Вальран Ж., Парех Ш. - Коммуникационные сети: краткое введение [2023, PDF, RUS]

Примеры страниц

Оглавление

Предисловие от издательства............................................................................11
Отзывы............................................................................................................12
Аннотация ко второму изданию.........................................................................14
Предисловие....................................................................................................15
Глава 1. Интернет.............................................................................................17
1.1. Основные операции....................................................................................17
1.1.1. Хосты, маршрутизаторы, каналы связи....................................................... 17
1.1.2. Коммутация пакетов..................................................................................... 18
1.1.3. Адресация....................................................................................................... 19
1.1.4. Маршрутизация............................................................................................. 19
1.1.5. Обнаружение ошибок.................................................................................... 21
1.1.6. Повторная передача ошибочных пакетов................................................... 22
1.1.7. Управление перегрузками............................................................................. 22
1.1.8. Управление потоком..................................................................................... 23
1.2. DNS, HTTP и www........................................................................................23
1.2.1. DNS.................................................................................................................. 23
1.2.2. HTTP и www................................................................................................... 23
1.3. Краткое изложение.....................................................................................24
1.4. Задачи..........................................................................................................24
1.5. Ссылки.........................................................................................................25
Глава 2. Принципы............................................................................................26
2.1. Совместное использование........................................................................26
2.2. Метрики.......................................................................................................27
2.2.1. Скорость канала связи................................................................................... 28
2.2.2. Широкополосный канал и его производительность................................... 28
2.2.3. Задержка......................................................................................................... 29
2.2.4. Пропускная способность............................................................................... 30
2.2.5. Джиттер.......................................................................................................... 32
2.2.6. Очередь М/М/1............................................................................................... 33
2.2.7. Закон Литтла................................................................................................... 35
2.2.8. Fairness, или индексы справедливости в сети............................................. 37
2.3. Масштабируемость.....................................................................................38
2.3.1. Адресация на основе местоположения........................................................ 38
2.3.2. Двухуровневая маршрутизация................................................................... 39
2.3.3. Негарантированная доставка....................................................................... 40
2.3.4. Сквозной (end-to-end ) принцип и маршрутизаторы stateless............................. 41
2.3.5. Иерархическое именование.......................................................................... 42
2.4. Приложения и технологическая независимость....................................................42
2.4.1. Уровни модели OSI........................................................................................ 43
2.5. Топология приложений.......................................................................................44
2.5.1. Клиент/сервер................................................................................................ 44
2.5.2. P2P.................................................................................................................. 45
2.5.3. Облачные вычисления.................................................................................. 45
2.5.4. Распределение контента............................................................................... 46
2.5.5. multicast/anycast............................................................................................ 46
2.5.6. push/pull......................................................................................................... 46
2.5.7. Подбор контента по местоположению......................................................... 47
2.6. Резюме.........................................................................................................47
2.7. Задачи..........................................................................................................47
2.8. Ссылки.........................................................................................................51
Глава 3. Ethernet.................................................................................................52
3.1. Типовая установка......................................................................................52
3.2. История Ethernet.........................................................................................52
3.2.1. Сеть Aloha (Alohanet)..................................................................................... 53
3.2.2. Кабельная сеть Ethernet................................................................................. 54
3.2.3. Хаб Ethernet.................................................................................................... 56
3.2.4. Коммутируемый Ethernet.............................................................................. 57
3.3. Адреса..........................................................................................................57
3.4. Кадр..............................................................................................................57
3.5. Физический уровень...................................................................................58
3.6. Коммутируемый Ethernet...........................................................................59
3.6.1. Пример........................................................................................................... 59
3.6.2. Обучение (learning)........................................................................................ 59
3.6.3. Протокол spanning tree.................................................................................. 60
