Designer de planejamento de rede (1)

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Esta série de artigos foi escrita com base no livro tutorial do designer de planejamento de rede. O estágio inicial é um resumo e indução dos pontos de conhecimento do livro tutorial do designer de planejamento de rede. É semelhante aos pontos de conhecimento no tutorial, porque o design de exame de designer de planejamento de rede Os pontos de conhecimento de não se limitam ao conteúdo do tutorial e alguns pontos de conhecimento não são detalhados o suficiente. Portanto, ao resumir os pontos de conhecimento do tutorial, iremos complementar os pontos de conhecimento mais simples do tutorial. Durante o processo de resumo, como Quando novos pontos de conhecimento são descobertos, eles serão adicionados ao artigo original no tempo, e novas tecnologias que surgiram nos últimos anos serão descritas posteriormente, porque o autor também está em processo de aprendizagem. Se você encontrar deficiências, por favor, dê um feedback a tempo. Obrigado a todos. Espero que todos possam estar aqui. Aprendi conhecimentos relacionados a redes, passei no exame de projetista de planejamento de rede, estudei juntos e progredi juntos, obrigado.

1 Princípios de Redes de Computadores

1.1 Introdução às Redes de Computadores

1.1.1 Conceito de rede de computadores

1.1.1.1 Definição de rede de computadores

Uma rede de computadores é um sistema que conecta um sistema de computador distribuído com funções independentes por meio de equipamentos e linhas de comunicação e realiza o compartilhamento de recursos por software com funções perfeitas.

Existem três pontos de vista principais para a compreensão das redes de computadores:

1. Visão ampla: desde que seja um sistema que possa realizar o processamento remoto de informações ou um sistema que consiga ainda mais o compartilhamento de recursos, ele pode se tornar uma rede de computadores.
2. Ponto de vista de compartilhamento de recursos: uma rede de computadores deve ser um sistema composto por computadores com funções independentes e pode realizar o compartilhamento de recursos.
3. Ponto de vista da transparência do usuário: uma rede de computadores é um supercomputador com ricos recursos e funções poderosas. Seu uso é transparente para os usuários. Os usuários usam a rede como se estivessem usando um único computador, sem saber a existência da rede, a localização de recursos e outras informações.

Instruções comuns de aplicativos de computador:

• Processamento centralizado e em tempo real de informações dispersas. Por exemplo: sistema de reserva de aviação, sistema de controle industrial, sistema militar, etc.
• Compartilhando recursos, realizando o compartilhamento de vários recursos, incluindo recursos de informação, recursos de hardware e recursos de software.
• Escritório eletrônico e serviço. Por exemplo, aplicativos modernos de escritório e negócios, como governo eletrônico, comércio eletrônico, banco eletrônico, alfândega eletrônico, etc., realizados com a ajuda de redes de computadores.
• Comunicação. Por exemplo, a função de comunicação de e-mail e sistema de mensagens instantâneas.
• Educação a Distância. Usando a Internet para fornecer uma plataforma de educação à distância e com a ajuda de um sistema de gestão do conhecimento, os alunos podem aprender mais convenientemente por conta própria e melhorar sua eficiência de aprendizagem.
• entretenimento. Use a Internet para fornecer uma variedade de conteúdo de entretenimento.

1.1.1.2 A relação entre rede de computadores, comunicação e rede

Comunicação é a transferência de informações, que se refere à transmissão e troca de informações de um lugar para outro, e tem como objetivo transmitir mensagens. O sistema que realiza a função de comunicação é denominado sistema de comunicação. Entre os vários métodos de comunicação, o método de comunicação que usa "eletricidade" para transmitir mensagens é chamado de telecomunicações, que se caracteriza pela velocidade, precisão e confiabilidade, e dificilmente é restrito por tempo, localização, espaço e distância. Os sistemas de comunicação são classificados para diferentes finalidades, como segue:

• O sistema de comunicação estabelecido com o objetivo principal de comunicação de voz é denominado rede telefônica ou rede de telecomunicações;
• Um sistema de comunicação estabelecido com o propósito de transmitir sinais de TV é chamado de rede de TV;
• Uma rede estabelecida com o propósito de comunicação de dados é chamada de rede de comunicação de dados.

