Uoc redes-multimedia

1. Redes multimedia Xavier Vilajosana Guilln (coordinador) Miquel Font Rossell Silvia Llorente Viejo Joan Manuel Marqus Puig PID_00147720

2. FUOC PID_00147720 Redes multimedia Xavier Vilajosana Guilln Miquel Font Rossell Silvia Llorente Viejo Ingeniero en Informtica por la Uni- versidad Politcnica de Catalua (UPC) y doctor en Sociedad de la In- formacin por la Universitat Oberta de Catalunya (UOC). Actualmente, es profesor de los Estudios de Infor- mtica, Multimedia y Telecomunica- cin de la UOC. Ingeniero y doctorando en Inform- tica, y consultor de los Estudios de Informtica, Multimedia y Teleco- municacin de la UOC. Ingeniera en Informtica, diploma de estudios avanzados por la UPC y doctora por la Universidad Pompeu Fabra (UPF). Actualmente, es con- sultora de los Estudios de Informti- ca, Multimedia y Telecomunicacin en la UOC. Joan Manuel Marqus Puig Doctor en Informtica, especializa- do en sistemas distribuidos descen- tralizados. Profesor de los Estudios de Informtica, Multimedia y Tele- comunicacin de la UOC. Primera edicin: septiembre 2010 Miquel Font Rossell, Silvia Llorente Viejo, Joan Manuel Marqus Puig, Xavier Vilajosana Guilln. Todos los derechos reservados de esta edicin, FUOC, 2010 Avda. Tibidabo, 39-43, 08035 Barcelona Diseo: Manel Andreu Realizacin editorial: Eureca Media, S. L. ISBN: 978-84-693-4288-6 Depsito legal: B-20.539-2010 Ninguna parte de esta publicacin, incluido el diseo general y la cubierta, puede ser copiada, reproducida, almacenada o transmitida de ninguna forma, ni por ningn medio, sea ste elctrico, qumico, mecnico, ptico, grabacin, fotocopia, o cualquier otro, sin la previa autorizacin escrita de los titulares del copyright.

3. FUOC PID_00147720 3 Redes multimedia Introduccin La asignatura Redes multimedia pretende dar una visin global e introductoria de las redes de computadores. Se toma una aproximacin de arriba abajo en- fatizando los aspectos ms relacionados con la titulacin y dejando de lado aquellos relacionados con la comunicacin en el mbito fsico en la teora de la seal. Esta asignatura presenta las bases de las redes de comunicaciones, c- mo se estructuran, qu dispositivos las integran, cules son las normas y protocolos que rigen la comunicacin, cules sus aplicaciones y servicios, y todo tomando como ejemplo la red de Internet. El mdulo "Conceptos de redes de computadores" introduce los principales conceptos que nos permiten entender qu es una red de computadores y cmo se estructura. Tambin sirve de breve revisin de la historia de las redes, lo cual nos permite contextualizar y entender Internet en la actualidad. El mdulo "Las capas de la red de computadores" describe los protocolos y servicios bsicos que ofrece cada una de las capas de una red de computadores. El mdulo empieza por los niveles ms altos y deja de lado el nivel de aplicacin que se ve en el mdulo "El nivel de aplicacin". El enfoque es, pues, de arriba abajo; se crea as un esbozo de los conceptos ms prximos al hardware y se pone el nfasis en los niveles de transporte y de red primordiales para el funcionamiento de Internet. El mdulo "Seguridad en la Red" complementa al resto y presenta los conceptos principales de la seguridad de las redes de computadores. El mdulo "El nivel de aplicacin" profundiza en el nivel de aplicacin; muestra protocolos tan importantes como HTTP o SMTP que rigen el funcionamiento del mundo hoy en da. Se destacan los protocolos orientados a la transmisin del contenido multimedia, y se presentan las arquitecturas ms comunes hoy en da en la Red. Por ltimo, el mdulo "Comunicaciones sin hilos" concluye el curso explican- do los conceptos capitales de una tecnologa que permite superar las barreras impuestas por la necesidad de conectar fsicamente las redes. Cabe sealar que este curso pretende introducir el concepto de red y dar una visin general del funcionamiento de sta. Por lo tanto, quedan fuera muchos conceptos que son primordiales tambin para entender el funcionamiento real de una red y que no han podido ser incluidos por limitaciones de espacio. De esta manera, se anima a los lectores ms interesados en ampliar su conocimiento de las redes que consulten la bibliografa recomendada.