3.7. Aloha.............................................................................................................62
3.7.1. Версия с тайм-слотами.................................................................................. 62
3.8. Aloha без слотов..........................................................................................63
3.9. Хаб Ethernet.................................................................................................63
3.9.1. Максимальное время обнаружения коллизии............................................. 63
3.10. Приложение: теория вероятности...............................................................65
3.10.1. Вероятность........................................................................................... 65
3.10.2. Аддитивность эксклюзивных событий......................................................... 65
3.10.3. Независимые события................................................................................. 66
3.10.4. Слотовая Aloha............................................................................................. 67
3.10.5. Неслотовая Aloha......................................................................................... 67
3.10.6. Ожидание успеха......................................................................................... 69
3.10.7. Хаб Ethernet.................................................................................................. 69
3.11. Резюме.......................................................................................................70
3.12. Задачи........................................................................................................70
3.13. Ссылки.......................................................................................................73
Глава 4. Wi-Fi.....................................................................................................74
4.1. Основные операции....................................................................................74
4.2. Управление доступом к среде (MAC)...............................................................75
4.2.1. Протокол MAC................................................................................................ 75
4.2.2. Усовершенствования для доступа к среде передачи.......................................... 78
4.2.3. MAC-адреса.................................................................................................... 79
4.3. Физический уровень............................................................................................80
4.4. Анализ эффективности протокола MAC.................................................................81
4.4.1. Одно устройство............................................................................................ 81
4.4.2. Несколько устройств...................................................................................... 82
4.5. Последние достижения.....................................................................................87
4.5.1. IEEE 802.11n – введение MIMO в Wi-Fi......................................................... 87
4.5.2. IEEE 802.11ad – Wi-Fi в миллиметровом диапазоне...................................... 88
4.5.3. IEEE 802.11ac – введение MU-MIMO в Wi-Fi................................................ 88
4.5.4. IEEE 802.11ah – Wi-Fi для IoT и M2M............................................................ 89
4.5.5. Одноранговая Wi-Fi....................................................................................... 90
4.6. Приложение: цепи Маркова..............................................................................91
4.7. Резюме.........................................................................................................94
4.8. Задачи..........................................................................................................95
4.9. Ссылки.........................................................................................................97
Глава 5. Маршрутизация......................................................................................98
5.1. Домены и двухуровневая маршрутизация.........................................................98
5.1.1. Масштабируемость........................................................................................ 99
5.1.2. Транзит и пиринг........................................................................................... 99
5.2. Междоменная маршрутизация......................................................................... 100
5.2.1. Алгоритм вектора пути............................................................................... 101
5.2.2. Возможные колебания................................................................................ 102
5.2.3. Мультивыходные дискриминаторы........................................................... 103
5.3. Внутридоменная маршрутизация по кратчайшему пути................................... 103
5.3.1. Алгоритм Дейкстры и состояние связи...................................................... 103
5.3.2. Алгоритм Беллмана–Форда и вектор расстояния........................................ 105
5.4. Anycast, multicast........................................................................................... 107
5.4.1. Anycast.......................................................................................................... 108
5.4.2. Multicast........................................................................................................ 108
5.4.3. Прямая коррекция ошибок (FEC)................................................................... 109
5.4.4. Сетевое кодирование................................................................................... 111
5.5. Сети ad hoc................................................................................................. 113
5.5.1. AODV............................................................................................................. 113
5.5.2. OLSR.............................................................................................................. 114
5.5.3. Муравьиная маршрутизация...................................................................... 114
5.5.4. Географическая маршрутизация................................................................ 114
5.5.5. Маршрутизация обратного давления........................................................ 114
5.6. Резюме....................................................................................................... 114
5.7. Задачи........................................................................................................ 115
5.8. Ссылки....................................................................................................... 118
Глава 6. Работа в сети Интернет........................................................................... 119
6.1. Цель............................................................................................................ 119
6.2. Основные компоненты: маска, шлюз, ARP........................................................ 120
6.2.1. Адреса и подсети......................................................................................... 121
6.2.2. Шлюз............................................................................................................. 121
