Andrew.S.Tanenbaum-Sieci.komputerowe.LQ.(OSiOLEK.com).pdf

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Spis treci
O Autorze...............................................................................................................13
Przedmowa.............................................................................................................15
1 Wprowadzenie .......................................................................................................19
1.1. Zastosowania sieci komputerowych..........................................................................................................20
1.1.1. Zastosowania w biznesie................................................................................................................20
1.1.2. Zastosowania domowe....................................................................................................................23
1.1.3. Uytkownicy mobilni.....................................................................................................................26
1.1.4. Kwestie społeczne..........................................................................................................................28
1.2. Sprz$t sieciowy.........................................................................................................................................30
1.2.1. Sieci lokalne...................................................................................................................................32
1.2.2. Sieci miejskie..................................................................................................................................33
1.2.3. Sieci rozległe..................................................................................................................................33
1.2.4. Sieci bezprzewodowe.....................................................................................................................36
1.2.5. Sieci domowe.................................................................................................................................38
1.2.6. Sieci złoone...................................................................................................................................39
1.3. Oprogramowanie sieciowe........................................................................................................................40
1.3.1. Hierarchie protokołów....................................................................................................................40
1.3.2. Zagadnienia projektowania warstw................................................................................................44
1.3.3. Usługi poł,czeniowe i bezpoł,czeniowe........................................................................................45
1.3.4. Funkcje podstawowe usług.............................................................................................................47
1.3.5. Zwi,zki usług z protokołami..........................................................................................................48
1.4. Modele odniesienia...................................................................................................................................49
1.4.1. Model odniesienia OSI...................................................................................................................49
1.4.2. Model odniesienia TCP/IP..............................................................................................................52
1.4.3. Porównanie modeli odniesienia OSI i TCP/IP................................................................................55
1.4.4. Krytyka modelu i protokołów OSI.................................................................................................56
1.4.5. Krytyka modelu odniesienia TCP/IP..............................................................................................58
1.5. Przykłady sieci..........................................................................................................................................59
1.5.1. Internet ...........................................................................................................................................59
1.5.2. Sieci poł,czeniowe: X.25, Frame Relay i ATM.............................................................................67
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6
SPIS TRECI
1.5.3. Ethernet..........................................................................................................................................72
1.5.4. Bezprzewodowe sieci LAN — 802.11...........................................................................................74
1.6. Standaryzacja sieci....................................................................................................................................77
1.6.1. Kto jest kim w ?wiecie telekomunikacji?........................................................................................77
1.6.2. Kto jest kim w ?wiecie standardów mi$dzynarodowych?...............................................................79
1.6.3. Kto jest kim w ?wiecie standardów internetowych?.......................................................................80
1.7. Jednostki metryczne..................................................................................................................................81
1.8. Zarys pozostałej cz$?ci ksi,ki..................................................................................................................82
1.9. Podsumowanie..........................................................................................................................................83
2 Warstwa fizyczna...................................................................................................87
2.1. Teoretyczne podstawy transmisji danych..................................................................................................87
2.1.1. Analiza Fouriera.............................................................................................................................87
2.1.2. Sygnały z ograniczonym pasmem..................................................................................................88
2.1.3. Maksymalna przepływno?B kanału.................................................................................................91
2.2. Kierowane no?niki transmisji....................................................................................................................91
2.2.1. No?niki magnetyczne......................................................................................................................92
2.2.2. Skr$tka............................................................................................................................................92
2.2.3. Kabel koncentryczny......................................................................................................................93
2.2.4. Cwiatłowody...................................................................................................................................94
