En nettverksarkitektur , i sammenheng med telekommunikasjonsnettverk , er en type programvarearkitektur som beskriver komplekset av de logiske funksjonene til selve nettverket, det vil si hvordan de er strukturert og sammenkoblet med hverandre. Spesielt er nettverksarkitekturer organisert på nivåer eller lag , som hver gir de nødvendige tjenestene eller funksjonene til det øvre eller nedre nivået, faktisk også inkludert arkitekturbegrepet på det fysiske infrastrukturnivået, dvs. på nivået av sammenkoblinger mellom terminaler ( host ) , eller den såkalte nettverkstopologien .
Dette settet med funksjoner er stort sett ikke synlige eller merkbare av sluttbrukeren, dvs. i terminalen, som kun ser brukergrensesnittet med applikasjonen og deler av hele den fysiske infrastrukturen, men er skjult i programvaren . det er en nettverksterminal ( vertsklient eller server ) eller interne svitsjnoder , eller i de respektive overføringsgrensesnittene langs de fysiske nettverkskoblingene .
Vanligvis representerer hvert lag en abstraksjon av ett eller flere nettverksaspekter eller -funksjoner med det øvre laget som representerer laget som involverer nettverksapplikasjonsprosessene, mens det nedre er det som er relatert til overføring av informasjon på den fysiske kommunikasjonskanalen Grunnen til at det finnes ulike nettverksfunksjoner er at den enkle overføringen på den fysiske kanalen ikke er alt som trengs for en effektiv og pålitelig kommunikasjon mellom to eller flere brukere (på grunn av overføringsmidlene som er delt mellom brukerne, behovet for ruting i nodene bytter internt osv ...) og trenger dermed andre funksjoner for å overvinne selv upåliteligheten til kanalen.
Reglene og konvensjonene som brukes i dialogen mellom homologe lag er kjent som nettverksprotokoller som representerer den logiske implementeringen av funksjonene til de ulike nettverkslagene. Historisk sett, i implementeringen av fysiske nettverk, i stedet for å "underdele" de ulike nettverksfunksjonalitetene i lag på en ovenfra-ned- måte, var det et spørsmål om å legge til ( nedenfra og opp ) funksjonalitet i form av protokoller i ulike tilleggslag for å lage opp for defekter, mangler og problemer og dermed oppnå en effektiv og pålitelig kommunikasjon med utgangspunkt i lokale nettverk, øke størrelsen på hele nettverket opp til dagens Internett -nettverk .
Et sett med lag og protokoller kalles derfor ganske enkelt en nettverksarkitektur .
Alle nettverksarkitekturer er lagdelte. Lag n på en vert utfører logisk kommunikasjon med lag n på en annen vert rettet mot å utveksle informasjon . Reglene og konvensjonene som styrer samtalen blir samlet referert til som nivå n-protokollen . Entitetene ( prosessene ) som gjennomfører denne samtalen mellom to nivåer n kalles peer-entiteter (entiteter på søskennivå). Når det gjelder pakkesvitsjede nettverk, oppnås dialogen mellom to likeverdige enheter på nivå n gjennom utveksling av PDU ( Protocol Data Unit ) eller pakke som består av delen av nyttig data eller nyttelast ( SDU Service Data Unit ) og den spesifikke header-nivå ( PCI Protocol Control Information eller header ) eller tilleggstjenesteinformasjonen ( overhead ) knyttet til selve protokollen (hvis overskriften legges til på slutten av SDUen kalles den trailer ).
Utveksling av informasjon mellom to likeverdige enheter er i realiteten kun et resultat av en logisk kommunikasjon mellom de to nivåene. Faktisk, på det fysiske nivået er det ingen direkte overføring av data fra n -nivået til vert 1 til n -nivået til vert 2 : ved overføring sender hvert nivå av vert 1 dataene og kontrollinformasjonen til det underliggende nivået. På nivå 1 er det det fysiske mediet eller kanalen som data overføres fra vert 1 til vert 2 . I mottak, det vil si når den ankommer vert 2 , sendes dataene fra hvert nivå (starter fra nivå 1) til det høyere til det når applikasjonsnivået.