6.2.3. DNS-сервер................................................................................................... 122
6.2.4. ARP................................................................................................................ 122
6.2.5. Конфигурация.............................................................................................. 122
6.3. Примеры......................................................................................................... 122
6.3.1. Одна и та же подсеть................................................................................... 123
6.3.2. Разные подсети............................................................................................ 123
6.3.3. Поиск IP-адресов......................................................................................... 124
6.3.4. Фрагментация.............................................................................................. 124
6.4. DHCP.......................................................................................................... 125
6.5. NAT............................................................................................................. 125
6.6. Резюме....................................................................................................... 127
6.7. Задачи........................................................................................................ 127
6.8. Ссылки....................................................................................................... 128
Глава 7. Транспорт.......................................................................................... 129
7.1. Транспортные услуги................................................................................ 129
7.2. Транспортный заголовок.......................................................................... 130
7.3. Состояния TCP........................................................................................... 131
7.4. Контроль ошибок....................................................................................... 132
7.4.1. Stop-and-wait................................................................................................ 132
7.4.2. Go Back N....................................................................................................... 133
7.4.3. Выборочные подтверждения...................................................................... 134
7.4.4. Таймеры........................................................................................................ 135
7.5. Управление перегрузками................................................................................. 135
7.5.1. AIMD.............................................................................................................. 136
7.5.2. Усовершенствования: быстрая ретрансляция и быстрое
восстановление................................................................................................... 137
7.5.3. Регулировка производительности.............................................................. 138
7.5.4. Размер окна TCP........................................................................................... 139
7.5.5. Терминология............................................................................................... 140
7.6. Управление потоком....................................................................................... 140
7.7. Альтернативные схемы управления перегрузками........................................... 141
7.8. Резюме....................................................................................................... 142
7.9. Задачи........................................................................................................ 143
7.10. Ссылки...................................................................................................... 148
Глава 8. Модели................................................................................................. 149
8.1. Графы......................................................................................................... 149
8.1.1. Max-flow, min-cut......................................................................................... 150
8.1.2. Раскраска графа и протоколы MAC............................................................ 151
8.2. Очереди..................................................................................................... 153
8.2.1. Очередь М/М/1............................................................................................. 154
8.2.2. Сети Джексона............................................................................................. 155
8.2.3. Очередь против коммуникационных сетей................................................. 156
8.3. Роль уровней............................................................................................. 158
8.4. Управление перегрузками........................................................................ 159
8.4.1. Справедливость против производительности........................................... 159
8.4.2. Распределенное управление перегрузками.............................................. 162
8.4.3. И снова о TCP......................................................................................... 165
8.5. Динамические маршрутизация и управление перегрузками........................... 167
8.6. Беспроводная связь................................................................................... 169
8.7. Приложение: обоснование теоремы двойственности линейного
программирования............................................................................................. 172
8.8. Резюме....................................................................................................... 173
8.9. Задачи........................................................................................................ 174
8.10. Ссылки..................................................................................................... 177
Глава 9. LTE....................................................................................................... 179
9.1. Сотовая сеть............................................................................................... 179
9.2. Технологическая эволюция...................................................................... 182
9.3. Ключевые аспекты LTE............................................................................. 183
9.3.1. Архитектура системы LTE........................................................................... 185
9.3.2. Физический уровень.................................................................................... 187
9.3.3. Поддержка требований QоS........................................................................ 190
9.3.4. Планировщик............................................................................................... 190
9.4. LTE-Advanced............................................................................................. 192
9.4.1. Агрегация несущих...................................................................................... 193
9.4.2. Поддержка расширенного MIMO................................................................ 193
9.4.3. Узлы ретрансляции (RN)............................................................................. 193