A rede de computadores é o produto da combinação de tecnologia de computador e tecnologia de comunicação, que pode realizar a transmissão, coleta, distribuição, processamento, armazenamento e consumo de dados.

1.1.2 Composição da rede de computadores

1.1.2.1 Composição física da rede de computadores

Os componentes físicos de uma rede de computadores incluem: hardware, software e protocolos.

1.1.2.1.1 Hardware

• Dois ou mais computadores e dispositivos de terminal são chamados coletivamente de hosts, alguns dos quais atuam como servidores e outros atuam como clientes.
• O processador front-end (FEP) ou processador de comunicação ou processador de controle de comunicação (CCP) é responsável pelo envio e recebimento de dados.O CCP mais simples é uma placa de rede.
• Dispositivos de conexão, como roteadores e switches, switches conectam computadores em redes e roteadores interconectam redes para formar uma rede maior.
• As linhas de comunicação, que completam especificamente a transmissão de sinais de um lugar para outro, incluem linhas com fio e linhas sem fio.

1.1.2.1.2 Software

Existem principalmente softwares que realizam o compartilhamento de recursos e várias ferramentas de software que são convenientes para os usuários.

1.1.2.1.3 Contrato

O protocolo é composto por gramática, semântica e sequência temporal, e as funções de cada parte são as seguintes:

• Sintaxe: especifique o formato dos dados transmitidos;
• Semântica: especifica a função a ser completada;
• Sequência de tempo: estipule as condições e relações de sequência para a execução de várias operações.

O protocolo é o núcleo da rede de computadores. As funções que um protocolo completo precisa realizar são as seguintes:

• Gerenciamento de linha
• Endereçando
• Controle de erros
• controle de fluxo;
• Encaminhamento
• Controle de sincronização
• Segmentação e montagem de dados;
• Organizar
• Conversão de dados
• Gestão da segurança;
• Gerenciamento de faturamento.

1.1.2.2 Composição da função da rede de computadores

Em termos de função, uma rede de computadores consiste em uma sub-rede de recursos e uma sub-rede de comunicação. A relação entre as duas é mostrada na figura abaixo e suas funções são as seguintes:

• Sub-rede de recursos: processamento e armazenamento completos de dados, equivalente a um sistema de computador;
• Sub-rede de comunicação: transmissão de dados completa, é o equipamento de comunicação adicional e linha de comunicação para conexão com a rede.
  
  Em termos de métodos de trabalho, uma rede de computadores é composta por uma parte periférica e uma parte central. A relação entre as duas é apresentada na figura abaixo e as suas funções são as seguintes:
• Edge part: o host usado diretamente pelo usuário;
• Parte central: consiste em um grande número de redes e roteadores, fornecendo conectividade e serviços de comutação para a borda.
  

1.1.2.3 Composição dos elementos da rede de computadores

Em termos de seus componentes, as redes de computadores incluem computadores, roteadores, switches, placas de rede, linhas de comunicação, modems, etc. As funções de cada elemento são as seguintes:

• Computador: incluindo cliente e servidor;
• Placa de rede: Conectada ao computador, também existe uma placa de rede externa como uma interface USB, que é responsável por conectar-se à linha de comunicação para concluir o trabalho de envio e recebimento;
• Switch: usado para conectar uma pequena variedade de computadores em uma rede;
• Roteador: usado para interconectar várias redes para formar uma rede maior;
• Modem: conecte um computador isolado à rede, como modem de áudio, modem ADSL, modem de satélite, etc.

1.1.3 Classificação da rede de computadores

1.1.3.1 Classificação por faixa de distribuição

De acordo com a faixa de distribuição, a rede de computadores pode ser dividida em rede de área ampla, rede de área metropolitana, rede de área local e rede de área pessoal.

