EITC/IS/CNF Fundamentele rețelelor de calculatoare

O rețea de calculatoare este o colecție de computere care împart resurse între nodurile rețelei. Pentru a comunica între ele, computerele folosesc protocoale de comunicare standard prin conexiuni digitale. Tehnologiile de rețea de telecomunicații bazate pe sisteme de radiofrecvență cu fir fizic, optice și fără fir care pot fi asamblate într-un număr de topologii de rețea alcătuiesc aceste interconexiuni. Calculatoarele personale, serverele, hardware-ul de rețea și alte gazde specializate sau de uz general pot fi toate noduri într-o rețea de calculatoare. Adresele de rețea și numele de gazdă pot fi folosite pentru a le identifica. Numele de gazdă servesc ca etichete ușor de reținut pentru noduri și sunt rareori modificate după ce sunt atribuite. Protocoalele de comunicație, cum ar fi Protocolul Internet, utilizează adrese de rețea pentru a localiza și identifica nodurile. Securitatea este unul dintre cele mai critice aspecte ale rețelei.

Mediul de transmisie folosit pentru a transmite semnale, lățimea de bandă, protocoalele de comunicații pentru a organiza traficul de rețea, dimensiunea rețelei, topologia, mecanismul de control al traficului și obiectivul organizațional sunt toți factori care pot fi utilizați pentru a clasifica rețelele de calculatoare.

Accesul la World Wide Web, video digital, muzică digitală, utilizarea partajată a serverelor de aplicații și stocare, imprimante și aparate de fax, precum și utilizarea programelor de e-mail și de mesagerie instantanee sunt toate acceptate prin rețele de computere.

O rețea de calculatoare utilizează mai multe tehnologii, cum ar fi e-mailul, mesageria instantanee, chat online, conversații telefonice audio și video și conferințe video pentru a extinde conexiunile interpersonale prin mijloace electronice. O rețea permite partajarea resurselor de rețea și de calcul. Utilizatorii pot accesa și utiliza resursele de rețea, cum ar fi imprimarea unui document pe o imprimantă de rețea partajată sau accesarea și utilizarea unei unități de stocare partajate. O rețea permite utilizatorilor autorizați să acceseze informațiile stocate pe alte computere din rețea prin transferul de fișiere, date și alte tipuri de informații. Pentru a finaliza sarcinile, calculul distribuit profită de resursele de calcul răspândite într-o rețea.

Transmisia în modul pachet este utilizată de majoritatea rețelelor actuale de calculatoare. O rețea cu comutare de pachete transportă un pachet de rețea, care este o unitate de date formatată.

Informațiile de control și datele utilizatorului sunt cele două tipuri de date din pachete (sarcină utilă). Informațiile de control includ informații precum adresele rețelei sursă și destinație, coduri de detectare a erorilor și informații de secvențiere de care rețeaua are nevoie pentru a transmite datele utilizatorului. Datele de control sunt de obicei incluse în anteturile și trailere de pachete, cu datele despre încărcătura utilă în mijloc.

Lățimea de bandă a mediului de transmisie poate fi partajată mai bine între utilizatorii care utilizează pachete decât cu rețelele cu comutare de circuite. Când un utilizator nu transmite pachete, conexiunea poate fi umplută cu pachete de la alți utilizatori, permițând partajarea costului cu perturbări minime, atâta timp cât legătura nu este abuzată. Adesea, calea pe care trebuie să o parcurgă un pachet printr-o rețea nu este disponibilă în acest moment. În acest caz, pachetul este pus în coadă și nu va fi trimis până când un link devine disponibil.

Tehnologiile de legătură fizică a rețelei de pachete limitează adesea dimensiunea pachetului la o anumită unitate de transmisie maximă (MTU). Un mesaj mai mare poate fi spart înainte de a fi transferat, iar pachetele sunt reasamblate pentru a forma mesajul original odată ce sosesc.

Topologii ale rețelelor comune

Locațiile fizice sau geografice ale nodurilor și legăturilor de rețea au un impact redus asupra unei rețele, dar arhitectura interconexiunilor unei rețele poate avea un impact considerabil asupra debitului și fiabilității acesteia. O singură defecțiune a diferitelor tehnologii, cum ar fi rețelele de magistrală sau stea, poate duce la defecțiunea întregii rețele. În general, cu cât o rețea are mai multe interconexiuni, cu atât este mai stabilă; totuși, cu atât este mai costisitor de instalat. Ca rezultat, majoritatea diagramelor de rețea sunt organizate în funcție de topologia lor de rețea, care este o hartă a relațiilor logice ale gazdelor rețelei.

Următoarele sunt exemple de layout-uri comune:

