Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 6-е Юбилейное издание, дополненное и исправленное

Это издание в некотором смысле особенное — прошло ровно 20 лет с момента выхода книги в свет. 20 лет это немаленький срок, за это время дети наших первых читателей подросли и, возможно, стали интересоваться компьютерными сетями. И, возможно, у них в руках окажется юбилейное дополненное издание книги «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы». Эта книга значительно отличается от той, которую читали их родители. Многое из того, что интересовало читателей конца 90-х годов — например, правило 4-х хабов, согласование сетей IP и IPX или сравнение технологий 100VG-AnyLAN и FDDI, — совсем не упоминается в последних изданиях. За 20 лет немало технологий прошли полный цикл от модного термина и всеобщего признания к практически полному забвению. Каждое новое издание книги в той или иной мере отражало изменения ландшафта сетевых технологий. Не является исключением и данное издание — оно значительно переработано, около трети материала представляет собой или совсем новую информацию, или существенно переработанное изложение тем. Например, в книге появилась новая часть — «Беспроводные сети», полностью переработана часть, посвященная технологиям первичных сетей SDH, OTN и DWDM. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки. Издание предназначено для студентов, аспирантов и технических специалистов, которые хотели бы 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. Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «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». От авторов Для кого эта книга Изменения в шестом издании Благодарности От издательства Часть I. Основы сетей передачи данных Глава 1. Эволюция компьютерных сетей Два корня компьютерных сетей Первые компьютерные сети Системы пакетной обработки Многотерминальные системы — прообраз сети Первые глобальные сети Первые локальные сети Конвергенция сетей Конвергенция локальных и глобальных сетей Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Интернет как фактор развития сетевых технологий Искусственный интеллект в компьютерных сетях Глава 2. Общие принципы построения сетей Простейшая сеть из двух компьютеров Совместное использование ресурсов Сетевые интерфейсы Связь компьютера с периферийным устройством Обмен данными между двумя компьютерами Доступ к периферийным устройствам через сеть Сетевое программное обеспечение Сетевые службы и сервисы Сетевая операционная система Сетевые приложения Физическая передача данных по линиям связи Кодирование Характеристики физических каналов Проблемы связи нескольких компьютеров Топология физических связей Адресация узлов сети Коммутация Обобщенная задача коммутации Определение информационных потоков Маршрутизация Продвижение данных Мультиплексирование и демультиплексирование Разделяемая среда передачи данных Глава 3. Коммутация каналов и пакетов Коммутация каналов Элементарный канал Составной канал Неэффективность передачи пульсирующего трафика Коммутация пакетов Буферизация пакетов Дейтаграммная передача Передача с установлением логического соединения Передача с установлением виртуального канала Сравнение сетей с коммутацией пакетов и каналов Структура задержек в сетях с коммутацией каналов и пакетов Количественное сравнение задержек. Пример Ethernet — пример стандартной технологии с коммутацией пакетов Глава 4. Cтандартизация и классификация сетей Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия Многоуровневый подход Протокол и стек протоколов Модель OSI Общая характеристика модели OSI Физический уровень Канальный уровень Сетевой уровень Транспортный уровень Сеансовый уровень Уровень представления Прикладной уровень Модель OSI и сети с коммутацией каналов Стандартизация сетей Понятие открытой системы Источники стандартов Стандартизация Интернета Стандартные стеки коммуникационных протоколов Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI Информационные и транспортные услуги Распределение протоколов по элементам сети Вспомогательные протоколы транспортной системы Классификация компьютерных сетей Глава 5. Сетевые характеристики и качество обслуживания Типы характеристик Субъективные оценки качества Требования к характеристикам со стороны пользователя и поставщика услуг Долговременные, среднесрочные и краткосрочные характеристики Соглашение об уровне обслуживания Производительность и надежность сети Идеальная и реальная сети