• Rede de longa distância (WAN): geralmente distribuída em áreas acima de dezenas de quilômetros.
• Rede de Área Metropolitana (MAN): Geralmente distribuída em uma área urbana, a tecnologia de rede de área ampla é geralmente usada, e pode-se considerar uma rede de área ampla menor.
• Rede local (LAN): Geralmente distribuída na faixa de dezenas de metros a vários quilômetros. Tradicionalmente, as redes de longa distância usam a tecnologia de comutação e as redes de área local usam a tecnologia de transmissão.
• Rede de área pessoal (PAN): geralmente se refere à rede transportada pela família ou mesmo por indivíduos, geralmente distribuída em poucos metros, usada para conectar eletrodomésticos, equipamentos eletrônicos de consumo e um pequeno número de equipamentos de informática em uma pequena rede para adoção comunicação sem fio principalmente maneira.

1.1.3.2 Classificado por topologia

De acordo com a estrutura topológica, a rede de computadores pode ser dividida em formas básicas, como rede de barramento, rede em estrela, rede em anel, rede em árvore, rede em grade, etc. O diagrama da estrutura da topologia da rede é mostrado na figura abaixo e as instruções específicas são como segue:

1. Rede do tipo barramento: conecte computadores com um único barramento.
   Suas vantagens são: fácil de construir uma rede, conveniente para adicionar ou remover nós e economizar linhas.
   A desvantagem é que a eficiência da comunicação não é alta sob carga pesada.
2. Rede estrela: Cada terminal ou computador é conectado ao dispositivo central por uma linha separada, e o dispositivo central é geralmente um switch ou roteador.
   Suas vantagens são: estrutura simples, fácil construção de rede, baixo atraso e fácil gerenciamento.
   As desvantagens são: alto custo e o nó central é sensível a falhas.
3. Rede em anel: Todos os dispositivos de interface em anel do computador são conectados em um anel, que pode ser um anel único ou duplo. O sinal no anel é transmitido em uma direção. A direção de transmissão dos sinais nos dois anéis no anel duplo a rede é oposta e tem a função de autocura.
4. Rede em árvore: os nós são organizados em uma estrutura em árvore, que é hierárquica.
5. Rede Mesh: Em geral, cada nó tem pelo menos dois caminhos conectados a outros nós.
   As redes do tipo grade são divididas em tipos regulares e irregulares.
   Sua vantagem é: alta confiabilidade.
   Suas desvantagens são: controle complicado e alto custo de linha.

1.1.3.3 Classificação por tecnologia de troca

De acordo com a tecnologia de comutação, a rede pode ser dividida em rede de comutação de linha, rede de comutação de mensagem e rede de comutação de pacote.

1. Rede de comutação de circuitos: Um caminho dedicado é estabelecido entre o nó de origem e o nó de destino para a transmissão de dados, incluindo três estágios: estabelecimento da conexão, transmissão de dados e desconexão.Uma rede de comutação de circuitos típica é uma rede telefônica.
   Sua vantagem é: os dados são transmitidos diretamente, o atraso é pequeno.
   As desvantagens são: baixa utilização da linha, incapacidade de fazer uso total da capacidade da linha e controle de erros inconveniente.
2. Rede de comutação de mensagens: encapsule os dados do usuário com endereço de origem, endereço de destino, comprimento, código de verificação e outras informações auxiliares em uma mensagem e envie-a para o próximo nó. Depois que o próximo nó recebe a mensagem, ele temporariamente a armazena e, em seguida, a encaminha para o próximo nó quando a linha de saída está livre, e repete esse processo até atingir o nó de destino. Este tipo de rede também é chamado de armazenamento. e-forward network.
   Suas vantagens são:
   ① Pode fazer uso total da capacidade da linha (pode ser usada a tecnologia de multiplexação e o tempo ocioso);
   ② Pode realizar a conversão de diferentes taxas de dados entre diferentes links;
   ③ Pode realizar um-para- acesso muitos e muitos para um;
   ④ controle de erros pode ser implementado;
   ⑤ conversão de formato pode ser realizada.
   As desvantagens são:
   ① Aumento da sobrecarga de recursos, como informações auxiliares que levam a tempo e sobrecarga de recursos de armazenamento;
   ② Aumento do atraso do buffer;
   ③ A sequência de várias mensagens pode estar errada e mecanismos de controle de sequência adicionais são necessários;
   ④ Buffers são difíceis de gerenciar devido ao O tamanho da mensagem é incerto e o receptor não pode prever o tamanho da mensagem antes de recebê-la.
3. Rede de comutação de pacotes: também conhecida como rede de comutação de pacotes, seu princípio é dividir dados em blocos de dados de comprimento fixo mais curtos, adicionar endereço de destino, endereço de origem e outras informações auxiliares a cada bloco de dados para formar pacotes e transmiti-los em uma loja. e para a frente.
   Suas vantagens:
   ① Pode fazer uso total da capacidade da linha (pode ser usada a tecnologia de multiplexação e o tempo ocioso);
   ② Pode realizar a conversão de diferentes taxas de dados entre diferentes links;
   ③ Pode realizar um-para-muitos e acesso muitos para um;
   ④ O controle de erros pode ser realizado;
   ⑤ A conversão de formato pode ser realizada;
   ⑥ O buffer é fácil de gerenciar;
   ⑦ O atraso médio dos pacotes é menor e o buffer médio ocupado na rede é menor;
   ⑧ Mais fácil de padronizar;
   ⑨ Mais adequado para a aplicação.