Toate nodurile dintr-o rețea de magistrală sunt conectate la un mediu comun prin acest mediu. Aceasta a fost configurația Ethernet originală, cunoscută sub numele de 10BASE5 și 10BASE2. Pe stratul de legătură de date, aceasta este încă o arhitectură predominantă, deși variantele actuale ale stratului fizic folosesc legături punct la punct pentru a construi o stea sau un copac.
Toate nodurile sunt conectate la un nod central dintr-o rețea stea. Aceasta este configurația obișnuită într-un LAN Ethernet mic comutat, în care fiecare client se conectează la un comutator de rețea central și, în mod logic, într-un LAN fără fir, în care fiecare client fără fir se conectează la punctul de acces central wireless.
Fiecare nod este conectat la nodurile vecine din stânga și din dreapta, formând o rețea de inel în care toate nodurile sunt conectate și fiecare nod poate ajunge la celălalt nod parcurgând nodurile la stânga sau la dreapta. Această topologie a fost utilizată în rețelele token ring și în Fibre Distributed Data Interface (FDDI).
Rețea mesh: fiecare nod este conectat la un număr arbitrar de vecini în așa fel încât fiecare nod să aibă cel puțin o traversare.
Fiecare nod din rețea este conectat la fiecare alt nod din rețea.
Nodurile dintr-o rețea arborescentă sunt aranjate într-o ordine ierarhică. Cu mai multe switch-uri și fără o rețea redundantă, aceasta este topologia naturală pentru o rețea Ethernet mai mare.
Arhitectura fizică a nodurilor unei rețele nu reprezintă întotdeauna structura rețelei. Arhitectura de rețea a FDDI, de exemplu, este un inel, dar topologia fizică este adesea o stea, deoarece toate conexiunile din apropiere pot fi direcționate printr-un singur site fizic. Cu toate acestea, deoarece plasările comune de conducte și echipamente pot reprezenta puncte unice de defecțiune din cauza unor preocupări precum incendii, întreruperi de curent și inundații, arhitectura fizică nu este complet lipsită de sens.

Suprapunerea rețelelor

O rețea virtuală care este stabilită deasupra unei alte rețele este cunoscută ca o rețea de suprapunere. Legăturile virtuale sau logice conectează nodurile rețelei de suprapunere. Fiecare legătură din rețeaua de bază corespunde unei căi care poate trece prin mai multe legături fizice. Topologia rețelei de suprapunere poate diferi (și adesea este) de cea a rețelei de bază. Multe rețele peer-to-peer, de exemplu, sunt rețele suprapuse. Sunt configurate ca noduri într-o rețea virtuală de legături care rulează pe Internet.

Rețelele suprapuse au existat încă de la începuturile rețelelor, când sistemele computerizate erau conectate prin linii telefonice prin modemuri înainte de a exista o rețea de date.

Internetul este cel mai vizibil exemplu de rețea suprapusă. Internetul a fost conceput inițial ca o extensie a rețelei de telefonie. Chiar și astăzi, o rețea subiacentă de subrețele cu topologii și tehnologie foarte variate permite fiecărui nod de Internet să comunice cu aproape oricare altul. Metodele de mapare a unei rețele de suprapunere IP complet conectată la rețeaua de bază includ rezoluția adresei și rutarea.

Un tabel hash distribuit, care mapează cheile la nodurile rețelei, este un alt exemplu de rețea suprapusă. Rețeaua de bază în acest caz este o rețea IP, iar rețeaua de suprapunere este un tabel indexat cu cheie (de fapt o hartă).

Rețelele suprapuse au fost, de asemenea, propuse ca o tehnică de îmbunătățire a rutării pe internet, cum ar fi prin asigurarea de streaming media de calitate superioară prin asigurări de calitate a serviciului. Sugestiile anterioare precum IntServ, DiffServ și IP Multicast nu au câștigat prea multă acțiune, din cauza faptului că necesită modificarea tuturor routerelor din rețea. Pe de altă parte, fără ajutorul furnizorilor de servicii de internet, o rețea de suprapunere poate fi instalată progresiv pe gazdele finale care rulează software-ul de protocol de suprapunere. Rețeaua de suprapunere nu are nicio influență asupra modului în care pachetele sunt direcționate între nodurile de suprapunere din rețeaua de bază, dar poate reglementa secvența de noduri de suprapunere prin care trece un mesaj înainte de a ajunge la destinație.

Conexiuni la Internet

Cablul electric, fibra optică și spațiul liber sunt exemple de medii de transmisie (cunoscute și sub numele de mediu fizic) utilizate pentru a conecta dispozitive pentru a stabili o rețea de calculatoare. Software-ul pentru gestionarea media este definit la straturile 1 și 2 ale modelului OSI - stratul fizic și stratul de legătură de date.

Ethernet se referă la un grup de tehnologii care utilizează medii de cupru și fibră în tehnologia rețelei locale (LAN). IEEE 802.3 definește standardele media și protocolul care permit dispozitivelor din rețea să comunice prin Ethernet. Undele radio sunt utilizate în unele standarde LAN fără fir, în timp ce semnalele infraroșu sunt utilizate în altele. Cablajul de alimentare dintr-o clădire este utilizat pentru a transporta date în comunicațiile cu linia de alimentare.

În rețelele de calculatoare, sunt folosite următoarele tehnologii cu fir.

Cablul coaxial este frecvent utilizat pentru rețelele locale din sistemele de televiziune prin cablu, clădirile de birouri și alte șantiere de lucru. Viteza de transmisie variază între 200 de milioane de biți pe secundă și 500 de milioane de biți pe secundă.
Tehnologia ITU-T G.hn creează o rețea locală de mare viteză folosind cablarea casei existente (cablu coaxial, linii telefonice și linii electrice).
Ethernet cu fir și alte standarde folosesc cablare cu perechi răsucite. De obicei, constă din patru perechi de cabluri de cupru care pot fi utilizate pentru a transmite atât voce, cât și date. Diafonia și inducția electromagnetică sunt reduse atunci când două fire sunt răsucite împreună. Viteza de transmisie variază de la 2 la 10 gigabiți pe secundă. Există două tipuri de cablare cu perechi răsucite: pereche răsucită neecranată (UTP) și pereche răsucită ecranată (STP) (STP). Fiecare formular este disponibil într-o varietate de evaluări de categorii, permițându-i să fie utilizat într-o varietate de situații.
Liniile roșii și albastre pe o hartă a lumii
Liniile de telecomunicații submarine din fibră optică sunt reprezentate pe o hartă din 2007.
O fibră de sticlă este o fibră optică. Folosește lasere și amplificatoare optice pentru a transmite impulsuri de lumină care reprezintă date. Fibrele optice oferă mai multe avantaje față de liniile metalice, inclusiv pierderea minimă de transmisie și rezistența la interferențe electrice. Fibrele optice pot transporta simultan numeroase fluxuri de date pe lungimi de undă distincte de lumină folosind multiplexarea cu diviziune densă a undelor, care crește rata de transmisie a datelor la miliarde de biți pe secundă. Fibrele optice sunt utilizate în cablurile submarine care conectează continente și pot fi utilizate pentru linii lungi de cablu care transportă rate de date foarte mari. Fibra optică monomodală (SMF) și fibra optică multimodală (MMF) sunt cele două forme principale de fibră optică (MMF). Fibra monomodală oferă avantajul de a susține un semnal coerent pe zeci, dacă nu chiar sute, de kilometri. Fibra multimodă este mai puțin costisitoare de terminat, dar are o lungime maximă de doar câteva sute sau chiar câteva zeci de metri, în funcție de rata de date și de gradul cablului.