2.3. Transmisja bezprzewodowa....................................................................................................................100
2.3.1. Widmo elektromagnetyczne.........................................................................................................100
2.3.2. Transmisja radiowa.......................................................................................................................102
2.3.3. Transmisja mikrofalowa...............................................................................................................103
2.3.4. Fale milimetrowe i podczerwieF...................................................................................................106
2.3.5. Transmisja ?wietlna......................................................................................................................106
2.4. Satelity telekomunikacyjne.....................................................................................................................107
2.4.1. Satelity geostacjonarne.................................................................................................................108
2.4.2. Satelity na orbitach ?rednich.........................................................................................................111
2.4.3. Satelity na orbitach niskich...........................................................................................................111
2.4.4. Satelity kontra ?wiatłowód...........................................................................................................114
2.5. Publiczna komutowana sieB telefoniczna................................................................................................115
2.5.1. Struktura systemu telefonicznego.................................................................................................115
2.5.2. P$tla lokalna: modemy, ADSL i p$tle bezprzewodowe................................................................118
2.5.3. Ł,cza dalekosi$ne i multipleksowanie........................................................................................128
2.5.4. Komutacja.....................................................................................................................................136
2.6. Systemy telefonii mobilnej.....................................................................................................................140
2.6.1. Telefony mobilne pierwszej generacji — głosowe analogowe.....................................................142
2.6.2. Telefony mobilne drugiej generacji — głosowe cyfrowe.............................................................145
2.6.3. Telefony mobilne trzeciej generacji — cyfrowy głos i dane........................................................152
2.7. Telewizja kablowa..................................................................................................................................154
2.7.1 Telewizja i anteny zbiorcze...........................................................................................................155
2.7.2. Internet w kablówce......................................................................................................................155
2.7.3. Przydziały pasma..........................................................................................................................157
2.7.4. Modemy kablowe.........................................................................................................................158
2.7.5. ADSL czy kabel?..........................................................................................................................160
2.8. Podsumowanie........................................................................................................................................161
SPIS TRECI
7
3 Warstwa łcza danych..........................................................................................167
3.1. Problemy projektowe warstwy ł,cza danych..........................................................................................167
3.1.1. Usługi ?wiadczone dla warstwy sieciowej....................................................................................168
3.1.2. Ramkowanie.................................................................................................................................170
3.1.3. Kontrola bł$dów...........................................................................................................................173
3.1.4. Sterowanie przepływem................................................................................................................174
3.2. Wykrywanie i korekcja bł$dów...............................................................................................................175
3.2.1. Kody korekcyjne...........................................................................................................................175
3.2.2. Kody detekcyjne...........................................................................................................................177
3.3. Podstawowe protokoły ł,cza danych.......................................................................................................181
3.3.1. Nieograniczony protokół simpleksowy ........................................................................................184
3.3.2. Simpleksowy protokół stop-and-wait...........................................................................................186
3.3.3. Protokół simpleksowy dla kanału z zakłóceniami........................................................................187
3.4. Protokoły z oknem przesuwnym.............................................................................................................190
3.4.1. Protokół z jednobitowym oknem przesuwnym.............................................................................193
3.4.2. Protokół uywaj,cy techniki „wróB do n”....................................................................................194
3.4.3. Protokół uywaj,cy powtórzeF selektywnych..............................................................................200
3.5. Weryfikacja protokołów..........................................................................................................................205
3.5.1. Modele oparte na automatach skoFczonych.................................................................................206
3.5.2. Modele sieci Petriego...................................................................................................................208
3.6. Przykładowe protokoły ł,cza danych......................................................................................................210
3.6.1. Protokół HDLC ............................................................................................................................210
3.6.2. Warstwa ł,cza danych w Internecie..............................................................................................213
3.7. Podsumowanie........................................................................................................................................217
4.
