EITC/IS/CNF Fonaments de xarxes informàtiques

Una xarxa d'ordinadors és un conjunt d'ordinadors que comparteixen recursos entre nodes de xarxa. Per comunicar-se entre ells, els ordinadors utilitzen protocols de comunicació estàndard a través d'enllaços digitals. Les tecnologies de xarxes de telecomunicacions basades en sistemes de radiofreqüència físicament cablejats, òptics i sense fil que es poden muntar en una sèrie de topologies de xarxa conformen aquestes interconnexions. Els ordinadors personals, servidors, maquinari de xarxa i altres amfitrions especialitzats o de propòsit general poden ser nodes d'una xarxa d'ordinadors. Les adreces de xarxa i els noms d'amfitrió es poden utilitzar per identificar-los. Els noms d'amfitrió serveixen com a etiquetes fàcils de recordar per als nodes i poques vegades es modifiquen després d'haver estat assignats. Els protocols de comunicació com el Protocol d'Internet utilitzen adreces de xarxa per localitzar i identificar nodes. La seguretat és un dels aspectes més crítics de les xarxes.

El mitjà de transmissió utilitzat per transmetre senyals, ample de banda, protocols de comunicacions per organitzar el trànsit de xarxa, mida de la xarxa, topologia, mecanisme de control de trànsit i objectiu organitzatiu són factors que es poden utilitzar per classificar les xarxes d'ordinadors.

L'accés a la World Wide Web, el vídeo digital, la música digital, l'ús compartit de servidors d'aplicacions i emmagatzematge, impressores i màquines de fax, i l'ús de programes de correu electrònic i missatgeria instantània són compatibles amb xarxes informàtiques.

Una xarxa informàtica utilitza múltiples tecnologies com el correu electrònic, la missatgeria instantània, el xat en línia, les converses telefòniques d'àudio i vídeo i la videoconferència per ampliar les connexions interpersonals per mitjans electrònics. Una xarxa permet compartir recursos informàtics i de xarxa. Els usuaris poden accedir i utilitzar recursos de xarxa, com ara imprimir un document en una impressora de xarxa compartida o accedir i utilitzar una unitat d'emmagatzematge compartida. Una xarxa permet als usuaris autoritzats accedir a la informació emmagatzemada en altres ordinadors de la xarxa mitjançant la transferència de fitxers, dades i altres tipus d'informació. Per completar les tasques, la informàtica distribuïda aprofita els recursos informàtics repartits per una xarxa.

La transmissió en mode paquet és utilitzada per la majoria de les xarxes informàtiques actuals. Una xarxa de commutació de paquets transporta un paquet de xarxa, que és una unitat de dades formatada.

La informació de control i les dades d'usuari són els dos tipus de dades en paquets (càrrega útil). La informació de control inclou informació com ara adreces de xarxa d'origen i de destinació, codis de detecció d'errors i informació de seqüenciació que la xarxa necessita per transmetre dades d'usuari. Les dades de control s'inclouen normalment a les capçaleres i tràilers de paquets, amb dades de càrrega útil al mig.

L'ample de banda del mitjà de transmissió es pot compartir millor entre els usuaris que utilitzen paquets que amb xarxes de commutació de circuits. Quan un usuari no transmet paquets, la connexió es pot omplir amb paquets d'altres usuaris, la qual cosa permet compartir el cost amb una pertorbació mínima, sempre que no s'abusi de l'enllaç. Sovint, el camí que ha de fer un paquet a través d'una xarxa no està disponible en aquest moment. En aquest cas, el paquet es posa a la cua i no s'enviarà fins que no estigui disponible un enllaç.

Les tecnologies d'enllaç físic de xarxa de paquets sovint limiten la mida del paquet a una unitat de transmissió màxima (MTU) específica. Un missatge més gran es pot trencar abans de ser transferit, i els paquets es tornen a muntar per formar el missatge original un cop arriben.

Topologies de xarxes comunes

Les ubicacions físiques o geogràfiques dels nodes i enllaços de la xarxa tenen poc impacte en una xarxa, però l'arquitectura de les interconnexions d'una xarxa pot tenir un impacte considerable en el seu rendiment i fiabilitat. Una única fallada en diverses tecnologies, com ara xarxes d'autobusos o d'estrelles, pot provocar que tota la xarxa falli. En general, com més interconnexions té una xarxa, més estable és; tanmateix, més car és de muntar. Com a resultat, la majoria dels diagrames de xarxa s'organitzen segons la seva topologia de xarxa, que és un mapa de les relacions lògiques dels amfitrions de la xarxa.

Els següents són exemples de dissenys habituals:

