Conceptes Fonamentals de Xarxes i Protocols

Components Essencials d'una Xarxa

Hosts

• Clients: Són els elements que originen la petició de servei.
• Servidors: Són els elements que estan per donar resposta a les peticions del servei.

Encaminadors (Routers)

Serveixen perquè les dades es puguin redirigir d'un encaminador a un altre i arribar al seu destí. Són nodes de commutació de nivell 3 de la xarxa, capaços de gestionar la comunicació a nivell de xarxa i, per tant, la comunicació d'extrem a extrem.

Commutadors (Switch)

Són nodes de commutació de nivell 2 d'enllaç. Aquest assegura que la comunicació en l'enllaç físic es realitza entre els dos extrems de l'enllaç.

Conceptes Clau de Xarxes

Xarxa

Comunica els clients i servidors transportant els missatges per a la comunicació.

Xarxa Lògica

La xarxa lògica defineix una comunicació més enllà dels enllaços físics. Permet veure la xarxa física com una caixa negra que comunica qualsevol host de la xarxa amb qualsevol altre sense una connexió física directa.

Proveïdor de Serveis d'Internet (ISP)

Un proveïdor de serveis d'Internet (ISP) és una empresa dedicada a connectar els usuaris o les diferents xarxes a Internet, i a proporcionar el manteniment necessari perquè l'accés funcioni correctament. També ofereix serveis relacionats, com ara allotjament web o registre de dominis, entre d'altres.

Protocol

Són les regles d'intercanvi de missatges entre dues entitats per fer efectiva la comunicació i defineix el format dels missatges, l'ordre d'intercanvi dels missatges i les accions a prendre en enviar i/o rebre els missatges.

Punts de Presència (POPs)

Points of Presence (POPs) són els punts de connexió entre ISPs o entre ISP i clients.

Arquitectura de Protocols: Capes i Model OSI

Capa

Cada capa ofereix un servei de comunicació a la capa superior a través de la interfície de servei. La comunicació entre les capes del mateix nivell (peer) defineix el protocol per implementar la seva funcionalitat a través de la interfície peer-to-peer. Amb l'arquitectura de protocols, es pot actualitzar el disseny i l'estructura de cada capa sense que les altres es vegin afectades.

Model OSI

És un model de referència teòric que engloba totes les funcionalitats de xarxa.

Capes del Model OSI

• Capa d'Aplicació: Conté els protocols d'aplicació, entre ells: HTTP, SMTP, FTP, DNS. La unitat d'informació és el missatge.
• Capa de Transport: Transporta missatges d'aplicació entre aplicacions (d'extrem a extrem). Dos protocols poden fer-ho:
  • TCP (Transmission Control Protocol): Proporciona un servei de transport orientat a connexió.
    • Connexió TCP: (source end-point, destination end-point).
    • End-point: (IP address, TCP port number).
    • Garanteix el lliurament del missatge (retransmet en cas d'error).
    • Control de flux.
    • Control de congestió cap a la font per reduir la velocitat d'emissió en cas de congestió.
    • Pot fragmentar missatges per al seu transport i reconstruir-los al destí (funció SAR).
  • UDP (User Datagram Protocol): Proporciona un servei de transport sense connexió.
    • El tràfic d'usuari es classifica en ports (similar a cues).
    • Cal estandarditzar l'assignació de ports per utilitzar-los de la mateixa manera als dos costats.
    • No proporciona fiabilitat del servei, ni control de flux, ni de congestió.
• Capa de Xarxa
• Capa d'Enllaç
• Capa Física
• Capa de Presentació
• Capa de Sessió

Tècniques de Multiplexació

Encapsulació de Paquets

Quan s'envia un paquet, en passar per cada capa, cadascuna d'aquestes hi afegeix capçaleres i, opcionalment, una cua al paquet perquè pugui ser encaminat i rebut correctament.

Multiplexació per Circuits

El canal té una certa capacitat i es divideix entre tots els circuits. Cada vegada que es vol establir un circuit, s'ha de reservar capacitat del canal mitjançant algun senyal. Les dades s'envien directament, ja que la identificació del circuit conté la informació per a la comunicació. No hi ha retards ni es necessiten cues. Es pot fer per TDM (divisió per temps) i FDM (divisió per freqüència).

Multiplexació per Paquets

Cada node de la xarxa decideix com utilitzar l'amplada de banda del canal en funció dels paquets que té disponibles per enviar. L'host emissor divideix els missatges en paquets, incloent-hi les capçaleres corresponents d'un protocol i afegint informació d'identificació (d'origen i destí, o connexió). Cadascun d'ells travessa enllaços de comunicació i encaminadors per arribar al host de destí. No hi ha reserva de recursos de transmissió i l'encaminador emmagatzema els paquets en cues quan no es poden transmetre immediatament. Pot haver-hi retards. També es pot aplicar TDM i FDM.

Models de Comunicació en Xarxa

Client

El client és el programa que efectua la petició d'un servei (al servidor corresponent) i espera la resposta.

Servidor

El servidor és el programa que s'encarrega de subministrar un servei accessible via la xarxa. Rep peticions dels clients a través de la xarxa, realitza el servei i retorna la resposta al client que ha fet la petició.

Model Client-Servidor

Requereix de dos hosts diferents: un que actua com a client i fa una petició d'un servei a un determinat servidor (l'altre host), i aquest li facilita el servei.

Model Peer-to-Peer (P2P)

El model peer-to-peer compleix les funcions de client i servidor en el mateix host. Això fa que, a través d'una aplicació i mitjançant Internet, molts hosts puguin enviar i rebre dades paral·lelament (per exemple, Emule).

Aplicació Distribuïda

Una aplicació amb diferents components que s'executen en entorns separats, normalment en diferents plataformes connectades a través d'una xarxa.

Gestió de Peticions del Servidor

El servidor pot gestionar les peticions de manera seqüencial en la cua amb un únic procés, o bé pot crear processos concurrents per a cada execució. El programa mestre només rep peticions amb un bucle infinit i crea un procés esclau separat per executar cada petició. El procés esclau es tanca en acabar l'execució de la petició.