Rețele fără fir

Conexiunile de rețea fără fir pot fi formate folosind radio sau alte metode de comunicare electromagnetică.

Comunicarea terestră cu microunde folosește transmițătoare și receptoare de pe Pământ care arată ca antene satelit. Microundele de la sol funcționează în intervalul mic de gigaherți, limitând toate comunicațiile la linia vizuală. Stațiile de releu sunt la aproximativ 40 de mile (64 de kilometri) una dintre ele.
Sateliții care comunică prin microunde sunt folosiți și de sateliții de comunicații. Sateliții se află în mod normal pe orbită geosincronă, care se află la 35,400 de kilometri (22,000 de mile) deasupra ecuatorului. Semnalele de voce, date și televiziune pot fi recepționate și transmise de aceste dispozitive care orbitează Pământul.
În rețelele celulare sunt utilizate mai multe tehnologii de comunicații radio. Sistemele împart teritoriul acoperit în mai multe grupuri geografice. Un transceiver de putere redusă deservește fiecare zonă.
Rețelele LAN fără fir utilizează o tehnologie radio de înaltă frecvență comparabilă cu cea a celularului digital pentru a comunica. Tehnologia cu spectru extins este utilizată în rețelele LAN fără fir pentru a permite comunicarea între mai multe dispozitive într-un spațiu mic. Wi-Fi este un tip de tehnologie de unde radio fără fir cu standarde deschise definită de IEEE 802.11.
Comunicarea optică în spațiu liber comunică prin lumină vizibilă sau invizibilă. Propagarea liniei de vedere este folosită în majoritatea circumstanțelor, ceea ce limitează poziționarea fizică a dispozitivelor de conectare.
Internetul interplanetar este o rețea radio și optică care extinde Internetul la dimensiuni interplanetare.
RFC 1149 a fost o cerere amuzantă a lui April Fool pentru comentarii cu privire la IP prin Avian Carriers. În 2001, a fost pus în practică în viața reală.
Ultimele două situații au o întârziere mare dus-întors, ceea ce duce la întârzierea comunicării în ambele sensuri, dar nu împiedică transmiterea unor volume masive de date (pot avea un debit mare).

Noduri într-o rețea

Rețelele sunt construite folosind elemente de bază suplimentare de construire a sistemului, cum ar fi controlere de interfață de rețea (NIC), repetoare, hub-uri, poduri, comutatoare, routere, modemuri și firewall-uri în plus față de orice mediu de transmisie fizic. Orice echipament dat va conține aproape întotdeauna diverse blocuri de construcție și astfel va putea face mai multe sarcini.

Interfețe către Internet

Un circuit de interfață de rețea care include un port ATM.
Un card auxiliar care servește ca interfață de rețea ATM. Un număr mare de interfețe de rețea sunt preinstalate.
Un controler de interfață de rețea (NIC) este o piesă hardware de computer care conectează un computer la o rețea și poate procesa date de rețea de nivel scăzut. O conexiune pentru preluarea unui cablu sau o antenă pentru transmisie și recepție fără fir, precum și circuitele aferente, pot fi găsite pe NIC.

Fiecare controler de interfață de rețea dintr-o rețea Ethernet are o adresă unică Media Access Control (MAC), care este în mod normal stocată în memoria permanentă a controlerului. Institutul de Ingineri Electrici și Electronici (IEEE) menține și supraveghează unicitatea adresei MAC pentru a preveni conflictele de adrese între dispozitivele de rețea. O adresă MAC Ethernet are șase octeți. Cei trei octeți cei mai semnificativi sunt alocați pentru identificarea producătorului NIC. Acești producători atribuie cei trei octeți cel mai puțin semnificativi ai fiecărei interfețe Ethernet pe care o construiesc folosind exclusiv prefixele lor alocate.

Hub-uri și repetoare

Un repetor este un dispozitiv electronic care acceptă un semnal de rețea și îl curăță de zgomotul nedorit înainte de a-l regenera. Semnalul este retransmis la un nivel de putere mai mare sau pe cealaltă parte a obstacolului, permițându-i să meargă mai departe fără deteriorare. Repetoarele sunt necesare în majoritatea sistemelor Ethernet cu perechi răsucite pentru distanțe de cablu mai mari de 100 de metri. Repetoarele pot fi distanțate la zeci sau chiar sute de kilometri când se utilizează fibra optică.

