Компьютерные сети. 5-е изд.

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Глава 1.Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1. Применение компьютерных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.1.1. Сети в организациях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.1.2. Использование сетей частными лицами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.1.3. Использование беспроводных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.1.4. Социальный аспект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.2. Сетевое оборудование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.1. Персональные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.2.2. Локальные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.2.3. Муниципальные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.2.4. Глобальные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.2.5. Объединения сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.3. Сетевое программное обеспечение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.3.1. Иерархия протоколов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.3.2. Разработка уровней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
1.3.3. Службы на основе соединений и службы без установления
соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1.3.4. Примитивы служб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
1.3.5. Службы и протоколы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
1.4. Эталонные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.4.1. Эталонная модель OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.4.2. Эталонная модель TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.4.3. Модель, используемая в книге . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.4.4. Сравнение эталонных моделей OSI и TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.4.5. Критика модели и протоколов OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
1.4.6. Критика эталонной модели TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
1.5. Примеры сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.5.1. Интернет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.5.2. Мобильная телефонная сеть третьего поколения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
1.5.3. Беспроводные ЛВС: 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
1.5.4. RFID и сенсорные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
1.6. Стандартизация сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
1.6.1. Кто есть кто в мире телекоммуникаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
1.6.2. Кто есть кто в мире международных стандартов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
1.6.3. Кто есть кто в мире стандартов Интернета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
1.7. Единицы измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1.8. Краткое содержание следующих глав . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Оглавление 7
Глава 2. Физический уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2.1. Теоретические основы передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2.1.1. Ряды Фурье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.1.2. Сигналы с ограниченным спектром . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.1.3. Максимальная скорость передачи данных через канал . . . . . . . . . . . . . 110
2.2. Проводниковые среды передачи информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.2.1. Магнитные носители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.2.2. Витая пара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.2.3. Коаксиальный кабель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.2.4. Линии электропитания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.2.5. Волоконная оптика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
2.3. Беспроводная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
2.3.1. Электромагнитный спектр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
2.3.2. Радиосвязь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
2.3.3. Связь в микроволновом диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.3.4. Передача в инфракрасном диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
2.3.5. Связь в видимом диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
2.4. Спутники связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
2.4.1. Геостационарные спутники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
2.4.2. Средневысотные спутники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
2.4.3. Низкоорбитальные спутники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
2.4.4. Спутники против оптоволокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
2.5. Цифровая модуляция и мультиплексирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
2.5.1. Низкочастотная передача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
2.5.2. Передача в полосе пропускания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2.5.3. Частотное уплотнение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
2.5.4. Мультиплексирование с разделением времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
2.5.5. CDM — кодовое разделение каналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
2.6. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
2.6.1. Структура телефонной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
2.6.2. Политика телефонии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
2.6.3. Местные линии связи: модемы, ADSL, беспроводная связь . . . . . . . . . 165
2.6.4. Магистрали и мультиплексирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
2.6.5. Коммутация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
2.7. Мобильная телефонная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
2.7.1. Мобильные телефоны первого поколения: аналоговая передача
речи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
2.7.2. Второе поколение мобильных телефонов: цифровая передача
голоса (G2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
2.7.3. Мобильные телефоны третьего поколения: цифровая речь
и данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
2.8. Кабельное телевидение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
2.8.1. Абонентское телевидение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
2.8.2. Кабельный Интернет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
2.8.3. Распределение частот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
2.8.4. Кабельные модемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
2.8.5. ADSL или кабель? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8 Оглавление
Глава 3. Канальный уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3.1. Ключевые аспекты организации канального уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3.1.1. Сервисы, предоставляемые сетевому уровню . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
3.1.2. Формирование кадра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
3.1.3. Обработка ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