4. FUOC PID_00147720 4 Redes multimedia Objetivos El estudio de los materiales didcticos de esta asignatura os ha de permitir alcanzar los objetivos siguientes: 1. Conocer la arquitectura de una red. Saber diferenciar los niveles y conocer las principales funciones y servicios de cada uno de ellos. 2. Conocer los principales protocolos de nivel aplicacin, entender su funcionamiento y saber relacionarlo con el funcionamiento actual de Inter- net. 3. Tener una visin general de los conceptos de seguridad en la Red que permiten asegurar las comunicaciones, as como evitar un uso indebido de la informacin. 4. Tener conocimiento de los conceptos principales que rigen la comunicacin sin hilos. Conocer las tecnologas de comunicacin sin hilos que existen hoy en da y rigen la mayora de las comunicaciones actuales.

5. FUOC PID_00147720 5 Redes multimedia Contenidos Mdulo didctico1 Conceptos de redes de computadores Xavier Vilajosana Guilln 1. Conceptos de redes y comunicaciones en Internet 2. Qu es Internet y qu es un protocolo 3. Hardware de red 4. Dispositivos de red 5. Software de red 6. Jerarqua de protocolos y cabecera 7. Interfaces y servicios 8. Modelos de referencia 9. Breve historia de las comunicaciones Mdulo didctico2 Las capas de la red de computadores Xavier Vilajosana Guilln 1. El nivel de transporte 2. El nivel de red 3. El enlace de datos y el control de acceso al medio 4. El nivel fsico Mdulo didctico3 Seguridad en la red Xavier Vilajosana Guilln 1. Cortafuegos 2. Redes privadas virtuales 3. Introduccin a la criptografa 4. Certificados digitales 5. Seguridad en la red Mdulo didctico4 El nivel de aplicacin Joan Manuel Marqus Puig y Silvia Llorente Viejo 1. Arquitecturas de aplicaciones distribuidas 2. DNS: Servicio de nombres en Internet 3. La web y el HTTP 4. Transferencia de ficheros 5. Correo electrnico en Internet 6. Aplicaciones de igual a igual para la comparticin de ficheros 7. Mensajera instantnea 8. Telnet y Secure Shell: acceso a ordenadores remotos 9. Aplicaciones multimedia en red 10. Streaming de audio y vdeo almacenados

6. FUOC PID_00147720 6 Redes multimedia 11. Protocolos para aplicaciones interactivas en tiempo real 12. Anexos Mdulo didctico5 Comunicaciones inalmbricas Miquel Font Rossell 1. Sistemas de comunicacin de la telefona mvil 2. Redes inalmbricas

7. Conceptos de redes de computadores Xavier Vilajosana Guilln PID_00147725

8. FUOC PID_00147725 Conceptos de redes de computadores Ninguna parte de esta publicacin, incluido el diseo general y la cubierta, puede ser copiada, reproducida, almacenada o transmitida de ninguna forma, ni por ningn medio, sea ste elctrico, qumico, mecnico, ptico, grabacin, fotocopia, o cualquier otro, sin la previa autorizacin escrita de los titulares del copyright.

9. FUOC PID_00147725 Conceptos de redes de computadores ndice Introduccin............................................................................................... 5 Objetivos....................................................................................................... 6 1. Conceptos de redes y comunicaciones en Internet.................... 7 2. Qu es Internet y qu es un protocolo......................................... 8 3. Hardware de red................................................................................ 9 3.1. Topologas de red ........................................................................ 9 3.2. Tipo de conmutacin .................................................................. 10 3.2.1. Conmutacin de circuitos ............................................. 10 3.2.2. Conmutacin de paquetes ............................................. 11 3.2.3. Conmutacin de paquetes con circuito virtual ............. 14 3.3. Alcance de las redes .................................................................... 15 3.3.1. Redes de gran alcance ................................................... 16 3.3.2. Redes de rea local ........................................................ 16 3.4. Tecnologas de red ...................................................................... 16 3.4.1. Tecnologas de red cableada .......................................... 17 3.4.2. Tecnologas de red sin hilos .......................................... 17 4. Dispositivos de red............................................................................ 19 5. Software de red.................................................................................. 21 5.1. Arquitectura de la red: diseo por capas .................................... 22 5.2. Consideraciones de diseo ......................................................... 25 6. Jerarqua de protocolos y cabecera............................................... 27 7. Interfaces y servicios......................................................................... 29 7.1. Tipo de conexin de servicios .................................................... 33 8. Modelos de referencia....................................................................... 35 8.1. Necesidad de estandarizacin ..................................................... 35 8.2. El modelo de referencia OSI ....................................................... 36 8.2.1. Proceso de encapsulacin y desencapsulacin .............. 38 8.3. Modelo TCP/IP ............................................................................ 39 8.3.1. Encapsulacin de la informacin en el modelo TCP/IP ............................................................................ 41 8.4. Modelo OSI comparado con modelo TCP/IP .............................. 42