Tots els nodes d'una xarxa de bus estan connectats a un mitjà comú mitjançant aquest mitjà. Aquesta era la configuració Ethernet original, coneguda com 10BASE5 i 10BASE2. A la capa d'enllaç de dades, aquesta encara és una arquitectura prevalent, tot i que les variants actuals de la capa física utilitzen enllaços punt a punt per construir una estrella o un arbre.
Tots els nodes estan connectats a un node central en una xarxa estrella. Aquesta és la configuració habitual en una petita LAN Ethernet commutada, on cada client es connecta a un commutador de xarxa central, i lògicament en una LAN sense fil, on cada client sense fil es connecta al punt d'accés sense fil central.
Cada node està connectat als seus nodes veïns esquerre i dret, formant una xarxa d'anell en què tots els nodes estan connectats i cada node pot arribar a l'altre node travessant nodes cap a l'esquerra o la dreta. Aquesta topologia es va utilitzar a les xarxes de token ring i la interfície de dades distribuïdes per fibra (FDDI).
Xarxa de malla: cada node està connectat a un nombre arbitrari de veïns de tal manera que cada node té almenys un recorregut.
Cada node de la xarxa està connectat a tots els altres nodes de la xarxa.
Els nodes d'una xarxa d'arbres estan disposats en un ordre jeràrquic. Amb diversos commutadors i sense mallat redundant, aquesta és la topologia natural per a una xarxa Ethernet més gran.
L'arquitectura física dels nodes d'una xarxa no sempre representa l'estructura de la xarxa. L'arquitectura de xarxa de FDDI, per exemple, és un anell, però la topologia física és freqüentment una estrella, perquè totes les connexions properes es poden encaminar a través d'un sol lloc físic. Tanmateix, com que la col·locació de conductes i equipaments comuns pot representar punts únics de fallada a causa de preocupacions com incendis, talls de corrent i inundacions, l'arquitectura física no és del tot sense sentit.

Xarxes superposades

Una xarxa virtual que s'estableix a sobre d'una altra xarxa es coneix com a xarxa de superposició. Els enllaços virtuals o lògics connecten els nodes de la xarxa de superposició. Cada enllaç de la xarxa subjacent correspon a un camí que pot passar per diversos enllaços físics. La topologia de la xarxa de superposició pot (i sovint ho fa) diferir de la de la xarxa subjacent. Moltes xarxes peer-to-peer, per exemple, són xarxes superposades. Estan configurats com a nodes en una xarxa virtual d'enllaços que passa per Internet.

Les xarxes superposades existeixen des dels albors de les xarxes, quan els sistemes informàtics estaven connectats a través de línies telefòniques mitjançant mòdems abans que hi hagués una xarxa de dades.

Internet és l'exemple més visible de xarxa superposada. Internet es va dissenyar originalment com una extensió de la xarxa telefònica. Encara avui, una malla subjacent de subxarxes amb topologies i tecnologia molt variades permet que cada node d'Internet es comuniqui amb gairebé qualsevol altre. Els mètodes per mapejar una xarxa de superposició IP totalment enllaçada a la seva xarxa subjacent inclouen la resolució d'adreces i l'encaminament.

Una taula hash distribuïda, que mapeja les claus als nodes de la xarxa, és un altre exemple de xarxa superposada. La xarxa subjacent en aquest cas és una xarxa IP i la xarxa superposada és una taula indexada per claus (en realitat un mapa).

Les xarxes de superposició també s'han proposat com a tècnica per millorar l'encaminament d'Internet, com ara assegurant mitjans de transmissió de més qualitat mitjançant garanties de qualitat de servei. Suggeriments anteriors com IntServ, DiffServ i IP Multicast no han tingut molta tracció, a causa del fet que requereixen que es modifiquin tots els encaminadors de la xarxa. D'altra banda, sense l'ajuda dels proveïdors de serveis d'Internet, una xarxa de superposició es pot instal·lar de manera incremental als hosts finals que executen el programari de protocol de superposició. La xarxa de superposició no té cap influència sobre com s'encaminen els paquets entre nodes de superposició de la xarxa subjacent, però pot regular la seqüència de nodes de superposició pels quals passa un missatge abans d'arribar al seu destí.

Connexions a Internet

El cable elèctric, la fibra òptica i l'espai lliure són exemples de mitjans de transmissió (també coneguts com a mitjà físic) utilitzats per connectar dispositius per establir una xarxa informàtica. El programari per gestionar els mitjans es defineix a les capes 1 i 2 del model OSI: la capa física i la capa d'enllaç de dades.

Ethernet fa referència a un grup de tecnologies que utilitzen suports de coure i fibra a la tecnologia de xarxa d'àrea local (LAN). IEEE 802.3 defineix els estàndards de suport i protocol que permeten que els dispositius en xarxa es comuniquin per Ethernet. Les ones de ràdio s'utilitzen en alguns estàndards de LAN sense fil, mentre que els senyals infrarojos s'utilitzen en altres. El cablejat d'alimentació d'un edifici s'utilitza per transportar dades en la comunicació de la línia elèctrica.

En xarxes d'ordinadors, s'utilitzen les següents tecnologies per cable.

El cable coaxial s'utilitza amb freqüència per a xarxes d'àrea local en sistemes de televisió per cable, edificis d'oficines i altres llocs de treball. La velocitat de transmissió varia entre 200 milions de bits per segon i 500 milions de bits per segon.
La tecnologia ITU-T G.hn crea una xarxa d'àrea local d'alta velocitat mitjançant cablejat domèstic existent (cable coaxial, línies telefòniques i línies elèctriques).
Ethernet per cable i altres estàndards utilitzen cablejat de parell trenat. Normalment consta de quatre parells de cablejat de coure que es poden utilitzar per transmetre veu i dades. La diafonia i la inducció electromagnètica es redueixen quan es trenquen dos cables. La velocitat de transmissió oscil·la entre 2 i 10 gigabits per segon. Hi ha dos tipus de cablejat de parell trenat: parell trenat no blindat (UTP) i parell trenat blindat (STP) (STP). Cada formulari està disponible en una varietat de classificacions de categoria, cosa que permet utilitzar-lo en una varietat de situacions.
Línies vermelles i blaves en un mapa del món
Les línies de telecomunicacions de fibra òptica submarines es representen en un mapa del 2007.
Una fibra de vidre és una fibra òptica. Utilitza làsers i amplificadors òptics per transmetre polsos de llum que representen dades. Les fibres òptiques proporcionen diversos avantatges respecte a les línies metàl·liques, incloent una pèrdua de transmissió mínima i la resistència a les interferències elèctriques. Les fibres òptiques poden transportar simultàniament nombrosos fluxos de dades en diferents longituds d'ona de llum mitjançant la multiplexació densa per divisió d'ona, que augmenta la velocitat de transmissió de dades a milers de milions de bits per segon. Les fibres òptiques s'utilitzen en cables submarins que connecten continents i es poden utilitzar per a llargs recorreguts de cable amb velocitats de dades molt elevades. La fibra òptica monomode (SMF) i la fibra òptica multimode (MMF) són les dues formes principals de fibra òptica (MMF). La fibra monomode ofereix l'avantatge de mantenir un senyal coherent durant desenes, si no centenars, de quilòmetres. La fibra multimode és menys costosa d'acabar, però té una longitud màxima de només uns quants centenars o fins i tot unes quantes desenes de metres, depenent de la velocitat de dades i el grau del cable.