Repetoarele lucrează pe stratul fizic al modelului OSI, dar totuși au nevoie de puțin timp pentru a regenera semnalul. Acest lucru poate duce la o întârziere de propagare, care poate compromite performanța și funcționarea rețelei. Ca rezultat, mai multe topologii de rețea, cum ar fi regula Ethernet 5-4-3, limitează numărul de repetoare care pot fi utilizate într-o rețea.

Un hub Ethernet este un repetor Ethernet cu multe porturi. Un hub repetitor ajută la detectarea coliziunilor în rețea și la izolarea defecțiunilor, pe lângă recondiționarea și distribuirea semnalelor de rețea. Switch-urile de rețea moderne au înlocuit în mare parte hub-urile și repetoarele în rețelele LAN.

Întrerupătoare și punți

Spre deosebire de un hub, rețeaua face punte și comuta numai cadrele către porturile implicate în comunicare, dar un hub transmite cadre către toate porturile. Un comutator poate fi gândit ca o punte cu mai multe porturi, deoarece podurile au doar două porturi. Switch-urile au de obicei un număr mare de porturi, permițând o topologie în stea pentru dispozitive și cascada de comutatoare suplimentare.

Stratul de legătură de date (nivelul 2) al modelului OSI este locul în care funcționează podurile și comutatoarele, punând traficul între două sau mai multe segmente de rețea pentru a forma o singură rețea locală. Ambele sunt dispozitive care transmit cadre de date prin porturi pe baza adresei MAC a destinației din fiecare cadru. Examinarea adreselor sursă ale cadrelor primite îi învață cum să asocieze porturile fizice cu adrese MAC și redirecționează cadrele numai atunci când este necesar. Dacă dispozitivul vizează o destinație MAC necunoscută, acesta transmite cererea către toate porturile, cu excepția sursei și deduce locația din răspuns.

Domeniul de coliziune al rețelei este împărțit prin punți și comutatoare, în timp ce domeniul de difuzare rămâne același. Asistența la conectare și la comutare descompune o rețea uriașă, aglomerată într-o colecție de rețele mai mici și mai eficiente, care este cunoscută sub numele de segmentare a rețelei.

Routere

Linia telefonică ADSL și conectorii cablului de rețea Ethernet sunt văzuți pe un router obișnuit de acasă sau de afaceri mici.
Un router este un dispozitiv de internet care procesează informațiile de adresare sau rutare în pachete pentru a le redirecționa între rețele. Tabelul de rutare este folosit frecvent împreună cu informațiile de rutare. Un router determină unde să treacă pachetele folosind baza de date de rutare, mai degrabă decât difuzarea pachetelor, ceea ce este o risipă pentru rețelele foarte mari.

modemurile
Modemurile (modulator-demodulator) conectează nodurile de rețea prin fire care nu au fost proiectate pentru traficul de rețea digitală sau pentru wireless. Pentru a face acest lucru, semnalul digital modulează unul sau mai multe semnale purtătoare, rezultând un semnal analogic care poate fi personalizat pentru a oferi calitățile de transmisie adecvate. Semnalele audio transmise printr-o conexiune telefonică vocală convențională au fost modulate de modemurile timpurii. Modemurile sunt încă utilizate pe scară largă pentru liniile telefonice digitale de abonat (DSL) și sistemele de televiziune prin cablu care utilizează tehnologia DOCSIS.

Firewall-urile sunt dispozitive de rețea sau software care sunt utilizate pentru a controla securitatea rețelei și reglementările de acces. Firewall-urile sunt folosite pentru a separa rețelele interne securizate de rețelele externe potențial nesigure, cum ar fi Internetul. În mod obișnuit, firewall-urile sunt configurate pentru a refuza solicitările de acces din surse necunoscute, permițând în același timp activități de la cele cunoscute. Importanța firewall-urilor în securitatea rețelei crește odată cu creșterea amenințărilor cibernetice.

Protocoale de comunicare

Protocoale în legătură cu structura de straturi a Internetului
Modelul TCP/IP și relațiile sale cu protocoalele populare utilizate la diferite niveluri.
Când un router este prezent, fluxurile de mesaje coboară prin straturi de protocol, spre router, în sus pe stiva routerului, înapoi în jos și până la destinația finală, unde urcă înapoi în stiva routerului.
În prezența unui router, mesajul circulă între două dispozitive (AB) la cele patru niveluri ale paradigmei TCP/IP (R). Fluxurile roșii reprezintă căi de comunicare eficiente, în timp ce căile negre reprezintă conexiuni reale de rețea.
Un protocol de comunicare este un set de instrucțiuni pentru trimiterea și primirea datelor prin intermediul unei rețele. Protocoalele de comunicare au o varietate de proprietăți. Acestea pot fi fie orientate spre conexiune, fie fără conexiune, utilizează modul circuit sau comutarea de pachete și utilizează adresarea ierarhică sau plată.

Operațiunile de comunicații sunt împărțite în straturi de protocol într-o stivă de protocoale, care este adesea construită conform modelului OSI, fiecare strat utilizând serviciile celui de sub el până când cel mai de jos stratul controlează hardware-ul care transportă informații prin media. Stratificarea protocolului este utilizată pe scară largă în lumea rețelelor de calculatoare. HTTP (protocolul World Wide Web) care rulează prin TCP peste IP (protocoale Internet) prin IEEE 802.11 este un bun exemplu de stivă de protocoale (protocolul Wi-Fi). Când un utilizator de acasă navighează pe web, această stivă este utilizată între routerul wireless și computerul personal al utilizatorului.

Câteva dintre cele mai comune protocoale de comunicare sunt enumerate aici.