10. FUOC PID_00147725 Conceptos de redes de computadores 9. Breve historia de las comunicaciones.......................................... 44 Resumen....................................................................................................... 56 Bibliografa................................................................................................. 59

11. FUOC PID_00147725 5 Conceptos de redes de computadores Introduccin Las redes de ordenadores actuales son una composicin de dispositivos, tcnicas y sistemas de comunicacin que han ido apareciendo desde el final del siglo XIX con la invencin del telfono. ste se desarroll exclusivamente para transmitir voz, aunque todava hoy se utiliza, en muchos casos, para conectar ordenadores entre s. Desde entonces han aparecido las redes locales, las conexiones de datos a larga distancia con enlaces transocenicos o por satlite, Internet, la telefona mvil, etc. Dedicaremos este mdulo a introducir las ideas y los conceptos bsicos de las redes de ordenadores que trataremos en profundidad a partir de ahora. En primer lugar, abordaremos los conceptos fundamentales de una red. Las topologas de red y los conceptos de conmutacin, el hardware y el software. Es importante tener una visin general de la tipologa de red, normalmente clasificada por su alcance. Seguidamente, el mdulo introduce las diferentes tecnologas de red ms relevantes en la actualidad, Ethernet u 802.3 es la ms usada en redes de rea local cableadas. Las tecnologas de redes sin hilos se han estandarizado en la ltima dcada y tienen su mayor exponente en el 802.11 o WiFi, que tambin es usado por la mayora de dispositivos de usuario en red. El mdulo profundiza en la definicin de una red de computadores y nos presenta el modelo de referencia de una red, constituida por diferentes niveles que permiten abstraer las complejidades derivadas de la transmisin de la informacin. Como veremos, cada nivel de la red ofrece servicios a su nivel pre- decesor mientras que usa los servicios de su nivel antecesor. Cuando se quiere transmitir una informacin, sta se transmite entre los diferentes niveles de la red a la vez que se encapsula la informacin de los niveles precedentes y se aade nueva informacin que le permite al receptor recuperar la informacin original. Veremos que en un principio se defini una jerarqua llamada Open Systems Interconnection (OSI) con siete niveles y que sta evolucion hacia el modelo de red actual, el modelo TCP/IP que rige hoy en da el funcionamiento de Internet. Finalmente, el mdulo hace un breve repaso de la historia de las comunicaciones. Conocer la historia nos permite tener una buena perspectiva de estas tecnologas y entender por qu se han creado, cmo han evolucionado y por qu tenemos el modelo de comunicacin actual.

12. FUOC PID_00147725 6 Conceptos de redes de computadores Objetivos Al finalizar el estudio de este mdulo, tendris que haber alcanzado los objetivos siguientes: 1. Conocer el concepto de red de computadores, servicio y protocolo e In- ternet. 2. Conocer los componentes de una red de computadores, tanto los de hardware como los de software. 3. Conocer la arquitectura de una red de computadores, la separacin por capas o niveles y los modelos de referencia fundamentales. 4. Saber diferenciar las redes por su alcance. 5. Tener una visin general de la evolucin de las redes de computadores desde sus inicios.

13. FUOC PID_00147725 7 Conceptos de redes de computadores 1. Conceptos de redes y comunicaciones en Internet Durante las dos primeras dcadas de existencia de los computadores, stos eran sistemas hardware fuertemente centralizados, normalmente ubicados en un nico espacio fsico. Las empresas y centros que posean un computador hacan que ste cubriera todas las necesidades computacionales de la institucin. A medida que las capacidades de los computadores crecieron, la centrali- zacin se convirti en un problema tanto de gestin como de recursos. De esta manera, se fue sustituyendo el modelo centralizado por un modelo en el que mltiples computadores con menos capacidad pero interconectados entre s eran capaces de realizar las tareas de un computador centralizado. A esta nueva organizacin se la denomin reddecomputadores. El diseo y arquitectura de la red son los aspectos que trataremos durante este curso. La evolucin de las tecnologas ha llevado a un crecimiento progresivo del uso de los sistemas en red hasta llegar al modelo de hoy en da, en el que no se puede concebir un sistema informtico sin la presencia de los elementos de comunicacin. Internet ha sido la materializacin de la red de computadores y se ha convertido en el eje principal de las tecnologas de la informacin. Las comunicacin en Internet no deja de ser una jerarquizacin de la comunicacin en red. Internet es una gran red constituida por una infinidad de peque- as redes interconectadas entre s.