3.1.4. Управление потоком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
3.2. Обнаружение и исправление ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
3.2.1. Коды с исправлением ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
3.2.2. Коды с обнаружением ошибок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
3.3. Элементарные протоколы передачи данных на канальном уровне . . . . . . . . . 239
3.3.1. Симплексный протокол «Утопия» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
3.3.2. Симплексный протокол с ожиданием для канала без ошибок . . . . . . . . 245
3.3.3. Симплексный протокол с ожиданием для зашумленных каналов . . . . . 247
3.4. Протоколы скользящего окна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
3.4.1. Протокол однобитового скользящего окна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
3.4.2. Протокол с возвратом на n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
3.4.3. Протокол с выборочным повтором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
3.5. Примеры протоколов передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
3.5.1. Передача пакетов по протоколу SONET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
3.5.2. ADSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
3.6. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Глава 4. Подуровень управления доступом к среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
4.1. Проблема распределения канала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.1.1. Статическое распределение канала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
4.1.2. Допущения, связанные с динамическим распределением каналов . . . 284
4.2. Протоколы коллективного доступа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
4.2.1. Система ALOHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
4.2.2. Протоколы множественного доступа с контролем несущей . . . . . . . . . 291
4.2.3. Протоколы без столкновений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
4.2.4. Протоколы с ограниченной конкуренцией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
4.2.5. Протоколы беспроводных локальных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
4.3. Сеть Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
4.3.1. Физический уровень классической сети Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
4.3.2. Протокол подуровня управления доступом к среде в классическом
Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
4.3.3. Производительность сети Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
4.3.4. Коммутируемые сети Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
4.3.5. Fast Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
4.3.6. Gigabit Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
4.3.7. 10-гигабитный Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
4.3.8. Ретроспектива Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
4.4. Беспроводные локальные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
4.4.1. Стандарт 802.11: архитектура и стек протоколов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
4.4.2. Стандарт 802.11: физический уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
4.4.3. Стандарт 802.11: протокол подуровня управления доступом к среде 329
4.4.4. Стандарт 802.11: структура кадра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
4.4.5. Сервисы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Оглавление 9
4.5. Широкополосные беспроводные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
4.5.1. Сравнение стандарта 802.16 с 802.11 и 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
4.5.2. Стандарт 802.16: архитектура и стек протоколов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
4.5.3. Стандарт 802.16: физический уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
4.5.4. Стандарт 802.16: протокол подуровня MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
4.5.5. Стандарт 802.16: структура кадра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.6. Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
4.6.1. Архитектура Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
4.6.2. Приложения Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4.6.3. Bluetooth: набор протоколов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
4.6.4. Bluetooth: уровень радиосвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
4.6.5. Bluetooth: уровень немодулированной передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
4.6.6. Bluetooth: структура кадра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
4.7. RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
4.7.1. Архитектура EPC Gen 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
4.7.2. Физический уровень EPC Gen 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
4.7.3. Уровень идентификации метки EPC Gen 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
4.7.4. Форматы сообщения идентификации метки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
4.8. Коммутация на канальном уровне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
4.8.1. Применение мостов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
4.8.2. Обучаемые мосты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
4.8.3. Мосты связующего дерева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
4.8.4. Повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы,
маршрутизаторы и шлюзы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
4.8.5. Виртуальные локальные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
4.9. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Глава 5. Сетевой уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
5.1. Вопросы проектирования сетевого уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
5.1.1. Метод коммутации пакетов с ожиданием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
5.1.2. Сервисы, предоставляемые транспортному уровню . . . . . . . . . . . . . . . 385
5.1.3. Реализация сервиса без установления соединения . . . . . . . . . . . . . . . . 387
5.1.4. Реализация сервиса с установлением соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
5.1.5. Сравнение сетей виртуальных каналов и дейтаграммных сетей . . . . . . 390
5.2. Алгоритмы маршрутизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
5.2.1. Принцип оптимальности маршрута . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
5.2.2. Алгоритм нахождения кратчайшего пути . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
5.2.3. Заливка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
5.2.4. Маршрутизация по вектору расстояний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
5.2.5. Маршрутизация с учетом состояния линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
5.2.6. Иерархическая маршрутизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
5.2.7. Широковещательная маршрутизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
5.2.8. Многоадресная рассылка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
5.2.9. Произвольная маршрутизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