Protocoale care sunt utilizate pe scară largă

Suită de protocoale de internet
Toate rețelele actuale sunt construite pe Internet Protocol Suite, adesea cunoscut sub numele de TCP/IP. Oferă atât servicii fără conexiune, cât și cele orientate spre conexiune printr-o rețea intrinsec instabilă traversată folosind transferul de datagrame (IP) de protocol Internet. Suita de protocoale definește standardele de adresare, identificare și rutare pentru Internet Protocol Version 4 (IPv4) și IPv6, următoarea iterație a protocolului cu capacități de adresare mult extinse. Internet Protocol Suite este un set de protocoale care definește modul în care funcționează Internetul.

IEEE 802 este un acronim pentru „International Electrotechnical
IEEE 802 se referă la un grup de standarde IEEE care se ocupă de rețelele locale și metropolitane. Suita de protocoale IEEE 802 în ansamblu oferă o gamă largă de capabilități de rețea. În protocoale este utilizată o metodă de adresare plată. Ele funcționează în principal la straturile 1 și 2 ale modelului OSI.

Punerea MAC (IEEE 802.1D), de exemplu, folosește protocolul Spanning Tree pentru a ruta traficul Ethernet. VLAN-urile sunt definite de IEEE 802.1Q, în timp ce IEEE 802.1X definește un protocol de control al accesului la rețea bazat pe porturi, care stă la baza proceselor de autentificare utilizate în VLAN-uri (dar și în WLAN-uri) - asta este ceea ce vede utilizatorul casnic când introduce un „cheie de acces fără fir”.

Ethernet este un grup de tehnologii care sunt utilizate în rețelele LAN cu fir. IEEE 802.3 este o colecție de standarde produse de Institutul de Ingineri Electrici și Electronici care îl descrie.

LAN (fară fir)
LAN fără fir, cunoscut adesea ca WLAN sau WiFi, este cel mai cunoscut membru al familiei de protocoale IEEE 802 pentru utilizatorii casnici de astăzi. Se bazează pe specificațiile IEEE 802.11. IEEE 802.11 are multe în comun cu Ethernetul cu fir.

SONET/SDH
Rețelele optice sincrone (SONET) și ierarhia digitală sincronă (SDH) sunt tehnici de multiplexare care folosesc lasere pentru a transmite mai multe fluxuri de biți digitali prin fibra optică. Au fost create pentru a transmite comunicații în modul circuit din mai multe surse, în primul rând pentru a sprijini telefonia digitală cu comutare de circuite. SONET/SDH, pe de altă parte, a fost un candidat ideal pentru transmiterea cadrelor ATM (Asynchronous Transfer Mode) datorită neutralității protocolului și caracteristicilor orientate către transport.

Mod de transfer asincron
Modul de transfer asincron (ATM) este o tehnologie de comutare a rețelei de telecomunicații. Codifică datele în celule mici, de dimensiuni fixe, utilizând multiplexarea asincronă cu diviziune în timp. Acest lucru este în contrast cu alte protocoale care utilizează pachete sau cadre de dimensiuni variabile, cum ar fi Internet Protocol Suite sau Ethernet. Atât rețelele cu comutare de circuite, cât și cele de pachete sunt similare cu ATM. Acest lucru îl face potrivit pentru o rețea care trebuie să gestioneze atât date cu un randament ridicat, cât și conținut în timp real, cu latență redusă, cum ar fi vocea și video. ATM are o abordare orientată spre conexiune, în care trebuie stabilit un circuit virtual între două puncte finale înainte ca transmisia efectivă a datelor să poată începe.

În timp ce ATM-urile își pierd favoarea în favoarea rețelelor de generație următoare, ele continuă să joace un rol în ultimul kilometru, sau conexiunea dintre un furnizor de servicii de internet și un utilizator rezidențial.

Repere celulare
Sistemul global pentru comunicații mobile (GSM), serviciul radio general de pachete (GPRS), cdmaOne, CDMA2000, date optimizate pentru evoluție (EV-DO), rate de date îmbunătățite pentru evoluția GSM (EDGE), sistem universal de telecomunicații mobile (UMTS), Telecomunicațiile digitale îmbunătățite fără fir (DECT), Digital AMPS (IS-136/TDMA) și Integrated Digital Enhanced Network (IDEN) sunt câteva dintre diferitele standarde celulare digitale (iDEN).

Rutare

Rutarea determină cele mai bune căi pentru ca informațiile să circule printr-o rețea. De exemplu, cele mai bune rute de la nodul 1 la nodul 6 sunt probabil 1-8-7-6 sau 1-8-10-6, deoarece acestea au cele mai groase căi.
Rutarea este procesul de identificare a căilor de rețea pentru transmiterea datelor. Multe tipuri de rețele, inclusiv rețele de comutare de circuite și rețele de comutare de pachete, necesită rutare.

Protocoalele de rutare direcționează redirecționarea pachetelor (tranzitul pachetelor de rețea adresate logic de la sursă la destinația lor finală) prin nodurile intermediare din rețelele cu comutare de pachete. Routerele, podurile, gateway-urile, firewall-urile și comutatoarele sunt componente hardware de rețea obișnuite care acționează ca noduri intermediare. Calculatoarele de uz general pot, de asemenea, să transmită pachete și să efectueze rutarea, deși performanța lor poate fi împiedicată din cauza lipsei de hardware specializat. Tabelele de rutare, care țin evidența căilor către mai multe destinații de rețea, sunt frecvent utilizate pentru a direcționa redirecționarea în procesul de rutare. Ca rezultat, construirea tabelelor de rutare în memoria routerului este critică pentru o rutare eficientă.

