Notas sobre la red informática: arquitectura de la red informática

1. Arquitectura de red informática

1.1 Descripción general de las redes informáticas

1.1.1 Concepto de red informática

Definición simple: una red informática es un conjunto de sistemas informáticos autónomos e interconectados.

Visión amplia: una red informática es un sistema que puede realizar el procesamiento remoto de información o un sistema que puede lograr un mayor intercambio de recursos.

Perspectiva de intercambio de recursos: una red informática es una colección de sistemas informáticos autónomos interconectados de manera que pueden compartir recursos entre sí.

Perspectiva de transparencia del usuario: una red informática es un sistema operativo de red que gestiona automáticamente los recursos para los usuarios. Puede llamar a los recursos que los usuarios necesitan. Toda la red es tan transparente para los usuarios como un gran sistema informático.

Computadora Autónoma: Computadora capaz de administrarse, configurarse y mantenerse a sí misma.

1.1.2 Composición de la red informática

Composición física

Red informática: tres partes: hardware, software y protocolos.

Hardware: host + procesador de comunicación + línea de comunicación + equipo de conmutación.

Software: incluye software para compartir recursos y diversas herramientas de software que son cómodas de usar para los usuarios.

Protocolo: Reglas, estándares establecidos para el intercambio de datos en una red.

Composición del estilo de trabajo.

Red informática: parte perimetral, parte central

Parte perimetral: consta de todos los hosts conectados a Internet para uso directo de los usuarios para comunicarse y compartir recursos.

Parte central: consta de una gran cantidad de redes y enrutadores que conectan estas redes, brindando conectividad y servicios de conmutación a la parte de borde.

Composición funcional

Red informática: subred de comunicación, subred de recursos

Subred de comunicación: se compone de varios medios de transmisión, equipos de comunicación y protocolos de red correspondientes, proporciona capacidades de transmisión, intercambio y control de datos para la red y realiza la comunicación de datos entre computadoras en red.

Subred de recursos: consta del terminal principal y varios recursos de software y recursos de información, es responsable del negocio de procesamiento de datos de toda la red y proporciona a los usuarios diversos recursos y servicios de la red.

1.1.3 Funciones de las redes informáticas

• comunicación de datos:Las funciones más básicas e importantes.. Incluyendo control de conexión, control de transmisión, control de errores, control de flujo, enrutamiento, multiplexación y otras funciones.
• Intercambio de recursos: incluidos recursos de datos, recursos de software y recursos de hardware.
• Procesamiento distribuido: cuando el sistema informático está sobrecargado, las tareas de procesamiento se transfieren a otros sistemas informáticos en la red para su procesamiento y los recursos informáticos inactivos se utilizan para mejorar la utilización de todo el sistema.
• Procesamiento integral de información: procesamiento centralizado o jerárquico de datos dispersos en computadoras de todo el mundo.
• Equilibrio de carga: distribuya las tareas de trabajo de manera uniforme a cada computadora en la red informática.
• Mejorar la confiabilidad: cada computadora en la red informática puede reemplazarse entre sí a través de la red.

1.1.4 Clasificación de redes informáticas

• Alcance de distribución: red de área amplia, red de área metropolitana, red de área local, red de área personal
• Topología: red en estrella, red de bus, red en anillo, red en malla
• Tecnología de transmisión: red de transmisión, red punto a punto
• Usuario: red pública, red privada
• Tecnología de conmutación de datos: red de conmutación de circuitos, red de conmutación de mensajes, red de conmutación de paquetes

1.1.5 Obra pública de normalización de redes informáticas y organismos afines

Pasos de estandarización: borradores de Internet, estándares propuestos, borradores de estándares, estándares de Internet

Organizaciones relacionadas: ISO, UIT, IEE

1.2 Arquitectura de red informática y modelo de referencia.

1.2.1 Estructura jerárquica de la red informática

¿Por qué capa?

Cuando la estructura del sistema es grande, la estratificación puede implementar mejor el mecanismo de gestión y mejorar la eficiencia de todo el sistema. Pero no aplique demasiadas capas, de lo contrario provocará un desperdicio de recursos.

• Entidad: Cualquier proceso de hardware o software que pueda enviar o recibir información. Una entidad es un módulo de software específico.

• Capa de pares: la misma capa en diferentes máquinas.

• Entidades pares: entidades en la misma capa.

1.2.2 Acuerdo

Una regla que controla cómo se comunican dos entidades pares,es horizontal

Componentes del protocolo: semántica, sintaxis, sincronización.

• Semántica: la interpretación del significado de los elementos que componen el protocolo,Que qué
• Sintaxis: la estructura o formato de los datos y la información de control,cómo decir
• Sincronización: especifica la secuencia de ejecución de eventos.

1.2.3 Interfaz

Las interfaces también se denominan puntos de acceso a servicios. A partir de la capa física, cada capa proporciona puntos de acceso a servicios hacia arriba, es decir, los servicios no se pueden proporcionar sin interfaces.

