Компьютерные сети. 2-е изд.

ПРЕДИСЛОВИЕ 9 1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРЕДПОСЫЛКИ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ 11 1.1. Основные термины и определения 11 1.2. Историческая информация о развитии компьютерных и вычислительных сетей 14 1.2.1. Многотерминальные системы – прообраз сети 15 1.2.2. Появление глобальных сетей 16 1.2.3. Первые локальные сети 20 1.2.4. Создание стандартных технологий локальных сетей 21 1.2.5. Основные тенденции развития компьютерных вычислительных сетей 22 1.3. Классификации компьютерных сетей 23 1.4. Вычислительные сети – частный случай распределенных систем 25 1.5. Основные программные и аппаратные компоненты сети 28 1.6. Преимущества и проблемы использования сетей 29 Выводы 31 Контрольные вопросы 32 2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ 34 2.1. Архитектура сетей 34 2.1.1. Архитектура терминал – главный компьютер 34 2.1.2. Одноранговая архитектура 35 2.1.3. Архитектура клиент-сервер 36 2.1.4. Выбор архитектуры сети 38 Выводы 39 2.2. Топология компьютерной сети 39 2.2.1. Понятие и виды топологии 39 2.2.2. Топология «общая шина» 40 2.2.3. Кольцевая топология 41 2.2.4. Топология типа «звезда» 42 2.2.5. Другие типы топологии 43 2.2.6. Многозначность понятия топологии 48 Выводы 50 2.3. Требования, предъявляемые к сетям 50 2.3.1. Производительность 50 2.3.2. Прозрачность 51 2.3.3. Поддержка разных видов трафика 52 2.3.4. Управляемость 53 2.3.5. Совместимость 55 2.3.6. Надежность и безопасность. Введение в проблематику 56 Выводы 58 Контрольные вопросы 59 3. ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО СЕТИ 60 3.1. Пакеты и их структура 60 3.1.1. Назначение пакетов 60 3.1.2. Структура пакетов 62 3.1.3. Правила обмена и управления пакетами 64 Выводы 66 3.2. Методы доступа в сетях 67 3.2.1. Множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий 67 3.2.2. Централизованный метод доступа 68 3.2.3. Множественный доступ с передачей полномочия 69 3.2.3. Множественный доступ с разделением во времени 71 3.2.4. Множественный доступ с разделением частоты 72 Выводы 72 3.3. Семиуровневая модель OSI 73 3.3.1. Взаимодействие уровней модели OSI 74 3.3.2. Прикладной уровень 78 3.3.3. Уровень представления данных 80 3.3.4. Сеансовый уровень 81 3.3.5. Транспортный уровень 82 3.3.6. Сетевой уровень 83 3.3.7. Канальный уровень 86 3.3.8. Физический уровень 87 Выводы 90 Контрольные вопросы 91 4. ПОНЯТИЕ ПРОТОКОЛА. СТЕК ПРОТОКОЛОВ TCP/IP 93 4.1. Спецификации стандартов канального и физического уровней 93 4.2. Протоколы и стеки протоколов 98 4.2.1. Протоколы сетевого уровня 98 4.2.2. Протоколы транспортного уровня 99 4.2.3. Протоколы прикладного уровня 99 4.3. Стек OSI 100 4.4. Архитектура стека протоколов TCP/IP 101 4.4.1. Уровень Приложения 102 4.4.2. Транспортный уровень 103 4.4.3. Межсетевой уровень 104 4.4.4. Уровень сетевого интерфейса 106 4.4.5. Недостатки модели TCP/IP 107 Выводы 107 Контрольные вопросы 109 5. АДРЕСАЦИЯ И МАРШРУТИЗАЦИЯ В ТСР/IP-СЕТЯХ 110 5.1. Физический адрес 110 5.2. Сетевой адрес 111 5.2.1. Представление IP-адреса 111 5.2.2. Классы IP-адресов 116 5.2.3. Использование масок 118 5.2.4. Особые IP-адреса 120 5.2.5. Распределение IPv4-адресов. Частные и публичные адреса 121 5.2.6. Общие сведения о протоколе Ipv6 122 5.2.7. Архитектура адресации Ipv6 123 5.2.8. Модель адресации 123 5.2.9. Представление записи Ipv6 адресов 124 5.2.10. Представление типа Ipv6-адреса 125 5.2.11. Unicast Ipv6 адреса 126 5.2.12. Multicat Ipv6-адреса 128 5.2.13. Автоматизация назначения IP-адресов узлам