Xarxes sense fil

Les connexions de xarxa sense fil es poden formar mitjançant ràdio o altres mètodes de comunicació electromagnètics.

La comunicació terrestre per microones fa ús d'emissors i receptors basats en la Terra que semblen antenes parabòliques. Les microones a terra funcionen en un rang baix de gigahertzs, limitant totes les comunicacions a la línia de visió. Les estacions de relleu estan a unes 40 milles (64 quilòmetres) de distància.
Els satèl·lits que es comuniquen mitjançant microones també són utilitzats pels satèl·lits de comunicacions. Els satèl·lits es troben normalment en òrbita geosíncrona, que es troba a 35,400 quilòmetres (22,000 milles) per sobre de l'equador. Aquests dispositius en òrbita terrestre poden rebre i transmetre senyals de veu, dades i televisió.
A les xarxes cel·lulars s'utilitzen diverses tecnologies de radiocomunicacions. Els sistemes divideixen el territori cobert en diversos grups geogràfics. Un transceptor de baixa potència dóna servei a cada zona.
Les LAN sense fil utilitzen una tecnologia de ràdio d'alta freqüència comparable a la cel·lular digital per comunicar-se. La tecnologia d'espectre expandit s'utilitza a les LAN sense fil per permetre la comunicació entre diversos dispositius en un espai reduït. El Wi-Fi és un tipus de tecnologia d'ones de ràdio sense fil d'estàndards oberts definida per IEEE 802.11.
La comunicació òptica en espai lliure es comunica mitjançant llum visible o invisible. La propagació de la línia de visió s'utilitza en la majoria de les circumstàncies, cosa que restringeix el posicionament físic dels dispositius de connexió.
L'Internet interplanetari és una xarxa de ràdio i òptica que amplia Internet a dimensions interplanetàries.
RFC 1149 va ser una divertida sol·licitud de comentaris d'Abril Fool sobre IP mitjançant Avian Carriers. L'any 2001 es va posar en pràctica a la vida real.
Les dues últimes situacions tenen un llarg retard d'anada i tornada, la qual cosa comporta un retard en la comunicació bidireccional però no impedeix la transmissió de volums massius de dades (poden tenir un alt rendiment).

Nodes en una xarxa

Les xarxes es construeixen utilitzant elements bàsics addicionals de construcció del sistema, com ara controladors d'interfície de xarxa (NIC), repetidors, concentradors, ponts, commutadors, encaminadors, mòdems i tallafocs, a més de qualsevol mitjà de transmissió físic. Qualsevol peça d'equip gairebé sempre conté diversos blocs de construcció i, per tant, podrà fer diverses tasques.

Interfícies a Internet

Un circuit d'interfície de xarxa que inclou un port ATM.
Una targeta auxiliar que serveix com a interfície de xarxa ATM. Hi ha un gran nombre d'interfícies de xarxa preinstal·lades.
Un controlador d'interfície de xarxa (NIC) és una peça de maquinari informàtic que enllaça un ordinador a una xarxa i pot processar dades de xarxa de baix nivell. A la NIC es pot trobar una connexió per agafar un cable o una antena per a la transmissió i recepció sense fils, així com els circuits relacionats.

Cada controlador d'interfície de xarxa d'una xarxa Ethernet té una adreça de control d'accés a mitjans (MAC) única, que normalment s'emmagatzema a la memòria permanent del controlador. L'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE) manté i supervisa la singularitat de l'adreça MAC per evitar conflictes d'adreces entre dispositius de xarxa. Una adreça MAC Ethernet té sis octets. Els tres octets més significatius s'assignen per a la identificació del fabricant de la NIC. Aquests fabricants assignen els tres octets menys significatius de cada interfície Ethernet que construeixen utilitzant únicament els prefixos assignats.

Hubs i repetidors

Un repetidor és un dispositiu electrònic que accepta un senyal de xarxa i el neteja del soroll no desitjat abans de regenerar-lo. El senyal es retransmet a un nivell de potència més gran o a l'altre costat de l'obstrucció, permetent-lo anar més enllà sense deteriorament. Els repetidors són necessaris a la majoria de sistemes Ethernet de parell trenat per a recorreguts de cable superiors a 100 metres. Els repetidors poden estar distants de desenes o fins i tot centenars de quilòmetres quan s'utilitzen fibra òptica.

