[Red informática básica 1] Conozca la arquitectura de la red informática y el modelo general de la red informática (en)

prefacio

       Hoy también quiero ingresar a todo el contenido de la red informática. Aunque el contenido de la red informática representa una proporción relativamente pequeña de la parte del examen de ingreso de posgrado, algunas personas no consideran esta parte como el punto clave. Este tipo de pensamiento está mal. Creo que estos cuatro contenidos de la prueba de acceso al posgrado son muy importantes, debemos esforzarnos en tratar cada contenido, teniendo como tarea principal mejorar nuestra propia calidad.

       De esta manera, este blog puede resultar difícil de entender y puede confundirse después de leerlo. Habrá muchos sustantivos en este blog, ¡así que prepárate!

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【Contenido del programa de estudios】 

1. Descripción general de la red informática.

1. El concepto, composición y función de la red informática; clasificación de la red informática.
2. Indicadores de rendimiento para redes informáticas

2. Arquitectura de red informática y modelo de referencia.

1. Estructura en capas de la red informática; concepto de protocolos, interfaces y servicios de red informática
2. Modelo de referencia ISO/OSI y modelo TCP/IP

【prestar atención】 

       Este capítulo presenta principalmente los conceptos básicos de la arquitectura de redes informáticas , que los lectores pueden memorizar adecuadamente según su comprensión. Concéntrese en dominar la estructura en capas de la red (incluidas las estructuras de 5 y 7 capas) , especialmente las funciones de cada capa del modelo de referencia ISO/OSI y los conceptos de protocolos, interfaces y servicios relacionados . Dominar diversos indicadores de rendimiento de la red . Especialmente el cálculo de retraso , ancho de banda , velocidad y rendimiento .

1. Descripción general de la red informática. 

1.1 El concepto de red informática.

       Cuando se trata de redes informáticas, el primer término que nos llama la atención es: red . ¿ Qué es la "red" ? Una red es una "cosa similar a una red o un sistema de malla".

       Entonces, ¿cuáles son las redes más utilizadas en la vida diaria? Las redes más utilizadas en la vida diaria incluyen: redes neuronales en el cuerpo humano , redes de telecomunicaciones , redes de televisión por cable , redes eléctricas y redes informáticas . Ahora hay una palabra de moda en Internet: triple play (integración de cuatro juegos) . Después de la integración de las tres redes, se produjo la integración de las cuatro redes. De esto podemos ver la importancia de la red informática .

【Punto clave: el concepto de red informática】 Generalmente se cree que una red informática es unque conecta sistemas informáticos dispersos con funciones independientesa través de equipos y líneas de comunicación, y utiliza software completamente funcional para compartir recursos y transmitir información. En resumen,una red informática es un conjunto de sistemas informáticos autónomos e interconectados .

Para resumir algunos de los términos involucrados en lo anterior :

• Triple play: en la sociedad actual, podemos convertir videos, imágenes, etc. en secuencias de 0/1 bits, de modo que podamos integrar ingeniosamente la red de televisión por cable con la red de telecomunicaciones a través de la red informática, para poder ver televisión en la computadora. , Hacer llamadas telefónicas en la computadora.
• Equipos de comunicación: enrutadores, repetidores, etc.;
• Circuito: Circuito lógico (cableado e inalámbrico)
• Interconexión: Interconexión a través de enlaces de comunicación;
• Autonomía: sin relación amo-esclavo 

1.2 Funciones de la red informática

       Hay muchas funciones de la red informática y muchas aplicaciones están relacionadas con la red. Pero las cinco funciones principales de la red se presentarán una por una a continuación:

1.2.1 Comunicación de datos

       Es la función más básica e importante de las redes informáticas (no olvides que puede haber preguntas de opción múltiple) .

Función	Se utiliza para realizar la transmisión de información diversa entre computadoras en red y conectar computadoras dispersas en diferentes ubicaciones geográficas para una implementación, control y administración unificados.
ejemplo	Por ejemplo, aplicaciones como la transferencia de archivos y el correo electrónico no se pueden realizar sin una red informática.

1.2.2 Compartir recursos

       El intercambio de recursos puede ser compartir software, compartir datos o compartir hardware.

