Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии программно-конфигурируемых сетей. <...> Разумеется, при этом необходимо обеспечить требования к другим показателям, определяющим понятие QoS (качество услуг). <...> Здесь представлено описание таких технологий как АТМ, SDH, MPLS-TP, PBB-TE. <...> В приложении к пособию дано краткое изложение принципов построения программно-конфигурируемых сетей, которые завоевывают в последнее время все большую и большую популярность. <...> Дано описание технологии виртуализации сетевых функций NFV (Network Function Virtualization), приведено сравнение SDN и NFV. <...> Физическая среда передачи данных Общие характеристики физической среды. <...> Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, земную атмосферу или космическое пространство. <...> Кабели более высокой категории имеют больше витков на единицу длины. <...> Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. <...> Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. <...> Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. <...> Высокоскоростная передача данных на основе беспроводной среды рассматривается в главе 7. <...> Выбор топологии сети является важнейшей задачей, решаемой при ее построении, и определяется требованиями к экономичности и структурной надежности. <...> Работа по стандартизации открытых систем началась в 1977 г. В 1983 г. была предложена эталонная модель ВОС — наиболее общее описание структуры построения стандартов. <...> Модель ВОС, определяющая принципы взаимосвязи между отдельными стандартами, является основой для параллельной разработки множества стандартов и обеспечивает постепенность перехода от существующих реализаций к новым стандартам. <...> Эталонная модель ВОС не определяет протоколы и интерфейсы взаимодействия, структуру и характеристики физических средств соединения. <...> Третий, сетевой уровень, выполняет маршрутизацию <...>
Сетевые_технологии_высокоскоростной_передачи_данных._Учебное_пособие_для_вузов._-_2016_(1).pdf
УДК 621.396.2
ББК 32.884
Б90
Р е ц е н з е н т ы : доктор техн. наук, профессор
техн. наук, профессор
; доктор
Будылдина Н. В., Шувалов В. П.
Б90
Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных.
Учебное пособие для вузов / Под ред. профессора В. П. Шувалова.
– М.: Горячая линия – Телеком, 2016. – 342 с.: ил.
ISBN 978-5-9912-0536-8.
В компактной форме изложены вопросы построения инфокоммуникационных
сетей, обеспечивающих высокоскоростную передачу
данных. Представлены разделы, которые необходимы для понимания
того как можно обеспечить передачу не только с высокой скоростью,
но и с другими показателями, характеризующими качество предоставляемой
услуги. Приведено описание протоколов различных уровней
эталонной модели взаимодействия открытых систем, технологий
транспортных сетей. Рассмотрены вопросы передачи данных в беспроводных
сетях связи и современные подходы, обеспечивающие передачу
больших массивов информации за приемлемые отрезки времени.
Уделено внимание набирающей все большую популярность технологии
программно-конфигурируемых сетей.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Инфокоммуникационные
технологии и системы связи» квалификации (степени)
«бакалавр» и «магистр». Книга может быть использована для повышения
квалификации работниками электросвязи.
ББК 32.884
Будылдина Надежда Вениаминовна, Шувалов Вячеслав Петрович
Сетевые технологии высокоскоростной передачи данных
Учебное пособие для вузов
Все права защищены.
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме
и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения правообладателя
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком»
www.techbook.ru
© Н.В. Будылдина, В.П. Шувалов
Л
.
Д.
Г
.