Els repetidors treballen a la capa física del model OSI, però encara triguen una mica a regenerar el senyal. Això pot provocar un retard de propagació, que pot comprometre el rendiment i el funcionament de la xarxa. Com a resultat, diverses topologies de xarxa, com ara la regla Ethernet 5-4-3, limiten el nombre de repetidors que es poden utilitzar en una xarxa.

Un concentrador Ethernet és un repetidor Ethernet amb molts ports. Un concentrador repetidor ajuda amb la detecció de col·lisions de xarxa i l'aïllament de fallades, a més de reacondicionar i distribuir els senyals de xarxa. Els commutadors de xarxa moderns han substituït principalment concentradors i repetidors a les LAN.

Interruptors i ponts

A diferència d'un concentrador, la xarxa connecta i commuta només trames als ports implicats en la comunicació, però un concentrador reenvia trames a tots els ports. Un commutador es pot pensar com un pont multiport perquè els ponts només tenen dos ports. Els commutadors solen incloure un gran nombre de ports, la qual cosa permet una topologia en estrella per als dispositius i la cascada d'altres commutadors.

La capa d'enllaç de dades (capa 2) del model OSI és on operen els ponts i els commutadors, connectant el trànsit entre dos o més segments de xarxa per formar una única xarxa local. Tots dos són dispositius que reenvien trames de dades a través dels ports en funció de l'adreça MAC de la destinació a cada trama. L'examen de les adreces font de trames rebudes els ensenya a associar ports físics amb adreces MAC i només reenvien trames quan sigui necessari. Si el dispositiu està orientat a una destinació MAC desconeguda, transmet la sol·licitud a tots els ports excepte a la font i en dedueix la ubicació a partir de la resposta.

El domini de col·lisió de la xarxa es divideix per ponts i commutadors, mentre que el domini de difusió continua sent el mateix. L'ajuda de ponts i commutació trenca una xarxa enorme i congestionada en una col·lecció de xarxes més petites i eficients, que es coneix com a segmentació de la xarxa.

Routers

La línia telefònica ADSL i els connectors del cable de xarxa Ethernet es veuen en un encaminador típic de casa o petita empresa.
Un encaminador és un dispositiu d'Internet que processa la informació d'adreçament o d'encaminament en paquets per reenviar-los entre xarxes. La taula d'encaminament s'utilitza sovint juntament amb la informació d'encaminament. Un encaminador determina on passar els paquets utilitzant la seva base de dades d'encaminament, en lloc de transmetre paquets, la qual cosa és un malbaratament per a xarxes molt grans.

mòdems
Els mòdems (modulador-demodulador) connecten nodes de xarxa a través de cables que no estaven dissenyats per al trànsit de xarxa digital o sense fil. Per fer-ho, el senyal digital modula un o més senyals portadors, donant lloc a un senyal analògic que es pot personalitzar per proporcionar les qualitats de transmissió adequades. Els senyals d'àudio lliurats a través d'una connexió telefònica de veu convencional eren modulats pels mòdems primerencs. Els mòdems encara s'utilitzen àmpliament per a línies telefòniques de línia d'abonat digital (DSL) i sistemes de televisió per cable que utilitzen la tecnologia DOCSIS.

Els tallafocs són dispositius de xarxa o programari que s'utilitzen per controlar la seguretat de la xarxa i les regulacions d'accés. Els tallafocs s'utilitzen per separar les xarxes internes segures de les xarxes externes potencialment insegures com Internet. Normalment, els tallafocs es configuren per rebutjar les sol·licituds d'accés de fonts desconegudes alhora que permeten activitats d'altres conegudes. La importància dels tallafocs en la seguretat de la xarxa està creixent al mateix temps que l'augment de les amenaces cibernètiques.

Protocols de comunicació

Protocols que es relacionen amb l'estructura de capes d'Internet
El model TCP/IP i les seves relacions amb els protocols populars utilitzats en diferents nivells.
Quan hi ha un encaminador, els fluxos de missatges descendeixen a través de les capes de protocol, cap a l'encaminador, pujant per la pila de l'encaminador, tornant a baixar i cap a la destinació final, on s'enfilen per la pila de l'encaminador.
En presència d'un encaminador, el missatge flueix entre dos dispositius (AB) als quatre nivells del paradigma TCP/IP (R). Els fluxos vermells representen vies de comunicació efectives, mentre que els camins negres representen connexions de xarxa reals.
Un protocol de comunicació és un conjunt d'instruccions per enviar i rebre dades a través d'una xarxa. Els protocols de comunicació tenen una varietat de propietats. Poden estar orientats a la connexió o sense connexió, utilitzar el mode de circuit o la commutació de paquets i utilitzar l'adreçament jeràrquic o pla.

Les operacions de comunicacions es divideixen en capes de protocols en una pila de protocols, que sovint es construeix d'acord amb el model OSI, amb cada capa aprofitant els serveis de la que està a sota fins que la capa més baixa controla el maquinari que transporta la informació a través dels mitjans. La capa de protocol s'utilitza àmpliament al món de les xarxes d'ordinadors. HTTP (protocol World Wide Web) que s'executa sobre TCP sobre IP (protocols d'Internet) sobre IEEE 802.11 és un bon exemple d'una pila de protocols (el protocol Wi-Fi). Quan un usuari domèstic navega per la web, aquesta pila s'utilitza entre l'encaminador sense fil i l'ordinador personal de l'usuari.

Aquí s'enumeren alguns dels protocols de comunicació més comuns.