14. FUOC PID_00147725 8 Conceptos de redes de computadores 2. Qu es Internet y qu es un protocolo La idea de Internet apareci a mediados de los aos sesenta cuando la Agencia de Proyectos de Investigacin Avanzada (ARPA, por sus siglas en ingls), en el seno del Departamento de Defensa de Estados Unidos financi un proyec- to denominado ARPANET que pretenda interconectar diferentes ordenadores distribuidos en sus sedes. Desde entonces, Internet ha evolucionado hasta el sistema de hoy en da, en el que millones de mquinas estn interconectadas y acceden a contenidos distribuidos por todas partes. La estructura de la red es compleja y no podemos pensar en una conexin de todos con todos, pues ello hara que el sistema fuera completamente inoperante e inviable tecnolgicamente. Internet sigue una estructura jerrquica en la que unos pocos nodos estn conectados con muchos otros, mientras que la mayora mantiene una conexin con su pro- veedor de servicio. Para hacer posible toda la complejidad de Internet y permitir que la infinidad de aplicaciones de hoy en da se puedan comunicar mediante la red hace falta un conjunto de reglas que rijan las comunicaciones y regulen cmo y cundo los nodos de la red se pueden comunicar. Las reglas y convenciones que permiten que eso sea posible se llaman protocolos. Conectividad en Internet

15. FUOC PID_00147725 9 Conceptos de redes de computadores 3. Hardware de red Las redes de computadores se pueden clasificar de diferentes formas. Gene- ralmente, estas clasificaciones se hacen basndose en la topologa, el tipo de conmutacin, el alcance y la tecnologa de la red, entre otros. Este apartado detalla estas diferentes clasificaciones que proporcionan la base necesaria para poder entender posteriormente el diseo de los protocolos existentes en la actualidad. 3.1. Topologas de red Una topologa de red es la manera como estn distribuidos los nodos que la forman. Las redes actuales estn formadas por tres tipos de entidades: los equipos finales (hosts), los equipos intermedios (conmutadores o routers) y los enlaces (links) que unen los equipos finales y los routers entre s. Las topologas ms conocidas son las de: Bus. Todos los equipos estn conectados a un nico medio de transmisin compartido por todas las estaciones de la red, por lo que resulta necesario establecer un sistema de acceso al medio con el fin de evitar que haya ms de una estacin transmitiendo en el mismo instante de tiempo y se produzcan colisiones. Un ejemplo de una topologa en bus se puede ver en la figura siguiente. Anillo. Como muestra la figura, una topologa en anillo est formada por un enlace que forma un bucle, de manera que cada estacin est conectada al anillo a travs de dos enlaces, el de entrada y el de salida. Generalmente, cuando la estacin emisora recibe su propio paquete lo elimina de la red. Estrella. Esta topologa est formada por un nodo central, que acta como nodo intermedio de la red (conmutador o router) y es el que gestiona el envo y la recepcin de los datos; el resto de las estaciones se conectan a este nodo principal. rbol. La topologa en rbol se considera una topologa mixta de las topologas en bus y en estrella, y a veces tambin se la conoce como topologa jerrquica. Un ejemplo se puede ver en la figura, donde diversos nodos

16. FUOC PID_00147725 10 Conceptos de redes de computadores intermedios se conectan entre s y, a su vez, tienen conectados equipos finales. Esta topologa es la ms utilizada actualmente. Enmalla. La topologa en malla es aquella en la que todos los equipos estn conectados contra todo el resto. Hay casos de redes en malla no totales, en las que las estaciones no forman una malla completa. Generalmente, esta topologa es la utilizada en el ncleo de las grandes redes como Inter- net, donde slo se conectan equipos intermedios, y no equipos finales. Ejemplos tpicos de topologas de red 3.2. Tipo de conmutacin En el entorno de las redes, la conmutacin hace referencia al establecimiento de un circuito (real o lgico) entre dos puntos de la red que permite la interconexin y, por lo tanto, el traspaso de informacin entre los puntos. Esencial- mente, esta conmutacin se puede dividir en dos clases diferentes: la conmutacin de circuitos y la conmutacin de paquetes. 3.2.1. Conmutacin de circuitos La conmutacin de circuitos se basa en establecer un circuito fsico entre los dos interlocutores de la red. Dicho circuito fsico se establece antes de que se pueda transmitir ningn tipo de informacin y est conformado por diferentes enlaces entre los nodos. En conmutacin de circuitos se distinguen tres fases para el envo de informacin: 1)Establecimientodelcircuito. Esta fase se encarga de buscar un camino entre los nodos intermedios que lleven hacia el destino; as la estacin origen solicita la creacin del circuito al nodo al que est conectada, el cual enva la

