Red de computadoras (séptima edición) Capítulo 1 (Introducción) Resumen de puntos de conocimiento

参考书目：《计算机网络（第7版）》：谢希仁——电子工业出版社《精通Windows Sockets网络开发--基于Visual C++实现》：孙海民——人民邮电出版社

Capítulo uno Introducción

1. Red informática
2.internet
- 1. Desarrollo de Internet
- 2. Composición de Internet
3. Arquitectura de red informática

1. Red informática

1. Definición de red informática

Red informática: consta de varios nodos y enlaces que conectan estos nodos.

La red informática más sencilla: dos ordenadores conectados por un par trenzado
Internet/Red: Las redes se pueden interconectar a través de enrutadores para formar una red con un área de cobertura mayor (una red de redes).

Internet: se refiere a una red informática interconectada a escala local.
Internet/Internet
Internet: se refiere a la red informática más grande del mundo actual: Internet.
Internet +
Internet + varias industrias tradicionales: utilice la tecnología de la información y las comunicaciones y las plataformas de Internet para integrar profundamente Internet con las industrias tradicionales para crear una nueva ecología de desarrollo.
```
注：网络把许多计算机连接在一起，互联网则把许多网络连接在一起。
```

2. Desarrollo de redes informáticas

Sistema único en línea centrado en computadora
ARPANET

El éxito de ARPANET provocó cambios fundamentales en el concepto de redes informáticas.
- La primera red de conmutación de paquetes que utiliza almacenamiento y reenvío.
- TCP/IP se convirtió en el protocolo estándar en ARPANET.
Después del auge de ARPANET durante el período de gran desarrollo
, las redes informáticas se desarrollaron rápidamente y cada empresa lanzó su propia arquitectura de red y productos de software y hardware para implementar estas arquitecturas. Por ejemplo: SNA (Arquitectura de red del sistema) de IBM; DNA (Arquitectura de red digital) de DEC.
A mediados de los años 1970 y 1980, las redes de área local surgieron y se desarrollaron rápidamente. Por ejemplo: Ethernet de Xerox; Cambridge Ring de la Universidad de Cambridge; Token Ring de IBM, etc.
Etapa de estandarización
En 1984, ISO promulgó el "Modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos (OSI)".
En 1974 se lanzó el modelo de referencia TCP/IP (el estándar internacional de facto).
Internet

3. Clasificación de redes informáticas.

Redes con diferentes alcances

WAN (red de área amplia)
- decenas a miles de kilómetros
- parte central de internet
MAN (Red del Área Metropolitana)
- 5-50 kilómetros
LAN (red de área local)
- Aproximadamente 1 km
Red de área personal PAN (Red de área personal)
- Unos 10m
- Conexiones inalámbricas
Red de Acceso AN (Red de Acceso)
- Red de acceso local o red de acceso residencial
- Proporciona una función de "puente" para el acceso de alta velocidad a Internet.

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Clasificar usuarios de la red

red pública
red privada

4.Indicadores de rendimiento de la red informática.

1. Velocidad: La velocidad se refiere a la velocidad de transmisión de datos, también conocida como velocidad de datos (velocidad de datos) o velocidad de bits (velocidad de bits).

Se refiere a la velocidad a la que el host transmite datos en el canal digital.
Es el indicador de rendimiento más importante en las redes informáticas.
La unidad de velocidad es bit/s, o kb/s, Mb/s, Gb/s, etc.

2. Ancho de banda: El ancho de banda se refiere a la "velocidad de datos más alta" que puede transmitir un canal/línea de comunicación digital.

Refleja la capacidad de las líneas de comunicación para transmitir datos.
Bits por segundo, b/s (bit/s)

3.Rendimiento: El rendimiento se refiere a la cantidad real de datos que pasan a través de una determinada red (o canal, interfaz) por unidad de tiempo.

注：吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制：吞吐量<=额定速率

4. Retraso: La latencia se refiere al tiempo necesario para que los datos se transmitan desde un extremo de la red (enlace) al otro extremo.
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Retraso de transmisión (retraso de envío): el tiempo que tarda un host o enrutador en enviar datos, es decir, el tiempo que tarda en enviarse el primer bit de la trama de datos hasta que se envía el último bit de la trama.
Retraso de propagación: El tiempo que tardan las ondas electromagnéticas en propagarse una determinada distancia en el canal.
Retraso de procesamiento: el tiempo que tarda un nodo de conmutación en realizar algún procesamiento necesario para el almacenamiento y el reenvío.
Retraso en la cola: el retraso experimentado por la cola de paquetes en la cola de caché del nodo.