Protocols molt utilitzats

Suite de protocols d'Internet
Totes les xarxes actuals es basen en Internet Protocol Suite, sovint conegut com a TCP/IP. Proporciona serveis tant sense connexió com orientats a connexió a través d'una xarxa intrínsecament inestable travessada mitjançant la transferència de datagrames de protocol d'Internet (IP). La suite de protocols defineix els estàndards d'adreçament, identificació i encaminament per a la versió 4 del protocol d'Internet (IPv4) i IPv6, la següent iteració del protocol amb capacitats d'adreçament molt ampliades. Internet Protocol Suite és un conjunt de protocols que defineixen com funciona Internet.

IEEE 802 és l'acrònim de "International Electrotechnical".
IEEE 802 fa referència a un grup d'estàndards IEEE que s'ocupen de xarxes d'àrea local i metropolitana. El conjunt de protocols IEEE 802 ofereix una àmplia gamma de capacitats de xarxa. En els protocols s'utilitza un mètode d'adreçament pla. Funcionen principalment a les capes 1 i 2 del model OSI.

El pont MAC (IEEE 802.1D), per exemple, utilitza el protocol Spanning Tree per encaminar el trànsit Ethernet. Les VLAN estan definides per IEEE 802.1Q, mentre que IEEE 802.1X defineix un protocol de control d'accés a la xarxa basat en ports, que és la base dels processos d'autenticació utilitzats a les VLAN (però també a les WLAN), això és el que veu l'usuari domèstic quan introdueix un "clau d'accés sense fil".

Ethernet és un grup de tecnologies que s'utilitzen a les LAN per cable. IEEE 802.3 és una col·lecció d'estàndards produït per l'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics que el descriu.

LAN (sense fil)
La LAN sense fil, sovint coneguda com a WLAN o WiFi, és el membre més conegut de la família de protocols IEEE 802 per als usuaris domèstics d'avui. Es basa en les especificacions IEEE 802.11. IEEE 802.11 té molt en comú amb Ethernet per cable.

SONET/SDH
Les xarxes òptiques sincròniques (SONET) i la jerarquia digital síncrona (SDH) són tècniques de multiplexació que utilitzen làsers per transmetre múltiples fluxos de bits digitals a través de fibra òptica. Van ser creats per transmetre comunicacions en mode circuit des de moltes fonts, principalment per donar suport a la telefonia digital de commutació de circuits. SONET/SDH, d'altra banda, era un candidat ideal per transmetre trames en mode de transferència asíncrona (ATM) a causa de la seva neutralitat del protocol i les seves característiques orientades al transport.

Mode de transferència asíncrona
El mode de transferència asíncron (ATM) és una tecnologia de commutació de xarxes de telecomunicacions. Codifica les dades en cel·les petites i de mida fixa mitjançant multiplexació asincrònica per divisió de temps. Això contrasta amb altres protocols que utilitzen paquets o trames de mida variable, com ara Internet Protocol Suite o Ethernet. Tant les xarxes de commutació de paquets com de circuits són similars a l'ATM. Això fa que sigui adequat per a una xarxa que necessita gestionar tant dades d'alt rendiment com contingut en temps real i de baixa latència, com ara veu i vídeo. ATM té un enfocament orientat a la connexió, en el qual s'ha d'establir un circuit virtual entre dos punts finals abans que pugui començar la transmissió de dades real.

Tot i que els caixers perden favor a favor de les xarxes de nova generació, continuen jugant un paper en l'última milla, o la connexió entre un proveïdor de serveis d'Internet i un usuari residencial.

Referents cel·lulars
El Sistema Global per a Comunicacions Mòbils (GSM), Servei General de Ràdio de Paquets (GPRS), cdmaOne, CDMA2000, Evolution-Data Optimized (EV-DO), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Les telecomunicacions sense fils millorades digitals (DECT), els AMPS digitals (IS-136/TDMA) i la xarxa digital millorada integrada (IDEN) són alguns dels diferents estàndards de telefonia mòbil digital (iDEN).

Encaminament

L'encaminament determina els millors camins perquè la informació viatgi a través d'una xarxa. Per exemple, és probable que les millors rutes del node 1 al node 6 siguin 1-8-7-6 o 1-8-10-6, ja que aquestes tenen els camins més gruixuts.
L'encaminament és el procés d'identificar les rutes de xarxa per a la transmissió de dades. Molts tipus de xarxes, incloses les xarxes de commutació de circuits i les xarxes de commutació de paquets, requereixen encaminament.

Els protocols d'encaminament dirigeixen el reenviament de paquets (el trànsit de paquets de xarxa amb adreça lògica des de la seva font fins a la seva destinació final) a través de nodes intermedis en xarxes de commutació de paquets. Els encaminadors, ponts, passarel·les, tallafocs i commutadors són components de maquinari de xarxa comuns que actuen com a nodes intermedis. Els ordinadors de propòsit general també poden reenviar paquets i dur a terme l'encaminament, tot i que el seu rendiment es pot veure afectat per la manca de maquinari especialitzat. Les taules d'encaminament, que fan un seguiment dels camins a diverses destinacions de xarxa, s'utilitzen sovint per dirigir el reenviament en el procés d'encaminament. Com a resultat, la creació de taules d'encaminament a la memòria de l'encaminador és fonamental per a un encaminament eficient.

