1.0.0 Introduccin general

Para estudiar la forma en que a travs del funcionamiento de las redes de datos numerosos dispositivos de informacin pueden estar conectados pese a encontrarse significativamente distanciados uno del otro, no podemos dejar de comenzar nuestra indagacin por Internet. Internet es hoy una herramienta fundamental para poder desarrollarnos en el mundo globalizado que nos toca vivir. Se ha convertido en un recurso imprescindible para poder manejarse no slo en el mundo empresarial, sino que tambin en el mbito de la salud, la cultura, la diversin y la educacin. No estar conectado a una red equivale a marginarse de recursos esenciales que pone a nuestro alcance la sociedad de hoy con todas las consecuencias que ello implica.

Es por esto que hemos de comenzar, luego de recorrer brevemente la historia de Internet, con una introduccin a los modelos tericos de networking que son los que sustentan el funcionamiento de todo lo que ser nuestro mbito de trabajo. Tambin estudiaremos los dispositivos que hacen posible el funcionamiento de las redes y las diferentes estructuras disponibles hoy (LAN, MAN, WAN y SAN).

Posteriormente veremos los modelos tericos que fundamentan el funcionamiento de las redes de datos: el modelo OSI y el modelo TCP/IP.

Tambin analizaremos el proceso de encapsulamiento/desencapsulamiento; los diferentes medios de networking y los principios de la transmisin de datos.

Por ltimo veremos los protocolos operan en la capa de enlace y los que operan en la capa de red.

1.1 Breve historia del networking

1.1.0 Introduccin

El networking surge como respuesta a la necesidad de conectar numerosos dispositivos de informacin separados geogrficamente. La estructura de base que hace que esto sea posible son las redes WAN, LAN y MAN, ya que a travs de ellas es posible que dichos dispositivos intercambien informacin en formatos variados y en diferentes modalidades.

En este tema veremos ms en detalle cmo funcionan las redes WAN.

1.1 Objetivos

Concludo el estudio de este tema Usted debera:

Caracterizar el funcionamiento de Internet

Conocer el concepto de WAN, sus caractersticias, funciones y categoras.

Conocer el concepto de circuito virtual

Concer el concepto de servicio dial-up

Conocer el concepto de VPN.

1.1.2 Internet los orgenes

Internet ha revolucionado el mundo de las computadoras y las comunicaciones como nada lo haba hecho antes. La invencin del telgrafo, el telfono, la radio y la computadora armaron el escenario para esta integracin de capacidades sin precedentes.

Internet es al mismo tiempo una capacidad de emisin de alcance mundial, un mecanismo para el intercambio de informacin, y un medio para la colaboracin y la interaccin entre los individuos sin importar su localizacin geogrfica.

Empezando con la investigacin inicial sobre conmutacin de paquetes, el gobierno, la industria y los mbitos acadmicos han sido socios en la evolucin y el despliegue de esta nueva tecnologa.

Esta historia gira alrededor de cuatro aspectos distintos

La evolucin tecnolgica que empez con la primera investigacin sobre conmutacin de paquetes y ARPANET.

Las operaciones y el aspecto de gestin de una infrastructura de operaciones global y compleja.

El aspecto social, que result en una amplia comunidad de Internautas trabajando juntos para crear y desarrollar la tecnologa.

El aspecto de la comercializacin.

Internet hoy es una extensa infrastructura de informacin, el prototipo inicial de lo que con frecuencia se llama Infraestructura de Informacin Global. Su historia es compleja e implica muchos aspectos tecnolgicos, organizativos y comunitarios. Su influencia alcanza no slo a los campos tcnicos de las comunicaciones por computadora, sino a toda la sociedad en la medida en que nos movemos hacia un uso creciente de herramientas on-line para llevar a cabo comercio electrnico, adquisicin de informacin y operaciones comunitarias.

1.1.3 Los conceptos iniciales de la Internet actual

La ARPANET original creci en Internet. Internet estaba basada en la idea de que habra mltiples redes independientes de diseo ms bien arbitrario, empezando por ARPANET como red pionera, pero que pronto incluira redes de satlite, redes terrestres de radio, y otras redes. Tal como la conocemos ahora, Internet incluye una idea tcnica subyacente que es clave, la de red de arquitectura abierta.

En este enfoque, la eleccin de la tecnologa de cada red individual no vena impuesta por una arquitectura de red particular, sino ms bien, poda ser seleccionada libremente por un proveedor y ponerla a trabajar conjuntamente con otras redes a travs de una "Arquitectura de funcionamiento interredes" a un meta nivel.