Función	El comportamiento de otras computadoras en la misma red informática que utilizan los recursos informáticos de una determinada computadora puede compartir hardware, software y datos.
ventaja	Permite que los recursos de la red informática se comuniquen entre sí y cooperen entre sí, mejorando así en gran medida la tasa de utilización de los recursos de hardware, software y datos .

1.2.3 Procesamiento distribuido

       Varias computadoras, cada una de las cuales asume diferentes tareas del mismo trabajo.

Función	Cuando un sistema informático en una red informática está sobrecargado , puede distribuir una determinada tarea compleja que maneja a otros sistemas informáticos en la red, utilizando así recursos informáticos inactivos para mejorar la tasa de utilización de todo el sistema.
ejemplo	Por ejemplo: plataforma Hadoop

1.2.4 Mejorar la confiabilidad

       Cada computadora en la red informática puede reemplazarse entre sí a través de la red . Equivale a que si un ordenador falla en el trabajo, se puede utilizar otro ordenador como ordenador alternativo para seguir trabajando a través de la red.

1.2.5 Equilibrio de carga

Función	Distribuya uniformemente  las tareas de trabajo a las computadoras en la red informática.
ventaja	Esto permite una mayor intimidad entre las computadoras.

       Además de las funciones principales anteriores, la red informática también puede realizar funciones como oficinas y servicios electrónicos, educación a distancia, entretenimiento, etc., que satisfacen las necesidades de la sociedad, facilitan el estudio, el trabajo y la vida de las personas, y tienen enormes beneficios económicos. beneficios.

1.3 La etapa de desarrollo de la red informática (comprender)

El primer escenario:

       La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (ARPA) diseñó un sistema de comando descentralizado --> ARPAnet (Arpanet) --> esperaba realizar la interconexión de diferentes redes --> aceptó TCP/IP en 1983 y seleccionó Internet como la computadora principal. Sistema de comunicación --> Internet (Internet)

       La red conecta muchas computadoras e Internet conecta muchas redes. Internet es la Internet más grande del mundo .

La segunda etapa: tres niveles de estructura:

       En 1985, la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) construyó una red informática en torno a seis grandes centros informáticos, la Red de la Fundación Nacional de Ciencias (NSFNET).

La tercera fase:

       Estructura de ISP multinivel, dividida en ISP troncal, ISP regional y ISP local. 

1.4 Estandarización de redes informáticas (no es el foco)

       Sabemos que las leyes estatales, las familias tienen reglas familiares, los automóviles tienen concesionarios de automóviles y lo mismo ocurre con las redes informáticas. Aunque esta parte no es el foco del examen de ingreso de posgrado, el trabajo de estandarización es muy importante para las redes informáticas. La estandarización de las redes informáticas ha jugado un papel sumamente importante en el desarrollo y promoción de las redes informáticas, es como una regla y su cumplimiento puede hacerla más ordenada. Para realizar la interconexión entre hardware y software de diferentes fabricantes, se debe seguir un estándar unificado.

       Todos los estándares de Internet se publican en Internet en forma de RFC (Solicitud de comentarios), pero no todos los RFC son un estándar de Internet. Se necesitan cuatro etapas para que un RFC se convierta en un estándar oficial de Internet :

1. Borrador de Internet: esta etapa aún no es un documento RFC.
2. Estándares propuestos: de esta etapa en adelante son documentos RFC.
3. Proyecto de norma (cancelado)
4. estándares de internet

La clasificación estándar actual es: estándar legal - OSI y estándar de facto - TCP/IP .

En el mundo, existen muchas organizaciones de estandarización responsables de formular e implementar estándares de red relevantes, principalmente los siguientes:

• Organización Internacional de Normalización (ISO): modelo de referencia OSI, HDLC, etc.;
• Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT): desarrolla una gran cantidad de estándares relacionados con las telecomunicaciones;
• Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE): estándar 802, 5G, instituciones académicas;
• Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF): responsable del desarrollo de estándares relacionados con Internet.

1.5 Composición de la red informática

 Desde diferentes perspectivas, la composición de las redes informáticas se puede dividir en las siguientes categorías:

1) Desde la perspectiva de los componentes , una red informática completa consta principalmente de tres partes principales : hardware , software y protocolo , todas las cuales son indispensables.