În general, există mai multe rute din care să alegeți și diferiți factori pot fi luați în considerare atunci când decideți ce rute ar trebui adăugate la tabelul de rutare, cum ar fi (ordonate după prioritate):

Măștile de subrețea mai lungi sunt de dorit în acest caz (independent dacă se află într-un protocol de rutare sau pe un alt protocol de rutare)
Când este favorizată o măsurătoare/cost mai ieftină, aceasta este denumită o măsurătoare (validă numai în cadrul unuia și aceluiași protocol de rutare)
Când vine vorba de distanța administrativă, se dorește o distanță mai scurtă (validă doar între diferite protocoale de rutare)
Marea majoritate a algoritmilor de rutare utilizează o singură cale de rețea la un moment dat. Pot fi utilizate mai multe căi alternative cu algoritmii de rutare cu mai multe căi.

În noțiunea că adresele de rețea sunt structurate și că adresele comparabile înseamnă proximitate în întreaga rețea, rutarea, într-un sens mai restrictiv, este uneori contrastată cu bridge-ul. Un singur element tabel de rutare poate indica ruta către o colecție de dispozitive folosind adrese structurate. Adresarea structurată (routing în sensul restrâns) depășește adresarea nestructurată în rețelele mari (bridging). Pe Internet, rutarea a devenit cea mai utilizată metodă de adresare. În situații izolate, punerea în punte este încă folosită în mod obișnuit.

Organizațiile care dețin rețelele sunt de obicei însărcinate cu gestionarea acestora. Intranet-urile și extranet-urile pot fi utilizate în rețelele companiilor private. Ele pot oferi, de asemenea, acces la rețea la Internet, care este o rețea globală fără proprietar unic și conectivitate în esență nelimitată.

Intranet
Un intranet este o colecție de rețele gestionate de o singură agenție administrativă. Protocolul IP și instrumentele bazate pe IP, cum ar fi browserele web și aplicațiile de transfer de fișiere, sunt utilizate pe intranet. Intranetul poate fi accesat doar de persoane fizice autorizate, conform entitatii administrative. Un intranet este de obicei LAN intern al unei organizații. Cel puțin un server web este de obicei prezent pe un intranet mare pentru a oferi utilizatorilor informații organizaționale. Un intranet este orice lucru dintr-o rețea locală care se află în spatele routerului.

Admin
Un extranet este o rețea care este, de asemenea, administrată de o singură organizație, dar permite doar un acces limitat la o anumită rețea externă. De exemplu, o firmă poate acorda acces la anumite porțiuni ale intranetului său partenerilor de afaceri sau clienților săi pentru a partaja date. Din punct de vedere al securității, aceste alte entități nu trebuie neapărat de încredere. Tehnologia WAN este frecvent utilizată pentru a se conecta la o extranet, dar nu este întotdeauna folosită.

Internet
O interfață este unirea mai multor tipuri diferite de rețele de calculatoare pentru a forma o singură rețea prin stratificarea software-ului de rețea unul peste celălalt și conectarea lor prin routere. Internetul este cel mai cunoscut exemplu de rețea. Este un sistem global interconectat de rețele de computere guvernamentale, academice, de afaceri, publice și private. Se bazează pe tehnologiile de rețea ale Internet Protocol Suite. Este succesorul Rețelei Agenției de Proiecte Avansate de Cercetare a DARPA (ARPANET), care a fost construită de DARPA al Departamentului de Apărare al SUA. World Wide Web (WWW), Internetul lucrurilor (IoT), transportul video și o gamă largă de servicii de informare sunt toate posibile de comunicațiile de cupru și coloana vertebrală a rețelelor optice ale Internetului.

Participanții de pe Internet folosesc o gamă largă de protocoale compatibile cu Internet Protocol Suite și un sistem de adresare (adrese IP) menținut de Autoritatea pentru Numerele Alocate de Internet și registrele de adrese. Prin Border Gateway Protocol (BGP), furnizorii de servicii și marile companii împărtășesc informații despre accesibilitatea spațiilor lor de adrese, construind o rețea globală redundantă de căi de transmisie.

Darknet
Un darknet este o rețea de suprapunere bazată pe Internet, care poate fi accesată numai prin utilizarea unui software specializat. O rețea întunecată este o rețea de anonimizare care utilizează protocoale și porturi non-standard pentru a conecta doar colegii de încredere - denumiți în mod obișnuit „prieteni” (F2F).

Rețelele întunecate diferă de alte rețele peer-to-peer distribuite prin faptul că utilizatorii pot interacționa fără teama de interferențe guvernamentale sau corporative, deoarece partajarea este anonimă (adică, adresele IP nu sunt publicate public).

Servicii pentru retea

Serviciile de rețea sunt aplicații care sunt găzduite de servere dintr-o rețea de calculatoare pentru a oferi funcționalitate membrilor sau utilizatorilor rețelei sau pentru a asista rețeaua în funcționarea acesteia.

Serviciile de rețea binecunoscute includ World Wide Web, e-mail, imprimare și partajarea fișierelor în rețea. DNS (Domain Name System) dă nume adreselor IP și MAC (nume precum „nm.lan” sunt mai ușor de reținut decât numere precum „210.121.67.18”), iar DHCP asigură că toate echipamentele de rețea au o adresă IP validă.

Formatul și secvențierea mesajelor între clienții și serverele unui serviciu de rețea sunt definite de obicei printr-un protocol de serviciu.

