Prefacio
Este artículo combina el conocimiento de la capa de red.
Descripción general de la capa de red
La tarea principal de la capa de red es transmitir paquetes desde el origen al destino, proporcionar servicios de comunicación para diferentes hosts en la red de conmutación de paquetes y lograr una transmisión de datos transparente entre los dos sistemas de red. La unidad de transmisión de la capa de red es un datagrama.
- Funciones de la capa de red:
enrutamiento y el reenvío de paquetes (mejor camino)
diferencias de red escudo, proporcionan una transmisión transparente, es decir, se basan en el router interconexión heterogénea red (wifi, 4G, intranet)
encapsulación de paquetes y desencapsulación
Control de congestión
Tecnología de intercambio de datos de la capa de red
La tecnología de intercambio de datos se refiere principalmente a la función de intercambio de datos proporcionada por los nodos intermedios de la red.
Desde la perspectiva del desarrollo de la tecnología de intercambio de datos en toda la capa de red, la tecnología de intercambio ha pasado por un proceso desde la conmutación de circuitos y la conmutación de mensajes hasta la conmutación de paquetes más comúnmente utilizada.
La conmutación de mensajes y la conmutación de paquetes son tecnologías de conmutación de almacenamiento y envío. El llamado almacenar y reenviar es almacenar el mensaje cuando llega al enrutador, esperar a que el enrutador asigne recursos y luego reenviar el paquete de datos.
Por que intercambio de datos
Adopta el modo de red de conmutación, que se forma mediante la interconexión de una gran cantidad de dispositivos de conmutación, lo que no solo reduce la demanda de puertos de conmutación, sino que también permite la comunicación a larga distancia.
Método de intercambio de datos
1. Conmutación de circuitos
La conmutación de circuitos (Circuit Switching, también conocida como conmutación de circuitos) es el método de intercambio de datos más primitivo. Es un método de intercambio de datos que utiliza líneas de comunicación física conmutables para conectar directamente a las dos partes de la red.
La conmutación de circuitos es un servicio orientado a la conexión. Antes de que dos computadoras intercambien datos a través de la subred de comunicación, se debe establecer una conexión de línea física real en la subred de comunicación.
La característica principal de la conmutación de circuitos es que debe establecerse una ruta de datos dedicada entre un par de usuarios antes del intercambio de datos. Las tres etapas de establecimiento del circuito, transmisión de datos y liberación del circuito son necesarias durante todo el proceso de transmisión de datos. Recurso exclusivo.
Los ejemplos más comunes son los sistemas de conmutación telefónica y los sistemas ISDN (Integrated Services Digital Network).
-
Ventajas:
pequeño retraso en la comunicación,
transmisión ordenada,
sin conflictos
, fuerte en tiempo real -
Desventajas
Mucho tiempo para establecer la conexión
, línea exclusiva, baja eficiencia de uso, poca
flexibilidad,
sin capacidad de control de errores (sin detección y corrección de errores, solo reenvío simple)
2. Intercambio de mensajes
La conmutación de mensajes (Message Switching) se refiere a un método de intercambio de datos en el que los mensajes se almacenan y reenvían en unidades de mensajes (Mensaje, un segmento de mensaje de datos completos).
En el modo de intercambio de mensajes, el mensaje es la unidad de datos intercambiada y transmitida en la red, es decir, el bloque de datos que debe enviar la estación de una vez. Contiene la información completa de los datos que se enviarán. La longitud puede ser inconsistente , y la longitud es ilimitada y se puede cambiar.
-
Ventajas:
no es necesario establecer una conexión,
almacenar y reenviar, asignación dinámica de líneas,
alta confiabilidad de la
línea , alta utilización de la línea, servicios de
múltiples objetivos -
Desventajas:
retardo de almacenamiento y reenvío
, tamaño variable del mensaje, necesita un gran espacio de búfer para el nodo de red
3. Conmutación de paquetes
La conmutación de paquetes es la división de grandes bloques de datos en pequeños bloques de datos para transmisión y transmisión en paralelo.
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Ventajas:
no es necesario establecer una conexión,
almacenar y reenviar, asignar líneas dinámicamente,
alta confiabilidad de la
línea , alta utilización de la línea
, administración de almacenamiento más fácil que el intercambio de mensajes -
Desventajas:
retardo de almacenamiento y reenvío,
necesidad de transmitir una cantidad adicional de información, cuando está
fuera de servicio al host de destino, es necesario ordenar y reorganizar los paquetes -
La conmutación de paquetes incluye el modo de datagrama y el modo de circuito virtual.
3. 1. Datagrama
El método del datagrama proporciona un servicio sin conexión para la capa de red, es decir, la ruta de transmisión no se determina de antemano para la transmisión del paquete.Cada paquete determina la ruta de transmisión de forma independiente y la ruta de transmisión de diferentes paquetes puede ser diferente. Actualmente se utiliza mucho.
Cada paquete lleva una dirección de origen y una dirección de destino, y el enrutador reenvía el paquete de acuerdo con la dirección de destino del paquete: crea una tabla de reenvío basada en el protocolo de enrutamiento; recupera la tabla de reenvío; cada paquete selecciona una ruta de forma independiente.
3. 2. Modo de circuito virtual
El modo de circuito virtual proporciona servicios de conexión para la capa de red, es decir, primero determina la ruta de transmisión para la transmisión de paquetes (establece una conexión) y luego transmite una serie de paquetes a lo largo de la ruta (conexión). La serie de paquetes tiene el mismo ruta de transmisión, y la conexión se elimina una vez completada la transmisión.
El circuito virtual es la fusión de la conmutación de paquetes y la conmutación de circuitos, combinando las ventajas de los dos.