En general, hi ha diverses rutes per triar, i es poden tenir en compte diferents factors a l'hora de decidir quines rutes s'han d'afegir a la taula d'encaminament, com ara (ordenades per prioritat):

En aquest cas, són desitjables màscares de subxarxa més llargues (independentment de si es troba dins d'un protocol d'encaminament o d'un protocol d'encaminament diferent)
Quan s'afavoreix una mètrica/cost més barat, es coneix com a mètrica (només vàlida dins d'un mateix protocol d'encaminament)
Quan es tracta de distància administrativa, es desitja una distància més curta (només vàlida entre diferents protocols d'encaminament)
La gran majoria dels algorismes d'encaminament només utilitzen un camí de xarxa alhora. Es poden utilitzar diversos camins alternatius amb algorismes d'encaminament de camins múltiples.

En la seva noció que les adreces de xarxa estan estructurades i que les adreces comparables signifiquen proximitat a tota la xarxa, l'encaminament, en un sentit més restrictiu, de vegades es contrasta amb el pont. Un únic element de la taula d'encaminament pot indicar la ruta a una col·lecció de dispositius mitjançant adreces estructurades. L'adreçament estructurat (encaminament en el sentit restringit) supera l'adreçament no estructurat en grans xarxes (pont). A Internet, l'encaminament s'ha convertit en el mètode d'adreçament més utilitzat. En situacions aïllades, el pont encara s'utilitza habitualment.

Les organitzacions propietàries de les xarxes solen ser les encarregades de gestionar-les. Les intranets i extranets es poden utilitzar a les xarxes d'empreses privades. També poden proporcionar accés a la xarxa a Internet, que és una xarxa global sense propietari únic i connectivitat essencialment il·limitada.

Intranet
Una intranet és un conjunt de xarxes gestionades per una única agència administrativa. A la intranet s'utilitzen el protocol IP i les eines basades en IP, com ara navegadors web i aplicacions de transferència de fitxers. Només poden accedir a la intranet les persones autoritzades, segons l'entitat administrativa. Normalment, una intranet és la LAN interna d'una organització. Almenys un servidor web sol estar present en una intranet gran per proporcionar als usuaris informació organitzativa. Una intranet és qualsevol cosa d'una xarxa d'àrea local que es troba darrere de l'encaminador.

extranet
Una extranet és una xarxa que també és administrada per una única organització, però només permet un accés limitat a una determinada xarxa externa. Per exemple, una empresa pot concedir accés a parts concretes de la seva intranet als seus socis comercials o clients per compartir dades. Des del sentit de la seguretat, aquestes altres entitats no són necessàriament de confiança. La tecnologia WAN s'utilitza sovint per connectar-se a una extranet, però no sempre s'utilitza.

Internet
Una xarxa d'Internet és la unió de diversos tipus diferents de xarxes d'ordinadors per formar una única xarxa mitjançant capes de programari de xarxa una sobre l'altra i connectant-les mitjançant encaminadors. Internet és l'exemple més conegut de xarxa. És un sistema global interconnectat de xarxes informàtiques governamentals, acadèmiques, empresarials, públiques i privades. Es basa en les tecnologies de xarxa d'Internet Protocol Suite. És el successor de la Xarxa d'Agències de Projectes de Recerca Avançada de DARPA (ARPANET), que va ser construïda per la DARPA del Departament de Defensa dels EUA. La World Wide Web (WWW), l'Internet de les coses (IoT), el transport de vídeo i una àmplia gamma de serveis d'informació són possibles gràcies a les comunicacions de coure i a la xarxa troncal òptica d'Internet.

Els participants a Internet utilitzen una àmplia gamma de protocols compatibles amb Internet Protocol Suite i un sistema d'adreces (adreces IP) mantingut per l'Autoritat de números assignats d'Internet i registres d'adreces. Mitjançant el Border Gateway Protocol (BGP), els proveïdors de serveis i les principals empreses comparteixen informació sobre l'accessibilitat dels seus espais d'adreces, construint una malla global redundant de vies de transmissió.

Darknet
Una darknet és una xarxa de superposició basada en Internet a la qual només es pot accedir mitjançant programari especialitzat. Una xarxa fosca és una xarxa anònima que utilitza protocols i ports no estàndard per connectar només companys de confiança, comunament anomenats "amics" (F2F).

Les xarxes fosques es diferencien d'altres xarxes peer-to-peer distribuïdes perquè els usuaris poden interactuar sense por d'interferències governamentals o corporatives perquè la compartició és anònima (és a dir, les adreces IP no es publiquen públicament).

Serveis per a la xarxa

Els serveis de xarxa són aplicacions allotjades per servidors en una xarxa informàtica per tal de donar funcionalitat als membres o usuaris de la xarxa, o per ajudar la xarxa en el seu funcionament.

Els serveis de xarxa coneguts inclouen la World Wide Web, el correu electrònic, la impressió i l'ús compartit de fitxers en xarxa. DNS (Domain Name System) dóna noms a les adreces IP i MAC (noms com "nm.lan" són més fàcils de recordar que números com "210.121.67.18"), i DHCP garanteix que tots els equips de xarxa tinguin una adreça IP vàlida.

El format i la seqüenciació dels missatges entre clients i servidors d'un servei de xarxa normalment es defineixen mitjançant un protocol de servei.