En una red de arquitectura abierta, las redes individuales pueden ser diseadas y desarrolladas por separado y cada una puede tener su propia interfaz nica que puede ofertar a los usuarios y/o proveedores, incluyendo proveedores de Internet. Cada red puede ser diseada de acuerdo a su entorno especfico y a los requerimientos de los usuarios de esa red. Generalmente no hay restricciones sobre los tipos de redes que pueden incluirse o sobre su alcance geogrfico, aunque ciertas consideraciones pragmticas dictarn lo que tiene sentido ofertar.

1.1.4 El desarrollo de Internet

Finalmente, en el ao 1982 se estableci el stack TCP/IP como el conjunto de protocolos estndar para ARPANET. Esto genera una de las primeras definiciones de Internet: "una serie de redes conectadas entre si, especficamente aquellas que utilizan el protocolo TCP/IP". El Ministerio de Defensa de los EE.UU. adopt el protocolo TCP/IP como su Standard.

Al ao siguiente, 1983, la Universidad de Wisconsin pone en funcionamiento un servidor de nombres, de modo que la red ya no requiere que el usuario conozca la ruta exacta para poder acceder a otro sistema. El sistema comenzar a funcionar de modo pleno a partir de 1984, ao en el que se superan los primeros 1.000 nodos conectados. El primer dominio (symbolics.com) es registrado al ao siguiente.

La organizacin de los organismos de regulacin que gobiernan el funcionamiento de Internet fue muy compleja. En 1983 se cre la Comisin de Actividades de Internet (IAB), que dar paso en 1986 a la Internet Engineering Task Force (IETF) y la Internet Reserarch Task Force (IRTF). Al ao siguiente, 1987, Internet supera sus primeros 10.000 nodos conectados.

En 1988 se cre la Autoridad de Asignacin de Nmeros de Internet (IANA), la que sigue en operaciones hasta el da de hoy. Finalmente en 1192 se fund la Internet Society (ISOC).

El crecimiento de la cantidad de nodos es exponencial. En 1984 haba 1.000 nodos, en 1987 se superaron los 10.000 nodos; en 1989 se superaron los 100.000 nodos. Al ao siguiente, 1990 Argentina, junto con Brasil, Chile y Espaa se conecta a Internet. Es el ao en el que aparece el primer proveedor comercial de acceso telefnico en lnea.

En 1991 el CERN lanza la World Wide Web (www), creada por Tim Berners-Lee.

1.1.5 Internet hoy

En la actualidad, Internet es la infraestructura de uso pblico ms grande, ms extendida y ms diversa de la historia de la humanidad.

La poblacin mundial estimada para febrero del ao 2005 es de 6.400.000.000 de habitantes. De esta masa total, el 12,7 % se encuentra conectada a Internet (817.447.000 internautas de acuerdo a Nielsen/NetRatings). Solamente el 35,8% de las personas conectadas a Internet hablan ingls. El 9% habla espaol (algo ms de 70.000.000 de personas).

En el caso particular de Argentina, la informacin estadstica ms reciente (febrero de 2004), indica que Internet cuenta con 4.100.000 usuarios, que representan el 10.9 % de la poblacin, un porcentaje superior al de Per (9.1%), pero an inferior al de nuestros vecinos Brasil (11,2%) y Uruguay (11,7%).

El perfil de usuarios de Internet en Argentina es el de personas mayores a 24 aos (82%), que acceden desde su hogar o lugar de trabajo. Hay que tener en cuenta que en el ltimo ao ha crecido marcadamente la porcin de usuarios que se conecta desde cybercafs y otros lugares de acceso pblico.

Si bien el 71% de los usuarios argentinos utilizan Internet para obtener informacin referida a sus compras, solamente el 15% realiza transacciones comerciales en lnea. La principal barrera sigue siendo el temor a los medios de pago en lnea.

1.1.6 Redes WAN

Hasta aqu hemos visto como ha surgido y se ha desarrollado Internet, tambin denominada la Red de Redes. Sin embargo, en el transcurso de estos aos el networking se ha diversificado y enriquecido dando lugar a mltiples aplicaciones de sus tecnologas. Lo ms cercano a Internet, son las redes WAN. Qu es una red WAN?

Una WAN (Wide Area Network Red de rea amplia) es una red que interconecta dispositivos ubicados geogrficamente muy separados. En general, las WAN tienen las siguientes caractersticas:

Interconectan dispositivos a gran distancia (por eso se llama de rea amplia)

Son redes de baja velocidad

No son propiedad del usuario (son propiedad de un proveedor de servicio)

Se mantiene la conexin a la red mientras se necesita (puede ocurrir que no se trate de conexiones permanentes)

Los protocolos WAN especifican las capas ms bajas del modelo OSI, Capas 1 y 2 (Fsica y de Enlace de Datos). (El estndar X.25 es una excepcin, dado que define las primeras 3 capas).