Статистические оценки характеристик сети Активные и пассивные измерения в сети Характеристики задержек пакетов Характеристики скорости передачи Характеристики надежности сети Характеристики сети поставщика услуг Приложения и качество обслуживания Степень равномерности порождаемого трафика Чувствительность приложений к задержкам пакетов Чувствительность приложений к потерям и искажениям пакетов Методы обеспечения качества обслуживания Управление очередями Анализ очередей Очереди и различные классы трафика Техника управления очередями Механизмы кондиционирования трафика Обратная связь для предотвращения перегрузок Резервирование ресурсов Процедура резервирования пропускной способности Обеспечение заданного уровня задержек Инжиниринг трафика Недостатки традиционных методов маршрутизации Методы инжиниринга трафика Работа в недогруженном режиме Вопросы к части I Часть II. Технологии физического уровня Глава 6. Линии связи Классификация линий связи Первичные сети, линии и каналы связи Физическая среда передачи данных Аппаратура передачи данных Характеристики линий связи Спектральное представление сигнала Затухание и опорная мощность Полоса пропускания Помехи Пропускная способность Влияние способа кодирования на пропускную способность Соотношение полосы пропускания и пропускной способности Проводные линии связи Экранированная и неэкранированная витая пара Коаксиальный кабель Волоконно-оптический кабель Структурированная кабельная система зданий Глава 7. Кодирование и мультиплексирование данных Виды кодирования Кодирование дискретной информации Этапы кодирования Спектр информационного сигнала Выбор способа кодирования Кодирование дискретной информации дискретными сигналами Кодирование дискретной информации аналоговыми сигналами Обнаружение и коррекция ошибок Кодирование аналоговой информации Кодирование аналоговой информации аналоговыми сигналами Кодирование аналоговой информации дискретными сигналами Мультиплексирование и коммутация Мультиплексирование и коммутация на основе методов FDM и WDM Мультиплексирование и коммутация на основе метода TDM Глава 8. Технологии первичных сетей PDH и SDH Принципы организации первичных сетей Особенности первичных сетей Топология и типы оборудования Статичность нагрузки. Иерархия скоростей Функции мультиплексора Технологии первичных сетей Технология PDH Система T-каналов Синхронизация в сетях PDH Технология SDH Функциональные уровни SDH Топологии сетей SDH Иерархия скоростей Формат кадра SDH Мультиплексирование в STM-N Мультиплексирование в STM-1 Выравнивание Коммутация в SDH Отказоустойчивость сетей SDH Глава 9. Технологии первичных сетей DWDM и OTN Сети DWDM Принцип работы Частотные планы Оборудование и топологии сетей DWDM Ячеистая топология и реконфигурируемые оптические кросс-коннекторы Сети OTN Причины создания сетей OTN Архитектура сетей OTN Отображение и выравнивание пользовательских данных Мультиплексирование блоков OTN Вопросы к части II Часть III. Технология Ethernet Глава 10. Ethernet в локальных сетях Первый этап — разделяемая среда Стандартная топология и разделяемая среда Уровни Ethernet MAC-адреса Форматы кадров технологии Ethernet Доступ к среде и передача данных Возникновение и распознавание коллизии Физические стандарты 10М Ethernet Коммутируемый Ethernet Мост как предшественник и функциональный аналог коммутатора Коммутаторы Скоростные версии Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10G Ethernet 100G и 40G Ethernet 400G, 200G и 50G Ethernet Глава 11. Отказоустойчивые и виртуальные локальные сети Алгоритм покрывающего дерева Протокол STP Версия RSTP Фильтрация трафика Агрегирование линий связи в локальных сетях Транки и логические каналы Динамическое агрегирование линий связи в стандарте IEEE Link Aggregation Виртуальные локальные сети Назначение виртуальных сетей Создание виртуальных сетей на базе одного коммутатора Создание виртуальных сетей на базе нескольких коммутаторов Конфигурирование VLAN Автоматизация конфигурирования VLAN Альтернативные маршруты в виртуальных локальных сетях Ограничения коммутаторов Глава 12. Ethernet операторского класса Движущие силы экспансии Ethernet Области улучшения Ethernet Разделение адресных пространств пользователей и провайдера Маршрутизация, инжиниринг трафика и отказоустойчивость Функции эксплуатации, администрирования и обслуживания Функции OAM в Ethernet операторского класса Протокол CFM Протокол мониторинга качества соединений Y.1731 Стандарт тестирования