17. FUOC PID_00147725 11 Conceptos de redes de computadores peticin al nodo siguiente. Este otro nodo har lo mismo hacia el siguiente, y as hasta llegar al destino final. A medida que se va formando el circuito, cada nodo intermedio verifica que haya bastantes recursos para establecerlo, y, en el caso de que no sea as, se aborta la peticin de circuito. Por el contrario, en el caso de que el establecimiento sea viable, una vez llegado al destino, ste enviar una seal al origen para hacerle saber que ya puede enviar informacin. 2)Transferenciadedatos. Ahora, las estaciones ya pueden intercambiar la informacin deseada. 3)Desconexin. Una vez se ha acabado la comunicacin es obligatorio liberar recursos, a fin de que estn disponibles ms adelante para otras conexiones. Ejemplo de creacin de circuitos Un ejemplo de creacin de circuitos es el que se muestra en el diagrama de tiempo de la figura siguiente. sta muestra las tres fases en el caso de que haya dos nodos intermedios. El diagrama de tiempo se tiene que interpretar de izquierda a derecha con la evolucin temporal, donde cada bloque representa el envo de informacin hacia el siguiente nodo. Diagrama de tiempo del establecimiento de un circuito Como se puede ver en la figura, las lneas tienen una cierta inclinacin, lo que indica el tiempo de propagacin de la seal, mientras que el grueso de cada bloque indica el tiempo de transmisin necesario para enviarla. Inicialmente, en el establecimiento del circuito cada equipo intermedio tiene que procesar la seal y enviarla al siguiente nodo; por eso, antes de enviarla se tiene que esperar a tener toda la informacin del circuito. Que una vez establecida, ya puede funcionar de extremo a extremo de forma transparente y sin ms retardos adicionales de los nodos intermedios. Red telefnica bsica El ejemplo ms clsico de la conmutacin de circuitos es la antigua red telefnica bsica (XTB), en la que, por medio de las centralitas situadas de forma jerrquica por medio de toda la red, se iban multiplexando los circuitos de voz y dirigindolos hacia su destinatario. Hoy da, con la era digital, este establecimiento del circuito se produce slo desde el telfono del usuario hacia la centralita ms prxima, donde se digitaliza la voz y se utilizan otras tcnicas como, por ejemplo, la conmutacin de paquetes, para enviar la informacin. 3.2.2. Conmutacin de paquetes Uno de los principales problemas que encontramos con la conmutacin de circuitos es la exclusividad de los recursos, ya que cuando hay un circuito creado, aunque no haya datos pasando por el circuito, los recursos estn reserva-

18. FUOC PID_00147725 12 Conceptos de redes de computadores dos y no pueden ser utilizados por ninguna otra estacin. El problema se ve agravado ya que, para conexiones de datos como las que hay hoy da, el trfico, en vez de ser constante, llega en rfagas; por ejemplo, cuando el usuario carga una pgina web, la carga slo supone unos pocos centenares de milise- gundos, mientras que su lectura puede comportar unos cuantos minutos. Otro problema impuesto por la conmutacin de circuitos es la necesidad de que todos los nodos de la comunicacin trabajen a la misma velocidad, ya que los nodos intermedios no realizan ningn procesado de la informacin, cosa que en una red actual no es cierta; cada usuario tiene una velocidad diferente, que es a la vez diferente de la que utilizan los operadores. As, con el fin de mejorar la conmutacin de circuitos de cara a estas nuevas necesidades se dise la conmutacin de paquetes con los siguientes objetivos: Optimizacin de la utilizacin de los canales de comunicacin. Interconexin de terminales con diferentes velocidades. Creacin de conexiones de forma simultnea sin reserva de recursos. As, la conmutacin de paquetes, en vez de reservar recursos en un circuito, dota a los nodos intermedios de capacidad de proceso y de un sistema de colas que permite almacenar temporalmente un paquete, mirar cul es su destinatario y enviarlo hacia el nodo que corresponda. Como se ha dicho, la conmutacin de paquetes tiene que permitir diferentes velocidades de transmisin; por eso se utilizan las colas de recepcin y las colas de transmisin, tal como muestra la siguiente figura. Segn se puede compro- bar, un nodo de conmutacin est compuesto por interfaces; estas interfaces estn compuestas, entre otras cosas, por una cola de entrada y otra cola de salida al sistema, y se utilizan con el fin de controlar el acceso al nodo de conmutacin, que, ahora, en vez de ser pasivo, procesar todos los paquetes que llegan por las colas de entrada y los colocar en la cola de salida de la interfaz correspondiente para ser enviados.