• Hardware: se compone principalmente de host (también llamado sistema final), enlace de comunicación (como par trenzado, fibra óptica), equipo de conmutación (como enrutador, conmutador, etc.) y procesador de comunicación (como tarjeta de red).
• Software: incluye principalmente varios programas para compartir recursos y varias herramientas de software para comodidad de los usuarios (como sistemas operativos de red, programas de correo, programas FTP, programas de chat, etc.). La mayor parte de la parte del software pertenece a la capa de aplicación .
• Protocolo: Es una colección de una serie de reglas y convenciones , y es el núcleo de una red informática . Así como las normas de tráfico restringen la conducción de automóviles, el protocolo estipula las normas que sigue la red al transmitir datos.

2) Desde la perspectiva del método de trabajo , la red informática (aquí se refiere principalmente a Internet, es decir, Internet) se puede dividir en la parte de borde y la parte central .

• Parte de borde: consta de todos los hosts conectados a Internet y utilizados directamente por los usuarios para comunicarse (como transmitir datos, audio o video) y compartir recursos. Hay dos formas para que los usuarios lo utilicen directamente: forma C/S y forma P2P .
• Parte central: compuesta por una gran cantidad de redes y enrutadores que conectan estas redes , proporciona conectividad y servicios de conmutación para la parte periférica.

3) Desde la perspectiva de la composición funcional , una red informática consta de una subred de comunicación y una subred de recursos .

• Subred de comunicación: compuesta por varios medios de transmisión, equipos de comunicación y protocolos de red correspondientes, permite que la red tenga capacidades de transmisión, intercambio, control y almacenamiento de datos, y realiza la comunicación de datos entre computadoras en red.
• Subred de recursos: es una colección de dispositivos y software para compartir recursos/procesamiento de datos, y proporciona a los usuarios de la red el servicio de compartir recursos de hardware, recursos de software y recursos de datos en otras computadoras.

1.6 Clasificación de redes informáticas

1.6.1 Clasificación por rango de distribución (no sólo por distancia, sino también por qué tecnología se utiliza)

[Puntos clave] 1. Red de área amplia (WAN).

1. La tarea de la WAN es proporcionar comunicación a larga distancia y transportar los datos enviados por el host.
2. La WAN es una parte central de Internet .
3. Los enlaces que conectan los conmutadores de cada nodo de la WAN son generalmente enlaces de alta velocidad y con gran capacidad de comunicación.
4. Tradicionalmente, las WAN utilizan tecnología de conmutación .

2. Red de área metropolitana (MAN).

1. La cobertura de la red del área metropolitana puede abarcar varias cuadras o incluso toda la ciudad.
2. La mayor parte de la red del área metropolitana adopta la tecnología Ethernet, por lo que en ocasiones suele incorporarse a la discusión sobre el alcance de la LAN .

【Puntos clave】 3. Red de área local (LAN).

1. La red de área local generalmente está conectada por una computadora o una estación de trabajo a través de una línea de alta velocidad.
2. No hay demasiadas restricciones en la cantidad de computadoras configuradas en la LAN, desde dos hasta cientos.
3. Tradicionalmente, las LAN utilizan tecnología de transmisión .

4. Red de Área Personal (PAN).

1. Una red de área personal se refiere a una red que conecta dispositivos electrónicos de consumo (como tabletas, teléfonos inteligentes, etc.) utilizando tecnología inalámbrica en el lugar donde trabajan las personas, también conocida como red de área personal inalámbrica (WPAN).

¿Por qué el editor escribe "no solo mire la distancia, sino también qué tecnología se utiliza" frente a él?

       La razón es la siguiente: Xiao Ming y Xiao Hong son un par de buenos vecinos, un día los dos charlaron por teléfono móvil. Aunque la distancia entre los dos es muy pequeña, dentro del alcance de la red de área local, debido a que las dos personas usan tecnología de conmutación cuando conversan, las dos personas todavía usan la red de área amplia para conversar.

1.6.2 Clasificación por Tecnología de Transmisión

1. Red de difusión.

1. Todas las computadoras en red comparten un canal de comunicación común. Cuando una computadora envía un paquete de mensajes a través de un canal de comunicación compartido, todas las demás computadoras "escuchan" el paquete.
2. Una computadora que recibe el paquete verificará la dirección de destino para decidir si acepta el paquete.
3. Las redes de área local utilizan básicamente tecnología de comunicación por radiodifusión, y las redes de comunicación inalámbricas y por satélite en redes de área amplia también utilizan tecnología de comunicación por radiodifusión.