физического соединения Ethernet Интерфейс локального управления Ethernet Мосты провайдера Магистральные мосты провайдера Формат кадра PBB Двухуровневая иерархия соединений Пользовательские MAC-адреса Маршрутизация и отказоустойчивость в сетях PBB Магистральные мосты провайдера с поддержкой инжиниринга трафика Вопросы к части III Часть IV. Сети TCP/IP Глава 13. Адресация в стеке протоколов TCP/IP Структура стека протоколов TCP/IP Типы адресов стека TCP/IP Формат IP-адреса Классы IP-адресов Особые IP-адреса Использование масок при IP-адресации Порядок назначения IP-адресов Централизованное распределение адресов Технология бесклассовой маршрутизации CIDR Отображение IP-адресов на локальные адреса Протокол ARP Протокол Proxy-ARP Доменная служба имен DNS Пространство DNS-имен Сервер, клиент и протокол DNS Иерархическая организация службы DNS Итеративная и рекурсивная процедуры разрешения имени Корневые серверы Обратная зона Протокол DHCP Режимы DHCP Динамическое назначение адресов Глава 14. Протокол межсетевого взаимодействия IP IP-пакет Схема IP-маршрутизации Упрощенная таблица маршрутизации Таблицы маршрутизации конечных узлов Просмотр таблиц маршрутизации без масок Примеры таблиц маршрутизации разных форматов Источники и типы записей в таблице маршрутизации Пример IP-маршрутизации без масок Маршрутизация с использованием масок Структуризация сети масками одинаковой длины Просмотр таблиц маршрутизации с учетом масок Использование масок переменной длины CIDR и маршрутизация Фрагментация IP-пакетов Параметры фрагментации Механизм фрагментации Протокол ICMP Формат, типы и коды ICMP-сообщений Ошибка недостижимости узла и утилита traceroute Сообщения эхо-запрос и эхо-ответ в утилите ping Глава 15. Протоколы транспортного уровня TCP и UDP Мультиплекирование и демультиплексирование приложений Порты Сокеты Протокол UDP и UDP-дейтаграммы Протокол TCP и TCP-сегменты Логические соединения — основа надежности TCP Методы квитирования Метод простоя источника Концепция скользящего окна Передача с возвращением на N пакетов Передача с выборочным повторением Метод скользящего окна в протоколе TCP Сегменты и поток байтов Система буферов при дуплексной передаче Накопительный принцип квитирования Параметры управления потоком в TCP Глава 16. Протоколы маршрутизации и технология SDN Общие свойства и классификация протоколов маршрутизации Протокол RIP Построение таблицы маршрутизации Адаптация маршрутизаторов RIP к изменениям состояния сети Пример зацикливания пакетов Методы борьбы с ложными маршрутами в протоколе RIP Протокол OSPF Два этапа построения таблицы маршрутизации Метрики Маршрутизация в неоднородных сетях Взаимодействие протоколов маршрутизации Внутренние и внешние шлюзовые протоколы Протокол BGP Групповое вещание Стандартная модель группового вещания IP Адреса группового вещания Протокол IGMP Принципы маршрутизации трафика группового вещания Программно-определяемые сети SDN Недостатки традиционной модели маршрутизации Протокол автоматического распознавания связей BDDP Виртуализация сетевых функций: NFV Глава 17. IPv6 как развитие стека TCP/IP Исторические предпосылки Система адресации IPv6 Отличие от IPv4 Типы адресов IPv6 Индивидуальные адреса Групповые адреса Типичный набор адресов интерфейса IPv6 Формат пакета IPv6 Основной заголовок Дополнительные заголовки Снижение нагрузки на маршрутизаторы Протокол обнаружения соседей Neighbour Discovery Задачи протокола ND и протокол ICMPv6 Сообщения протокола ND Проверка наличия дубликата адреса с помощью протокола ND Разрешение адресов в IPv6 Процесс адаптации версии IPv6 Темпы миграции Проблема интеграции сетей разных технологий Двойной стек, трансляция, туннелирование Способы сосуществования сетей IPv4 и IPv6 Вопросы к части IV Часть V. Глобальные компьютерные сети Глава 18. Организация и услуги глобальных сетей Сети операторов связи Услуги операторов связи Потребители услуг Инфраструктура Территория покрытия Взаимоотношения между операторами связи Организация Интернета Многослойное представление технологий и услуг глобальных сетей Многоуровневый стек транспортных протоколов Технологии и услуги физического уровня Технологии и услуги сетей коммутации пакетов Модели межуровневого взаимодействия в стеке протоколов глобальной сети Облачные сервисы Концепция облачных вычислений Определение облачных вычислений Модели сервисов облачных сервисов Глава 19. Транспортные технологии глобальных сетей Технологии виртуальных