Hvert nivå n kommuniserer med den direkte høyere n + 1 eller lavere n-1 gjennom et grensesnitt kalt SAP -grensesnitt ( Service Access Point ) og identifisert av en unik adresse (SAP-adresse) som er nyttig for å forstå hvilket lag eller nivå av destinasjon er adressert til pakken, mens SDU ( Service Data Unit ) er begrepet som brukes for å indikere dataene som utveksles gjennom disse grensesnittene.
Hvert nivå vil da ta seg av å danne den respektive pakken ( framing ) som avgrenser den fra de andre. Hvert nivå gir vanligvis et datafelt eller en SDU av variabel lengde med en maksimal datagrense ( MTU Maximum Transmission Unit ), og driver dermed enhver fragmentering eller segmentering på for lange pakker, og ofte også en minimumsgrense, som driver eventuelle ekstra aggregeringer eller fyllinger ( polstring ) på pakker som er for korte. Overskriften er åpenbart alltid fast, og inneholder viktig serviceinformasjon for den respektive protokollen. I noen tilfeller kan imidlertid nyttelastlengden være fast, men alltid med forbehold om mulig fragmentering og polstring. Nettverksarkitekturen inkluderer også multipleksing / demultipleksfunksjoner for flere tilkoblinger.
Ved overføring kapsler hvert lag informasjonspakkene som kommer fra de øvre lagene inn i en ny pakke med større og større dimensjoner ved å legge til protokollinformasjonen til det respektive laget slik at overføringen av nyttige data derfor gradvis legges til mer og mer ekstrainformasjon eller informasjon om overhead : for hver funksjonalitet introdusert av en protokoll for et bestemt lag, legges et respektive overheaddatafelt til i overskriften til den nye pakken. Jo høyere antall nivåer og protokoller, jo større er den endelige totale overhead og større rekkevidde eller gjennomstrømning på den fysiske kanalen , men jo lavere er den relative Goodput , det vil si nyttig informasjon sammenlignet med den totale gjennomstrømningen.
Ved mottak finner den omvendte prosessen sted: starter fra de laveste nivåene, gjenkjenner og analyserer hver protokoll den respektive overskriften til den mottatte pakken, utfører kontroll- eller prosesseringsfunksjonene som er ansvarlige (og dermed realiserer den logisk-lik kommunikasjon mellom homologe protokoller til forskjellige enheter) og til slutt sender den den gjenværende pakken til protokollen på høyere nivå, som for dem er sin egen PDU og så videre opp til mållaget eller nivået. I hovedsak, ved overføring, forbereder derfor tillegget av protokollinformasjonen for hvert lag det respektive protokollmottakslaget på en dobbel måte for utførelse av tjenesten som er tildelt det på hver datapakke som sendes ved bruk av overheadinformasjonen.
I en viss forstand kan det derfor sies at den ekstra overheadinformasjonen på grunn av overskriften eller PCI til pakkene er selve essensen av telematiske nettverk når det gjelder arkitektur: faktisk er alle prosesserings- og prosesseringsfunksjoner / operasjoner assosiert med dem kontroll i mottak for å oppnå en effektiv og pålitelig kommunikasjon mellom to nettverksprosesser.
Den logiske nettverksarkitekturen inkluderer alle nivåene og relaterte protokoller i et enkelt generelt skjema, men ikke nødvendigvis alle disse er alltid en del av funksjonaliteten til ethvert telekommunikasjonssystem i et telekommunikasjonsnettverk: noen nivåer med deres protokoller kan faktisk bare implementeres på interne bytte noder av nettverket, mens andre bare kan implementeres på eksterne noder eller på vertsterminaler .
Ofte i den virkelige implementeringen av et telekommunikasjonsnettverk tillater innkapslingsmekanismen å koble flere protokoller av samme lag i ad hoc-løsninger som gir visse fordeler i den spesielle situasjonen av interesse ( tunnelering ).
Sammenlignet med en enkeltblokkimplementering har en god utforming av den lagdelte nettverksarkitekturen og dens grensesnitt følgende fordeler:
Generelt kan typene nettverksarkitekturer på applikasjonsnivå være klient-server og peer-to-peer . Denne forskjellen refererer vanligvis til de spesielle handlingene eller rollene utført av to agenter for en kommunikasjon eller to nettverksterminaler.
En standardisert nettverksarkitekturmodell for datanettverk er ISO/OSI-modellen, mens fra et protokollsynspunkt, dvs. implementering, er et eksempel gitt av Internett-protokollpakken .