1.1.7 Dispositivos WAN

Las WAN utilizan varios tipos de dispositivos diferentes, incluyendo los siguientes:

Switch WAN: Dispositivo multipuerto usado en las redes del proveedor. Este dispositivo conmuta trfico de tecnologas como Frame Relay, X.25, SMDS y ATM. Operan en la capa de enlace de datos del modelo OSI.

Access Server: Dispositivo que recibe las llamadas para conecciones telefnicas dial-up (de discado)

Mdem: Dispositivo que convierte seales digitales en analgicas y viceversa (MODula y DEModula seales). Permite que datos digitales viajen a travs de lneas analgicas como las lneas telefnicas.

CSU/DSU (Channel Service Unit/Digital Service Unit): Dispositivo que cumple la funcin de interfaz entre la interfaz fsica de un dispositivo DTE (como un router) y el dispositivo DCE del proveedor (comnmente un switch). Proveen la sealizacin para la comunicacion entre estos dispositivos. A las CSU/DSU, se les suele llamar DTU y pueden ser dos dispositivos diferentes o uno slo que cumpla con las dos funciones.

ISDN TA (Terminal Adapter): Dispositivo utilizado en redes ISDN para conectar una BRI (Basic Rate Interface - Interfaz de acceso bsico) a otro tipo de interfaz, como la EIA/TIA-232. Bsicamente, un Terminal Adapter es un modem para redes ISDN.

La figura muestra los iconos que se utilizan para estos dispositivos WAN.

1.1.8 Categoras WAN

Las redes WAN se pueden dividir en las siguientes categoras:

Enlaces Punto a Punto : Proveen un camino de comunicacin directo entre el cliente y la red del proveedor (compaas telefnicas o de transporte de datos). A los enlaces punto a punto tambin se los conoce como "lneas dedicadas", dado que el camino de la comunicacin es establecido de forma permanente y fijo para cada conexin. Cuando se realizan conexiones de lnea dedicada, se requiere un puerto de router para cada conexin. El costo de las soluciones de este tipo puede tornarse considerable cuando se utilizan para conectar varios sitios.

Conmutacin por circuitos : Es un mtodo de conmutacin WAN en el cual un circuito fsico dedicado es establecido, mantenido y terminado para cada sesin de comunicacin. Este circuito es definido a travs de la red del proveedor. Es extensamente utilizado en las redes de telefona, donde los enlaces son mantenidos nicamente mientras dura la comunicacin. Otro ejemplo de red WAN conmutada por circuitos es la red ISDN (Integrated Switched Digital Network - Red Digital de Servicios Integrados).

Conmutacin por paquetes/celdas : Se trata de otro mtodo de conmutacin en el cual varios dispositivos de red comparten un slo circuito de transmisin para enviar datos de un origen a un destino, a travs de la red de la portadora. En este mtodo, cada comunicacin no se apropia de un camino fsico independiente sino que todas las cumunicaciones comparten el mismo enlace. Para permitir que diferentes comunicaciones compartan el medio, se utiliza multiplexacin estadstica. Las redes de conmutacin por paquetes utilizan unidades de datos de tamao variable, mientras las redes de conmutacin por celdas utilizan unidades de datos de tamao fijo.

Ejemplos de redes WAN conmutadas por paquetes son Frame Relay y X.25. Ejemplos de redes conmutadas por celdas son ATM (Asynchronous Transfer Mode - Modo de transferencia asncrono) y SMDS (Switched Multimegabit Data Service - Servicio de Datos Conmutados Multimegabit).

Sobre cada una de estas tecnologas se profundizar ms adelante.

Enlace Dedicado:

Conmutacin de Circuitos:

Conmutacin por paquetes:

1.1.9 Circuitos virtuales WAN

Los circuitos virtuales son circuitos lgicos creados para asegurar una comunicacin confiable entre dos dispositivos de red. Estos circuitos virtuales son definidos en las redes de conmutacin de paquetes o celdas para establecer la ruta a travs de la cual viajarn los paquetes entre los dos extremos.

Existen dos tipos de circuitos virtuales:

Circuitos Virtuales Conmutados (SVC - Switched Virtual Circuits): Son circuitos virtuales que se establecen dinmicamente de acuerdo a la necesidad. Una vez que la transmisin finaliza, el circuito virtual se termina. Las comunicaciones en los circuitos virtuales pasan por tres fases:

Establecimiento del circuito

Transferencia de datos

Finalizacin del circuito

Circuitos Virtuales Permanentes (PVC - Permanent Virtual Circuits): Son circuitos virtuales establecidos permanentemente. Su establecimiento se realiza en una sola fase:

Transferencia de datos

Sobre cada uno de estos elementos se profundizar ms adelante.

