Zrozumienie budowy i działania sieci komputerowych nie jest łatwe. Trzeba przyswoić wiele pojęć, zrozumieć bardzo zawiłe mechanizmy, a także przygotować się na gwałtowny rozwój technologii sieciowych. Mimo dostępności licznych podręczników i wypracowania różnych podejść do nauczania podstaw sieci komputerowych wciąż wielu inżynierów nie rozumie tych zagadnień. Te braki w wiedzy i w umiejętnościach należy traktować jako istotny problem: w przyszłości będą się pojawiać coraz to nowsze rozwiązania sieciowe, a ich znaczenie dla niemal każdego przedsiębiorstwa będzie rosło.
W książce zastosowano podejście problemowe, dzięki czemu łatwiej jest zrozumieć budowę oraz działanie współczesnych sieci komputerowych i protokołów, jak również wyzwania, z jakimi mierzą się dzisiejsze systemy. W praktyczny sposób opisano zagadnienia transportu danych i sterowania pracą sieci, przeanalizowano też kilka typowych projektów i architektur sieci, w tym sieci szkieletowe centrów danych i nowoczesne sieci rozległe definiowane programowo (SD-WAN). Szczegółowo zaprezentowano takie technologie jak sieci definiowane programowo (SDN). Każdemu zagadnieniu towarzyszy omówienie typowych problemów i ich rozwiązań, a także sposobów ich implementacji w protokołach oraz metod wdrożenia.
W tej książce między innymi:
- protokoły transportu w warstwach sieci i komunikacja międzywarstwowa
- pakiety, usługi, topologia sieci
- zabezpieczanie sieci, redundancja i odporność
- wzorce projektowe w sieciach
- automatyzacja zarządzania siecią
- internet rzeczy oraz inne nowości w sieciach
Czy rozumiesz już działanie swojej sieci?
Rozdziały:
O autorach 17
Wprowadzenie 19
CZĘŚĆ I. PŁASZCZYZNA DANYCH 23
Rozdział 1. Podstawowe pojęcia 27
- Sztuka czy inżynieria? 28
- Komutacja łączy 30
- Przełączanie pakietów 33
- Działanie przełączania pakietów 34
- Kontrola przepływu w sieci z przełączaniem pakietów 36
- Ramki o stałej a ramki o zmiennej długości 37
- Obliczanie ścieżek pozbawionych pętli 40
- Jakość usług 42
- Zemsta scentralizowanych płaszczyzn sterowania 44
- Złożoność 44
- Skąd ta złożoność? 45
- Definiowanie złożoności 46
- Zarządzanie złożonością poprzez talię osy 49
- Końcowe rozważania 51
- Dalsza lektura 51
- Pytania kontrolne 52
Rozdział 2. Problemy i rozwiązania związane z transportem danych 55
- Cyfrowe gramatyki i organizowanie 57
- Cyfrowe gramatyki i słowniki 57
- Pola o stałej długości 60
- Format TLV 62
- Współdzielone słowniki obiektów 63
- Błędy 64
- Wykrywanie błędów 64
- Korekcja błędów 69
- Multipleksowanie 71
- Adresacja urządzeń i aplikacji 71
- Multicast 73
- Anycast 76
- Kontrola przepływu 78
- System okien dystrybucji 79
- Negocjowane szybkości transmisji bitów 83
- Końcowe rozważania dotyczące transportu 84
- Dalsza lektura 84
- Pytania kontrolne 86
Rozdział 3. Modelowanie transportu sieciowego 89
- Model Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (DoD) 90
- Model Open Systems Interconnect (OSI) 93
- Model rekursywnej architektury internetowej (RINA) 97
- Zorientowanie na połączenie i bezpołączeniowość 99
- Końcowe rozważania 99
