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Resumo
O estabelecimento de padrões de arquitetura de rede de computadores permite que dois computadores se entendam com precisão e respondam com elegância como dois amigos íntimos. Este artigo primeiro descreve a motivação da arquitetura de rede de computadores e apresenta o conceito de design combinado com o sistema postal na vida cotidiana, e fornece os conceitos e padrões básicos relevantes. Além disso, destacamos o princípio de camadas da arquitetura de rede de computadores e seu componente mais importante - protocolo, para que os leitores possam ter uma compreensão nova e sistemática da arquitetura de rede de computadores.
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Por que você precisa de uma arquitetura de rede de computadores?
Como todos sabemos, a rede de computadores é um sistema muito complexo. Por exemplo, quando dois computadores conectados na rede precisam se comunicar, devido à complexidade e heterogeneidade da rede de computadores, muitos fatores complicados precisam ser considerados, como:
(1) Deve haver um link de transmissão de dados entre os dois computadores (3) O computador que inicia a comunicação deve garantir que os dados a serem transmitidos possam ser enviados e recebidos corretamente neste caminho;
(2) Informe à rede como identificar o computador que recebe os dados; 4). Erros e acidentes , como erros de transmissão de dados, falha de um switch de nó na rede, etc., devem ter medidas confiáveis e completas para garantir que o outro computador possa finalmente receber os dados corretamente.
O estabelecimento de padrões de arquitetura de rede de computadores visa resolver esses problemas para que dois computadores (dispositivos de rede) possam entender com precisão o significado um do outro e responder elegantemente como dois amigos íntimos. Ou seja, para completar esse tipo de comunicação em rede, é necessário garantir que os dois sistemas computacionais que se comunicam alcancem um alto grau de compreensão tácita. De fato, no campo da comunicação em rede, a comunicação entre dois computadores (dispositivos de rede) não é tão natural quanto a comunicação entre pessoas. Essa comunicação altamente tácita (comunicação) entre computadores precisa ser muito complexa e completa. . Então, qual método pode ser usado para organizar a estrutura da rede razoavelmente para garantir que ela tenha uma estrutura clara, design e implementação simplificados, fácil atualização e manutenção, forte independência e adaptabilidade, de modo que o equipamento de rede tenha um "alto grau de "acordo tácito"?
A resposta é dividir para conquistar e, além disso, pensar em camadas.
Vantagens do pensamento em camadas
(1) Baixo acoplamento (forte independência)
A camada superior só precisa usar os serviços implementados pela camada inferior através da interface fornecida pela camada inferior para a camada superior, e não precisa se preocupar com a implementação específica da camada inferior . Em outras palavras, a camada inferior é uma caixa preta com determinadas funções para a camada superior.
(2) Forte adaptabilidade
Enquanto os serviços e interfaces fornecidos por cada camada para a camada superior permanecerem inalterados, os detalhes de implementação de cada camada podem ser alterados arbitrariamente.
(3) Fácil de implementar e
manter.O sistema complexo é decomposto em várias subunidades com escopo pequeno e funções simples, para que a estrutura do sistema fique clara e a implementação, depuração e manutenção se tornem simples e fáceis. Ou seja, para designers/desenvolvedores, esse método permite que designers/desenvolvedores se concentrem em projetar e desenvolver os módulos funcionais com os quais se importam; para depuradores/mantenedores, esse método também é conveniente para depuradores/mantenedores Processar os módulos funcionais pelos quais são responsáveis para.
Modelo de referência hierárquica de rede
Modelo de referência hierárquica de rede OSI
Os projetistas de protocolos de rede não devem projetar um único e gigantesco protocolo que especifique detalhes completos para todas as formas de comunicação. Em vez disso, divida o problema de comunicação em problemas menores. Em seguida, crie um protocolo separado para cada pequeno problema. Isso torna o projeto, a análise, o tempo e o teste de cada protocolo relativamente fáceis. Um princípio importante do particionamento de protocolo é garantir que o sistema de destino seja eficaz e eficiente. Para melhorar a eficiência. Cada protocolo deve prestar atenção apenas à parte da comunicação que não é tratada por outros protocolos; para implementar o protocolo principal de forma mais eficiente, os protocolos devem poder compartilhar estruturas de dados específicas; ao mesmo tempo, a combinação desses protocolos devem ser capazes de lidar com todos os possíveis erros de hardware e outras exceções.
Para garantir a sinergia do trabalho desses protocolos, os protocolos devem ser projetados e desenvolvidos em uma série completa e colaborativa de protocolos (ou seja, família de protocolos), em vez de desenvolver cada protocolo isoladamente.
nos primeiros dias da história da web. A Organização Internacional para Padronização (ISO) e o Comitê Consultivo de Telegrafia e Telefone Internacional (CCITT) publicaram em conjunto um modelo de referência de sete camadas para a interconexão de sistemas abertos. O processo de rede em um sistema operacional de computador envolve desde solicitações de aplicativos (no topo da pilha de protocolos) até a mídia de rede (parte inferior), e o modelo de referência OSI divide a funcionalidade em sete níveis distintos. A Figura 2.1 mostra o modelo em camadas OSI.