сети – протокол DHCP 130 5.3. Символьный адрес 139 5.3.1. Система доменных имен 139 5.3.2. Служба DNS 141 5.3.3. Процесс разрешения имен 142 5.3.4. Записи о ресурсах 144 5.3.5. Настройка DNS-адресации 144 5.3.6. Имена NetBIOS 151 5.3.7. Процесс разрешения имен в пространстве NetBIOS 153 5.4. Утилиты диагностики TCP/IP и DNS 154 5.5. Маршрутизация в IP-сетях 161 5.5.1. Задача маршрутизации 161 5.5.2. Таблица маршрутизации 162 5.5.3. Принципы маршрутизации в TCP/IP 163 5.5.4. Настройка таблиц маршрутизации 166 5.5.5. Протоколы обмена маршрутной информацией 167 Выводы 168 Контрольные вопросы 169 6. БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ 170 6.1. Сети Ethernet и Fast Ethernet 170 6.1.1. Основные характеристики сетей Ethernet 170 6.1.2. Структура пакета в сетях Ethernet 173 Выводы 174 6.2. Сеть Token Ring 175 6.2.1. Основные характеристики сетей Token Ring 175 6.2.2. Форматы кадров Token Ring 180 6.2.3. Приоритетный доступ к кольцу 183 6.2.4. Физический уровень технологии Token Ring 184 Выводы 185 6.3. Сети FDDI 186 6.3.1. Основные характеристики сетей FDDI 186 6.3.2. Структура сети FDDI 188 6.3.3. Структура пакета в сетях FDDI 191 Выводы 193 6.4. Сети 100VG-AnyLAN 193 6.4.1. Основные характеристики сетей 100VG-AnyLAN 193 6.4.2. Структура сети 100VG-AnyLAN 194 6.4.3. Метод доступа в сетях 100VG-AnyLAN 195 6.4.4. Кодирование информации в сетях 100VG-AnyLAN 197 Выводы 199 Контрольные вопросы 199 7. ФИЗИЧЕСКАЯ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 201 7.1. Кабели, линии и каналы связи 201 7.2. Кабельные системы 202 7.2.1. Типы кабелей и структурированные кабельные системы 202 7.2.2. Стандарты кабелей 203 7.2.3. Кабель типа «витая пара» 205 7.2.4. Коаксиальные кабели 210 7.2.5. Оптоволоконный кабель. Общие принципы 211 7.2.6. Виды оптоволоконных кабелей 215 7.3. Параметры кабельных систем Ethernet 219 7.3.1. Параметры систем на основе неэкранированной витой пары 219 7.3.2. Стандартные разводки кабеля типа «витая пара» 220 7.3.3. Реализация сетевых топологий на основе стандартной разводки 221 7.3.4. Кросс-разводка кабеля типа «витая пара» 223 7.4. Беспроводные технологии передачи данных 223 7.4.1. Требования к беспроводным локальным сетям 225 7.4.2. Стандарты беспроводных сетей IEEE 802.11 226 7.4.3. Принципы организации беспроводных сетей 232 Выводы 232 Контрольные вопросы 234 8. СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 236 8.1. Структура сетевой операционной системы 237 8.2. Клиентское программное обеспечение 238 8.2.1. Редиректоры 238 8.2.2. Распределители 238 8.2.3. Имена UNC 239 8.3. Серверное программное обеспечение 239 8.4. Одноранговые и серверные сетевые операционные системы 241 Выводы 243 Контрольные вопросы 243 9. АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 244 9.1. Сетевые адаптеры 244 9.1.1. Назначение и настройка 244 9.1.2. Функции сетевых адаптеров 246 9.1.3. Типы сетевых адаптеров 247 Выводы 250 9.2. Повторители и концентраторы 251 9.2.1. Планирование сети с концентратором 252 9.2.2. Преимущества концентратора 253 9.2.3. Многосегментные концентраторы 253 9.2.4. Конструктивное исполнение концентраторов 254 Выводы 256 9.3. Мосты и коммутаторы 257 9.3.1. Мосты 257 9.3.2. Коммутатор 259 9.3.3. Техническая реализация и дополнительные функции коммутаторов 261 Выводы 212 9.4. Маршрутизаторы и шлюзы 262 9.4.1. Структура маршрутизатора 262 9.4.2. Различие между маршрутизаторами и мостами 263 9.4.3. Шлюзы 246 Выводы 265 9.5. Оборудование для сетей Wi-Fi 265 9.5.1. Wi-Fi точки доступа 266 9.5.2. Wi-Fi антенны 267 