• Unidad de datos de servicio (SDU): Unidad de datos de servicio de la capa n - n-SDU
• Información de control de protocolo (PCI): información de control de protocolo para la capa n - n-PCI
• Información de control de interfaz (ICI): información de control de interfaz para la capa n - n-ICI
• Unidad de datos de protocolo (PDU): unidad de datos de servicio de enésima capa + información de control de protocolo de enésima capa, n-SDU+n-PCI=n-PDU, n-PDU=(n-1)-SDU,Unidad de datos transmitida entre entidades pares en la misma capa
• Unidad de datos de interfaz (IDU): unidad de datos de servicio de enésima capa + información de control de interfaz de enésima capa, n-SDU+n-ICI=n-IDU,Unidad de datos transmitida entre interfaces adyacentes

1.2.4 Servicios

La capa inferior llama a funciones proporcionadas por la capa superior.Los servicios son verticales.

Aquellas funciones que son "visibles" para entidades de nivel superior se denominan servicios.

• La entidad de la enésima capa no sólo debe utilizar los servicios de la capa n-1, sino también proporcionar servicios de esta capa a la capa n+1.La suma de servicios proporcionados por la enésima capa y las capas debajo de ella.. El nivel superior proporciona servicios a los usuarios.
• La capa superior solo puede utilizar los servicios de la capa inferior a través de la interfaz de la capa adyacente, pero no puede llamar a los servicios de otras capas, es decir, los detalles de implementación de los servicios proporcionados por la capa inferior son transparentes para la capa superior.

Transparencia: los usuarios sólo saben qué funciones están disponibles, pero no cómo implementarlas.

servicios orientados a la conexión

Cuando dos partes en comunicación se comunican, se establece una línea de comunicación de antemano: se establece una conexión, se utiliza la conexión y se libera la conexión.

ventaja:

• Flujo de información confiable, confirmación de respuesta de información.

defecto:

• Ocupar canal de comunicación

Servicios orientados sin conexión

Cuando las dos partes se comunican, no es necesario establecer una línea de comunicación por adelantado, sino que cada paquete (grupo de mensajes) con una dirección de destino se transmite a la línea y el sistema selecciona una ruta para la transmisión.

ventaja:

• No ocupa canales de comunicación.

defecto:

• Es posible que se pierda el flujo de información y que la información no se confirme mediante respuesta.

Hay un servicio de contestador.

Luego de recibir los datos, el receptor da la respuesta correspondiente al remitente.

sin servicio de contestador

El receptor no responde automáticamente después de recibir los datos.

Servicio confiable

La red cuenta con mecanismos de detección de errores, corrección de errores y respuesta para garantizar que los datos se transmitan de manera correcta y confiable al destino.

servicio poco confiable

La red no puede garantizar que los datos se transmitan al destino de forma correcta y confiable, solo puede intentar ser lo más correcto y confiable posible.

1.2.5 Modelo de referencia ISO/OSI y modelo TCP/IP

Modelo estructural de 5 capas.

• Capa de aplicación (usuario a usuario)
  • Tarea: Proporcionar una interfaz entre el sistema y los usuarios.
  • Funciones: Transferencia, acceso y gestión de archivos, servicios de correo electrónico.
  • Protocolos: FTP, SMTP, POP3, HTTP
• Capa de transporte (aplicación a aplicación, proceso a proceso)
  • Unidad de transmisión: segmento de mensaje (TCP) o datagrama de usuario (UDP)
  • Tarea: Responsable de la comunicación entre dos procesos en el host.
  • Función
    • Un servicio que proporciona transporte confiable para conexiones de extremo a extremo
    • Proporcionar servicios de gestión como control de flujo, control de errores y calidad del servicio para conexiones de extremo a extremo.
  • Protocolo: TCP, UDP, ARQ
• Capa de red (de host a host)
  • Unidad de transmisión: datagrama
  • Hardware implementado: Enrutador
  • Tarea
    • Encapsular los segmentos de mensajes transmitidos desde la capa de transporte en paquetes.
    • Seleccionar rutas apropiadas para que los paquetes de la capa de transporte puedan entregarse al host de destino
  • Función
    • Proporcionar servicios para la capa de transporte.
    • Empacar y desempacar
    • Enrutamiento
    • control de congestión
  • Protocolos: ICMP, ARP, RARP, IP, IGMP
• Capa de enlace de datos (capa de enlace)
  • Unidad de transmisión: bastidor
  • Hardware implementado: interruptores, puentes.
  • Tarea: ensamblar datagramas IP transmitidos desde la capa de red en marcos
  • Función
    • Establecimiento de conexión de enlace, desmontaje, desconexión.
    • Delimitación de cuadros y sincronización de cuadros.
    • detección de errores
  • Acuerdo: APP, HDLC
• capa fisica
  • Unidad de transmisión: bit
  • Hardware implementado: hub, repetidor
  • Misión: Transmitir flujo de bits de forma transparente
  • Función: Proporcionar una ruta de transmisión de datos para equipos terminales de datos.