19. FUOC PID_00147725 13 Conceptos de redes de computadores Colas en la conmutacin de paquetes Las colas del nodo de conmutacin tendrn un tamao determinado, lo que implica que si una cola se llena antes de ser procesada, hay paquetes que tendrn que ser descartados. En mdulos posteriores veremos cmo la red gestiona y evita estas prdidas. Otro importante factor a considerar en este entorno es el tamao del paquete a transmitir; inicialmente se pens en hacer los paquetes tan grandes como el mensaje a enviar (conmutacin de mensajes), pero enseguida se vio que, para mensajes grandes, los nodos intermedios necesitaban demasiada memoria ya que almacenan el paquete en su totalidad antes de enviarlo, y demasiado tiempo para procesarlo. As, lo que se hace actualmente es dividir los mensajes en fragmentos de un tamao mximo fijado (generalmente 1.500 octetos). Un ejemplo de eso se puede encontrar en la figura siguiente; las dos subfiguras muestran el envo del mismo mensaje, primero con conmutacin de mensajes, y despus con conmutacin de paquetes. Como se puede ver en este ejemplo, el mensaje ha sido enviado con tres paquetes diferentes de un tamao inferior. A causa del almacenamiento en los nodos intermedios (denominado store and forward) la conmutacin de paquetes es generalmente ms rpida.

20. FUOC PID_00147725 14 Conceptos de redes de computadores Funcionamiento de la conmutacin de paquetes y de mensajes 3.2.3. Conmutacin de paquetes con circuito virtual Aunque la conmutacin de paquetes es mejor que la conmutacin de mensajes, ambas soluciones tienen el problema de que, dependiendo del tamao y el estado de las colas de los nodos intermedios, el retardo en la llegada de la informacin es variable. Ello implica que en comunicaciones crticas en tiempo (como una conversacin de voz) se pueda llegar a crear un problema; por ejemplo, si un paquete de voz llega demasiado tarde, no podr ser descodifi- cado y el otro interlocutor notar un pequeo corte en la conversacin. Para minimizar este problema aparecieron lo que se conoce como conmutacin de paquetes con circuito virtual, que tiene por objetivo reunir las ventajas de los dos paradigmas. As, en vez de enviar de forma independiente todos los paquetes de una conexin, lo que hacen los circuitos virtuales es decidir el camino previamente (como con conmutacin de circuitos), pero manteniendo el envo de paquetes individuales, de manera que ahora todos los paquetes seguirn el mismo camino, por lo que podemos tener una reserva de recursos.

21. FUOC PID_00147725 15 Conceptos de redes de computadores 3.3. Alcance de las redes Una clasificacin bastante clsica de las redes es la que se hace en funcin de su alcance, aunque, dependiendo del entorno, esta clasificacin puede cambiar. Generalmente se consideran dos categoras: las redes de gran alcance 1 y las redes de alcance local 2 . Antes de detallar qu son las LAN y las WAN es conveniente introducir en primer lugar los conceptos de redes de difusin y redes punto-a-punto. Una red de difusin (o broadcast) es aquella en la que el medio es compartido por todas las estaciones que forman la red; as, todos los equipos reciben todos los paquetes, pero slo procesan los dirigidos hacia ellos. Entre otras cosas, una red de difusin comporta serios problemas de privaci- dad; por eso, en este tipo de redes es recomendable utilizar mecanismos de cifrado en las conexiones, como, por ejemplo, en las redes sin hilos. Las redes punto-a-punto, en contraposicin a las redes de difusin, son aquellas en las que las conexiones son dedicadas entre dos puntos determinados de la red. A pesar de que un enlace punto-a-punto puede parecer poco flexible, en la realidad es el tipo de conexin ms utilizado actualmente, ya que se puede desplegar para formar topologas en estrella, en rbol o en malla de forma muy sencilla. Dependiendo del sentido de la comunicacin que permiten, los enlaces punto-a-punto pueden ser: Simplex. La comunicacin es unidireccional, uno de los dos puntos es siempre el origen, y el otro, el destino. Semidplex(Half-duplex). La comunicacin puede ser bidireccional, pero siempre y cuando los dos puntos de la comunicacin alternen la generacin de trfico, ya que si enviaran al mismo tiempo se provocara una colisin que invalidara ambas transmisiones. Dplex(Full-duplex). El caso ms comn actualmente es cuando el medio est preparado para poder enviar y recibir informacin de forma simultnea sin ningn problema. Hay que sealar que con las comunicaciones bidireccionales la velocidad puede ser igual (conexin simtrica) o diferente dependiendo del sentido de la comunicacin (conexin asimtrica). (1) En ingls, Wide Area Networks (WAN). (2) En ingls, Local Area Networks (LAN). Otras categoras de redes Hay otras categoras de redes, como las redes metropolitanas (Metropolitan Area Network, MAN) o las redes personales (Personal Area Network, PAN), aunque normalmente se las puede incluir dentro de las redes LAN.