As sete camadas do modelo OSI realizam as seguintes operações:
Primeira camada: a camada física
é responsável por finalmente codificar as informações em pulsos de corrente ou outros sinais para transmissão online. Consiste na interface real entre o computador e o meio de rede que define sinais elétricos, símbolos, estados de fios e requisitos de clock, codificação de dados e conectores usados para transmitir dados. Por exemplo, a especificação RS-232 mais usada, a codificação Manchester do 10BASE-T e o RJ-45 pertencem à primeira camada. Todas as camadas superiores à camada física conversam com ela por meio de interfaces predefinidas. Assim como a Attachment Unit Interface (AUI) para Ethernet, um conector DB-15 pode ser usado para conectar a camada 1 e a camada 2.
Camada 2: Camada de Enlace de Dados
Fornece transmissão confiável de dados por links de rede física. Diferentes camadas de enlace de dados definem diferentes características de rede e protocolo, incluindo endereçamento físico, topologia de rede, verificação de erros, sequência de quadros e controle de fluxo. Endereçamento físico (correspondentemente, endereçamento de rede) define como os dispositivos são endereçados na camada de enlace de dados; a topologia de rede define como os dispositivos são fisicamente conectados. Como topologia de barramento e topologia de anel; verificação de erros alerta o protocolo da camada superior onde ocorrem erros de transmissão; a sequência de quadros de dados é organizada novamente e transmite quadros diferentes da sequência; o controle de fluxo pode atrasar a transmissão de dados. para que o dispositivo receptor não falhe devido ao recebimento de mais tráfego do que pode suportar em um ponto. A camada de enlace de dados consiste, na verdade, em duas partes independentes, o controle de acesso ao meio (Media Access Control, MAC) e a camada de controle de enlace lógico (Logical Link Control, LLC). A descrição do MAC descreve como agendar, gerar e receber dados para estações em um ambiente de meio compartilhado. O MAC garante a transmissão confiável de informações pelo link. Sincronize os dados transmitidos. Identifique erros e controle o fluxo de dados.
De um modo geral. O MAC só é importante em um ambiente de meio compartilhado onde vários nós podem se conectar ao mesmo meio de transmissão. As regras IEEE MAC definem endereços para identificar vários dispositivos na camada de enlace de dados. A subcamada Logical Link Control gerencia as comunicações entre dispositivos em um único link de rede, e o padrão IEEE 802.2 define LLC. O LLC oferece suporte a serviços sem conexão e orientados a conexão.
Vários campos são definidos no quadro de informações da camada de enlace de dados. Esses domínios permitem que vários protocolos de camada superior compartilhem um link de dados físico.
A terceira camada: a camada de rede
é responsável por estabelecer a conexão entre a origem e o destino. Geralmente inclui roteamento de rede e também pode incluir controle de fluxo, verificação de erros, etc. Os dados de transmissão entre diferentes segmentos de rede do mesmo padrão MAC geralmente envolvem apenas a camada de enlace de dados, enquanto os dados de transmissão entre diferentes padrões MAC envolvem a camada de rede. Por exemplo, os roteadores IP trabalham na camada de rede, para que possam realizar a interconexão entre várias redes.
Camada 4: Camada de Transporte
Forneça serviços de fluxo de dados de rede de ponta a ponta confiáveis para a camada superior. As funções da camada de transporte geralmente incluem controle de fluxo, multiplexação, gerenciamento de circuitos virtuais e verificação e recuperação de erros. O controle de fluxo gerencia a transmissão de dados entre dispositivos. Garante que o dispositivo transmissor não envie mais dados do que o dispositivo receptor pode manipular; a multiplexação permite que dados de vários aplicativos sejam transmitidos por um único link físico; circuitos virtuais são estabelecidos, mantidos e encerrados pela camada de transporte; verificação de erros está incluída para detecção As várias estruturas estabelecidas por erros de transmissão, enquanto a recuperação de erros inclui ações tomadas (por exemplo, solicitação de retransmissão de dados) para resolver quaisquer erros que ocorram. O Transmission Control Protocol (TCP) é um protocolo de camada de transporte no conjunto de protocolos TCP/IP que fornece transmissão confiável de dados.
A quinta camada: camada de sessão
Estabelece, gerencia e encerra a sessão de comunicação entre a camada de apresentação e a entidade. Uma sessão de comunicação inclui solicitações de serviço e respostas de serviço que ocorrem entre diferentes camadas de aplicativos de rede, e essas solicitações e respostas são implementadas por meio dos protocolos da camada de sessão. Também inclui a criação de pontos de verificação que permitem retornar a um estado anterior se a comunicação for interrompida.
Camada 6: Camada de Apresentação
Fornece uma variedade de funções para codificação e transformação de dados da camada de aplicativo para garantir que as informações enviadas por uma camada de aplicativo do sistema possam ser reconhecidas por outra camada de aplicativo do sistema.
Os modos de codificação e transformação da camada de apresentação incluem formato de representação de dados comum, formato de representação de transformação de desempenho, modo de compactação de dados comum e modo de criptografia de dados comum.