Performanța rețelei

Lățimea de bandă consumată, legată de debitul atins sau de debitul bun, adică rata medie de transfer de date cu succes printr-o legătură de comunicație, este măsurată în biți pe secundă. Tehnologii precum modelarea lățimii de bandă, gestionarea lățimii de bandă, limitarea lățimii de bandă, limitarea lățimii de bandă, alocarea lățimii de bandă (de exemplu, protocolul de alocare a lățimii de bandă și alocarea dinamică a lățimii de bandă) și altele afectează debitul. Lățimea de bandă a semnalului consumată medie în herți (lățimea de bandă spectrală medie a semnalului analogic reprezentând fluxul de biți) în timpul intervalului de timp examinat determină lățimea de bandă a unui flux de biți.

Caracteristica de design și performanță a unei rețele de telecomunicații este latența rețelei. Acesta definește timpul necesar pentru ca o bucată de date să tranziteze printr-o rețea de la un punct final de comunicare la altul. De obicei, se măsoară în zecimi de secundă sau fracțiuni de secundă. În funcție de locația perechii precise de puncte finale de comunicare, întârzierea poate varia ușor. Inginerii raportează de obicei atât întârzierea maximă, cât și cea medie, precum și diferitele componente ale întârzierii:

Timpul necesar unui router pentru a procesa antetul pachetului.
Timp de așteptare – cantitatea de timp pe care o petrece un pachet în cozile de rutare.
Timpul necesar pentru a împinge biții pachetului pe legătură se numește întârziere de transmisie.
Întârzierea de propagare este timpul necesar pentru ca un semnal să traverseze media.
Semnalele întâmpină o întârziere minimă din cauza timpului necesar pentru a trimite un pachet în serie printr-o legătură. Din cauza congestionării rețelei, această întârziere este prelungită cu niveluri mai imprevizibile de întârziere. Timpul necesar pentru ca o rețea IP să răspundă poate varia de la câteva milisecunde la câteva sute de milisecunde.

Calitatea serviciului

Performanța rețelei este de obicei măsurată prin calitatea serviciului unui produs de telecomunicații, în funcție de cerințele de instalare. Debitul, fluctuația, rata de eroare de biți și întârzierea sunt toți factori care pot influența acest lucru.

Mai jos sunt prezentate exemple de măsurători ale performanței rețelei pentru o rețea cu comutare de circuite și un fel de rețea cu comutare de pachete, și anume ATM.

Rețele cu comutare de circuite: gradul de serviciu este identic cu performanța rețelei în rețelele cu comutare de circuite. Numărul de apeluri care sunt refuzate este o valoare care indică cât de bine funcționează rețeaua în condiții de trafic ridicat. Nivelurile de zgomot și ecou sunt exemple de alte forme de indicatori de performanță.
Rata de linie, calitatea serviciului (QoS), debitul de date, timpul de conectare, stabilitatea, tehnologia, tehnica de modulare și upgrade-urile modemului pot fi toate utilizate pentru a evalua performanța unei rețele ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Deoarece fiecare rețea este unică în natura și arhitectura sa, există numeroase abordări pentru a-și evalua performanța. În loc să fie măsurată, performanța poate fi în schimb modelată. Diagramele de tranziție de stări, de exemplu, sunt frecvent utilizate pentru a modela performanța de coadă în rețelele cu comutare de circuite. Aceste diagrame sunt folosite de planificatorul de rețea pentru a examina modul în care funcționează rețeaua în fiecare stare, asigurându-se că rețeaua este planificată corespunzător.

Aglomerație în rețea

Când o legătură sau un nod este supus unei încărcări de date mai mare decât pentru care este evaluat, are loc congestionarea rețelei, iar calitatea serviciului are de suferit. Pachetele trebuie șterse atunci când rețelele sunt aglomerate și cozile devin prea pline, prin urmare rețelele se bazează pe retransmisie. Întârzierile la coadă, pierderea pachetelor și blocarea noilor conexiuni sunt toate rezultate comune ale congestiei. Ca urmare a acestor două, creșterile incrementale ale sarcinii oferite au ca rezultat fie o ușoară îmbunătățire a debitului rețelei, fie o scădere a debitului rețelei.

Chiar și atunci când sarcina inițială este redusă la un nivel care nu ar provoca în mod obișnuit congestie în rețea, protocoalele de rețea care utilizează retransmisii agresive pentru a corecta pierderea de pachete tind să mențină sistemele într-o stare de congestie a rețelei. Ca rezultat, cu aceeași cantitate de cerere, rețelele care utilizează aceste protocoale pot prezenta două stări stabile. Colapsul congestiv se referă la o situație stabilă cu debit scăzut.

Pentru a minimiza colapsul congestiei, rețelele moderne folosesc strategii de gestionare a congestiei, evitarea congestionării și controlul traficului (adică, punctele finale încetinesc sau uneori chiar opresc complet transmisia atunci când rețeaua este aglomerată). Retragerea exponențială în protocoale precum CSMA/CA 802.11 și Ethernetul original, reducerea ferestrelor în TCP și așteptarea echitabilă în routere sunt exemple ale acestor strategii. Implementarea schemelor de prioritate, în care unele pachete sunt transmise cu prioritate mai mare decât altele, este o altă modalitate de a evita impactul negativ al congestionării rețelei. Schemele prioritare nu vindecă singur congestionarea rețelei, dar ajută la atenuarea consecințelor congestionării pentru unele servicii. 802.1p este un exemplu în acest sens. Alocarea intenționată a resurselor rețelei către fluxuri specificate este o a treia strategie pentru evitarea congestionării rețelei. Standardul ITU-T G.hn, de exemplu, folosește Contention-Free Transmission Opportunities (CFTXOP) pentru a furniza rețele locale de mare viteză (până la 1 Gbit/s) prin cablurile existente ale casei (linii electrice, linii telefonice și cabluri coaxiale). ).