5. Producto de ancho de banda de retardo
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El producto retardo-ancho de banda de un enlace también se denomina longitud del enlace en bits.
Representa el número de bits enviados desde el remitente pero que aún no han llegado al receptor.

6. Tiempo de ida y vuelta RTT

Indica el retraso total desde el momento en que el remitente envía datos hasta el momento en que el remitente recibe una confirmación del receptor (el receptor envía una confirmación inmediatamente después de recibir los datos).
Producto de ancho de banda de tiempo de ida y vuelta: cuando el remitente envía datos continuamente, los datos (bits) que se han enviado antes de recibir la confirmación de la otra parte a tiempo

7. Utilización

La utilización del canal indica qué porcentaje del tiempo que se utiliza un determinado canal (los datos pasan), la 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.

2.internet

1. Desarrollo de Internet

Fase uno: 1983 El protocolo TCP/IP se convirtió en el protocolo estándar en ARPANET.
La segunda etapa: a partir de 1985, se estableció una estructura de Internet de tres niveles.

La tercera etapa: desde 1993, se ha ido formando gradualmente Internet con una estructura de ISP de varios niveles.
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注：根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。
大致上可将互联网分为以下接入级：
1）国家主干网（主干 ISP）
2）地区 ISP
3）本地 ISP
4）校园网、企业网或 PC 机上网用户

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2. Composición de Internet

Divididos en términos de métodos de trabajo:
parte del borde

Consta de todos los hosts conectados a Internet.
Los usuarios lo utilizan directamente para comunicarse (transmitir datos, audio o vídeo) y compartir recursos.

parte central

Consta de una gran cantidad de redes y los enrutadores que conectan estas redes.
Sirviendo al segmento de borde (proporcionando conectividad y conmutación).
El enrutador almacena y reenvía los paquetes, es decir, realiza la conmutación de paquetes y finalmente los entrega al host de destino.

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El borde de Internet

Método de comunicación entre hosts.

Modo cliente servidor (modo C/S)
Método de igual a igual (método P2P)

enfoque cliente-servidor

Tanto el cliente como el servidor se refieren a los dos procesos de aplicación involucrados en la comunicación.
El enfoque cliente-servidor describe la relación entre los servicios y el ser atendido.
El cliente es el solicitante del servicio y el servidor es el proveedor del servicio.

programa de servidor
- Un programa diseñado para proporcionar un servicio que puede manejar solicitudes de múltiples clientes locales o remotos simultáneamente.
- Una vez iniciado el sistema, se llama automáticamente y se ejecuta continuamente, esperando y aceptando pasivamente solicitudes de comunicación de clientes de todo el mundo. No es necesario conocer la dirección del programa cliente.
- Generalmente requiere hardware potente y soporte avanzado del sistema operativo.
programa cliente
- Para ejecutarse después de ser llamado por el usuario, se debe conocer la dirección del programa servidor.
- No se requiere hardware especial ni sistema operativo complejo.

conexión de igual a igual

Cuando dos hosts se comunican, no distinguen cuál es el solicitante del servicio o el proveedor del servicio.
Siempre que ambos hosts ejecuten software peer-to-peer (software P2P), pueden comunicarse en conexiones iguales de peer-to-peer.
En esencia, todavía se utiliza el enfoque cliente-servidor, excepto que cada host en la conexión punto a punto es a la vez un cliente y un servidor.

parte central de internet

Compuesto por muchas redes y enrutadores que las interconectan, brindando conectividad a hosts en el borde de Internet.
- Entre enrutadores: conectados por enlaces de alta velocidad.
- Del host al núcleo: se conectan enlaces de velocidad relativamente baja.
El host procesa información para los usuarios, envía paquetes a la red y recibe paquetes de la red.
El enrutador almacena y reenvía el paquete, es decir, realiza la conmutación de paquetes y finalmente entrega el paquete al host de destino.

Cambio de circuito

La conmutación de circuitos está necesariamente orientada a la conexión.
La conmutación de circuitos debe pasar por tres etapas.
1. Establecer una conexión: ocupar recursos de comunicación
2. Comunicación: ocupa recursos de comunicación.
3. Liberar conexión: liberar recursos de comunicación

Pasos técnicos de almacenamiento y reenvío de conmutación de paquetes :
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Remitente: primero divida el mensaje más largo en segmentos de datos más cortos y de longitud fija; agregue un encabezado delante de cada segmento de datos para formar un grupo.
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注：分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
1）每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
2）分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
3）用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

Final de recepción: después de recibir el paquete, elimina el encabezado y lo restaura en el mensaje.