1.1.3.4 Classificação por acordo

De acordo com os principais protocolos da camada de rede, ela pode ser dividida em: rede IP, rede IPX, etc., Rede sem fio pode ser dividida em rede Wi-Fi, rede Bluetooth.

1.1.3.5 Classificação por meio de transmissão usado

De acordo com o meio de transmissão, ele é dividido em duas categorias: rede com fio e rede sem fio.
As redes com fio são classificadas da seguinte forma:

1. Rede de par trançado;
2. Rede de cabos coaxiais;
3. rede de fibra óptica;
4. Rede coaxial de fibra híbrida.

As redes sem fio são classificadas da seguinte forma:

1. rádio;
2. microondas;
3. Infravermelho.

1.1.3.6 Classificação de acordo com o grau de relevância entre os usuários e a rede

A rede de computadores pode ser dividida em rede backbone, rede de acesso e rede residente de acordo com o grau de associação do usuário e da rede.

1.1.4 Arquitetura de Rede

1.1.4.1 Camadas e Arquitetura

A arquitetura de rede refere-se à definição precisa das funções que constituem os vários componentes da rede de computadores e da própria rede de computadores. A rede é muito complexa. Para facilitar a pesquisa e a descoberta, ela precisa ser modelada na forma de arquitetura. A arquitetura geralmente tem as características de camadas. Os princípios básicos das camadas são os seguintes:

• A interface entre as camadas é clara e natural, fácil de entender e comunicar-se o menos possível;
• A definição de cada função de camada é independente do método de realização específico;
• Mantenha a independência da camada inferior da camada superior e use os serviços fornecidos pela camada inferior em uma direção.

1.1.4.2 Interface, protocolo e serviço

• Interface refere-se às regras de comunicação entre dois níveis adjacentes dentro do mesmo sistema.
• Protocolo refere-se às regras de comunicação entre as camadas correspondentes que implementam a mesma função entre as duas partes. O protocolo consiste em sintaxe, semântica e tempo.
  ① Sintaxe: especifique o formato dos dados transmitidos;
  ② Semântica: especifique as funções a serem concluídas;
  ③ Timing: especifique as condições e relações de sequência para realizar várias operações.
  
• Serviço refere-se à chamada de função fornecida para a camada superior imediatamente adjacente.Cada camada só pode chamar o serviço fornecido pela camada inferior imediatamente adjacente, e o serviço é fornecido através do ponto de acesso de serviço (SAP). Os serviços prestados por redes de computadores são divididos em três categorias, a
  