1.1.10 Servicio dial-up WAN

Los servicios llamados de dial-up o discado bajo demanda, se ofrecen como alternativas econmicas para el acceso a las redes WAN.

Hay 2 implementaciones dial-up muy difundidas:

DDR (Dial-on-Demand Routing - Enrutamiento de discado por demanda):

Tcnica por la cual un router puede iniciar o finalizar una sesin dial-up o discada por demanda de una estacin o puesto de trabajo. El router se configura de manera que clasifica determinado trfico hacia la red remota como "interesante" o "no interesante". Cuando el router recibe trfico clasificado como "interesante" destinado a la red remota, se inicia la sesin de dial-up, se establece un circuito y la informacin se transmite normalmente.

Si el router recibe trfico clasificado como "no interesante" pero la sesin ya est establecida, ese trfico tambin se transmite a la red remota destino. El router mantiene un temporizador de espera (idle timer) que se resetea a cero (reset) cuando se recibe trfico "interesante". Si el router recibe trfico "no interesante" no reinicia el temporizador. Si el temporizador expira, el router finaliza la sesin y el circuito se termina.

De igual forma, si se recibe trfico "no interesante" y el circuito no est establecido, el router descarta el trfico.

Dial backup:

Este servicio se activa como respaldo (backup) de una lnea serial bajo ciertas condiciones. La lnea que se activa a travs de un proceso de discado, acta como respaldo de una lnea primaria para cuando sta falla o como fuente de ancho de banda adicional en circunstancias en la que la carga sobre el enlace primario alcanza ciertos lmites preestablecidos.

1.1.11 Redes Privadas Virtuales (VPN)

Las VPN (Virtual Private Network - Redes Privadas Virtuales) son conexiones virtuales que se establecen entre dispositivos a travs de una red pblica. Desde el punto de vista lgico los dispositivos se comunican entre s de la misma forma que si lo hicieran a travs de un vnculo punto a punto.

El inconveniente de este tipo de enlaces es que generalmente usan una red pblica no controlada (como por ejemplo Internet) para transportar la informacin, lo que no garantiza la privacidad de los datos enviados. Por este motivo, las VPNs ofrecen caractersticas de seguridad tales como encriptacin y autenticacin de datos. Algunas de las principales caractersticas de las VPNs son:

Son enlaces de bajo costo. Para poder realizar una conexin VPN es necesario contratar solamente dos accesos (uno para cada extremo) a la red pblica que se utilizar como transportadora de los datos. Generalmente estos accesos son de un costo mucho menor a vnculos punto a punto o vnculos conmutados por paquetes.

Proporcionan una rea de cobertura de amplia disponibilidad. Si tomamos como ejemplo a Internet, desde cualquier lugar del mundo con acceso a Internet (la red de mayor extensin) se podra establecer un enlace VPN entre dos extremos sin importar su ubicacin geogrfica.

Los paquetes de datos viajan a travs de un "tnel" definido en la red pblica. Este tnel se forma entre los dos extremos de la comunicacin, simulando una conexin punto a punto.

Slo se puede controlar el ancho de banda del acceso a la red pblica, no del enlace completo.

1.1.12 Sntesis

En este tema hemos hecho un recorrido desde los orgenes de Internet hasta llegar a Internet de nuestros das.

Continuamos con una profundizacin en Redes WAN. Sabemos que una WAN sirve para interconectar dispositivos ubicados geogrficamente distantes. Revisamos la lista de dispositivos que intervienen en una WAN: Switch WAN, Access Server, MODEM, CSU/DSU e ISDN TA. Tambin enumeramos las categoras de WAN: enlaces punto a punto, conmutacin por circuitos y conmutacin por paquetes o celdas.

Posteriormente introdujimos el concepto de circuito virtual, diciendo que stos son circuitos lgicos creados para asegurar una comunicacin confiable entre dos dispositivos de red. Existen circuitos virtuales conmutados y circuitos virtuales permanentes. Los circuitos virtuales conmutados se establecen dinmicamente de acuerdo a la necesidad, mientras que los circuitos virtuales permanentes son establecidos (como su nombre lo indica) permanentemente.

A continuacin vimos que los servicios dial-up o de discado, se ofrecen como alternativas econmicas para el acceso a las redes WAN. Las implementaciones dial-up ms difundidas son la DDR y la Dial backup.

Finalmente comprendimos que las VNP son conexiones lgicas que se establecen entre dispositivos a travs de una red pblica.

Deberemos revisar a continuacin algunos aspectos bsicos del funcionamiento de las redes de datos.