Podwarstwa kontroli dost$pu do no%nika ............................................................221
4.1. Problem przydzielania kanału.................................................................................................................221
4.1.1. Statyczne przydzielanie kanałów w sieciach LAN i MAN...........................................................222
4.1.2. Dynamiczne przydzielanie kanału w sieciach LAN i MAN.........................................................223
4.2. Protokoły dost$pu wielokrotnego............................................................................................................224
4.2.1. ALOHA........................................................................................................................................224
4.2.2. Protokoły dost$pu wielokrotnego z wykrywaniem no?nej............................................................228
4.2.3. Protokoły bezkolizyjne.................................................................................................................230
4.2.4. Protokoły z ograniczon, rywalizacj,............................................................................................232
4.2.5. Protokoły dost$pu wielokrotnego z podziałem długo?ci fal..........................................................235
4.2.6. Protokoły bezprzewodowych sieci LAN......................................................................................237
4.3. Ethernet...................................................................................................................................................240
4.3.1. Okablowanie sieci Ethernet..........................................................................................................241
4.3.2. Kodowanie Manchester................................................................................................................243
4.3.3. Protokół podwarstwy MAC w sieciach Ethernet..........................................................................244
4.3.4. Algorytm binarnego odczekiwania wykładniczego......................................................................246
4.3.5. Wydajno?B sieci Ethernet.............................................................................................................247
4.3.6. Przeł,czany Ethernet....................................................................................................................249
4.3.7. Fast Ethernet.................................................................................................................................250
4.3.8. Gigabit Ethernet............................................................................................................................253
4.3.9. IEEE 802.2: sterowanie ł,czem fizycznym..................................................................................256
4.3.10. Ethernet z perspektywy czasu.....................................................................................................257
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8
SPIS TRECI
4.4. Bezprzewodowe sieci lokalne.................................................................................................................257
4.4.1. Stos protokołów 802.11................................................................................................................258
4.4.2. Warstwa fizyczna 802.11..............................................................................................................259
4.4.3. Protokół podwarstwy MAC w 802.11..........................................................................................260
4.4.4. Struktura ramki 802.11.................................................................................................................264
4.4.5. Usługi...........................................................................................................................................265
4.5. Szerokopasmowe ł,cza bezprzewodowe.................................................................................................266
4.5.1. Porównanie 802.11 z 802.16........................................................................................................267
4.5.2. Stos protokołów 802.16................................................................................................................268
4.5.3. Warstwa fizyczna 802.16..............................................................................................................268
4.5.4. Protokół podwarstwy MAC 802.16..............................................................................................270
4.5.5. Struktura ramki 802.16.................................................................................................................271
4.6. Bluetooth.................................................................................................................................................272
4.6.1. Architektura Bluetooth.................................................................................................................273
4.6.2. Zastosowania Bluetooth...............................................................................................................273
4.6.3. Stos protokołów Bluetooth...........................................................................................................275
4.6.4. Warstwa radiowa w Bluetooth......................................................................................................276
4.6.5. Warstwa pasma podstawowego w Bluetooth................................................................................276
4.6.6. Warstwa L2CAP w Bluetooth......................................................................................................277
4.6.7. Struktura ramki Bluetooth............................................................................................................277
4.7. Przeł,czanie w warstwie ł,cza danych....................................................................................................278
4.7.1. Mosty pomi$dzy 802.x i 802.y.....................................................................................................280
4.7.2. Lokalne sieci złoone...................................................................................................................282
4.7.3. Drzewa cz$?ciowe mostów...........................................................................................................283
4.7.4. Odległe mosty...............................................................................................................................285
4.7.5. Wzmacniaki, koncentratory, mosty, przeł,czniki, routery i bramy...............................................286
4.7.6. Wirtualne sieci LAN.....................................................................................................................288
4.8. Podsumowanie........................................................................................................................................294
5 Warstwa sieciowa ................................................................................................299
5.1. Problemy projektowe warstwy sieciowej................................................................................................299
5.1.1. Komutacja pakietów z buforowaniem..........................................................................................299
5.1.2. Usługi ?wiadczone na rzecz warstwy transportowej.....................................................................300
5.1.3. Implementacja usługi bezpoł,czeniowej ......................................................................................301
5.1.4. Implementacja usługi poł,czeniowej............................................................................................302
5.1.5. Porównanie podsieci obwodów wirtualnych i datagramowych....................................................303
5.2. Algorytmy routingu.................................................................................................................................304
5.2.1. Zasada optymalno?ci....................................................................................................................306
5.2.2. Routing z wyborem najkrótszej ?cieki........................................................................................307
5.2.3. Routing rozpływowy ....................................................................................................................310
5.2.4. Routing z uyciem wektorów odległo?ci......................................................................................310
5.2.5. Routing z uyciem stanów poł,czeF.............................................................................................313