каналов — от X.25 к MPLS Принципы работы виртуального канала Эффективность виртуальных каналов Технология X.25 Технология Frame Relay Технология ATM Технологии двухточечных каналов Протокол HDLC Протокол PPP Технологии доступа Проблема последней мили Коммутируемый аналоговый доступ Модемы Технология ADSL Пассивные оптические сети Глава 20. Технология MPLS Базовые принципы и механизмы MPLS Совмещение коммутации и маршрутизации Пути коммутации по меткам Заголовок MPLS и технологии канального уровня Стек меток Протокол LDP Инжиниринг трафика в MPLS Мониторинг состояния путей LSP Тестирование путей LSP Трассировка путей LSP Протокол двунаправленного обнаружения ошибок продвижения Отказоустойчивость путей в MPLS Общая характеристика Использование иерархии меток для быстрой защиты Виртуальные частные сети на базе MPLS Общие свойства VPN Стандартизация услуг VPN второго уровня Технология MPLS VPN второго уровня Вопросы к части V Часть VI. Беспроводная передача данных Глава 21. Технологии физического уровня беспроводных сетей Беспроводные линии связи Преимущества беспроводных коммуникаций Диапазоны электромагнитного спектра Распространение электромагнитных волн Борьба с искажениями сигнала в беспроводных линиях связи Лицензирование Антенны Прием и передача с использованием нескольких антенн (MIMO) Конфигурации систем с несколькими антеннами Пространственное разнесение Формирование диаграммы направленности и предварительное кодирование Пространственно-временное кодирование (STC) Пространственное мультиплексирование (SM) Техника расширенного спектра Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты FHSS Прямое последовательное расширение спектра DSSS Множественный доступ с кодовым разделением CDMA Ортогональное частотное мультиплексирование Глава 22. Беспроводные локальные и персональные сети Особенности среды беспроводных локальных сетей Беспроводные локальные сети IEEE 802.11 Топологии локальных сетей стандарта IEEE 802.11 Стек протоколов IEEE 802.11 Стандарты физического уровня Формат кадра Процедура присоединения к сети Управление потреблением энергии Распределенный режим доступа Централизованный режим доступа Персональные сети и технология Bluetooth Особенности персональных сетей Архитектура Bluetooth Поиск и стыковка устройств Bluetooth Физический уровень Bluetooth Глава 23. Мобильные телекоммуникационные сети Принципы мобильной связи Cоты Установление соединения Эстафетная передача Управление мобильностью Мобильные сети первых поколений Архитектура сети GSM Организация радиодоступа в сети GSM Идентификация абонента и телефона Маршрутизация при вызове мобильного абонента Эстафетная передача в сетях GSM Передача компьютерных данных с помощью услуги GPRS Мобильные сети третьего поколения UMTS Четвертое поколение мобильных сетей — сети LTE Особенности сетей LTE Архитектура сети LTE Радиоинтерфейс LTE Передача голоса в сети LTE (Voice over LTE) Мобильный IP Проблема сохранения адреса Мобильный IPv4 Мобильный IPv6 Прокси-мобильный IPv6 Пятое поколение 5G Новый взгляд на роль мобильных сетей Области применения сетей 5G Виртуализация сети 5G Различные представления архитектуры сети 5G Новое радио Внедрение и развитие сетей 5G Вопросы к части VI Часть VII. Сетевые информационные службы Глава 24. Информационные службы IP-сетей Общие принципы организации сетевых служб Веб-служба Веб- и HTML-страницы URL-адрес Веб-клиент и веб-сервер Протокол HTTP Формат HTTP-сообщений Динамические веб-страницы Почтовая служба Электронные сообщения Протокол SMTP Непосредственное взаимодействие клиента и сервера Схема с выделенным почтовым сервером Схема с двумя почтовыми серверами-посредниками Протоколы POP3 и IMAP Глава 25. Служба управления сетью Функции систем управления сетью Архитектура систем управления сетью Агент управляемого объекта Двухзвенная и трехзвенная схемы управления Взаимодействие менеджера, агента и управляемого объекта Системы управления сетью на основе протокола SNMP Протокол SNMP База данных MIB Режим удаленного управления и протокол telnet Потоковая телеметрия Вопросы к части VII Часть VIII. Безопасность компьютерных сетей Глава 26. Основные понятия и принципы информационной безопасности Идентификация, аутентификация и авторизация Модели информационной безопасности Триада «конфиденциальность, доступность, целостность» Гексада Паркера Уязвимость, угроза, атака Ущерб и риск. Управление рисками Типы и примеры атак Пассивные и активные атаки Отказ в обслуживании