5.2.10. Алгоритмы маршрутизации для мобильных хостов . . . . . . . . . . . . . . . . 417
5.2.11. Маршрутизация в произвольных сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
5.3. Алгоритмы борьбы с перегрузкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
5.3.1. Подходы к борьбе с перегрузкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
5.3.2. Маршрутизация с учетом состояния трафика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
10 Оглавление
5.3.3. Управление доступом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
5.3.4. Регулирование трафика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
5.3.5. Сброс нагрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
5.4. Качество обслуживания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
5.4.1. Требования приложений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
5.4.2. Формирование трафика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
5.4.3. Диспетчеризация пакетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
5.4.4. Управление доступом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
5.4.5. Интегральное обслуживание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
5.4.6. Дифференцированное обслуживание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
5.5. Объединение сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
5.5.1. Различия сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
5.5.2. Способы объединения сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
5.5.3. Туннелирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
5.5.4. Маршрутизация в объединенных сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
5.5.5. Фрагментация пакетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
5.6. Сетевой уровень в Интернете . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
5.6.1. Протокол IP версии 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
5.6.2. IP-адреса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
5.6.3. Протокол IP версии 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
5.6.4. Управляющие протоколы Интернета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
5.6.5. Коммутация меток и MPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
5.6.6. Протокол внутреннего шлюза OSPF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
5.6.7. Протокол внешнего шлюза BGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
5.6.8. Многоадресная рассылка в Интернете . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
5.6.9. Мобильный IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
5.7. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
Глава 6. Транспортный уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
6.1. Транспортный сервис . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
6.1.1. Услуги, предоставляемые верхним уровням . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
6.1.2. Базовые операции транспортного сервиса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
6.1.3. Сокеты Беркли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
6.1.4. Пример программирования сокета: файл-сервер для Интернета . . . . 535
6.2. Элементы транспортных протоколов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
6.2.1. Адресация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
6.2.2. Установка соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
6.2.3. Разрыв соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550
6.2.4. Контроль ошибок и управление потоком данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554
6.2.5. Мультиплексирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
6.2.6. Восстановление после сбоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
6.3. Контроль перегрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
6.3.1. Выделение требуемой пропускной способности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
6.3.2. Регулирование скорости отправки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
6.3.3. Проблемы беспроводного соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572
6.4. Транспортные протоколы Интернета: UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
6.4.1. Основы UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575
6.4.2. Вызов удаленной процедуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
6.4.3. Транспортные протоколы реального масштаба времени . . . . . . . . . . . . 580
Оглавление 11
6.5. Транспортные протоколы Интернета: TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
6.5.1. Основы TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586
6.5.2. Модель сервиса TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
6.5.3. Протокол TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
6.5.4. Заголовок TCP-сегмента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
6.5.5. Установка TCP-соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
6.5.6. Разрыв соединения TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
6.5.7. Модель управления TCP-соединением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
6.5.8. Скользящее окно TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
6.5.9. Управление таймерами в TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
6.5.10. Контроль перегрузки в TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
6.5.11. Будущее TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
6.6. Вопросы производительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
6.6.1. Причины снижения производительности компьютерных сетей . . . . . . 618
6.6.2. Измерение производительности сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
6.6.3. Проектирование хостов для быстрых сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
6.6.4. Быстрая обработка сегментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
6.6.5. Сжатие заголовков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
6.6.6. Протоколы для протяженных сетей с высокой пропускной
способностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
6.7. Сети, устойчивые к задержкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
6.7.1. Архитектура DTN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
6.7.2. Протокол Bundle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
6.8. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643
Глава 7. Прикладной уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
7.1. Служба имен доменов DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
7.1.1. Пространство имен DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
7.1.2. Записи ресурсов доменов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
7.1.3. Серверы имен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
7.2. Электронная почта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
7.2.1. Архитектура и службы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
7.2.2. Пользовательский агент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
7.2.3. Форматы сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668
7.2.4. Пересылка сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