Reponer

modelo OSI

• Capa de aplicación
• Capa de presentación
• capa de sesión
• capa de transporte
• Capa de red
• Capa de enlace de datos
• capa fisica

Arquitectura TCP/IP

• Capa de aplicación

• capa de transporte

• Capa de red

• Capa de enlace de datos

• capa fisica

• capa de sesión

  • Función: Establecer, mantener y liberar conexiones orientadas al usuario entre dos nodos, administrar y controlar sesiones y garantizar una transmisión confiable de datos de sesión.

• Capa de presentación

  • Función: Responsable de procesar el formato de representación de la información intercambiada entre dos sistemas de comunicación con diferentes estructuras internas de representación de datos (Conversión de formato de datos), proporcionando las funciones necesarias de compresión y descompresión de datos para el cifrado y descifrado de datos, así como para mejorar la eficiencia de la transmisión.

Ventajas de las capas

1. Las capas son independientes entre sí.
2. Buena flexibilidad
3. estructuralmente separable
4. Fácil de implementar y mantener
5. Puede promover el trabajo de estandarización.

La diferencia entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP

3 conceptos principales: servicio, interfaz, protocolo.
El protocolo está bien oculto.
Fue producido antes de la invención del protocolo.
Hay 7 capas en total.
Capa de red: con conexión y sin conexión.
Capa de transporte: solo orientada a conexión.

No existe una distinción clara entre servicios, interfaces y protocolos. Se
creó después de la invención del protocolo.
Hay 4 capas (no 5) en total.

Capa de red: solo sin conexión
Capa de transporte: orientada a conexión y sin conexión

1.2.6 Indicadores de desempeño de la red informática

• Latencia: el tiempo que tardan los datos en viajar desde un extremo de una red o enlace al otro, a veces denominado retraso o latencia.

  • Retraso de envío (o retraso de transmisión): el tiempo que tarda un host o enrutador en enviar datos, es decir, el tiempo que tarda desde que se envía el primer bit de la trama de datos hasta el momento en que se envía el último bit de la trama. , el tiempo de retardo de envío también se denomina retardo de transmisión

    Retraso de envío = longitud de la trama de datos (bits)/velocidad de envío (bits/s)

  • Retraso de propagación: el tiempo que tardan las ondas electromagnéticas en propagarse una determinada distancia en el canal.

    Retardo de propagación = longitud del canal (m)/velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el canal (m/s)

  • Latencia de procesamiento: el tiempo que tarda un host o enrutador en procesar un paquete después de recibirlo.

  • Retraso en la cola. Cuando un paquete ingresa a la red para su transmisión, tiene que pasar por muchas rutas. Sin embargo, después de que el paquete ingresa, se coloca en la cola de entrada para esperar el procesamiento. Después de que el enrutador determina la interfaz de reenvío, también necesita para estar en cola en la cola de salida para esperar el reenvío. Esto es Se produce un retraso en la cola.

    Retraso total = retraso en el envío + retraso en la propagación + retraso en el procesamiento + retraso en la cola

• Producto de ancho de banda de retardo El producto de ancho de banda de retardo también se conoce como longitud del enlace en bits.

  Producto retardo-ancho de banda = retardo de propagación x ancho de banda

• Tiempo de ida y vuelta: El tiempo total transcurrido desde que se envían los datos hasta que el remitente recibe el mensaje de confirmación del receptor (el receptor envía la confirmación inmediatamente después de recibir los datos).

• Utilización:Incluyendo la utilización del canal y la utilización de la red.

  • La utilización del canal se refiere al porcentaje del tiempo que se utiliza un determinado canal (con datos que pasan a través de él). La tasa de utilización de un canal completamente inactivo es cero.
  • La utilización de la red es el promedio ponderado de la utilización del canal de toda la red. Sin embargo, cabe señalar que cuanto mayor sea la tasa de utilización del canal y la tasa de utilización de la red, mejor, porque cuanto mayor sea la tasa de utilización, mayor será el retraso en el reenvío de datos en el enrutador.

Preguntas de practica

¡Las siguientes dos conclusiones son correctas o incorrectas!

Una red con un ancho de banda de 1 Mbit/s y una red con un ancho de banda de 1 kbit/s tiene una tasa de propagación de flujos de bits mucho mayor en el enlace. (×)

Una red con un ancho de banda de 1 Mbit/s tiene una velocidad de transferencia de datos mucho mayor que una red con un ancho de banda de 1 kbit/s. (×)

Cuanto más amplio sea el ancho de banda, más rápida será la velocidad a la que se envía un bit, en lugar de más rápida será la velocidad de propagación de cada bit a través del enlace de datos.

La velocidad de transmisión de datos está determinada por el retraso total (retraso total = retraso de envío + retraso de propagación + retraso de procesamiento + retraso de cola), mientras que el ancho de banda solo determina el retraso de envío.