9.4.4. Координированная многоточечная работа (CoMP)......................................... 194
9.5. 5G................................................................................................................ 195
9.6. Резюме....................................................................................................... 196
9.7. Задачи........................................................................................................ 196
9.8. Ссылки....................................................................................................... 198
Глава 10. QOS...................................................................................................... 199
10.1. Обзор........................................................................................................ 199
10.2. Формирование трафика................................................................................ 200
10.2.1. Механизм leaky bucket............................................................................... 200
10.2.2. Границы задержки..................................................................................... 201
10.3. Планирование.................................................................................................. 202
10.3.1. GPS.............................................................................................................. 202
10.3.2. WFQ............................................................................................................. 204
10.4. Регулируемые потоки и WFQ.......................................................................... 205
10.5. Сквозное QOS.......................................................................................... 206
10.6. Управление сквозным пропусканием......................................................... 207
10.7. Сетевой нейтралитет............................................................................... 207
10.8. Резюме..................................................................................................... 208
10.9. Задачи...................................................................................................... 208
10.10. Ссылки................................................................................................... 210
Глава 11. Физический уровень сети.................................................................... 211
11.1. Как передавать биты?............................................................................. 211
11.2. Характеристики каналов связи.............................................................. 212
11.3. Проводные и беспроводные каналы связи................................................. 213
11.3.1. Схемы модуляции: BPSK, QPSK, QAM....................................................... 213
11.3.2. Межсотовые помехи и OFDM.................................................................... 216
11.4. Оптические линии связи.............................................................................. 218
11.4.1. Работа оптоволокна................................................................................... 218
11.4.2. Модуляция ООК......................................................................................... 219
11.4.3. Мультиплексирование с разделением по длине волны.................................. 220
11.4.4. Оптическая коммутация........................................................................... 220
11.4.5. Пассивная оптическая сеть....................................................................... 221
11.5. Резюме..................................................................................................... 222
11.6. Ссылки..................................................................................................... 223
Глава 12. Дополнительные темы........................................................................ 224
12.1. Коммутаторы........................................................................................... 224
12.1.1. Модульные коммутаторы.......................................................................... 224
12.1.2. Матричные коммутаторы каналов........................................................... 227
12.2. Оверлейные сети..................................................................................... 229
12.2.1. Примеры сетей: CDN и P2P....................................................................... 231
12.2.2. Маршрутизация в оверлейных сетях........................................................ 232
12.3. Как работают популярные протоколы P2P.................................................... 232
12.3.1. Первое поколение: на базе сервер/клиент............................................... 232
12.3.2. Второе поколение: централизованный каталог...................................... 233
12.3.3. Третье поколение: полностью распределенный протокол........................ 233
12.3.4. Появление иерархического оверлея – суперузлов.................................. 233
12.3.5. Продвинутый распределенный совместный доступ
к файлам: BitTorrent..................................................................................... 234
12.4. Сенсорные сети.................................................................................... 235
12.4.1. Вопросы проектирования.................................................................... 235
12.5. Распределенные приложения................................................................ 238
12.5.1. Алгоритм маршрутизации Беллмана–Форда.......................................... 238
12.5.2. Регулировка мощности........................................................................ 239
12.6. Византийское соглашение...................................................................... 241
12.6.1. Соглашение при ненадежном канале связи............................................ 241
12.6.2. Консенсус в присутствии противников.................................................... 242
12.7. Сжатие источника................................................................................... 244
12.8. SDN и NFV................................................................................................ 244
12.8.1. Архитектура SDN................................................................................... 245
12.8.2. Новые услуги, предоставляемые SDN...................................................... 246
12.8.4. Фреймворк управления для NFV.............................................................. 250
12.9. Интернет вещей (IoT)................................................................................ 252
12.9.1. Парадигмы удаленных вычислений и хранения данных............................. 252
12.10. Резюме................................................................................................... 253
12.11. Задачи.................................................................................................... 254
12.12. Ссылки................................................................................................... 256
Об авторах........................................................................................................ 258
Библиография................................................................................................... 259
Предметный указатель....................................................................................... 266