Внедрение вредоносных программ Кража личности, фишинг Иерархия средств защиты Принципы защиты информационной системы Подход сверху вниз Защита как процесс Эшелонированная защита Сбалансированная защита Компромиссы системы безопасности Шифрование — базовая технология безопасности Основные понятия и определения Симметричное шифрование Проблема распределения ключей Метод Диффи—Хеллмана передачи секретного ключа по незащищенному каналу Концепция асимметричного шифрования Алгоритм асимметричного шифрования RSA Хеш-функции. Односторонние функции шифрования. Проверка целостности Глава 27. Технологии аутентификации, авторизации и управления доступом Технологии аутентификации Факторы аутентификации человека Аутентификация на основе паролей Аутентификация на основе аппаратных аутентификаторов Аутентификация информации. Электронная подпись Аутентификация на основе цифровых сертификатов Аутентификация программных кодов Аутентификация пользователей ОС Технологии управления доступом и авторизации Формы представления ограничений доступа Дискреционный метод управления доступом Мандатный метод управления доступом Ролевое управление доступом Управление доступом в операционных системах Централизованные системы аутентификации и авторизации Глава 28. Технологии безопасности на основе анализа трафика Фильтрация Виды фильтрации Правила фильтрации маршрутизаторов Cisco Файерволы Функциональное назначение файервола Типы файерволов Программные файерволы хоста Влияние DHCP на работу файервола Прокси-серверы Функции прокси-сервера «Проксификация» приложений Трансляция сетевых адресов Традиционная технология NAT Базовая трансляция сетевых адресов Трансляция сетевых адресов и портов Системы мониторинга трафика Анализаторы протоколов Система мониторинга NetFlow Системы обнаружения вторжений Аудит событий безопасности Типовые архитектуры сетей, защищаемых файерволами Логическая сегментация защищаемой сети Архитектура сети с защитой периметра и разделением внутренних зон Глава 29. Атаки на транспортную инфраструктуру сети Атаки на транспортные протоколы TCP-атаки ICMP-атаки UDP-атаки IP-атаки Сетевая разведка Атаки на DNS DNS-спуфинг Атаки на корневые DNS-серверы DDoS-атаки отражением от DNS-серверов Методы защиты службы DNS Безопасность маршрутизации на основе BGP Уязвимости протокола BGP Инциденты с протоколом BGP Технологии защищенного канала Способы образования защищенного канала Иерархия технологий защищенного канала Система IPSec Глава 30. Безопасность программного кода и сетевых служб Уязвимости программного кода и вредоносные программы Уязвимости, связанные с нарушением защиты оперативной памяти Троянские программы Сетевые черви Вирусы Программные закладки Антивирусные программы Ботнет Безопасность веб-сервиса Безопасность веб-браузера Приватность и куки Протокол HTTPS Безопасность средств создания динамических страниц Безопасность электронной почты Угрозы приватности почтового сервиса Аутентификация отправителя Шифрование содержимого письма Защита метаданных пользователя Спам Атаки почтовых приложений Безопасность облачных сервисов Облачные вычисления как источник угрозы Облачные сервисы как средство повышения сетевой безопасности Вопросы к части VIII Рекомендуемая и использованная литература Ответы Алфавитный у казатель Это издание в некотором смысле особенное - прошло ровно 20 лет с момента выхода книги в свет. 20 лет - это не маленький срок, за это время дети наших первых читателей подросли и, возможно, стали интересоваться компьютерными сетями. И, возможно, у них в руках окажется 6-е издание книги "Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы". Эта книга значительно отличается от той, которую читали их родители. Многое из того, что интересовало читателей конца 90-х годов - например, правило 4-х хабов, согласование сетей IP и IPX или сравнение технологий 100VG-AnyLAN и FDDI - совсем не упоминается в последних изданиях. За 20 лет немало технологий прошли полный цикл от модного термина и всеобщего признания к практически полному забвению. Каждое новое издание книги в той или иной мере отражало изменения ландшафта сетевых технологий.Не является исключением и данное издание - оно значительно переработано, около трети материала представляет собой или совсем новую информацию, или существенно переработанное изложение тем. Например, в книге появилась новая часть "Беспроводные сети", полностью переработана часть, посвященная технологиям первичных сетей SDH, OTN и DWDM.