22. FUOC PID_00147725 16 Conceptos de redes de computadores 3.3.1. Redes de gran alcance Redes de gran alcance 3 se consideran aquellas que se utilizan en espacios geo- grficos extensos. Generalmente, las WAN se encargan de la interconexin de las LAN, facilitando as la conexin de los usuarios de diferentes localizacio- nes. La transmisin de datos se suele hacer mediante grandes operadoras de comunicaciones con lneas de comunicacin contratadas (leased lines), utilizando infraestructuras que se consideran pblicas (para evitar monopolios). Las conexiones WAN son prcticamente siempre punto-a-punto, exceptuando los enlaces va satlite, que, por el hecho de utilizar el aire como medio de transmisin, son inherentemente medios de difusin. Por su gran extensin, las redes WAN, en general, estn compuestas por topologas en rbol que estn conectadas con topologas en malla, formadas por miles de nodos. 3.3.2. Redes de rea local (3) En ingls, Wide Area Networks (WAN). Por el contrario, en las WAN, las redes de alcance local 4 estn diseadas para tener un alcance ms reducido, que puede oscilar entre unos pocos kilmetros y algunos metros (incluso centmetros). Las tecnologas LAN estn pensadas para conectar usuarios con pocos equipos, edificios empresariales o incluso campus enteros. Normalmente, estas LAN se acaban conectando en WAN; actualmente, esta interconexin masiva de LAN y WAN a escala global se conoce como Internet. (4) En ingls, Local Area Networks (LAN). Clsicamente, las LAN han utilizado un medio de difusin para enviar la informacin, pero desde la aparicin de los conmutadores y otros equipamien- tos ms actuales han pasado, mediante topologas en rbol y en estrella, a ser un conjunto de conexiones punto-a-punto. La excepcin a esta regla vuelven a ser las redes que utilizan el aire como medio de transmisin, las redes sin hilos, que utilizan difusin para enviar la informacin. 3.4. Tecnologas de red La ltima clasificacin del hardware de red hace referencia a las diferentes tecnologas existentes para hacer una red, la lista de tecnologas de red existentes en la actualidad es demasiada extensa para poder listarla; aqu se introducen las tecnologas ms importantes en la actualidad, cuya lista comprende las tecnologas cableadas y las tecnologas sin hilos. Redes sin hilos Hay muchos tipos de redes sin hilos, y no todos pueden ser clasificados como LAN, por ejemplo, el de las redes de telefona mvil.

23. FUOC PID_00147725 17 Conceptos de redes de computadores 3.4.1. Tecnologas de red cableada Dentro de las redes cableadas, la familia de tecnologas por excelencia es Et- hernet (definido en el estndar IEEE 802.3) 5 , que empez como una tecnologa a 10 Mbps con una topologa en bus y medio compartido, y que ha ido evolucionando a una topologa en estrella a 1 Gbps (Gigabit Ethernet) pasando por Fast Ethernet, todava muy utilizado en la actualidad a 100 Mbps. A pesar de empezar siendo una tecnologa limitada a LAN, Ethernet ha evolucionado tanto, gracias a su bajo coste y a su gran aceptacin, que actualmente hay enlaces WAN construidos con esta tecnologa. Por lo que respecta a las topologas basadas en anillo, como Token Ring (IEEE 802.5) y FDDI (definido en el estndar ANSI X3T12), han ido cayendo en de- suso, en relacin con Ethernet, principalmente a causa de su coste ms alto y peor rendimiento. Actualmente, una topologa en anillo muy utilizada es Resilient Packet Ring (IEEE 802.17), una tecnologa para transportar otras tecnologas a travs de anillos de fibra ptica; normalmente se transporta directamente trfico Ethernet y servicios IP. 3.4.2. Tecnologas de red sin hilos Un punto en el que ha habido una gran expansin en los ltimos aos es el relativo a la aparicin de tecnologas de red sin hilos. De este tipo de redes se pueden extraer principalmente dos, las redes de telefona mvil y las redes sin hilos de ms corto alcance. Entre los muchos tipos de redes de telefona mvil que hay se puede mencio- nar el del Global System for Mobile Communications (GSM), que fue de los primeros sistemas que apareci y permite el envo de datos a 9,6 Kbps, para evolucionar al ms actual General Packet Radio Service (GPRS), con un ancho de banda mximo terico de 171,2 Kbps, pero cuyo canal de bajada es efecti- vamente de 64 Kbps y el de subida de 14 Kbps. La ltima implementacin en tecnologas de red mviles es la Universal Mobil Telecommunication Services (UMTS), tambin conocida como el sistema de tercera generacin (3 GR), que, con unos sistemas ms avanzados, es capaz de llegar a velocidades tericas de 21 Mbps, pero con velocidades efectivas de 7,2 Mbps de bajada y 384 Kbps de subida. Con respecto a las redes sin hilos de ms corto alcance, la tecnologa por excelencia usada es la Wireless LAN (WiFi - IEEE 802.11), que inicialmente fue definida con una velocidad de 11 Mbps, pero que con posteriores revisiones del estndar se ha diseado para soportar velocidades de 54 Mbps, con un alcance aproximado de 100 metros. En los ltimos aos, con el fin de reducir el consumo energtico de las comunicaciones sin hilos con equipos de baja potencia, ha aparecido el estndar de facto para la comunicacin de equipos (5) IEEE es la abreviatura del Institu- te of Electronic and Electrical Engi- neers. 10 Gigabit Ethernet Tambin existen modelos de 10 Gigabit Ethernet, pero su implantacin todava est en sus inicios.