Diagrama esquemático de la red de conmutación de paquetes.
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   注：分组在哪段链路上传送，才占用这段链路的通信资源。

enrutador

No hay cables directos entre los puertos de entrada y salida del enrutador.
El proceso de procesamiento de paquetes del enrutador es:
1. Coloque primero el paquete recibido en la memoria caché (almacenamiento temporal);
2. Busque en la tabla de reenvío para saber qué puerto debe reenviarse a una determinada dirección de destino;
3. Envíe el paquete al puerto apropiado y reenvíelo.

Ventajas de la conmutación de paquetes

Eficiente: asigne dinámicamente el ancho de banda de transmisión y ocupe enlaces de comunicación segmento por segmento
Flexible: Utilice paquetes como unidades de transmisión y rutas de búsqueda.
Rápido: capacidad de enviar paquetes a otros hosts sin establecer primero una conexión.
Confiable: un protocolo de red que garantiza la confiabilidad; un protocolo de enrutamiento distribuido hace que la red tenga una alta capacidad de supervivencia.

Desventajas de la conmutación de paquetes

Los paquetes deben ponerse en cola cuando se almacenan y reenvían en cada nodo, lo que provocará un cierto retraso.
El encabezado que debe llevar el paquete crea una cierta sobrecarga.

Conmutación de circuitos versus conmutación de paquetes
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3. Arquitectura de red informática

Los diferentes sistemas que se comunican a través de redes informáticas deben funcionar de manera altamente coordinada.
Los protocolos de red son reglas, estándares o convenciones establecidas para el intercambio de datos en una red. El intercambio de datos en una red informática debe cumplir con las reglas acordadas de antemano.
tres elementos
- Sintaxis: La estructura o formato de los datos y la información de control.
- Semántica: Indica qué información se debe expresar, qué información de control se debe enviar, qué acciones completar y qué respuestas dar.
- Sincronización: una descripción detallada del orden en que se logran los eventos.
Ejemplo de tiempo
La realización funcional de toda la red informática se refleja en la realización del protocolo.
Para garantizar la relativa independencia de cada función de la red y facilitar la implementación y el mantenimiento, el protocolo generalmente se divide en múltiples subprotocolos, y el conjunto de subprotocolos generalmente se denomina grupo de protocolos.

Los muchos años de investigación de ARPNET han demostrado que para protocolos de redes informáticas muy complejos, su estructura debe ser jerárquica (en capas ), lo que puede transformar problemas grandes y complejos en una serie de problemas locales que son más simples y fáciles de manejar, y más fáciles de estudiar y analizar. lidiar con. .
Las capas de red dividen principalmente los problemas de comunicación complejos en diferentes bloques funcionales, y diferentes capas ejecutan un determinado bloque funcional a través del protocolo de esta capa. Es decir: cada capa solo completa ciertas funciones y cada capa se construye sobre la capa debajo de ella. Cada capa proporciona servicios a la capa superior a través de la interfaz entre capas y, al mismo tiempo, los detalles de la implementación del servicio están ocultos de la capa superior.

注：
1）计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 
2）体系结构是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。
3）体系结构是抽象的，可用硬件或软件具体实现这些功能

Idea general de capas de protocolos.

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Cuando la entidad de la enésima capa implementa sus propias funciones definidas, solo utiliza los servicios proporcionados por la capa N-1.
La capa N proporciona servicios a la capa N + 1. Este servicio no solo incluye las funciones de la capa N en sí, sino que también incluye la suma de funciones proporcionadas por las capas inferiores.
La capa más baja solo proporciona servicios; la capa más alta solo proporciona usuarios; las capas intermedias son tanto usuarios de la siguiente capa como proveedores de servicios de la capa superior.
Solo hay interfaces entre capas adyacentes y los detalles de implementación de los servicios de la capa inferior son completamente transparentes para la capa superior.

Beneficios de las capas

Fuerte independencia: cada capa es independiente, divide las operaciones de red en unidades de baja complejidad, divide y vencerás, y la capa superior solo necesita saber qué servicios proporciona la capa inferior a través de la interfaz entre capas.
Buena flexibilidad: siempre que los servicios y las interfaces permanezcan sin cambios, los cambios en una capa no afectarán a otras capas y los diseñadores pueden concentrarse en diseñar y desarrollar las funciones del módulo.
Para favorecer la interconexión de redes, la conversión de protocolos puede implicar sólo uno o unos pocos niveles en lugar de todos los niveles.
Estructuralmente separable, fácil de implementar y mantener.
Es propicio para promover el trabajo de estandarización: debido a que las funciones de cada capa y los servicios que proporciona están descritos con precisión, cada proveedor puede desarrollarse.