El rendiment de la xarxa

L'ample de banda consumit, relacionat amb el rendiment o el rendiment assolit, és a dir, la taxa mitjana de transferència de dades amb èxit mitjançant un enllaç de comunicació, es mesura en bits per segon. Tecnologies com ara la configuració de l'ample de banda, la gestió de l'ample de banda, l'acceleració de l'ample de banda, el límit de l'ample de banda, l'assignació d'amplada de banda (per exemple, el protocol d'assignació d'amplada de banda i l'assignació d'amplada de banda dinàmica) i altres afecten el rendiment. L'amplada de banda mitjana del senyal consumida en hertzs ​​(l'amplada de banda espectral mitjana del senyal analògic que representa el flux de bits) durant el període de temps examinat determina l'amplada de banda d'un flux de bits.

La característica de disseny i rendiment d'una xarxa de telecomunicacions és la latència de la xarxa. Defineix el temps que triga una dada a transitar per una xarxa d'un punt final de comunicació a un altre. Normalment es mesura en dècimes de segon o fraccions de segon. Depenent de la ubicació del parell precís de punts finals de comunicació, el retard pot variar lleugerament. Els enginyers solen informar tant del retard màxim com el mitjà, així com dels diferents components del retard:

El temps que triga un encaminador a processar la capçalera del paquet.
Temps de cua: la quantitat de temps que passa un paquet a les cues d'encaminament.
El temps que triga a empènyer els bits del paquet a l'enllaç s'anomena retard de transmissió.
El retard de propagació és la quantitat de temps que triga un senyal a viatjar pels mitjans.
Els senyals es troben amb un retard mínim a causa del temps que triga a enviar un paquet en sèrie mitjançant un enllaç. A causa de la congestió de la xarxa, aquest retard s'allarga amb nivells de retard més impredictibles. El temps que triga una xarxa IP a respondre pot variar d'uns quants mil·lisegons a diversos centenars de mil·lisegons.

Qualitat del servei

El rendiment de la xarxa normalment es mesura per la qualitat del servei d'un producte de telecomunicacions, en funció dels requisits d'instal·lació. El rendiment, la fluctuació, la taxa d'error de bits i el retard són factors que poden influir en això.

A continuació es mostren exemples de mesures de rendiment de xarxa per a una xarxa de commutació de circuits i un tipus de xarxa de commutació de paquets, és a dir, ATM.

Xarxes de commutació de circuits: el grau de servei és idèntic al rendiment de la xarxa a les xarxes de commutació de circuits. El nombre de trucades que es deneguen és una mètrica que indica el rendiment de la xarxa amb una gran càrrega de trànsit. Els nivells de so i eco són exemples d'altres formes d'indicadors de rendiment.
La velocitat de línia, la qualitat de servei (QoS), el rendiment de dades, el temps de connexió, l'estabilitat, la tecnologia, la tècnica de modulació i les actualitzacions del mòdem es poden utilitzar per avaluar el rendiment d'una xarxa en mode de transferència asíncrona (ATM).

Com que cada xarxa és única per la seva naturalesa i arquitectura, hi ha nombrosos enfocaments per avaluar-ne el rendiment. En lloc de mesurar-se, el rendiment es pot modelar. Els diagrames de transició d'estats, per exemple, s'utilitzen sovint per modelar el rendiment de les cues en xarxes de commutació de circuits. Aquests diagrames són utilitzats pel planificador de xarxa per examinar com funciona la xarxa en cada estat, assegurant que la xarxa està planificada adequadament.

Congestió a la xarxa

Quan un enllaç o un node està sotmès a una càrrega de dades més gran de la que està qualificada, es produeix una congestió de la xarxa i la qualitat del servei es ressent. Els paquets s'han de suprimir quan les xarxes es congestionen i les cues s'omplen massa, per tant, les xarxes depenen de la retransmissió. Els retards a la cua, la pèrdua de paquets i el bloqueig de noves connexions són resultats habituals de la congestió. Com a resultat d'aquests dos, els augments incrementals de la càrrega ofert donen lloc a una lleugera millora en el rendiment de la xarxa o a una disminució del rendiment de la xarxa.

Fins i tot quan la càrrega inicial es redueix a un nivell que normalment no causaria congestió de la xarxa, els protocols de xarxa que utilitzen retransmissions agressives per corregir la pèrdua de paquets tendeixen a mantenir els sistemes en un estat de congestió de la xarxa. Com a resultat, amb la mateixa demanda, les xarxes que utilitzen aquests protocols poden mostrar dos estats estables. El col·lapse congestiu es refereix a una situació estable amb baix rendiment.

Per minimitzar el col·lapse de la congestió, les xarxes modernes utilitzen estratègies de gestió de la congestió, d'evitació de la congestió i de control del trànsit (és a dir, els punts finals solen frenar o de vegades fins i tot aturar la transmissió completament quan la xarxa està congestionada). L'abandonament exponencial en protocols com el CSMA/CA de 802.11 i l'Ethernet original, la reducció de finestres en TCP i la cua justa als encaminadors són exemples d'aquestes estratègies. Implementar esquemes de prioritat, en què alguns paquets es transmeten amb més prioritat que altres, és una altra manera d'evitar els impactes perjudicials de la congestió de la xarxa. Els esquemes prioritaris no curen per si mateixos la congestió de la xarxa, però sí que ajuden a mitigar les conseqüències de la congestió per a alguns serveis. 802.1p n'és un exemple. L'assignació intencionada de recursos de xarxa a fluxos especificats és una tercera estratègia per evitar la congestió de la xarxa. L'estàndard ITU-T G.hn, per exemple, utilitza Contention-Free Transmission Opportunities (CFTXOP) per oferir xarxes d'àrea local d'alta velocitat (fins a 1 Gbit/s) a través de cables domèstics existents (línies elèctriques, línies telefòniques i cables coaxials). ).

