Компьютерные сети. 6-е изд.

22.Что означает термин «согласование» в контексте сетевых протоколов? Приведите пример.

23.На илл. 1.31 представлена служба. Подразумеваются ли на этом рисунке другие службы? Если да, то где? Если нет, то почему?

24.В некоторых сетях канальный уровень передачи данных отвечает за обработку ошибок передачи, запрашивая повторную отправку поврежденных фреймов. Если вероятность того, что фрейм поврежден, равна p, то чему в среднем равно число необходимых операций передачи для отправки фрейма? Предполагается, что подтверждения отправки никогда не теряются.

25.Какие из уровней OSI и TCP/IP отвечают за следующее:

а) разбиение отправленных битовых потоков на фреймы;

б) выбор пути через подсеть.

26.Если на канальном уровне обмениваются фреймами, а на сетевом уровне — пакетами, то фреймы инкапсулируют пакеты или наоборот? Поясните свой ответ.

27.Рассмотрим шестиуровневую иерархию протоколов, в которой низшим уровнем является уровень 1, а высшим — уровень 6. Приложение отправляет сообщение M уровню 6. Каждый уровень с четным номером присоединяет к содержимому сообщения по концевой метке, а каждый с нечетным — по заголовку. Изобразите графически заголовки, концевые метки и исходное сообщение M в порядке их отправки по сети.

28.Система включает иерархию протоколов из n уровней. Приложения генерируют сообщения длиной M байт. На каждом из уровней добавляется заголовок размером h байт. Какая доля полосы пропускания сети заполнена заголовками?

29.Приведите пять примеров устройств, подключенных к двум сетям одновременно, и объясните, почему это может быть удобно.

30.Подсеть на илл. 1.12 (б) была разработана в расчете на возможную ядерную войну. Сколько бомб потребуется, чтобы разбить ее узлы на два не связанных между собой множества? Предполагается, что любая бомба уничтожает узел и все ведущие к нему каналы связи.

31.Интернет удваивается в размере примерно каждые 18 месяцев. Хотя никто не может сказать точно, но, согласно оценке 2018 года, число хостов было равно 1 млрд. Вычислите на основе этого ожидаемое число хостов в интернете в 2027 году. Кажется ли вам эта оценка правдоподобной? Поясните почему.

32.При передаче файла между двумя устройствами возможны две стратегии подтверждения получения. В первом варианте файл разбивается на пакеты и получатель отдельно подтверждает доставку каждого из них, но передача всего файла не подтверждается. Во втором случае подтверждается только получение файла целиком. Обсудите эти два подхода.

33.Операторам мобильных телефонных сетей необходимо знать, где находятся телефоны их абонентов (а значит, и сами эти абоненты). Объясните, чем это плохо для пользователей. В каких ситуациях это может быть полезно?

34.Какова была длина одного бита в исходном стандарте 802.3 в метрах? При этом скорость передачи составляет 10 Мбит/с, а скорость распространения сигнала в коаксиальном кабеле равна 2/3 скорости света в вакууме.

35.Пусть дано изображение размером 3840 × 2160 пикселей, причем каждый пиксель занимает 3 байта. Допустим, что оно не сжато. Сколько времени займет его передача по 56-килобитному модемному каналу? Через 1-мегабитный кабельный модем? По 10-мегабитной сети Ethernet? Через гигабитную сеть Ethernet?

36.Между Ethernet и беспроводными сетями есть определенные сходства и различия. Одно из свойств Ethernet заключается в передаче одновременно только одного фрейма. Разделяет ли стандарт 802.11 это свойство с Ethernet? Раскройте эту тему.

37.Беспроводные сети очень просты в установке, а потому и дешевы (ведь затраты на установку в других случаях намного превосходят стоимость оборудования). Тем не менее у них есть и недостатки. Назовите два из них.

38.Приведите два достоинства и два недостатка существования международных стандартов сетевых протоколов.

39.Если система состоит из постоянной и съемной частей (например, как привод CD-ROM и компакт-диск), важна ее стандартизация, чтобы компоненты от разных производителей работали друг с другом. Приведите три примера подобных международных стандартов в других сферах помимо вычислительной техники. Теперь назовите три области (не относящиеся к компьютерам), где таких стандартов нет.

40.На илл. 1.34 приведено несколько различных протоколов из сетевого стека TCP/IP. Объясните, зачем могут пригодиться несколько протоколов на одном уровне. Приведите пример.

41.Предположим, что поменялись алгоритмы, используемые для реализации операций на уровне k. Как это повлияет на операции на уровнях k – 1 и k + 1?

42.Предположим, что изменилась служба (набор операций), предоставляемая уровнем k. Как это повлияет на операции на уровнях k – 1 и k + 1?

43.Выясните, как открыть встроенный сетевой монитор вашего браузера. Откройте его и перейдите на какую-нибудь веб-страницу (например, https://www.cs.vu.nl/~ast/). Сколько запросов ваш браузер (клиент) отправил на сервер? Какие это запросы? Почему запросы отправляются по отдельности, а не как один большой запрос?

44.Составьте список ваших ежедневных дел, в которых задействованы компьютерные сети.

45.Программа ping дает возможность отправить тестовый пакет по заданному адресу и узнать, сколько времени занимает его путь туда и обратно. Попробуйте воспользоваться ping, чтобы узнать, сколько времени занимает прохождение пакетов от вашего компьютера до нескольких конкретных мест. Исходя из этих данных постройте график времени прохождения пакета в одну сторону как функцию расстояния. Лучше использовать для этой цели университеты, поскольку местоположение их серверов известно с большой точностью. Например, berkeley.edu находится в Беркли, штат Калифорния; mit.edu — в Кембридже, штат Массачусетс; vu.nl — в Амстердаме, Нидерланды; www.usyd.edu.au — в Сиднее, Австралия; и www.uct.ac.za — в Кейптауне, ЮАР.