Os formatos comuns de representação de dados são os formatos padrão de imagem, som e vídeo. Usando esses formatos padrão. Diferentes tipos de sistemas de computador são capazes de trocar dados entre si. O modo de transformação troca informações entre sistemas usando diferentes representações de texto e dados, como ASCII (American Standard Code for Information Interchange); o modo de compactação de dados padrão garante que os dados compactados no dispositivo original possam ser armazenados no dispositivo de destino. o modo de criptografia garante que os dados criptografados no dispositivo original possam ser descriptografados corretamente no dispositivo de destino.
O protocolo da camada de apresentação geralmente não está associado a uma pilha de protocolos especial.Por exemplo, QuickTime é o padrão de vídeo e áudio para computadores Applet e MPEG é o padrão de compressão e codificação de vídeo ISO.
Formatos comuns de imagens gráficas PCX, GIF, JPEG são diferentes padrões de compressão e codificação de imagens estáticas.
A sétima camada: a camada de aplicação
é a camada OSI mais próxima do usuário final, o que significa que a camada de aplicação OSI e o usuário interagem diretamente através do software de aplicação.
Nota: A camada de aplicação não é composta por software de aplicação real executado no computador, mas por uma API (Application Program Interface) que fornece às aplicações acesso aos recursos da rede. Esses programas de software de aplicação estão além do escopo do modelo OSI. As funções da camada de aplicação geralmente incluem identificar parceiros de comunicação, definir a disponibilidade de recursos e sincronizar a comunicação. Devido a possível perda de parceiro de comunicação. A camada de aplicação deve definir a identificação e disponibilidade dos parceiros de comunicação para as sub-rotinas de aplicação da transferência de dados.
Ao definir a disponibilidade de recursos, a camada de aplicativo deve determinar se recursos de rede suficientes estão disponíveis para solicitar a comunicação. Na comunicação síncrona, a comunicação entre todas as aplicações requer a operação cooperativa da camada de aplicação.
O protocolo da camada de aplicação da OSI inclui o protocolo de transferência, acesso e gerenciamento de arquivos (FTAM), bem como o protocolo de terminal virtual de arquivos (VIP) e informações do sistema de gerenciamento comum (CMIP) e assim por diante.
Modelo em camadas TCP/IP
O modelo de camadas TCP/IP é chamado de modelo de camadas da Internet e modelo de referência da Internet.
O protocolo TCP/IP é organizado em quatro camadas conceituais. Três das camadas correspondem às camadas correspondentes no modelo de referência ISO. A família de protocolos ICP/IP não inclui a camada física e a camada de enlace de dados, portanto, não pode concluir independentemente as funções de todo o sistema de rede de computadores e deve trabalhar em conjunto com mais protocolos.
As quatro camadas de protocolo do modelo em camadas TCP/IP executam as seguintes funções, respectivamente:
Camada 1: Camada de Interface de Rede
Contém protocolos para cooperação de transmissão de dados IP em mídia de rede existente.
De fato, o padrão TCP/IP não define funções correspondentes à camada de enlace de dados ISO e à camada física. pelo contrário. Ele define um protocolo como o Address Resolution Protocol (ARP), que fornece a interface entre as estruturas de dados do protocolo TCP/IP e o hardware físico real.
A segunda camada: a camada de rede
corresponde à camada de rede do modelo de referência de sete camadas OSI. Essa camada inclui o protocolo IP e o protocolo RIP (Routing Information Protocol, protocolo de informações de roteamento), que é responsável pelo empacotamento, endereçamento e roteamento dos dados. Ao mesmo tempo, o ICMP (Internet Control Message Protocol) também está incluído para fornecer informações de diagnóstico de rede.
Camada 3: Camada de Transporte
Correspondendo à camada de transporte do modelo de referência de sete camadas OSI, ela fornece dois serviços de comunicação de ponta a ponta.
Entre eles, o TCP (Transmission Control Protocol) fornece serviços confiáveis de transporte de fluxo de dados, e o UDP (Use Datagram Protocol) fornece serviços de datagrama de usuário não confiáveis.
A quarta camada: camada de aplicação
Correspondente à camada de aplicação e à camada de expressão do modelo de referência de sete camadas OSI. Os protocolos da camada de aplicação da Internet incluem Finger, Whois, FTP (File Transfer Protocol), Gopher, HTTP (Hypertext Transfer Protocol), Telent (Remote Terminal Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), IRC (Internet Relay Session), NNTP (Network News Transfer Protocol), etc., este também é o foco deste livro.
Recomendo a todos
"Se você está indeciso, pode perguntar à brisa da primavera, e se a brisa da primavera não falar, você seguirá seu coração" significa: se você está hesitante sobre algo, pergunte à brisa da primavera como fazê-lo. . "Se você está indeciso, pode perguntar à brisa da primavera. Se a brisa da primavera não falar, você seguirá seu coração." A frase vem do "Jianlai" escrito pelo escritor da Internet "Fenghuo Opera Princes". é: "Se você está indeciso, pode pedir à brisa da primavera. Siga seu coração".