- Dalsza lektura 100
- Pytania kontrolne 100
Rozdział 4. Transport w niższych warstwach 103
- Ethernet 104
- Multipleksowanie 104
- Kontrola błędów 110
- Organizowanie danych 111
- Kontrola przepływu 112
- Sieć bezprzewodowa 802.11 112
- Multipleksowanie 113
- Organizowanie danych, kontrola błędów i kontrola przepływu 119
- Końcowe rozważania dotyczące protokołów transmisji w niższych warstwach 120
- Dalsza lektura 121
- Pytania kontrolne 121
Rozdział 5. Transport danych w wyższych warstwach 123
- Protokół internetowy 125
- Transport i organizowanie danych 127
- Multipleksowanie 130
- Protokół kontroli transmisji (TCP) 135
- Kontrola przepływu 135
- Kontrola błędów 140
- Numery portów TCP 140
- Konfiguracja sesji protokołu TCP 141
- QUIC 141
- Redukcja początkowego uzgadniania 142
- Ograniczanie retransmisji 142
- Zmniejszenie blokowania początku linii 143
- ICMP 146
- Końcowe rozważania 147
- Dalsza lektura 148
- Pytania kontrolne 150
Rozdział 6. Odnajdowanie międzywarstwowe 151
- Rozwiązania w zakresie odnajdowania międzywarstwowego 152
- Powszechnie znane lub ręcznie skonfigurowane identyfikatory 153
- Mapowanie bazy danych i protokołu 154
- Ogłaszanie mapowania identyfikatorów za pomocą protokołu 155
- Wyliczanie jednego identyfikatora z innego 155
- Przykłady odnajdowania międzywarstwowego 155
- System nazw domen (DNS) 155
- DHCP 157
- Protokół rozwiązywania adresów IPv4 159
- IPv6 Neighbor Discovery - odnajdowanie sąsiadów 161
- Problem z bramą domyślną 163
- Końcowe rozważania 166
- Dalsza lektura 167
- Pytania kontrolne 168
Rozdział 7. Przełączanie pakietów 169
- Z medium fizycznego do pamięci 171
- Przetwarzanie pakietu 172
- Przełączanie 172
- Routing 173
- Po co routować? 174
- Wiele ścieżek o równym koszcie 175
- Przez magistralę 182
- Krzyżowe pola komutacyjne i rywalizacja 184
- Z pamięci do medium fizycznego 186
- Końcowe rozważania dotyczące przełączania pakietów 187
- Dalsza lektura 188
- Pytania kontrolne 189
Rozdział 8. Jakość usług 191
- Definiowanie zakresu problemu 192
- Dlaczego po prostu nie zrobić wystarczająco szybkich łączy? 193
- Klasyfikacja 194
- Zachowywanie klasyfikacji 199
- Nieoznaczony Internet 201
- Zarządzanie zatorami 202
- Terminowość - kolejkowanie o niskim opóźnieniu 202
- Uczciwość - uczciwe kolejkowanie ważone według klasy 207
- Krytyczne przeciążenie 208
- Inne narzędzia QoS do zarządzania zatorami 208
- Zarządzanie kolejką 209
- Zarządzanie pełnym buforem - ważone losowe wczesne wykrywanie 209
- Zarządzanie opóźnieniami bufora, rozdęte bufory i CoDel 210
- Końcowe rozważania dotyczące QoS 212
- Dalsza lektura 212
- Pytania kontrolne 213
Rozdział 9. Wirtualizacja sieci 215
- Zrozumieć sieci wirtualne 216
- Świadczenie usług Ethernet w sieci IP 219
- Wirtualny prywatny dostęp do sieci korporacyjnej 220
- Podsumowanie problemów i rozwiązań związanych z wirtualizacją 222
- Routing segmentowy 223
- Routing segmentowy z wieloprotokołowym przełączaniem etykiet (MPLS) 224
- Routing segmentowy w IPv6 228
- Sygnalizowanie etykiet routingu segmentowego 229
- Sieci rozległe definiowane programowo 230
