Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
 Олифер Виктор, Олифер Наталья Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Юбилейное издание. – СПб.: Питер, 2020. – 1008 с.: ил. – (Серия «Учебник для вузов»), ISBN 978-5-4461-1426-9 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 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 lOOVG-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 Эта книга является результатом многолетнего опыта преподавания авторами курсов сетевой тематики в аудиториях государственных вузов и различных учебных центров, а также участия в научно-технических разработках, таких как проект Janet, связанный с созданием объединяющей сети кампусов университетов и исследовательских центров Великобритании, и панъевропейские проекты GEANT2, GEANT3 и GEANT4. 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 весьма различным уровнем подготовки и кругом профессиональных интересов. Среди них – 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 смог систематизировать и актуализировать имеющиеся знания. В соответствии с такими же принципами написана и эта книга – она является фундаментальным курсом по компьютерным сетям, сочетающим широту охвата основных областей, проблем и технологий этой быстроразвивающейся области знаний с основательным рассмотрением деталей каждой технологии. Для кого эта книга Книга предназначена для студентов, аспирантов и технических специалистов, которые хотят получить базовые знания о принципах пос троения 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 стремящимся получить фундаментальные знания, позволяющие продолжить изучение сетей самостоятельно. ('ложившимся сетевым специалистам книга может помочь в знакомстве с теми технологиями, с которыми им не приходилось сталкиваться в практической работе, систематизировать имеющиеся знания, стать справочником, позволяющим найти описание конкретного протокола, формата кадра и т. п. Кроме того, книга дает необходимую теоретическую основу для подготовки к сертификационным экзаменам таких компаний, как Cisco и Juniper. Студенты организаций высшего профессионального образования, 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 в шестом издании Это издание в некотором смысле особенное – прошло ровно 20 лет с момента выхода книги в свет. Двадцать 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 6-е издание книги «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы». Эта книга значительно отличается от той книги, которую читали их родители. Многое из того, что так интересовало читателей конца 90-х годов – например, правило четырех 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, содержащихся в предыдущем, 5-м издании. Что же нового мы приготовили для читателей? Прежде всего, в книге появилась новая часть «Беспроводные сети». Она состоит из трех глав. В первой из них рассматриваются особенности физического уровня беспроводных линий связи, к которым относится специфика передающей среды, диапазон и характер распространения электромагнитных волн, виды искажений и методы борьбы с ними. Поскольку ни один из узлов беспроводной сети не может обойтись без антенны, устройствам данного типа в этой главе уделено значительное внимание – в частности, методам передачи с использованием нескольких антенн на передающей и принимающей сторонах, так называемым технологиям MIMO. В данной главе рассматриваются технологии кодирования расширенного спектра FHSS, DSSS, CDMA и OFDM, которые были разработаны специально для беспроводной передачи. Содержание второй главы сфокусировано на беспроводных локальных сетях Wi-Fi (IEEE 802.11), которые в секторе фиксированного беспроводного доступа к Интернету заняли такую же доминирующую позицию, что и сети Ethernet в локальных сетях. Глава, завершающая эту часть, посвящена мобильным сотовым сетям. Эта тема не изучалась в предыдущих изданиях из-за того, что мобильные сети были преимущественно телефонными. Полный переход мобильных сетей LTE (4G) на протоколы стека TCP/IP, которые стали использоваться и для установления телефонных звонков, и для доступа в Интернет, изменил эту ситуацию. В главе рассматриваются эволюция технологий мобильных сетей различных поколений, мобильные версии протоколов IPv4 и IPv6, основные принципы построения сетей LTE; дан обзор архитектуры сетей 5G, которые намерены вобрать в себя самые последние достижения компьютерных сетей и стать основным типом сетей доступа для интернета вещей. Описание протокола IPv6 значительно переработано и расширено – теперь этому протоколу посвящена отдельная глава. Распространение IPv6 неуклонно растет, и более глубокое понимание этого протокола стало важным для современного сетевого специалиста. За последние годы утвердилась концепция программируемых компьютерных сетей, поэтому в книгу добавлены разделы, описывающие технологии программно определяемых сетей SDN и виртуализации сетевых функций NFV. Полностью переработана часть, посвященная технологиям первичных сетей SDH, OTN и DWDM. И наконец, значительно увеличилось количество вопросов и задач. Для сохранения приемлемого объема книги авторы применили тот же прием, что и при подготовке предыдущего издания: некоторые разделы вынесены на веб-сайт поддержки данной книги www.olifer. co.uk. Для ссылки на материалы, помещенные на сайт, используется значок (S) в соответствующих местах книги. Мы с благодарностью примем ваши отзывы по адресу victor.olifer@jisc.ac.uk и