2. Red de igual a igual.

1. Cada línea física conecta un par de computadoras. Si no existe una conexión directa entre los dos hosts comunicantes, la transmisión de paquetes entre ellos será recibida, almacenada y reenviada a través del nodo intermedio hasta llegar al nodo destino.
2. La red punto a punto adopta el mecanismo de enrutamiento y almacenamiento de paquetes, y la red de área amplia pertenece básicamente a la red punto a punto.

1.6.3 Clasificación por topología

       La topología de la red se refiere a la estructura de la red representada por la relación geométrica (forma de bus, anillo, etc.) entre los nodos (enrutadores, hosts, etc.) y las líneas de comunicación (líneas de red) en la red, refiriéndose principalmente a la topología de la comunicación. subred.

       Según la topología de la red, se divide principalmente en bus, estrella, anillo, malla, etc., como se muestra en la siguiente figura. Las redes en estrella, de bus y en anillo se utilizan principalmente para redes de área local, y las redes de malla se utilizan principalmente para redes de área amplia.

1) Red bus: conecta ordenadores con una única línea de transmisión. Ventajas: fácil de construir una red, conveniente para agregar/reducir nodos y guardar líneas. Desventajas: la eficiencia de la comunicación no es alta bajo cargas pesadas y cualquier parte del bus es sensible a fallas.

2) Red en estrella: Cada terminal u ordenador se conecta al dispositivo central con una línea independiente. El dispositivo central era al principio un ordenador y ahora suele ser un conmutador o un enrutador. Ventajas: Facilidad de control y gestión centralizada, ya que la comunicación entre usuarios finales debe pasar a través de un dispositivo central. Desventajas: alto costo, el equipo central es sensible a fallas.

3) Red en anillo: todos los dispositivos de interfaz de computadora están conectados en un anillo. El anillo puede ser simple o doble, y la señal en el anillo se transmite en una dirección.

4) Red de malla: en general, cada nodo tiene al menos dos rutas conectadas a otros nodos y se utiliza principalmente en redes de área amplia. Tiene dos tipos de tipo regular y tipo irregular. Ventajas: alta fiabilidad. Desventajas: control complicado y alto costo de línea.

1.6.4 Clasificación por Usuario

1) Red pública: se refiere a la red a gran escala financiada y construida por empresas de telecomunicaciones. "Pública" significa que todas las personas que estén dispuestas a pagar la tarifa de acuerdo con las regulaciones de la empresa de telecomunicaciones pueden utilizar este tipo de red, por eso también se le llama red pública.

2) Red privada: se refiere a la red construida por un determinado departamento para satisfacer las necesidades del negocio especial de la unidad. Esta red no brinda servicios a personas ajenas a la organización. Por ejemplo, redes privadas de ferrocarriles, energía eléctrica, militares y otros departamentos.

1.6.5 Clasificación por tecnología de conmutación (se agregará más adelante)

       La tecnología de conmutación se refiere al formato de datos y la forma de cambiar los dispositivos utilizados para intercambiar información entre hosts, dispositivos de comunicación o hosts y dispositivos de comunicación.

1) Red de circuitos conmutados. Se establece una ruta dedicada entre el nodo de origen y el nodo de destino para la transmisión de datos, que incluye tres etapas de establecimiento de conexión, transmisión de datos y desconexión.

2) Red de conmutación de mensajes. Los datos del usuario se agregan con información auxiliar, como la dirección de origen, la dirección de destino y el código de verificación, y luego se encapsulan en un mensaje. El mensaje completo se transmite al nodo adyacente y, una vez almacenado todo, se reenvía al siguiente nodo y este proceso se repite hasta llegar al nodo de destino. Cada mensaje puede elegir de forma independiente la ruta para llegar al nodo de destino.

3) Red de conmutación de paquetes, también conocida como red de conmutación de paquetes.

1.6.6 Clasificación por Medios de Transmisión

       Los medios de transmisión se pueden dividir en dos categorías cableadas e inalámbricas, por lo que la red se puede dividir en red cableada y red inalámbrica. La red cableada se divide en red de par trenzado, red de cable coaxial, etc. Las redes inalámbricas se pueden dividir en Bluetooth, microondas, radio y otros tipos.