- Złożoność i wirtualizacja 232
- Powierzchnie interakcji i grupy łączy wspólnego ryzyka 232
- Powierzchnie interakcji i nakładające się płaszczyzny sterowania 234
- Końcowe rozważania dotyczące wirtualizacji sieci 236
- Dalsza lektura 236
- Pytania kontrolne 238
Rozdział 10. Bezpieczeństwo transportu 239
- Sformułowanie problemu 240
- Sprawdzanie prawidłowości danych 240
- Ochrona danych przed badaniem 240
- Ochrona prywatności użytkowników 241
- Dostępne rozwiązania 242
- Szyfrowanie 242
- Wymiana kluczy 249
- Skróty kryptograficzne 252
- Zaciemnianie danych użytkownika 252
- Transport Layer Security 257
- Końcowe rozważania dotyczące bezpieczeństwa transportu 259
- Dalsza lektura 260
- Pytania kontrolne 261
CZĘŚĆ II. PŁASZCZYZNA STEROWANIA 263
Rozdział 11. Wykrywanie topologii 265
- Węzły, krawędzie i osiągalne miejsca docelowe 267
- Węzeł 267
- Krawędź 268
- Osiągalne miejsce docelowe 268
- Topologia 270
- Poznawanie topologii 271
- Wykrywanie innych urządzeń sieciowych 271
- Wykrywanie łączności dwukierunkowej 272
- Wykrywanie maksymalnej jednostki transmisji (MTU) 274
- Uczenie się osiągalnych miejsc docelowych 276
- Uczenie się reaktywne 276
- Uczenie się proaktywnie 277
- Rozgłaszanie osiągalności i topologii 278
- Decydowanie, kiedy należy rozgłaszać osiągalność i topologię 278
- Reaktywne rozpowszechnianie osiągalności 280
- Proaktywne rozpowszechnianie osiągalności 283
- Redystrybucja między płaszczyznami sterowania 285
- Redystrybucja i metryki 285
- Pętle redystrybucji i routingu 287
- Końcowe rozważania dotyczące wykrywania topologii 289
- Dalsza lektura 290
- Pytania kontrolne 291
Rozdział 12. Wolne od pętli ścieżki unicastowe (1) 293
- Która ścieżka jest wolna od pętli? 294
- Drzewa 296
- Alternatywne ścieżki wolne od pętli 299
- Model wodospadu (lub zlewiska) 300
- Przestrzeń P/Q 302
- Zdalne alternatywy bez pętli 303
- Obliczanie wolnej od pętli ścieżki za pomocą algorytmu Bellmana-Forda 304
- Algorytm DUAL Garcii 310
- Końcowe rozważania 315
- Dalsza lektura 315
- Pytania kontrolne 316
Rozdział 13. Wolne od pętli ścieżki unicastowe (2) 317
- Najkrótsza ścieżka Dijkstry 317
- Częściowy i przyrostowy SPF 324
- Obliczanie LFA i rLFA 325
- Wektor ścieżki 327
- Algorytmy rozłącznej ścieżki 330
- Sieć dwupołączona 331
- Algorytm rozłącznej ścieżki Suurballe'a 332
- Maksymalnie redundantne drzewa 336
- Łączność dwukierunkowa 339
- Końcowe rozważania 340
- Dalsza lektura 341
- Pytania kontrolne 343
Rozdział 14. Reagowanie na zmiany w topologii 345
- Wykrywanie zmian w topologii 347
- Odpytywanie w celu wykrycia awarii 347
- Wykrywanie awarii oparte na zdarzeniach 348
- Porównanie wykrywania opartego na zdarzeniach i odpytywaniu 350
- Przykład: wykrywanie przekazywania dwukierunkowego 351
- Dystrybucja zmian 354
- Zalewanie 354
- Przeskok po przeskoku 358
- Scentralizowany magazyn 359
- Spójność, dostępność i odporność na partycjonowanie 362
- Końcowe rozważania 364
- Dalsza lektura 365
- Pytania kontrolne 366
Rozdział 15. Płaszczyzny sterowania wykorzystujące protokoły wektora odległości 367