7.2.5. Окончательная доставка сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682
7.3. Всемирная паутина (WWW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
7.3.1. Представление об архитектуре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687
7.3.2. Статичные веб-страницы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
7.3.3. Динамические веб-страницы и веб-приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712
7.3.4. HTTP — протокол передачи гипертекста . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724
7.3.5. Мобильный веб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734
7.3.6. Веб-поиск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 736
7.4. Потоковая передача аудио и видео . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 739
7.4.1. Цифровой звук . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741
7.4.2. Цифровое видео . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747
7.4.3. Потоковая передача сохраненных медиафайлов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
7.4.4. Передача медиа в реальном времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763
7.4.5. Конференции в реальном времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767
12 Оглавление
7.5. Доставка контента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778
7.5.1. Контент и интернет-трафик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
7.5.2. Серверные фермы и веб-прокси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782
7.5.3. Сети доставки контента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787
7.5.4. Сети одноранговых узлов (пиринговые сети) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 792
7.6. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 801
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
Глава 8. Безопасность в сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 807
8.1. Криптография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 810
8.1.1. Основы криптографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811
8.1.2. Метод подстановки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814
8.1.3. Метод перестановки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
8.1.4. Одноразовые блокноты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817
8.1.5. Два фундаментальных принципа криптографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822
8.2. Алгоритмы с симметричным криптографическим ключом . . . . . . . . . . . . . . . . 824
8.2.1. Стандарт шифрования данных DES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 826
8.2.2. Улучшенный стандарт шифрования AES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
8.2.3. Режимы шифрования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833
8.2.4. Другие шифры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838
8.2.5. Криптоанализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839
8.3. Алгоритмы с открытым ключом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 840
8.3.1. Алгоритм RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841
8.3.2. Другие алгоритмы с открытым ключом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843
8.4. Цифровые подписи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844
8.4.1. Подписи с симметричным ключом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845
8.4.2. Подписи с открытым ключом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846
8.4.3. Профили сообщений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847
8.4.4. Задача о днях рождения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852
8.5. Управление открытыми ключами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
8.5.1. Сертификаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855
8.5.2. X.509 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856
8.5.3. Инфраструктуры систем с открытыми ключами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 858
8.6. Защита соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 861
8.6.1. IPsec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 862
8.6.2. Брандмауэры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866
8.6.3. Виртуальные частные сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869
8.6.4. Безопасность в беспроводных сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
8.7. Протоколы аутентификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876
8.7.1. Аутентификация, основанная на общем секретном ключе . . . . . . . . . . . 877
8.7.2. Установка общего ключа: протокол обмена ключами
Диффи—Хеллмана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882
8.7.3. Аутентификация с помощью центра распространения ключей . . . . . . . 884
8.7.4. Аутентификация при помощи протокола Kerberos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887
8.7.5. Аутентификация с помощью шифрования с открытым ключом . . . . . . . 889
8.8. Конфиденциальность электронной переписки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 890
8.8.1. PGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 891
8.8.2. S/MIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895
Оглавление 13
8.9. Защита информации во Всемирой паутине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896
8.9.1. Возможные опасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896
8.9.2. Безопасное именование ресурсов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 897
8.9.3. SSL — протокол защищенных сокетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 902
8.9.4. Безопасность переносимых программ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 906
8.10. Социальный аспект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 910
8.10.1. Конфиденциальность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 910
8.10.2. Свобода слова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914
8.10.3. Защита авторских прав . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 917
8.11. Резюме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921
Вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922
Глава 9. Рекомендации для чтения и библиография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928
9.1. Литература для дальнейшего чтения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928
9.1.1. Введение и неспециализированная литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 929
9.1.2. Физический уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 930
9.1.3. Канальный уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 930
9.1.4. Подуровень управления доступом к среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931
9.1.5. Сетевой уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931
9.1.6. Транспортный уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 932
9.1.7. Прикладной уровень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933
9.1.8. Безопасность в сетях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933
9.2. Алфавитный список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935
Алфавитный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 947