  saber : ① Serviço orientado a conexão e serviço sem conexão;
  serviço orientado a conexão: refere-se ao estabelecimento de uma conexão entre as duas partes antes da comunicação, e então os dados podem ser transmitida. Após a transmissão ser concluída, a conexão precisa ser cancelada, como: Fazer uma chamada;
  serviço sem conexão: significa que as duas partes não estabelecem uma conexão antes de se comunicarem e, quando os dados precisam ser enviados, eles são enviados diretamente, por exemplo: as cartas escritas são entregues pelos correios.
  ② Serviço de resposta e serviço de não resposta; serviço de
  resposta: refere-se a que o receptor dá a resposta correspondente ao remetente após receber os dados, e a resposta é realizada automaticamente pelo sistema de transmissão, não pelo usuário, como: transferência de arquivos serviço; Serviço
  sem resposta: o receptor não responde automaticamente após receber os dados. Se for necessária uma resposta, ela é implementada pela camada superior, como: Serviço WWW.
  ③ Serviço confiável e serviço não confiável.
  Serviço confiável: significa que a rede tem detecção de erros, correção de erros e mecanismos de resposta para garantir que os dados sejam transmitidos de maneira correta e confiável para o destino;
  serviço não confiável: significa que a rede não pode garantir que os dados sejam transmitidos de forma correta e confiável para o destino e a rede é o mais correta possível. A confiabilidade é um serviço de melhor esforço.

1.1.4.3 Unidade de transferência de dados

• Unidade de dados de serviço SDU: Os dados que devem ser transmitidos para completar a função exigida pelo usuário. A unidade de dados de serviço da Nª camada é registrada como N-SDU;
• Informações de controle de protocolo PCI: informações que controlam a operação do protocolo, e as informações de controle de protocolo da Nª camada são registradas como N-PCI;
• PDU de unidade de dados do protocolo: A unidade de dados do protocolo de troca. A unidade de dados do protocolo da camada N é indicada como N-PDU.

A relação entre os três: N-SDU + N-PCI = N-PDU = (N-1) SDU.

1.1.4.4 Modelo de arquitetura OSI / ISO e TCP / IP

A relação entre o modelo de estrutura OSI e o modelo de arquitetura TCP / IP é mostrada na figura a seguir:

1.1.4.4.1 modelo OSI

A International Standardization Organization (ISO) propôs um modelo de arquitetura de rede em 1978, denominado Open System Interconnection Reference Model (OSI). OSI tem 7 camadas, de baixo a alto: camada física, camada de enlace de dados, camada de rede, camada de transporte, camada de sessão, camada de apresentação, camada de aplicação. A hierarquia do modelo OSI é como mostrado na figura abaixo, e as funções de cada camada são como segue:

• Camada física: Transmite bits de forma transparente no link. O trabalho que precisa ser concluído inclui: configuração da linha, determinação do modo de transmissão de dados, determinação da forma do sinal, codificação do sinal e conexão do meio de transmissão.
• Camada de enlace de dados: Transforme canais não confiáveis ​​em canais confiáveis, agrupe bits em quadros, forneça transmissão de quadros ponto a ponto no link e execute controle de erros e controle de fluxo.
• Camada de rede: seleção de rota, controle de congestionamento, controle de sequência e transmissão de pacotes entre o nó de origem e o nó de destino para garantir a exatidão da mensagem. A camada de rede controla a operação da sub-rede de comunicação, por isso também é chamada de sub-rede de comunicação camada.
• Camada de transporte: Fornece transmissão de dados confiável e transparente entre ponta a ponta para garantir a exatidão da sequência da mensagem e integridade dos dados.
• Camada de sessão: estabeleça a conexão entre o nome lógico e o nome físico do processo de comunicação, forneça métodos para estabelecer, gerenciar e encerrar sessões entre processos e lidar com problemas de sincronização e recuperação.
• Camada de apresentação: realiza a conversão de dados, fornece interfaces de aplicativo padrão, serviços de comunicação pública e métodos de apresentação de dados públicos.
• Camada de aplicativo: vários serviços opacos para os usuários, como e-mail.

1.1.4.4.2 Modelo TCP / IP

A Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DOD-ARPA) propôs o modelo TCP / IP em 1969 ao estudar a ARPANET, de baixo para alto: camada de interface de rede, camada de Internet, camada de transporte, camada de aplicação, modelo de estrutura TCP / IP é mostrado na figura abaixo. Conforme mostrado, os principais protocolos de cada camada são os seguintes:

• Camada de aplicação: DNS, HTTP, SMTP, POP3, FTP, TELNET, SNMP;
• Camada de transporte: TCP, UDP;
• Camada de Internet: IP, ICMP, ARP, RARP.