La necesidad de dividir capas.
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Las principales funciones implementadas en cada capa.

direccionamiento
Control de errores: hacer que la comunicación en la capa de pares sea más confiable
Control de flujo: controle la velocidad del extremo emisor para que el extremo receptor pueda recibir a tiempo
Fragmentación y reensamblaje: el remitente divide los bloques de datos en unidades más pequeñas y los vuelve a ensamblar en el receptor.
Multiplexación y demultiplexación: varias sesiones de comunicación entre pares de nivel superior reutilizan una conexión de nivel inferior
Establecer y liberar conexiones
…

El surgimiento de la arquitectura de red.

1974, Arquitectura de red del sistema IBM SNA.
En 1977, la Organización Internacional de Normalización ISO comenzó a estudiar el marco estándar de interconexión: el modelo básico de referencia de interconexión de sistemas abiertos OSI/RM.
En 1983, se formó el documento oficial OSI/RM: la arquitectura de protocolo de siete capas.

Contrariamente a lo esperado, ¡OSI fracasó!

Los expertos en OSI no tienen ningún impulso comercial a la hora de completar las normas OSI;
El protocolo OSI es demasiado complejo de implementar y tiene baja eficiencia operativa;
El ciclo de desarrollo de las normas OSI es demasiado largo, por lo que los equipos producidos según las normas OSI no pueden ingresar al mercado a tiempo;
La división jerárquica de OSI no es muy razonable: muchas funciones se repiten en múltiples niveles y las funciones de cada capa están distribuidas de manera desigual (las tareas de las capas de enlace y red son pesadas y las tareas de la capa de sesión son livianas)
La definición de funciones y servicios es compleja y difícil de producir, y casi no existen productos diseñados según el modelo OSI de siete capas en aplicaciones prácticas.

¡Mal momento, mala tecnología, mala estrategia, mala implementación!

Dos estándares internacionales
OSI/RM - estándar internacional de jure
estándar no internacional TCP/IP - estándar internacional de facto

semejanza
- La división funcional de capas es similar a
diferencia
- OSI: del modelo conceptual a la implementación del protocolo.
- TCP/IP: De la implementación del protocolo a la descripción conceptual.
- TCP/IP ha considerado una variedad de diferentes problemas de interconexión de redes desde el principio y lo convirtió en una parte importante del protocolo IP TCP/IP.
- Desde el principio, TCP/IP prestó la misma atención a los servicios orientados a la conexión y a los servicios sin conexión; OSI sólo prestó atención a los servicios orientados a la conexión.
- TCP/IP tiene mejores funciones de gestión de red.
en conclusión
- El modelo conceptual OSI es bueno, pero la implementación del protocolo no lo es.
- La implementación del protocolo TCP/IP es buena, pero el modelo no es bueno.

modelo de referencia OSI
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注：1.OSI模型每层都有自己的功能集2.层与层之间相互独立又相互依靠3.上层依赖于下层，下层为上层提供服务