- Klasyfikacja płaszczyzn sterowania 368
- Protokół STP 371
- Budowanie drzewa wolnego od pętli 371
- Poznawanie osiągalnych miejsc docelowych 375
- Podsumowanie protokołu STP 377
- Protokół RIP 378
- Powiązanie algorytmu Bellmana-Forda z protokołem RIP 380
- Reagowanie na zmiany w topologii 382
- Podsumowanie protokołu RIP 383
- Protokół EIGRP 383
- Reagowanie na zmianę topologii 386
- Wykrywanie sąsiadów i niezawodny transport 388
- Podsumowanie protokołu EIGRP 390
- Dalsza lektura 391
- Pytania kontrolne 392
Rozdział 16. Płaszczyzny sterowania wykorzystujące protokoły stanu łącza i wektora ścieżki 395
- Krótka historia OSPF i IS-IS 396
- Protokół IS-IS 397
- Adresowanie OSI 397
- Marshalling danych w protokole IS-IS 399
- Wykrywanie sąsiadów i topologii 399
- Niezawodne zalanie 401
- Podsumowanie protokołu IS-IS 403
- Protokół OSPF 404
- Marshalling danych w protokole OSPF 404
- Wykrywanie sąsiadów i topologii 406
- Niezawodne zalewanie 407
- Podsumowanie protokołu OSPF 409
- Wspólne elementy protokołów OSPF i IS-IS 409
- Łącza wielodostępowe 410
- Konceptualizacja łączy, węzłów i osiągalności w protokołach stanu łącza 412
- Sprawdzanie łączności dwukierunkowej w SPF 414
- Protokół BGP 414
- Peering BGP 415
- Proces decyzyjny wyboru najlepszej ścieżki w protokole BGP 417
- Reguły rozgłaszania BGP 419
- Podsumowanie protokołu BGP 421
- Końcowe rozważania 421
- Dalsza lektura 422
- Pytania kontrolne 424
Rozdział 17. Reguły w płaszczyźnie sterowania 425
- Przypadki użycia reguł płaszczyzny sterowania 426
- Routing i ziemniaki 426
- Segmentacja zasobów 428
- Przypinanie przepływów dla optymalizacji aplikacji 429
- Definiowanie reguł płaszczyzny sterowania 434
- Reguły i złożoność płaszczyzny sterowania 435
- Routing i ziemniaki 435
- Segmentacja zasobów 436
- Przypinanie przepływów dla optymalizacji aplikacji 438
- Końcowe rozważania dotyczące reguł płaszczyzny sterowania 439
- Dalsza lektura 439
- Pytania kontrolne 440
Rozdział 18. Scentralizowane płaszczyzny sterowania 441
- Definicja pojęcia software defined 442
- Systematyka interfejsów 442
- Podział pracy 444
- BGP jako SDN 444
- Fibbing 446
- I2RS 449
- Protokół PCEP 453
- Protokół OpenFlow 455
- Twierdzenie CAP i pomocniczość 457
- Końcowe rozważania dotyczące scentralizowanych płaszczyzn sterowania 460
- Dalsza lektura 461
- Pytania kontrolne 462
Rozdział 19. Domeny awarii i ukrywanie informacji 463
- Przestrzeń problemu 464
- Definiowanie zakresu stanu płaszczyzny sterowania 464
- Pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego 465
- Przestrzeń rozwiązań 468
- Sumaryzacja informacji o topologii 469
- Agregowanie informacji o osiągalności 470
- Filtrowanie informacji o osiągalności 473
- Uwarstwienie płaszczyzn sterowania 474
- Buforowanie 475
- Spowalnianie 479
- Końcowe rozważania dotyczące ukrywania informacji 481
- Dalsza lektura 481
- Pytania kontrolne 482
Rozdział 20. Przykłady ukrywania informacji 483
- Sumaryzacja informacji o topologii 484
- Protokół IS-IS 484
- Protokół OSPF 489
- Agregacja 495
- Uwarstwienie 496