natalia@olifer. co.uk. Часть 1 Основы сетей передачи данных Глава 1. Эволюция компьютерных сетей Глава 2. Общие принципы построения сетей Глава 3. Коммутация каналов и пакетов Глава 4. Стандартизация и классификация сетей Глава 5. Сетевые характеристики и качество обслуживания Процесс познания всегда развивается по спирали. Мы не можем сразу понять и осознать сложное явление, мы должны рассматривать его с разных точек зрения, в целом и по частям, изолированно и во взаимодействии с другими явлениями, накапливая знания постепенно, время от времени возвращаясь к уже, казалось бы, понятому и с каждым новым витком все больше проникая в суть явления. Хорошим подходом является первоначальное изучение общих принципов некоторой области знаний с последующим детальным рассмотрением реализации этих принципов в конкретных методах, технологиях или конструкциях. Первая часть книги и является таким «первым витком» изучения компьютерных сетей. Изучение общих принципов построения компьютерных сетей поможет вам в дальнейшем быстрее разбираться с любой конкретной сетевой технологией. Однако известное высказывание «Знание нескольких принципов освобождает от запоминания множества фактов» не стоит воспринимать буквально – хороший специалист, конечно же, должен знать множество деталей и фактов. Знание принципов позволяет систематизировать эти частные сведения, связать их друг с другом в стройную систему и тем самым использовать более осознанно и эффективно. Конечно, изучение принципов перед изучением конкретных технологий – задача непростая, особенно для читателей с практическим складом ума. Кроме того, всегда есть опасность неверного понимания какого-нибудь общего утверждения без проверки его в практической реализации. Поэтому мы просим читателей поверить нам пока на слово, что игра стоит свеч, а также последовать совету: в ходе изучения материала последующих глав книги время от времени возвращайтесь к теоретическим вопросам и проверяйте себя, так ли вы понимали те или иные механизмы, когда изучали их впервые. Часть, а вместе с ней и книга, открывается главой об эволюции компьютерных сетей. История любой отрасли науки и техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, осознать существующие тенденции и оценить перспективность тех или иных направлений развития. В следующих двух главах рассматриваются фундаментальные концепции компьютерных сетей – коммутация, маршрутизация, мультиплексирование, адресация. Изучаются методы продвижения пакетов – дейтаграммная передача, передача с установлением логического соединения и техника виртуальных каналов. Важной темой данной части книги является рассматриваемая в четвертой главе стандартизация архитектуры компьютерной сети, идеологической основой которой служит модель взаимодействия открытых систем (OSI). Последняя глава этой части книги посвящена сетевым характеристикам и проблемам качества обслуживания. Новая роль компьютерных сетей как основы для создания следующего поколения публичных сетей, предоставляющих все виды информационных услуг и переносящих данные, а также аудио- и видеотрафик, привела к проникновению методов обеспечения качества обслуживания практически во все коммуникационные технологии. Таким образом, концепции качества обслуживания, которые достаточно долго рассматривались как вспомогательное направление сетевой отрасли, вошли в число базовых принципов построения компьютерных сетей. ГЛАВА 1 Эволюция компьютерных сетей Два корня компьютерных сетей Компьютерные сети, которым посвящена данная книга, отнюдь не являются единственным видом сетей, созданным человеческой цивилизацией. Даже водопроводы Древнего Рима можно рассматривать как один из наиболее древних примеров сетей, покрывающих большие территории и обслуживающих многочисленных клиентов. Другой, менее экзотический пример – электрические сети. В них легко найти аналоги компонентов любой территориальной компьютерной сети: источникам информационных ресурсов соответствуют электростанции, магистралям – высоковольтные линии электропередачи, сетям доступа – трансформаторные подстанции, клиентским терминалам – осветительные и бытовые электроприборы. Компьютерные сети, называемые также сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – вычислительной техники и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, компьютерные сети представляют собой группу компьютеров, согласованно решающих набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах, например телефонных сетях (рис. 1.1).  Рис. 1.1. Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий Первые компьютерные сети Системы пакетной обработки Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 1950-х годов – большие, громоздкие и дорогие – предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а применялись в режиме пакетной обработки. Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мейнфрейма – мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (рис. 1.2). Задания нескольких пользователей группировались в пакет, который принимался на выполнение. Оператор мейнфрейма вводил карты пакета в компьютер, который обрабатывал задания в многопрограммном режиме, оптимизируя распределение процессора и устройств ввода-вывода между заданиями для достижения максимальной производительности вычислений. Распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобнее. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины – процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.  |