La RFC 2914 per a Internet s'extreu molt sobre el control de la congestió.

Resiliència de la xarxa

"La capacitat d'oferir i mantenir un nivell de servei adequat davant defectes i impediments al funcionament normal", segons la definició de resiliència de xarxa.

Seguretat de xarxes

Els pirates informàtics utilitzen xarxes d'ordinadors per propagar virus informàtics i cucs a dispositius en xarxa o per prohibir que aquests dispositius accedeixin a la xarxa mitjançant un assalt de denegació de servei.

Les disposicions i regles de l'administrador de la xarxa per prevenir i controlar l'accés il·legal, l'ús indegut, la modificació o la denegació de la xarxa informàtica i els seus recursos accessibles a la xarxa es coneixen com a seguretat de la xarxa. L'administrador de xarxa controla la seguretat de la xarxa, que és l'autorització d'accés a les dades d'una xarxa. Els usuaris reben un nom d'usuari i una contrasenya que els permeten accedir a la informació i als programes sota el seu control. La seguretat de la xarxa s'utilitza per assegurar les transaccions i comunicacions diàries entre organitzacions, agències governamentals i persones en una sèrie de xarxes informàtiques públiques i privades.

El seguiment de les dades que s'intercanvien a través de xarxes informàtiques com Internet es coneix com a vigilància de xarxa. La vigilància es fa sovint en secret, i pot ser realitzada per o en nom de governs, corporacions, grups criminals o persones. Pot ser o no legal, i pot o no necessitar l'aprovació judicial o d'una altra agència independent.

El programari de vigilància per a ordinadors i xarxes s'utilitza àmpliament avui en dia, i gairebé tot el trànsit d'Internet està o es podria controlar per detectar signes d'activitat il·legal.

Els governs i les agències d'aplicació de la llei utilitzen la vigilància per mantenir el control social, identificar i supervisar els riscos i prevenir/investigar activitats delictives. Els governs tenen ara un poder sense precedents per controlar les activitats dels ciutadans gràcies a programes com el programa Total Information Awareness, tecnologies com els ordinadors de vigilància d'alta velocitat i el programari de biometria, i lleis com la Llei d'assistència a les comunicacions per a l'aplicació de la llei.

Moltes organitzacions de drets civils i privadesa, incloses Reporters Without Borders, Electronic Frontier Foundation i American Civil Liberties Union, han expressat la seva preocupació perquè l'augment de la vigilància ciutadana pugui conduir a una societat de vigilància massiva amb menys llibertats polítiques i personals. Tems com aquest han provocat una gran quantitat de litigis, inclòs Hepting contra AT&T. En protesta pel que anomena "vigilància draconiana", el grup hacktivista Anonymous ha piratejat els llocs web oficials.

El xifratge d'extrem a extrem (E2EE) és un paradigma de comunicacions digitals que garanteix que les dades que passen entre dues parts que es comuniquen estiguin protegides en tot moment. Implica que la part d'origen xifra les dades de manera que només pugui ser desxifrada pel destinatari previst, sense dependre de tercers. El xifratge d'extrem a extrem protegeix les comunicacions de ser descobertes o manipulades per intermediaris com ara proveïdors de serveis d'Internet o proveïdors de serveis d'aplicacions. En general, el xifratge d'extrem a extrem garanteix tant el secret com la integritat.

HTTPS per al trànsit en línia, PGP per a correu electrònic, OTR per a missatgeria instantània, ZRTP per a telefonia i TETRA per a ràdio són tots exemples de xifratge d'extrem a extrem.

El xifratge d'extrem a extrem no s'inclou a la majoria de solucions de comunicacions basades en servidor. Aquestes solucions només poden garantir la seguretat de les comunicacions entre clients i servidors, no entre parts comunicants. Google Talk, Yahoo Messenger, Facebook i Dropbox són exemples de sistemes que no són E2EE. Alguns d'aquests sistemes, com LavaBit i SecretInk, fins i tot han afirmat proporcionar xifratge "extrem a extrem" quan no ho fan. S'ha demostrat que alguns sistemes que se suposa que proporcionen xifratge d'extrem a extrem, com ara Skype o Hushmail, presenten una porta del darrere que impedeix que les parts de la comunicació negociin la clau de xifratge.

El paradigma de xifratge d'extrem a extrem no aborda directament les preocupacions dels punts finals de la comunicació, com ara l'explotació tecnològica del client, els generadors de nombres aleatoris de baixa qualitat o el depòsit de claus. E2EE també ignora l'anàlisi del trànsit, que implica determinar les identitats dels punts finals, així com els temps i volums de missatges transmesos.

Quan el comerç electrònic va aparèixer per primera vegada a la World Wide Web a mitjans de la dècada de 1990, estava clar que calia algun tipus d'identificació i xifratge. Netscape va ser el primer a intentar crear un nou estàndard. Netscape Navigator era el navegador web més popular de l'època. El Secure Socket Layer (SSL) va ser creat per Netscape (SSL). SSL requereix l'ús d'un servidor certificat. El servidor transmet una còpia del certificat al client quan un client sol·licita accés a un servidor segur SSL. El client SSL verifica aquest certificat (tots els navegadors web vénen precarregats amb una llista completa de certificats arrel de CA) i, si passa, el servidor s'autentica i el client negocia un xifratge de clau simètrica per a la sessió. Entre el servidor SSL i el client SSL, la sessió es troba ara en un túnel xifrat altament segur.