El proceso de transmisión de datos por dispositivos de red sigue el modelo de referencia OSI.
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Capa de aplicación
1. Proporciona una interfaz entre la red y los procesos de aplicaciones de usuario para que los procesos de aplicaciones de usuario puedan disfrutar de los servicios de red.
  - Proporciona varios protocolos de aplicación para satisfacer las necesidades de los procesos de aplicación: HTTP/SMTP/FTP.
  - Identificar y verificar la disponibilidad de las partes de comunicación previstas.
  - Habilite la sincronización entre procesos de aplicaciones que trabajan juntos.
  - Solicitar recursos para el proceso de comunicación.
2. PDU: mensaje
Capa de presentación
1. Preste atención a la sintaxis y semántica de la información transmitida y proteja las diferencias en la representación de datos entre computadoras con diferentes arquitecturas.
  - Decodificación y codificación de datos.
  - Cifrado y descifrado de datos.
  - Compresión y descompresión de datos.
capa de sesión
1. Establecer, mantener y gestionar sesiones entre aplicaciones.
  - Control de diálogo, que proporciona la función de insertar puntos de control en el flujo de datos.
  - Sincronización: Cómo iniciar, controlar y finalizar conversaciones. La capa de diálogo confirma el orden del diálogo y garantiza que cada paso se lleve a cabo en orden.
  - PDU: mensaje
capa de transporte
1. Proporcione una transmisión de datos confiable y transparente entre los procesos de origen y destino, de modo que los usuarios del servicio de capa superior no tengan que preocuparse por los detalles de implementación de la subred de comunicación.
2. Aísle las tres capas superiores y las tres capas inferiores, proteja los detalles de la red, establezca una conexión de extremo a extremo y sea responsable de la transmisión de datos entre un extremo y otro.
3. PDU: mensaje
4. Características de la capa de transporte.
  - Las capas anteriores: orientadas a la aplicación; esta capa y las siguientes capas: orientadas a la transmisión.
  - Se superpone con algunos servicios de la capa de red y la selección de funciones depende de la fuerza de la función de la capa de red.
  - Sólo existe en el host final.
  - Realice la conexión "de un extremo a otro" desde el host de origen al host de destino.
    - Capa de red: proporciona transmisión lógica entre hosts
    - Capa de transporte: proporciona transporte lógico entre procesos de aplicación.
5. Las principales funciones de la capa de transporte.
- Direccionamiento del punto de servicio: dirección del proceso de origen asignada a la dirección de red
- Reutilizar y deutilizar
  - Varias conexiones de transmisión comparten una conexión de red;
  - Una conexión de transporte utiliza múltiples conexiones de red;
- Control de conexión
- control de flujo
- control de errores
- control de congestión
Capa de red
1. Proporcionar servicios de comunicación para diferentes hosts en la red de conmutación de paquetes.
  - Proporciona direcciones lógicas para dispositivos de red.
  - Responsable de enviar datos desde el origen al destino.
  - Responsable del enrutamiento y reenvío de la transmisión de datos.
2. PDU: paquete
  - dirección lógica
  - Enrutamiento
Capa de enlace de datos
1. Tarea: transferir datos entre dos nodos adyacentes.
2. PDU: marco
3. Funciones y servicios
  - Establecer y derribar conexiones de enlace de datos (canales lógicos).
  - Encuadre: encapsulación de tramas, transmisión en orden y procesamiento de tramas de acuse de recibo devueltas.
  - Delimitación y sincronización: Generar/reconocer límites de trama.
  - Detección/recuperación de errores: transmisión confiable.
  - Control de flujo: suprime la velocidad de transmisión del remitente para que el receptor tenga tiempo de recibir.
  - Las redes de difusión necesitan controlar el acceso a los canales compartidos.
capa fisica
1. La función principal de la capa física es ser responsable de la transmisión correcta y transparente de señales binarias en líneas físicas.
2. La capa física no proporciona servicios de corrección de errores de datos, pero puede controlar la velocidad de transmisión de datos y monitorear la tasa de errores de datos.
3. La portadora que transmite señales eléctricas en la capa física se llama flujo de bits o flujo de bits.
4. La capa física se ocupa de lo siguiente:
  - Propiedades mecánicas: define la forma del conector y la ubicación de los pines.
  - Características Eléctricas: Define los parámetros eléctricos del circuito de interfaz.
  - Características de los procedimientos: Definir los procedimientos de operación de las líneas de señales.
  - Medios de transmisión: los medios de transmisión se encuentran debajo de la capa física.

Resuma
       la tarea de la capa de enlace: transmisión de datos confiable entre dos nodos.
       La tarea de la capa de red: transmitir datos a lo largo de la mejor ruta entre dos puntos finales (comunicación lógica entre hosts).
       La tarea de la capa de transporte: transmisión de datos confiable y transparente entre dos puntos finales (comunicación lógica entre procesos de aplicación).

Explicación entre capas

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Conexiones entre capas

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Entidades, protocolos, servicios y puntos de acceso a servicios

Entidad: Cualquier proceso de hardware/software que pueda enviar o recibir información.
Capa de pares: una capa de pares entre dos sistemas diferentes.
Entidad par: dos entidades ubicadas en diferentes capas de pares del sistema.
Servicio: Capacidad de una determinada capa y de las capas inferiores a ella, proporcionada a sus capas superiores adyacentes a través de interfaces.
Acuerdo: Las reglas que ambas partes comunicantes deben cumplir durante la comunicación.
Interfaz: La interfaz para la interacción entre dos capas adyacentes, definiendo las operaciones entre dos capas adyacentes y los servicios de la capa inferior a la capa superior.
El lugar donde interactúan entidades de dos capas adyacentes de un mismo sistema se denomina Punto de Acceso al Servicio (SAP).

Arquitectura TCP/IP
Pila de protocolos: utilice un conjunto de protocolos para completar las funciones implementadas por OSI.
Pila de protocolos TCP/IP: es un conjunto de pilas de protocolos compuestas por diferentes protocolos.

Modelo de reloj de arena TCP/IP

Dos límites en el modelo en capas TCP/IP
Límite del sistema operativo: el límite que separa el sistema operativo de las aplicaciones.
Límite de dirección de protocolo: el límite que separa las direcciones de Internet de alto nivel de las direcciones de tarjetas de red físicas de bajo nivel.