9.5.3. Принципы организации беспроводных сетей 268 Выводы 269 Контрольные вопросы 269 10. СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 271 10.1. Беспроводные сотовые сети 271 10.1.1. Организация сотовой сети 271 10.1.2. Многократное использование частот и увеличение пропускной способности сети 272 10.1.3. Функционирование сотовой системы 275 10.1.4. Архитектура глобальной системы мобильной связи 278 10.1.5. Сотовые системы первого и второго поколения 281 10.1.6. Сотовые системы третьего поколения 3G 283 10.1.7. Сотовые системы четвертого поколения 4G 286 10.1.8. Сотовые системы пятого поколения 5G 287 Выводы 288 10.2. Сети Bluetooth 289 10.2.1. Топология, адресация и особенности эксплуатации сети Bluetooth 290 10.2.2. Области применения Bluetooth 292 10.2.3. Стандарты Bluetooth и структура протоколов 293 10.2.4. Модели использования Bluetooth 295 Выводы 296 10.3. Сверхвысокоскоростные сети 297 10.3.1. Общая характеристика стандарта Gigabit Ethernet 297 10.3.2. Спецификации физической среды стандарта 802.3z 297 10.3.3. Gigabit Ethernet 298 10.3.4. 10-Gigabit Ethernet 300 10.3.5. Сети на основе технологии ATM 302 Выводы 302 10.4. Виртуальные частные сети и удаленный доступ 303 10.4.1. Виды коммутируемых линий 304 10.4.2. Протоколы удаленного доступа 304 10.4.3. Протоколы аутентификации удаленных клиентов 306 10.4.4. Общая характеристика виртуальных частных сетей 307 10.4.5. Протоколы виртуальных частных сетей 310 Выводы 313 Контрольные вопросы 313 11. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 315 11.1. Сетевые экосистемы 315 11.2. Ethernet, Wi-Fi и сотовые сети 4G/5G 321 11.2.1. Особенности современных сетей Ethernet 321 11.2.2. Эволюция Wi-Fi 324 11.2.3. Технологии 4G/5G 328 11.3. Сетевые технологии и облачные вычисления 332 11.4. Интернет вещей 335 11.5. Большие данные 338 11.6. Виртуализация сетевых функций 345 11.7. Система сигнализации ОКС-7 348 11.8. Качество взаимодействия (восприятия) 350 Контрольные вопросы 357 12. НАДЕЖНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ И СИСТЕМ 358 12.1. Основные понятия и определения из предметной области 358 12.2. Методы обеспечения надежности компьютерных сетей 361 12.3. Методы помехоустойчивого кодирования информации 366 12.4. Линейные блочные коды 367 12.4.1. Теоретические основы линейных блочных кодов 367 12.4.2. Избыточный код простой четности 369 12.4.3. Код Хемминга 369 12.4.4. Циклический код 372 12.5. Основы информационной безопасности компьютерных сетей 378 12.5.1. Характеристика основных угроз информационной безопасности сетей 378 12.5.2. Основные методы и средства нейтрализации угроз сетевой безопасности 389 12.6. Программно-аппаратные методы и средства обеспечения сетевой безопасности 392 12.7. Принципы криптографической защиты информации 396 12.7.1. Симметричные криптосистемы 397 12.7.2. Асимметричные криптосистемы 397 12.8. Эффективность использования пароля для защиты информации 403 12.9. Методы и средства защиты от удаленных атак через сеть Интернет 405 12.9.1. Межсетевые экраны 405 12.9.2. Программные методы защиты соединений 407 12.10. Безопасность беспроводных сетей и IoT 411 12.10.1. Безопасность Wi-Fi-сетей 411 12.10.2. Особенности обеспечения безопасности IoT-сетей 415 Выводы 417 Контрольные вопросы 418 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 420 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 423 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 426 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 436 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 444