1.7 Indicadores de rendimiento de las redes informáticas

       Los indicadores de desempeño comunes se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: uno está relacionado con la velocidad y el otro está relacionado con el tiempo. Por lo tanto, el ancho de banda, la velocidad y el rendimiento están en una categoría; el retraso, el producto de ancho de banda de retraso, el retraso de ida y vuelta y la utilización del canal están en una categoría.

Métricas relacionadas con las tarifas 

1.7.1 Tarifa

       Primero introduzcamos la velocidad. La palabra velocidad no es infrecuente y se encuentra en matemáticas, física y química. La velocidad en la red no es la misma que ellos. La velocidad en la red se refiere a la velocidad a la que el host conectado a la red informática transmite bits de datos en el canal digital, también conocida como velocidad de transmisión de datos, velocidad de datos o bit. velocidad, y la unidad es b /s (bits por segundo) (o bit/s, a veces también escrito bps). Cuando la velocidad de datos es alta, se puede representar mediante kb/s, Mb/s y Gb/s. En las redes de computadoras, la tasa de transferencia de datos más alta a menudo se denomina ancho de banda.

1.7.2 Ancho de banda

       En cuanto a la velocidad, sabemos que el ancho de banda es la tasa de transferencia de datos más alta. Originalmente indica el rango de banda de frecuencia de la señal que permite pasar la línea de comunicación, y la unidad es Hertz. En una red informática, el ancho de banda representa la capacidad de la línea de comunicación de la red para transmitir datos y es sinónimo de la "velocidad de transmisión de datos más alta" que puede transmitirse por un canal digital, y la unidad es bit/segundo.

1.7.3 Rendimiento

       Se refiere a la cantidad de datos que pasan a través de una determinada red (o canal, interfaz) por unidad de tiempo. El rendimiento está limitado por el ancho de banda de la red o la velocidad nominal de la red. Para dar un ejemplo fácil de entender:

Indicadores relacionados con la latencia 

1.7.4 Latencia

       Se refiere al tiempo total necesario para que los datos (un mensaje o paquete) se transmitan de un extremo de la red (o enlace) al otro y consta de 4 partes: retraso de transmisión, retraso de propagación, retraso de procesamiento y retraso de cola.

nombre	describir	Fórmula de cálculo
retraso en el envío	El tiempo que tardan los datos en viajar desde el host al canal.	Longitud del paquete/Ancho del canal
retardo de propagación	El tiempo que tardan los datos en propagarse en el canal.	Longitud del canal/velocidad a la que se propagan las ondas electromagnéticas en un canal
retraso en el procesamiento	El tiempo que tardan los datos en esperar el procesamiento de datos previo frente al enrutador	sin método de cálculo
retraso en la cola	Tiempo para que los datos procesen la demanda en el enrutador	sin método de cálculo

Nota: Al hacer una pregunta, el retraso en la cola y el retraso en el procesamiento son generalmente insignificantes (a menos que la pregunta lo requiera). Para enlaces de alta velocidad, lo único que aumenta es la velocidad de transmisión de datos y no la velocidad de propagación de bits en el enlace. Aumentar la tasa de envío de datos es solo para reducir el retraso en el envío de datos. 

1.7.5 Producto retardo-ancho de banda

describir	Se refiere a la cantidad de bits que la tubería puede contener.
oficial	Retardo de propagación* Ancho de banda del canal

1.7.6 Retardo de tiempo de ida y vuelta RTT

describir	Desde el momento en que el remitente envía datos hasta el momento en que el remitente recibe un acuse de recibo del receptor (el receptor envía un acuse de recibo inmediatamente después de recibir los datos), el retraso de tiempo total experimentado
oficial	RTT= retardo de propagación x2+tiempo de procesamiento (a veces puede ignorarse directamente)

1.7.7 Utilización

1.7.7.1 Utilización del canal

Utilización del canal = tiempo de paso de datos/con + tiempo de paso sin datos

1.7.7.2 Utilización de la red

Utilización de la red = promedio ponderado de la utilización de todos los canales

1.7.7.3 Relación entre retraso y utilización

Cuanto mayor sea la utilización, mayor será la latencia
 

Resumir

       Este artículo describe principalmente la descripción general de las redes de computadoras y comprende el concepto, la composición, la función, la clasificación y los indicadores de rendimiento de las redes de computadoras. Gracias por sus elogios y atención. Trabajaré más duro para simplificar mis notas.