы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня. Поскольку в настоящее время стек TCP/IP является самым популярным средством организации межсетевого взаимодействия, то изложение материала в данной части проводится на примере IP-сетей. Описываются различные аспекты адресации: способы отображения локальных, сетевых и символьных адресов, использование масок и современных методов агрегирования IP-адресов в Интернете, а также способы автоматического конфигурирования узлов. Детально рассмотрена работа протокола IP по продвижению и фрагментации пакетов, изучается общий формат таблицы маршрутизации и примеры ее частных реализаций в программных и аппаратных маршрутизаторах различных типов. Приводится подробное описание протоколов маршрутизации RIP и OSPF, анализируются области применимости этих протоколов и возможности их комбинирования. Всестороннее рассмотрение в части IV протоколов стека TCP/IP придает ей самостоятельное значение введения в сети IP. Завершает данную часть описание типов и основных характеристик маршрутизаторов, вариантов их внутренней организации, а также методов комбинирования функций коммутации и маршрутизации в одном устройстве — коммутаторе 3-го уровня.

l      В пятой части, «Глобальные сети», подробно изучается основа любой территориальной сети — выделенные аналоговые и цифровые каналы, соответствующее оборудование доступа — модемы различных типов и цифровые устройства DSU/CSU, а также протоколы канального уровня HDLC, PPP и SLIP. Важнейшей темой в этой части книги является качество обслуживания (QoS), именно на основе этого материала проводится описание широкого спектра технологий глобальных сетей — как классических X.25, так и более современных frame relay и ATM. Наряду с детальным рассмотрением архитектуры, протоколов и услуг сетей каждого типа изучается техника передачи данных на основе виртуальных каналов, отличающая эти технологии от технологий локальных сетей. Изучаются особенности построения глобальных сетей IP, как «чистых» сетей IP, так и наложенных, то есть работающих поверх сетей frame relay и ATM. В завершении рассматриваются схемы и средства удаленного доступа на основе аналоговых телефонных сетей и ISDN, позволяющие домашним и мобильным пользователям разделять ресурсы корпоративной сети.

l      Шестая часть, «Средства анализа и управления сетями», завершающая книгу, посвящена системам управления сетями. Эти сложные, громоздкие и дорогостоящие системы всегда вызывают много вопросов: В каких случаях их применение оправдано? Что делает платформа управления? Возможно ли создание единой системы управления для разнородной сети, построенной на оборудовании разных производителей? Приведенный материал знакомит читателя с набором функций, который должен поддерживаться системой управления в соответствии с международными стандартами, архитектурой систем управления крупными разнородными сетями, назначением платформ управления. Детально описываются протоколы SNMP, CMIP и структура стандартных управляющих баз MIB-I, MIB-II и RMON MIB, встраиваемых в оборудование. Часть завершается рассмотрением портативных приборов, выполняющих функции мониторинга сети.

Авторы стремились сделать работу читателя с книгой максимально эффективной. Подробный индексный указатель позволяет быстро найти интересующий материал по одному из многочисленных терминов, используемых в сетевой индустрии. Каждый раздел завершается выводами, которые призваны сконцентрировать внимание читателя на главных идеях, темах и результатах раздела, помогая ему не упустить из виду главное за обилием, хотя и полезных, но частных фактов и деталей. В конце каждой части помещены вопросы и упражнения для проверки степени усвоения основных концепций, а в отдельных случаях и для углубления понимания некоторых идей. Ответы на некоторые из этих вопросов вы найдете в приложении к книге.

Дополнительную информацию читатели могут найти на сайте авторов www.olifer.ru, где помещены статьи на специальные темы, приводятся обзоры новых технологий, отрывки из книг, рецензии и рейтинги книг сетевой тематики. Также на сайте можно познакомиться с программами читаемых авторами курсов. С благодарностью примем ваши отзывы, замечания и вопросы по адресу author@olifer.ru .