- Protokół BGP jako nakładka osiągalności 496
- Routing segmentowy z nakładką kontrolera 498
- Zmniejszenie prędkości stanu 500
- Exponential backoff 500
- Redukcja zalewania stanem łącza 503
- Końcowe rozważania dotyczące domen awarii 505
- Dalsza lektura 505
- Pytania kontrolne 507
CZĘŚĆ III. PROJEKTOWANIE SIECI 509
- Trzy podstawowe modele 510
- Prawo nieszczelnych abstrakcji 510
- Triada stan-optymalizacja-powierzchnia (SOS) 510
- Triada spójność-dostępność-odporność na partycjonowanie (CAP) 511
Rozdział 21. Kwestie bezpieczeństwa w szerszym ujęciu 513
- Zakres problemu 514
- Zagadnienie tożsamości biometrycznej 514
- Definicje 516
- Przestrzeń problemów 517
- Przestrzeń rozwiązań 517
- Obrona w głąb 517
- Kontrola dostępu 518
- Ochrona danych 519
- Gwarantowanie dostępności usług 523
- Pętla OODA jako model bezpieczeństwa 532
- Obserwuj 533
- Zorientuj się 533
- Zdecyduj 534
- Działaj 535
- Końcowe rozważania dotyczące kwestii bezpieczeństwa 535
- Dalsza lektura 536
- Pytania kontrolne 538
Rozdział 22. Wzorce projektowania sieci 539
- Przestrzeń problemu 540
- Rozwiązywanie problemów biznesowych 540
- Przekładanie wymagań biznesowych na techniczne 544
- Co to jest dobry projekt sieci? 546
- Projektowanie hierarchiczne 547
- Powszechne topologie 549
- Topologie pierścienia 550
- Topologie siatki 553
- Topologie gwiazdy 555
- Topologie planarne, nieplanarne i regularne 556
- Końcowe rozważania dotyczące wzorców projektowania sieci 558
- Dalsza lektura 558
- Pytania kontrolne 558
Rozdział 23. Redundancja i odporność 559
- Przestrzeń problemu: jak aplikacje postrzegają awarie 560
- Definiowanie odporności 561
- Redundancja jako narzędzie do tworzenia odporności 563
- Grupy łączy współdzielonego ryzyka 565
- Aktualizacja oprogramowania w trakcie działania i płynny restart 566
- Rdzenie dwupłaszczyznowe i wielopłaszczyznowe 566
- Modułowość i odporność 567
- Końcowe rozważania dotyczące odporności 569
- Dalsza lektura 569
- Pytania kontrolne 570
Rozdział 24. Rozwiązywanie problemów 571
- Co jest celem? 572
- Czym są komponenty? 573
- Modele i rozwiązywanie problemów 574
- Budowanie modeli "jak" 575
- Budowanie modeli "co" 576
- Budowanie dokładnych modeli 578
- Przełączanie się między modelami 579
- Podziel na pół i idź dalej 581
- Manipulowanie 583
- Upraszczanie przed testowaniem 585
- Usuwanie problemu 585
- Końcowe rozważania dotyczące rozwiązywania problemów 586
- Dalsza lektura 587
- Pytania kontrolne 588
CZĘŚĆ IV. AKTUALNE TEMATY 589
Rozdział 25. Dezagregacja, hiperkonwergencja i zmieniająca się sieć 591
- Zmiany w zasobach obliczeniowych i aplikacjach 592
- Konwergentne, zdezagregowane, hiperkonwergentne i kompozycyjne 592
- Zwirtualizowane i zdezagregowane aplikacje 595
- Wpływ na projektowanie sieci 597
- Wzrost ruchu na linii wschód - zachód 597
- Wzrost odchyleń i opóźnień 599
- Sieci szkieletowe z przełączaniem pakietów 599
- Szczególne własności sieci szkieletowej 599
- Gałęzie i liście 603
- Inżynieria ruchu w sieci gałęzi i liści 606
- Sieć gałęzi i liści o większej skali 607
- Dezagregacja w sieciach 607