RFC 2914 pentru Internet se referă la controlul congestiei.

Reziliența rețelei

„Capacitatea de a oferi și susține un nivel adecvat de servicii în fața defectelor și impedimentelor în funcționarea normală”, conform definiției rezilienței rețelei.

Securitatea rețelelor

Hackerii folosesc rețelele de computere pentru a răspândi viruși și viermi pe dispozitivele din rețea sau pentru a interzice accesul acestor dispozitive în rețea printr-un atac de refuzare a serviciului.

Prevederile și regulile administratorului de rețea pentru prevenirea și monitorizarea accesului ilegal, a utilizării greșite, a modificării sau a refuzului rețelei de calculatoare și a resurselor sale accesibile în rețea sunt cunoscute ca securitatea rețelei. Administratorul de rețea controlează securitatea rețelei, care este autorizarea accesului la date dintr-o rețea. Utilizatorilor li se oferă un nume de utilizator și o parolă care le oferă acces la informațiile și programele aflate sub controlul lor. Securitatea rețelei este utilizată pentru a securiza tranzacțiile și comunicațiile zilnice între organizații, agenții guvernamentale și indivizi pe o serie de rețele de calculatoare publice și private.

Monitorizarea datelor care sunt schimbate prin intermediul rețelelor de calculatoare precum Internetul este cunoscută sub denumirea de supraveghere a rețelei. Supravegherea este adesea efectuată în secret și poate fi efectuată de guverne, corporații, grupuri criminale sau persoane sau în numele acestora. Poate fi sau nu legal și poate sau nu necesita aprobarea judiciară sau a unei alte agenții independente.

Software-ul de supraveghere pentru calculatoare și rețele este utilizat pe scară largă astăzi și aproape tot traficul de pe Internet este sau ar putea fi monitorizat pentru semne de activitate ilegală.

Guvernele și agențiile de aplicare a legii utilizează supravegherea pentru a menține controlul social, pentru a identifica și monitoriza riscurile și pentru a preveni/investiga activitățile criminale. Guvernele au acum o putere fără precedent de a monitoriza activitățile cetățenilor datorită unor programe precum programul Total Information Awareness, tehnologii precum computerele de supraveghere de mare viteză și software-ul biometric și legi precum Legea privind asistența în comunicații pentru aplicarea legii.

Multe organizații pentru drepturile civile și confidențialitate, inclusiv Reporters Without Borders, Electronic Frontier Foundation și Uniunea Americană pentru Libertăți Civile, și-au exprimat îngrijorarea că supravegherea crescută a cetățenilor ar putea duce la o societate de supraveghere în masă cu mai puține libertăți politice și personale. Temeri ca aceasta au provocat o serie de litigii, inclusiv Hepting v. AT&T. În semn de protest față de ceea ce numește „supraveghere draconiană”, grupul hacktivist Anonymous a spart site-urile oficiale.

Criptarea end-to-end (E2EE) este o paradigmă de comunicații digitale care asigură că datele care circulă între două părți care comunică sunt protejate în orice moment. Aceasta presupune criptarea datelor de către partea de origine, astfel încât acestea să poată fi decriptate numai de către destinatarul vizat, fără a se baza pe terți. Criptarea end-to-end protejează comunicațiile de a fi descoperite sau manipulate de intermediari, cum ar fi furnizorii de servicii de internet sau furnizorii de servicii de aplicații. În general, criptarea end-to-end asigură atât secretul, cât și integritatea.

HTTPS pentru trafic online, PGP pentru e-mail, OTR pentru mesagerie instantanee, ZRTP pentru telefonie și TETRA pentru radio sunt toate exemple de criptare end-to-end.

Criptarea end-to-end nu este inclusă în majoritatea soluțiilor de comunicații bazate pe server. Aceste soluții pot asigura doar securitatea comunicațiilor între clienți și servere, nu între părțile care comunică. Google Talk, Yahoo Messenger, Facebook și Dropbox sunt exemple de sisteme non-E2EE. Unele dintre aceste sisteme, cum ar fi LavaBit și SecretInk, au susținut chiar că oferă criptare „end-to-end” atunci când nu o fac. S-a demonstrat că unele sisteme care ar trebui să ofere criptare end-to-end, cum ar fi Skype sau Hushmail, au o ușă din spate care împiedică părțile de comunicare să negocieze cheia de criptare.

Paradigma de criptare end-to-end nu abordează în mod direct preocupările la punctele finale ale comunicării, cum ar fi exploatarea tehnologică a clientului, generatoarele de numere aleatorii de calitate scăzută sau escrow cheii. E2EE ignoră, de asemenea, analiza traficului, care implică determinarea identităților punctelor finale, precum și a timpurilor și a volumelor de mesaje transmise.

Când comerțul electronic a apărut pentru prima dată pe World Wide Web la mijlocul anilor 1990, era clar că era necesar un anumit tip de identificare și criptare. Netscape a fost primul care a încercat să creeze un nou standard. Netscape Navigator era cel mai popular browser web la acea vreme. Secure Socket Layer (SSL) a fost creat de Netscape (SSL). SSL necesită utilizarea unui server certificat. Serverul transmite o copie a certificatului către client atunci când un client solicită acces la un server securizat SSL. Clientul SSL verifică acest certificat (toate browserele web sunt preîncărcate cu o listă cuprinzătoare de certificate rădăcină CA) și, dacă trece, serverul este autentificat, iar clientul negociază un cifr cu cheie simetrică pentru sesiune. Între serverul SSL și clientul SSL, sesiunea este acum într-un tunel criptat extrem de sigur.