5.2.6. Routing hierarchiczny...................................................................................................................318
5.2.7. Routing rozgłoszeniowy...............................................................................................................319
5.2.8. Routing rozsyłania grupowego.....................................................................................................321
5.2.9. Routing dla hostów mobilnych.....................................................................................................323
5.2.10. Routing w sieciach ad hoc..........................................................................................................325
5.2.11. Wyszukiwanie w$złów w sieciach równorz$dnych....................................................................329
5.3. Algorytmy kontroli przeci,eF................................................................................................................333
5.3.1. Ogólne zasady kontroli przeci,eF...............................................................................................334
5.3.2. Zasady zapobiegania przeci,eniom.............................................................................................336
5.3.3. Kontrola przeci,eF w podsieciach obwodów wirtualnych..........................................................337
SPIS TRECI
9
5.3.4. Kontrola przeci,eF w podsieciach datagramowych....................................................................338
5.3.5. Zrzut obci,enia...........................................................................................................................341
5.3.6. Kontrola fluktuacji........................................................................................................................342
5.4. Jako?B usług............................................................................................................................................343
5.4.1. Wymogi........................................................................................................................................343
5.4.2. Techniki osi,gania dobrej jako?ci usług.......................................................................................345
5.4.3. Usługi zintegrowane.....................................................................................................................354
5.4.4. Usługi zrónicowane....................................................................................................................356
5.4.5. Etykietowanie i MPLS..................................................................................................................359
5.5. Sieci złoone...........................................................................................................................................361
5.5.1. Rónice mi$dzy sieciami..............................................................................................................362
5.5.2. Ł,czenie sieci...............................................................................................................................363
5.5.3. Spinanie obwodów wirtualnych....................................................................................................364
5.5.4. Bezpoł,czeniowe sieci złoone ....................................................................................................365
5.5.5. Tunelowanie.................................................................................................................................367
5.5.6. Routing w sieciach złoonych......................................................................................................368
5.5.7. Fragmentacja................................................................................................................................369
5.6. Warstwa sieciowa w Internecie...............................................................................................................371
5.6.1. Protokół IP....................................................................................................................................374
5.6.2. Adresy IP......................................................................................................................................377
5.6.3. Internetowe protokoły steruj,ce....................................................................................................386
5.6.4. Protokół bram wewn$trznych OSPF.............................................................................................391
5.6.5. Protokół bram zewn$trznych BGP................................................................................................395
5.6.6. Rozsyłanie grupowe w Internecie.................................................................................................397
5.6.7. Mobilny IP....................................................................................................................................398
5.6.8. IPv6..............................................................................................................................................399
5.7. Podsumowanie........................................................................................................................................406
6 Warstwa transportowa .........................................................................................413
6.1. Usługa transportowa ...............................................................................................................................413
6.1.1. Usługi ?wiadczone na rzecz wyszych warstw.............................................................................413
6.1.2. Prymitywy usług transportowych.................................................................................................415
6.1.3. Gniazda Berkeley Sockets............................................................................................................418
6.1.4. Przykład programowania — internetowy serwer plików..............................................................419
6.2. Elementy protokołów transportowych....................................................................................................424
6.2.1. Adresowanie.................................................................................................................................425
6.2.2. Ustanawianie poł,czenia ..............................................................................................................428
6.2.3. Zwalnianie poł,czenia..................................................................................................................433
6.2.4. Sterowanie przepływem i buforowanie.........................................................................................437
6.2.5. Multipleksowanie.........................................................................................................................441
6.2.6. Odtwarzanie po awarii..................................................................................................................442
6.3. Prosty protokół transportowy..................................................................................................................444
6.3.1. Przykładowe prymitywy usług.....................................................................................................444
6.3.2. Przykładowa jednostka transportowa............................................................................................445
6.3.3. Protokół jako automat skoFczony.................................................................................................453
6.4. Internetowe protokoły transportowe — UDP..........................................................................................456
6.4.1. Wprowadzenie do protokołu UDP................................................................................................456
6.4.2. Zdalne wywołania procedur.........................................................................................................457
6.4.3. Protokół transportowy czasu rzeczywistego.................................................................................460
6.5. Internetowe protokoły transportowe — TCP..........................................................................................463
6.5.1. Wprowadzenie do TCP.................................................................................................................464
6.5.2. Model usługi TCP.........................................................................................................................464
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