Circuito virtual: una ruta similar a un circuito (conexión lógica) desde el host de origen al host de destino. Todos los nodos en la ruta deben mantener el establecimiento de este circuito virtual y mantener una tabla de circuito virtual. Cada entrada registra una información abierta sobre el circuito virtual.
Cada paquete lleva un número de circuito virtual en lugar de una dirección de destino. El enrutador recuperará el número de circuito virtual para seleccionar el siguiente salto al reenviar.
Protocolos relacionados con la capa de red
Luego, resuelva lentamente y resuelva temporalmente el protocolo IP.
Protocolo IP
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Protocolo IP
En la actualidad, las redes informáticas, especialmente las redes TCP / IP, son las que más utilizan los métodos de conmutación de paquetes de datagramas, y el protocolo IP es el protocolo de comunicación más típico utilizado para conectar múltiples redes de conmutación de paquetes.
El protocolo IP es un servicio sin conexión. Se encarga de transmitir datagramas entre la dirección de origen y la dirección de destino. Luego, para cumplir con los requisitos de diferentes redes para el tamaño del paquete, los paquetes de la capa superior deben segmentarse, y finalmente se llama al protocolo de red local. El datagrama se envía a la siguiente puerta de enlace o computadora de destino.
La función principal del protocolo IP es transmitir datagramas en la red interconectada y transmitir datagramas entre módulos IP hasta que llegan al módulo de destino. Hay módulos IP en cada host y puerta de enlace de la red. El datagrama se envía a la dirección de destino a través de la dirección de red de procesamiento de enrutamiento entre los módulos. -
Funciones:
direccionamiento,
encapsulación de datagramas,
segmentación y reensamblaje
Formato de encabezado de datagrama IPv4
- Longitud del encabezado: la longitud del encabezado del paquete, la unidad es 4B, el mínimo es 5, es decir, la longitud mínima es 20B.
- Versión: IPv4 / IPv6
- Longitud total: encabezado + datos, expresados en 16 bits, la unidad es 1B, es decir 2 ^ 16-1 = 65535byte; sin embargo, estará fragmentado debido al límite de MTU, que no será tan grande.
- Identificación: los fragmentos del mismo datagrama utilizan la misma identificación.
- Desplazamiento de corte: indica la posición relativa de un corte en el grupo original después de un grupo más largo de cortes. La unidad es 8B, por lo que, a excepción del último fragmento, la longitud de cada fragmento debe ser un múltiplo entero de 8B.
- Tiempo de vida: si no hay enrutador, disminuirá en 1 y se descartará cuando se convierta en 0.
- Protocolo: el protocolo de la parte de datos. TCP es 6 y UDP es 17.
- La parte de datos es el segmento de la capa de transporte.
Equipo de capa de red
enrutador
Un enrutador es una computadora de propósito especial con múltiples puertos de entrada y múltiples puertos de salida, y su tarea es reenviar paquetes.
La diferencia entre equipos de tres niveles
Enrutador: puede interconectar dos segmentos de red con diferentes protocolos de capa de red.
Puente: puede interconectar dos segmentos de red con diferentes capas físicas y capas de enlace.
Hub: no se pueden conectar dos segmentos de red con diferentes capas físicas.
Preguntas y respuestas
1. Elaboración orientada a la conexión de TCP
Las denominadas características orientadas a la conexión de TCP y el establecimiento de circuitos virtuales parecen ser fundamentalmente diferentes de los servicios de circuitos virtuales en la capa de red. Los protocolos para servicios con circuitos virtuales en la capa de red suelen incluir X.25 y frame relay utilizados. en redes de área amplia. Estos dos protocolos deben establecer un número de circuito virtual al establecer una conexión. Hay un número de circuito virtual completo en la unidad de datos transmitidos. La unidad de datos sigue el circuito virtual establecido a lo largo de la dirección establecida (una determinada secuencia de enrutador).) Para el extremo receptor, esto puede garantizar que la unidad de datos llegue al extremo receptor de manera ordenada, y también puede garantizar una transmisión confiable.
El servicio orientado a la conexión TCP solo realiza un protocolo de enlace de tres vías cuando se establece una conexión. La transmisión específica de host a host es desde la capa de red, que es el servicio de enrutamiento proporcionado por la capa IP, mientras que la capa IP envía y reenvía paquetes fuera de orden. Por ejemplo, un ejemplo simple, si el protocolo IP y el protocolo X.25 (asumiendo que estos dos protocolos se utilizan en el mismo caso) especifican un enlace de A a B al establecer una conexión, si el enlace de A a B está en un momento determinado En caso de congestión, el protocolo IP puede hacer que el paquete llegue a A para elegir otra ruta, mientras que X.25 solo puede usar algunas medidas de control de flujo para controlar la velocidad de envío del remitente, pero no elegirá un camino distinto de A a B, por lo que TCP El circuito virtual y el servicio de circuito virtual en la capa de red no son un concepto en absoluto cuando se entienden de esta manera.
El servicio de circuito virtual de la capa de red realmente especifica una secuencia de enlace, y los datos solo se pueden enviar al extremo receptor de manera ordenada en este enlace especificado, mientras que el circuito virtual de TCP solo se basa en su control de congestión, control de flujo y error. Para hacer que el segmento del mensaje recibido parezca estar en orden (en el mecanismo de ventana deslizante, el siguiente flujo de bytes puede llegar primero o el byte se pierde, por lo que se puede ver que TCP no puede garantizar la confiabilidad de la transmisión real. se basa en el control de errores para garantizar que se pueda recibir de manera confiable el flujo de datos correcto), pero el segmento TCP es en realidad poco confiable e innecesario cuando se transmite en la red.
Un problema de TCP, ¿cómo se realiza el llamado circuito virtual orientado a la conexión de TCP?