Нев
о
л
ин
Г. Д
о
рос
и
нс
ки
й
Ад
р
ес и
з
д
а
т
е
л
ь
ств
а
в
Ин
т
е
р
н
ет
www.tech
b
o
o
k
.ru
Стр.2
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Список литературы к введению. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Глава 1. Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1. Информация, сообщение, сигнал. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2. Скорость передачи информации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3. Физическая среда передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4. Методы преобразования сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5. Методы множественного доступа к среде . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.6. Сети электросвязи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.7. Организация работ по стандартизации в области
передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.8. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. . . . . . . 47
1.9. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
1.10. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Глава 2. Обеспечение показателей качества обслуживания . . 58
2.1. Качество обслуживания. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.2. Обеспечение верности передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.3. Обеспечение показателей структурной надежности. . . . . . . . 78
2.4. QoS маршрутизация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.5. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Глава 3. Локальные сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.1. Протоколы LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.1.1. Технология Ethernet (IEEE 802.3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.1.2. Технология Token Ring (IEEE 802.5) . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.1.3. Технология FDDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.1.4. Fast Ethernet (IEEE 802.3u) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1.5. Технология 100VG-AnyLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.1.6. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet . . . . . 102
3.2. Технические средства, обеспечивающие
функционирование высокоскоростных
сетей передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.2.1. Концентраторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.2.2. Мосты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.2.3. Коммутаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.2.4. Протокол STP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3.2.5. Маршрутизаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.2.6. Шлюзы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.2.7. Виртуальные локальные сети (Virtual local area
Network, VLAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Стр.341
342
Оглавление
3.3. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.4. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Глава 4. Протоколы канального уровня. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.1. Основные задачи канального уровня, функции протоколов 138
4.2. Байт-ориентированные протоколы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.3. Бит-ориентированные протоколы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.3.1. Протокол канального уровня HDLC (High-Level
Data Link Control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.3.2. Протокол кадра SLIP (Serial Line Internet Protocol) . 152
4.3.3. Протокол PPP (Point-to-Point Protocol — протокол
двухточечной связи) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.4. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.5. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Глава 5. Протоколы сетевого и транспортного уровня. . . . . . . . 161
5.1. IP-протокол. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.2. Протокол IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.3. Протокол маршрутизации RIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.4. Внутренний протокол маршрутизации OSPF . . . . . . . . . . . . . . 187
5.5. Протокол BGP-4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
5.6. Протокол резервирования ресурсов — RSVP . . . . . . . . . . . . . . 203
5.7. Протокол передачи RTP (Real-Time Transport Protocol). . . . 206
5.8. Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) . . . 211
5.9. Протокол LDAP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.10. Протоколы ARP, RARP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.11. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) . . . . . . . . . . . . 220
5.12. Протокол UDP (User Datagram Protocol) . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
5.13. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
5.14. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Глава 6. Транспортные IP-сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.1. Технология ATM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.2. Синхронная цифровая иерархия (SDH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.3. Многопротокольная коммутация по меткам . . . . . . . . . . . . . . . 245
6.4. Оптическая транспортная иерархия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
6.5. Модель и иерархия Ethernet для транспортных сетей. . . . . . 256
6.6. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
6.7. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Глава 7. Беспроводные технологии высокоскоростной
передачи данных. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
7.1. Технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
7.2. Технология WiMAX (Worldwide Interoperability for
Microwave Access) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Стр.342
343
7.3. Переход от WiMAX к технологии LTE
(LongTermEvolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.4. Состояние и перспективы высокоскоростных
беспроводных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
7.5. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
7.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Глава 8. Вместо заключения: некоторые соображения на
тему «что надо сделать, чтобы обеспечить
передачу данных с высокой скоростью в IP-сетях» . 279
8.1. Традиционная передача данных с гарантированной
доставкой. Проблемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.2. Альтернативные протоколы передачи данных с
гарантированной доставкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
8.3. Алгоритм контроля перегрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
8.4. Условия обеспечения передачи данных с высокой
скоростью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
8.5. Неявные проблемы обеспечения высокоскоростной
передачи данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
8.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Приложение 1. Программно-конфигурируемые сети. . . . . . . . . . 302
П.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
П.2. Протокол OpenFlow и OpenFlow-коммутатор. . . . . . . . . . . . . . 306
П.3. Виртуализация сетей NFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
П.4. Стандартизация ПКС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
П.5. SDN в России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
П.6. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
Термины и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Стр.343