- Końcowe rozważania dotyczące dezagregacji 611
- Dalsza lektura 612
- Pytania kontrolne 613
Rozdział 26. Powody automatyzacji sieci 615
- Koncepcje automatyzacji 617
- Nowoczesne metody automatyzacji 620
- Automatyzacja z wykorzystaniem interfejsów programowalnych 624
- Automatyzacja na poziomie urządzenia 627
- Automatyzacja sieci z wykorzystaniem narzędzi automatyzacji infrastruktury 628
- Kontrolery sieciowe i automatyzacja 629
- Automatyzacja sieci na potrzeby wdrażania 629
- Końcowe rozważania dotyczące przyszłości automatyzacji sieci: od zautomatyzowanej do automatycznej 630
- Dalsza lektura 630
- Pytania kontrolne 632
Rozdział 27. Zwirtualizowane funkcje sieciowe 633
- Elastyczność w projektowaniu sieci 635
- Tworzenie łańcucha usług 637
- Skalowanie horyzontalne 642
- Zmniejszenie czasu obsługi dzięki automatyzacji 643
- Scentralizowane zarządzanie konfiguracjami 643
- Sieć oparta na intencjach 645
- Korzyści 646
- Architektura i korzyści obliczeniowe 646
- Poprawianie przepustowości VNF 647
- Rozważanie kompromisów 647
- Stan 647
- Optymalizacja 648
- Powierzchnia 648
- Inne kompromisy do rozważenia 649
- Końcowe rozważania 649
- Dalsza lektura 649
- Pytania kontrolne 651
Rozdział 28. Koncepcje i wyzwania przetwarzania w chmurze 653
- Biznesowe powody korzystania z chmur publicznych 655
- Od wydatków inwestycyjnych do operacyjnych 656
- Czas wprowadzenia na rynek i zwinność biznesowa 656
- Nietechniczne kompromisy związane z chmurami publicznymi 657
- Kompromisy operacyjne 657
- Kompromisy biznesowe 660
- Techniczne wyzwania tworzenia sieci w chmurze 661
- Opóźnienie 661
- Wypełnianie zdalnej przestrzeni dyskowej 663
- Ciężar danych 664
- Wybór spośród wielu ścieżek do chmury publicznej 664
- Bezpieczeństwo w chmurze 665
- Ochrona danych przy transporcie przez sieć publiczną 665
- Zarządzanie bezpiecznymi połączeniami 666
- Chmura z wieloma podmiotami 667
- Kontrola dostępu oparta na rolach 667
- Monitorowanie sieci w chmurze 668
- Końcowe rozważania 668
- Dalsza lektura 669
- Pytania kontrolne 669
Rozdział 29. Internet rzeczy 671
- Wprowadzenie do internetu rzeczy 672
- Bezpieczeństwo internetu rzeczy 673
- Zabezpieczanie niezabezpieczalnych urządzeń poprzez izolację 674
- IoT nie stanowi nowych wyzwań dla bezpieczeństwa 678
- Łączność w internecie rzeczy 678
- Bluetooth Low Energy (BLE) 678
- LoRaWAN 680
- IPv6 dla IoT 681
- Dane w internecie rzeczy 683
- Końcowe rozważania dotyczące internetu rzeczy 684
- Dalsza lektura 685
- Pytania kontrolne 686
Rozdział 30. Patrząc w przyszłość 687
- Rozpowszechniona otwarta automatyzacja 688
- Języki modelowania i modele 689
- Krótkie wprowadzenie do YANG 689
- Patrząc w przyszłość w stronę wszechobecnej automatyzacji 691
- Sieci hiperkonwergentne 691
- Sieć oparta na intencjach 692
- Uczenie maszynowe i wąska sztuczna inteligencja 694
- Sieci nazwanych danych i łańcuchy bloków 696
- Działanie sieci nazwanych danych 697
- Łańcuchy bloków 700
- Przekształcenia Internetu 702
- Końcowe rozważania dotyczące przyszłości inżynierii sieci 704
- Dalsza lektura 704
- Pytania kontrolne 705