46.Перейдите на веб-сайт IETF, www.ietf.org, и ознакомьтесь с его деятельностью. Выберите проект по своему вкусу и напишите отчет на полстраницы о решаемой им задаче и предлагаемом решении.

47.Стандартизация играет важную роль в мире сетей. Основные официальные организации, занимающиеся стандартизацией, — МСЭ и ISO. Перейдите на их веб-сайты, www.itu.org и www.iso.org соответственно, и почитайте об их работе. Напишите короткий отчет о стандартизируемых ими вещах.

48.Интернет состоит из огромного количества сетей. Их расположение определяет топологию интернета. В Сети доступно немало информации на эту тему. Воспользуйтесь поисковыми системами, чтобы узнать больше о топологии интернета, и напишите короткий отчет по итогам найденного.

49.Поищите в интернете информацию о важных пиринговых точках, используемых в настоящее время для маршрутизации пакетов в интернете.

50.Напишите программу, которая осуществляет поток сообщений с верхнего на нижний уровень 7-уровневой модели протоколов. Программа должна включать по отдельной функции протокола для каждого уровня. Заголовки протокола представляют собой последовательности, содержащие до 64 символов. У каждой функции протокола есть два параметра: сообщение, передаваемое от протокола более высокого уровня (символьный буфер), и размер этого сообщения. Функция присоединяет заголовок перед сообщением, выводит получившееся новое сообщение в стандартный поток вывода, после чего вызывает функцию протокола нижележащего уровня. Входными данными для программы служит сообщение приложения.

Глава 2. Физический уровень

В этой главе мы рассмотрим низший уровень нашей эталонной модели — физический. Он задает электрические, синхронизационные и прочие интерфейсы, посредством которых биты пересылаются по каналам в виде сигналов. Физический уровень — фундамент сети. Свойства различных видов физических каналов определяют быстродействие (например, пропускную способность, время задержки и частоту ошибок), так что это идеальная стартовая точка для путешествия в мир сетей.

Начнем со знакомства с тремя видами сред передачи данных: проводные/направляемые (например, медные провода, коаксиальный кабель, оптоволокно), беспроводные (наземная радиосвязь) и спутниковые. Все эти технологии обладают различными свойствами, влияющими на архитектуру и быстродействие сетей. Мы дадим базовую информацию о ключевых технологиях передачи данных в современных сетях.

Далее представим теоретический анализ передачи данных и обнаружим, что природа наложила определенные ограничения на работу каналов связи (то есть физических сред, используемых для отправки битов). Затем обсудим цифровую модуляцию — преобразование аналоговых сигналов в цифровые биты и обратно. После этого рассмотрим схемы мультиплексирования и изучим возможности передачи в одной среде нескольких сеансов связи одновременно, без каких-либо помех друг для друга.

Наконец, рассмотрим три системы связи, применяемые для глобальных сетей: стационарную и мобильную телефонные системы, а также систему кабельного телевидения. Все они имеют важное практическое значение и заслуживают внимания.

2.1. Проводные среды передачи данных

Задача физического уровня состоит в переносе битов с одного устройства на другое. Для передачи данных могут использоваться различные физические среды. Среды передачи с использованием физического кабеля или провода часто называются проводными, или направляемыми (guided transmission media), поскольку в них сигнал направлен по физическому пути. Наиболее распространенные проводные среды передачи — медные кабели (в виде коаксиального кабеля или витой пары) и оптоволокно. Все они имеют свои достоинства и недостатки в том, что касается частот, ширины полосы пропускания, задержки, стоимости и удобства установки, а также технического обслуживания. Ширина полосы пропускания — мера пропускной способности среды передачи. Она измеряется в герцах (Гц) (МГц, ГГц). Эта единица измерения названа в честь немецкого физика Генриха Герца. Мы обсудим ее подробнее далее в этой главе.

2.1.1. Запоминающее устройство

Стандартный способ переноса информации с одного устройства на другое — записать на носитель, магнитный или твердотельный (например, записываемый DVD), физически доставить его к целевому устройству и считать данные. Это не так современно, как использование геостационарного спутника связи, но зачастую более рентабельно, особенно в ситуациях, где ключевым фактором является высокая скорость передачи данных или стоимость в расчете на переданный бит.

Это ясно из простого расчета. Стандартный магнитный картридж в формате Ultrium может содержать до 30 Тбайт данных. В коробке размером 60 × 60 × 60 см помещается около 1000 таких накопителей общей емкостью 30 000 ТБ, то есть 240 000 Тбит (240 Пбит). Federal Express или другая логистическая компания может доставить эту коробку в любую точку США за 24 часа. Фактическая пропускная способность при таком варианте передачи данных составит 240 000 Тбит/86 400 с, то есть более 2700 Гбит/с. А если место назначения всего в часе езды, то пропускная способность превысит 66 Тбит/с. Ни одна сеть не способна даже приблизиться к подобным показателям. Конечно, скорость сетей растет, но растет и плотность записи на магнитную ленту.

Если взглянуть на стоимость, картина будет аналогичной. Оптовая цена картриджа Ultrium — $40. Учитывая, что его можно повторно использовать минимум 10 раз, коробка обойдется в $4000. Добавим к этому $1000 за услуги доставки (скорее всего, намного меньше), и получится примерно $5000 за передачу 30 000 Tбайт данных. Стоимость пересылки одного гигабайта составит чуть более половины цента. Сети не могут с этим соперничать. Мораль истории такова: