Xarxa informàtica

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
L’ordinador utilitzat per Tim Berners-Lee per crear el primer servidor web , exposat al Globus de la ciència i la innovació del CERN : el fulletó de la caixa conté les paraules "Aquest ordinador és un servidor, no apagueu".

Una xarxa d'ordinadors, en tecnologia de la informació i telecomunicacions , és un tipus de commutació de paquets de la xarxa de telecomunicacions caracteritzat per un conjunt de maquinari dispositius amb adequat de commutació de programari , és a dir, commutació de nodes connectats entre si per comunicació específics canals. Comunicació (enllaç), com ara proporcionar un servei de comunicació que permeti l’intercanvi i l’intercanvi de dades i la comunicació entre diversos usuaris o dispositius distribuïts o terminals ( hosts ): les dades es transmeten i es transfereixen en forma de paquets de dades (PDU, Protocol Data Unit ), que consisteixen en un capçalera (que conté les dades per al lliurament del missatge) i un cos (que conté el cos del missatge), tot governat per protocols de xarxa precisos.

Descripció

Exemple de xarxa

La xarxa proporciona un servei de transferència de dades, mitjançant funcions de transmissió i recepció comunes, a una població d’usuaris distribuïts en una àrea més o menys gran. Exemples de xarxes d’ordinadors són les LAN , WLAN , WAN i GAN , la interconnexió global de les quals dóna vida a Internet .

Les xarxes informàtiques generen trànsit altament impulsiu o paquetitzat i asíncron, a diferència de la xarxa telefònica síncrona, i per això han donat lloc i utilitzen tecnologia de commutació de paquets , en lloc de commutació de circuits com per a les línies telefòniques tradicionals. Nascudes com a xarxes de dades privades entre serveis de defensa i universitats, des de la dècada de 2000 les xarxes d’internet s’han estès a xarxes integrades als serveis de xarxes telefòniques , amb l’arribada de la XDSI , amb tecnologia ADSL i actualment a través de la fibra òptica i la telefonia mòbil amb 4G LTE .

Amfitrions, commutació de nodes i enllaços

Avantatges i problemes d’una xarxa d’Internet

Arpanet el 1974
Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Internet .

La construcció de les primeres xarxes es remunta al 1969, quan es va crear a UCLA el primer node IMP (Interface Message Processor) de l’ ARPANET . La tecnologia de xarxes i la seva posterior difusió arreu del món ha permès desenvolupaments revolucionaris en l’organització de recursos informàtics i en la distribució de dades i recursos a tot el món gràcies a les columnes vertebrals de fibra òptica oceànica.

Es poden indicar almenys quatre punts forts d'una xarxa de dades distribuïda respecte a la concentració de tot en un sol dispositiu i en un sol lloc:

  1. tolerància a fallades : gràcies a la redundància de dades, la fallada d’una màquina no bloqueja tota la xarxa i és possible substituir l’ordinador defectuós fàcilment i en un curt període de temps (els components són econòmics i una empresa es pot permetre mantenir recanvis) en estoc);
  2. assequibilitat : com es va esmentar anteriorment, el maquinari i el programari de l'ordinador costen menys que els d'un sistema central principal;
  3. creixement gradual i flexibilitat ( escalabilitat ) : afegir nous nodes i terminals a una xarxa existent i la seva expansió són senzills i econòmics;
  4. facilitat d'accés a les dades : a qualsevol lloc del món, les dades guardades en sistemes connectats a Internet són sempre accessibles i disponibles amb uns temps d'espera mitjans molt curts.

No obstant això, una xarxa presenta alguns punts febles:

  1. seguretat deficient : un atacant pot tenir un accés més fàcil a una xarxa informàtica: quan un virus infecta un sistema de la xarxa es propaga ràpidament a altres, la tasca d’identificar i eliminar l’amenaça pot ser llarga i difícil;
  2. alts costos de construcció i manteniment : crear una infraestructura de xarxa és molt complicat i costós, ja que requereix molta feina, dipositar cables, construir unitats de control i centres de commutació;
  3. robatori de dades: si les dades no estan xifrades, poden ser robades per qualsevol persona que les intercepti a la connexió (sniffing);
  4. suplantació d'identitat: sense factors d'autenticació, qualsevol usuari de la xarxa pot fingir ser una altra persona.

Tipus de xarxes

Hi ha una gran varietat de tecnologies de xarxa i models organitzatius, que es poden classificar segons diferents aspectes:

Classificació basada en l'extensió geogràfica

En funció de l'extensió geogràfica, es distingeixen diferents tipus de xarxes:

  • parlem d' una xarxa local o LAN ( Local Area Network ) si la xarxa s'estén a l'interior d'un edifici o d'una àrea, amb una extensió de l'ordre de cent metres [1] .
  • parlem d’ una xarxa universitària o CAN ( Campus Area Network ), que significa la xarxa dins d’un campus universitari o, en qualsevol cas, a un conjunt d’edificis adjacents, normalment separats per terrenys de la mateixa institució, que es poden connectar amb els seus propis cables sense fer ús dels serveis dels operadors de telecomunicacions. Aquesta condició facilita la creació d’una xarxa d’interconnexió d’alt rendiment i de baix cost.
  • parlem d’ una xarxa metropolitana o MAN ( Metropolitan Area Network ) si la xarxa s’estén dins d’una ciutat.
  • parlem d’ una xarxa geogràfica o WAN ( Wide Area Network ) si la xarxa cobreix una àrea geogràfica molt gran i que existeix en xarxes anteriors.
  • parlem d’ una xarxa global o GAN ( Global Area Network ) si la xarxa connecta equips ubicats a tot el món, fins i tot via satèl·lit.

Classificació basada en el canal de transmissió

Xarxes locals

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Xarxa d'àrea local .
Esquema d'una LAN

Les xarxes locals ( xarxa d’àrea local o LAN) es creen normalment mitjançant un sistema de cablejat estructurat amb cables UTP de categoria 5 o superior, que donen servei a un o més edificis que sol utilitzar la mateixa entitat organitzativa, que construeix i gestiona la seva pròpia xarxa, possiblement amb la cooperació d’empreses especialitzades. En molts casos, el cablejat es complementa o substitueix per una cobertura sense fils. Les LAN es fabriquen sobretot amb tecnologia ethernet que admet velocitats d’1 Gbit / s o fins i tot de 10 Gbit / s, en cables de coure amb característiques adequades (CAT5 o superior) o en fibra òptica.

Xarxes públiques

Les xarxes públiques són gestionades per operadors del sector i ofereixen serveis de telecomunicacions a particulars i empreses en una lògica de mercat. Per oferir serveis al públic, cal disposar d’una infraestructura de distribució que arribi a tota la població.

Per motius històrics, diverses xarxes públiques es basen en el parell trenat (també anomenat POTS , Plain Old Telephone System ). Aquesta tecnologia va ser dissenyada per donar suport al servei de telefonia analògica, però, atesa la seva omnipresència i les altes inversions necessàries per substituir-la, s’ha adaptat al transport de dades mitjançant diferents tecnologies, fins ara ha estat substituïda pràcticament per fibra òptica :

  • mòdems per codificar senyals digitals a través de línies telefòniques analògiques habituals. L’avantatge d’aquesta tecnologia és que no requereix canvis a la xarxa de distribució existent ja que utilitza la línia telefònica existent i transmet dades a una freqüència superior a la banda telefònica que arriba a 4KHz. Es necessiten dos mòdems a cada extrem d'una connexió telefònica activa per establir una connexió. La velocitat es limita a aproximadament 56 Kbit / s, amb l'adopció de mòdems de client i servidor que admeten la versió V92 dels protocols de comunicació del mòdem. Aquest protocol incorpora funcions de compressió del flux de bits transmès, de manera que la velocitat real depèn del factor de compressió de les dades transmeses.
  • Xarxes RDSI ( Xarxa digital de serveis integrats ) mitjançant la transmissió de dades i veu a través de dos canals telefònics en tecnologia digital. Mitjançant adaptadors adequats, es poden enviar dades digitals directament. La tecnologia XDSI, quan s’utilitza per a la transmissió de dades, aconsegueix una velocitat màxima de 128 Kbit / s, sense compressió, utilitzant a la pràctica dues connexions de marcatge en paral·lel, només possibles amb determinats proveïdors. La velocitat en un sol canal es limita a 64 Kbit / s. Hi hauria un tercer canal utilitzat per al senyal, però no per a la comunicació amb una capacitat de 16 Kbit / s (mai s’utilitza per a dades).

Utilitzant mòdems analògics o RDSI, és possible establir una connexió directa de dades entre dos subscriptors de la xarxa telefònica o RDSI respectivament.

  • La tecnologia ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber Line ) utilitza una part de la banda de transmissió disponible al parell trenat des de la oficina de l'usuari fins a la central telefònica més propera per enviar dades digitals. Cal instal·lar nous equips de commutació a les centrals telefòniques, anomenats DSLAM , i l’ús de filtres en sistemes telefònics domèstics per separar les freqüències utilitzades per a la transmissió de dades de les de comunicació de veu. La seva difusió per tot el territori està limitada pels costos, que la fan convenient només a les zones més desenvolupades. Mentre esteu connectat mitjançant ADSL, podeu continuar utilitzant el telèfon, ja que les freqüències de veu i dades no es superposen. Aquesta tecnologia també s’anomena asimètrica, ja que les velocitats de descàrrega i càrrega no són les mateixes: a Itàlia solen ser iguals a 4 Mbit / s en descàrrega i 512 Kbit / s en càrrega, però per a certes subscripcions la velocitat de descàrrega pot arribar als 12 Mbit / s o fins i tot 20 Mbit / s, utilitzant tecnologies d’avantguarda com ADSL2 + i xarxes de distribució de fibra òptica d’alta qualitat. El parell de coure té l’inconvenient d’atenuar els senyals i no permet el funcionament d’aquesta tecnologia a distàncies superiors a uns 5 km. En alguns casos, també és possible reduir encara més la distància màxima a causa d’interferències externes que augmenten la probabilitat d’error. Una altra limitació important és la interferència "interna", que es produeix quan molts usuaris de telefonia del mateix cable de distribució utilitzen el servei ADSL. Això significa que el servei ADSL no es pot activar a més del 50% de les línies d’un cable de distribució.
  • La fibra òptica s'utilitza actualment en diverses variants FTTx : pot pujar a l'armari o fins i tot a casa, té velocitats de transmissió de dades de fins a 1 Gbit / s per als usuaris domèstics. [2]

Xarxes de transport

Es requereixen capacitats encara més grans per transportar trànsit agregat entre les borses d'un operador de telecomunicacions a través del que comunament s'anomena xarxa de transport . Amb tecnologies més costoses, que solen utilitzar els proveïdors, s’aconsegueix una velocitat de 40 Gbit / s per a una sola fibra òptica. En una sola fibra, és possible enviar múltiples senyals mitjançant una tècnica de multiplexació anomenada Multiplexació per divisió de longitud d’ona (D) WDM (WDM), o multiplexació de longitud d’ona , que envia diferents senyals òptics a diferents longituds d’ona (en argot, colors ). El nombre de senyals transportables independents oscil·la entre 4 o 16 dels sistemes WDM relativament econòmics (Coarse) fins a centenars dels sistemes DWDM més avançats. Als Estats Units d’Amèrica, el projecte Internet2 , en el qual col·laboren la NASA , la defensa i les universitats americanes, ja connecta molts campus a la velocitat de 2 gigabits (també disponible per a estudiants), amb millores TCP / IP per poder explotar alta velocitat de transmissió.

Arquitectura física

Una xarxa d'Internet està dividida i gestionada per diversos proveïdors d'Internet (empreses de telefonia) de diversos nivells, ja que aquesta divisió és econòmicament més avantatjosa:

  1. Els ISP de primer nivell (o globals) que controlen el nucli de la xarxa i que estan directament connectats als ISP del mateix nivell, després els ISP de nivell inferior es connecten a ells;
  2. Els ISP regionals actuen com a intermediaris entre els ISP de primer nivell i els d'accés;
  3. Accés als ISP (o locals), tots els usuaris menors s’hi connecten.

Topologia de xarxa

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Topologia de xarxa .
Diverses topologies de xarxa: de dalt a baix, d’esquerra a dreta, anell, malla, estrella, completament connectat, encadenament lineal de margarides, arbre, bus.

La topologia de xarxa és el model geomètric ( gràfic ) dirigit a representar les connexions de connectivitat , físiques o lògiques, entre els elements que formen la pròpia xarxa (també anomenats nodes ). El concepte de topologia s'aplica a qualsevol tipus de xarxa de telecomunicacions : telèfon , xarxa informàtica, Internet .

Seccions de xarxa

A totes les xarxes grans (WAN) es pot identificar una secció d’accés que dóna vida a la xarxa d’accés i una secció de transport que dóna vida a la xarxa de transport .

La secció d’accés té la finalitat de permetre l’accés a la xarxa per part de l’usuari i, per tant, sol representar una seu de recursos indivisos (Penseu en les connexions ADSL comercials: la part del cable que ens connecta al tauler de control és un telèfon de parell trenat , utilitzat exclusivament pel subscriptor). La secció d'accés també inclou totes aquelles eines adequades per permetre l'accés a la xarxa. Així, podem distingir diversos tipus d’accés: "Residencial" (línia clàssica de 56 Kbit / s, línia ISDN / ADSL), "Negoci" (xarxa local de l'empresa i passarel·la o servidor intermediari que permet accedir a l'exterior), "mòbil" (pensi per exemple, GSM, que permet l'accés basat en una xarxa de radiofreqüència amb cobertura "cel·lular") o "Wireless".

La secció de transport és la que té la tasca de transferir informació entre diversos nodes d’accés, fent servir nodes de trànsit si cal. Per tant, és el lloc de recursos compartits per al transport i el processament de dades. Des del punt de vista estructural, una xarxa de transport es construeix gairebé exclusivament a través de fibres òptiques (per exemple, Backbone ).

Components de maquinari

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: dispositiu de xarxa .
Símbol d’un commutador als diagrames de xarxa

Components principals del maquinari també coneguts com a dispositius de xarxa : [3]

Els components de programari d’una xarxa s’anomenen protocols de xarxa . Podeu trobar una llista aquí .

Normalment, en l'argot dels dissenyadors de xarxes, el terme equip de xarxa fa referència als dispositius d'infraestructura que donen suport als servidors i al cablejat, considerats essencials. A les xarxes que admeten dominis complexos, els tipus d’equips utilitzats són encara més nombrosos.

Tecnologies de transmissió

Arquitectura lògica

Arquitectura client-servidor

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: protocol de xarxa , client / servidor i arquitectura de xarxa .

Les xarxes informàtiques sovint s’organitzen sota una arquitectura client-servidor on el client instancia una sol·licitud de servei al servidor per aprofitar els recursos compartits entre tots els usuaris de la xarxa. Els clients només poden enviar sol·licituds als servidors i els servidors només es comuniquen entre ells i responen als clients. [4]

Un domini és una xarxa d'arquitectura client-servidor amb característiques i eines lògiques específiques.

Pila de protocols

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: model OSI i TCP / IP .
Pila de protocols

Una xarxa d'ordinadors s'estructura a un nivell lògic-funcional en una arquitectura de xarxa típica , és a dir , amb una pila de protocols per dur a terme totes les funcions de xarxa. Els diversos protocols s’utilitzen per gestionar funcions específiques de la xarxa en els seus diferents nivells perquè tot funcioni correctament. Això serveix per permetre una comunicació correcta entre dispositius fins i tot molt diferents entre si.

La xarxa es divideix en 5 nivells (del més alt al més baix): [5]

  • nivell 5: aplicació , els protocols de nivell d'aplicació es distribueixen per diversos sistemes perifèrics i permet a les aplicacions presents en aquests sistemes comunicar-se entre si mitjançant l'intercanvi de missatges;
  • capa 4: transport , implementa els protocols que s’ocupen de la transferència del missatge i la seva fragmentació en paquets. Els protocols principals són TCP i UDP;
  • nivell 3: xarxa , implementa el protocol IP que s’ocupa de l’ encaminament i reenviament de datagrames (o paquets) d’un host a un altre mitjançant algorismes d’encaminament especials;
  • nivell 2: línia (o connexió) , els serveis que proporciona aquest nivell depenen del protocol específic utilitzat i de la tecnologia de transmissió de la xarxa;
  • nivell 1: físic , tracta de l’enviament i la lectura dels bits individuals dels fotogrames.

Protocols de transmissió

Capçalera TCP

TCP (protocol de control de transmissió)

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Protocol de control de transmissió .

El servei TCP (nivell 4, transport) és del tipus orientat a la connexió (s’estableix una connexió entre el remitent i el destinatari abans de continuar amb la transmissió de dades). Proporciona control sobre la congestió de la xarxa ajustant la quantitat de dades transmeses instantàniament per evitar la sobrecàrrega de la xarxa. Amb el control de flux, el transmissor envia tantes dades com el receptor pot rebre. Comprovació d’errors, en cas d’errors o pèrdua de dades, aquests darrers es retransmeten. [6]

UDP (User Datagram Protocol)

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Protocol de Datagram d’Usuari .
Capçalera UDP

El servei UDP (nivell 4, transport) és del tipus sense connexió (enviament de dades sense haver establert cap connexió amb el destinatari). Aquest servei no és fiable ja que no proporciona garanties quant al lliurament correcte i eficaç dels missatges (anomenats datagrames), no realitza cap tipus de control de flux i de congestió. [7]

IP (protocol d'Internet)

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Protocol d'Internet .

IP (capa 3, xarxa) tracta de multiplexar paquets, és a dir, escriure i llegir les adreces IP del remitent i del destinatari. El seu sistema de transmissió és el màxim esforç, és a dir, fa tot el possible per garantir que els paquets arribin a la seva destinació, però no ofereix cap mena de garantia i control d’errors, només comprova que les adreces no estiguin danyades. També s’implementa el TTL (Time To Live), és a dir, el temps de vida del paquet expressat en el nombre màxim d’encaminadors que pot passar el paquet abans de ser descartat. [8]

Encaminador i commutador

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: commutació de paquets , enrutador i commutador .
Símbol del router als diagrames de xarxa

Els routers són dispositius fonamentals de la xarxa que permeten la connexió de diversos hosts entre ells i entre diferents xarxes. Un enrutador té diverses interfícies de xarxa, fins i tot diferents entre si, i s’implementa fins a la capa 3, que és la capa de transport. Aquest aparell de xarxa (o node) mitjançant l'encaminament permet que dos nodes, no connectats directament, es comuniquin entre ells mitjançant la col·laboració d'altres nodes. Utilitza una taula d’encaminament i algorismes relacionats per determinar el camí ideal per reenviar paquets. Per realitzar el reenviament de paquets, l’encaminador disposa de múltiples memòries intermèdies (d’entrada i sortida) on es guarden temporalment les dades. La destinació del paquet es llegeix des del port entrant, el processador de l’encaminador decideix el port de sortida a través de la taula d’encaminament, el paquet es transfereix des de la memòria intermèdia entrant a la memòria intermèdia de sortida que es vol transmetre.

Arquitectura peer-to-peer

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: Peer-to-peer .
Xarxa peer-to-peer genèrica: tingueu en compte que els clients transmeten fluxos de dades a altres clients, comportant-se així com els companys.

En aquesta arquitectura, tots els dispositius connectats a la xarxa tenen les mateixes capacitats, tothom pot enviar i rebre dades comunicant-se amb altres companys. Hi ha un servidor que manté una llista actualitzada de tots els equips connectats perquè qualsevol que es connecti pugui començar immediatament a comunicar-se amb els companys veïns. Una política particular adoptada per aquest sistema és descarregar primer les dades més rares i després procedir a descarregar les dades més fàcilment disponibles. [9]

Simuladors de xarxa

Hi ha diversos simuladors de xarxa disponibles a la xarxa o programes que us permeten definir l’esquema de xarxa amb els diversos dispositius de xarxa entrellaçats entre si per connexions de xarxa, configurables i comprovables (per exemple, simuladors CISCO , Juniper , distribucions Linux específiques (per exemple, Netkit, GNS3, etc.).

Nota

  1. Andrew S. Tanenbaum., Xarxes informàtiques. , Pearson India, 2013, ISBN 933257622X , OCLC 1002631571 . Consultat el 10 d'agost de 2018 .
  2. Kurose, James F., Capone, Antonio. i Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed., Pearson, 2017, p. 18, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Consultat el 17 de maig de 2019 .
  3. Kurose, James F., Capone, Antonio. i Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed., Pearson, 2017, p. 3, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Consultat el 17 de maig de 2019 .
  4. Kurose, James F., Capone, Antonio. i Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed., Pearson, 2017, p. 84, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Consultat el 17 de maig de 2019 .
  5. Kurose, James F., Capone, Antonio. i Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed., Pearson, 2017, p. 48, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Consultat el 17 de maig de 2019 .
  6. James F. Kurose , Computer Networks and the Internet , pàg. 218, ISBN9788891902542B .
  7. James F. Kurose , Computer Networks and the Internet , pàg. 187, ISBN9788891902542B .
  8. ^ Xarxes informàtiques i Internet , pàg. 312, ISBN 9788891902542 B.
  9. Kurose, James F., Capone, Antonio. i Gaito, Sabrina., Computer networks and the internet: a top-down approach , 7. ed., Pearson, 2017, p. 85, ISBN 9788891902542 , OCLC 1020163385 . Consultat el 17 de maig de 2019 .

Articles relacionats

Altres projectes

Enllaços externs

Control de l'autoritat LCCN (EN) sh99005294 · GND (DE) 4070085-9 · NDL (EN, JA) 00,86562 milions
Informàtica Portal de TI : accediu a les entrades de Viquipèdia relacionades amb TI