24. FUOC PID_00147725 18 Conceptos de redes de computadores pequeos (mviles, PDA...), que es Bluetooth, con una velocidad de 1 Mbps y un alcance aproximado de 10 metros, pero con un consumo energtico muy bajo que lo hace muy atractivo para transferencias de datos cortas. Finalmente, una tecnologa que se queda entre el corto y el largo alcance es WiMAX (IEEE 802.16), una tecnologa sin hilos muy utilizada en la actualidad para dar conectividad a zonas aisladas y de difcil acceso, donde la comunicacin cableada es muy cara. WiMAX tiene una velocidad mxima aproximada de 150 Mbps de bajada y 35 Mbps de subida, con un alcance de unos 70 kilmetros.

25. FUOC PID_00147725 19 Conceptos de redes de computadores 4. Dispositivos de red Las redes de hoy en da funcionan porque hay una serie de dispositivos que son capaces de gestionar tanto la informacin de control y presencia de los nodos de una red como la informacin que dichos nodos se transmiten. Bsicamente, los dispositivos de red son los siguientes: Encaminadoroenrutador 6 . Es un dispositivo de red de nivel 3 del modelo OSI7 . Recoge la informacin del nivel de red (direccin IP) para tomar las decisiones de encaminamiento: escoger el camino o ruta ms adecuada por donde reenviar los datos recibidos. La sucesin de decisiones de diferentes routers posibilita la llegada de la informacin desde su origen hasta el sistema informtico de destino. Concentrador8 . Es un dispositivo de red que permite agrupar un conjunto de dispositivos Ethernet en un mismo segmento de red. Acta en el primer nivel del modelo OSI o nivel fsico, sin entrar por lo tanto a analizar las direcciones MAC de destino. Por ello, todo lo que llega es reenviado indiscriminadamente a todos los ordenadores conectados. Conmutador 9 . Es un dispositivo digital de lgica de interconexin de redes de computadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Su funcin es interconectar dos o ms segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la direccin MAC de destino de las tramas en la red. Los conmutadores se utilizan cuando se desea conectar mltiples redes que se fusionan en una sola. Igual que los puentes, ya que funcionan como un filtro en la red, mejoran el rendimiento y la seguridad de las LAN. Puentedered10 . Es un dispositivo de interconexin de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. ste interconecta dos segmentos de red (o divide una red en segmentos) permitiendo el paso de datos de una red a otra mediante el uso de la direccin fsica de destino de cada paquete. Un bridge conecta dos segmentos de red como una sola red utilizando el mismo protocolo de establecimiento de red. Tarjetadeinterfazdered. Fsicamente es una tarjeta de expansin inser- tada dentro del ordenador con una o ms aberturas externas por donde se conecta el cable de red. En el plano conceptual, la tarjeta de red 11 , tambin llamada adaptador de red, permite la comunicacin entre los diferentes dispositivos conectados entre s y, asimismo, la distribucin de recursos entre dos o ms equipos. Hay diversos tipos de adaptadores en funcin del (6) En ingls, router. (7) OSI es la abreviatura de Open Systems Interconnection (interconexin de sistemas abiertos). Router (8) En ingls, hub. Concentrador (9) En ingls, switch. Conmutador (10) En ingls, bridge. Puente de red

26. FUOC PID_00147725 20 Conceptos de redes de computadores tipo de cableado o arquitectura que se utilice en la red (coaxial fino, coaxial grueso, Token Ring, etc.), pero el ms comn actualmente es el Ether- net, que utiliza una interfaz o conector RJ-45. Cada tarjeta de red tiene un nmero de identificacin nico de 48 bits en hexadecimal, denominado direccin MAC. Estas direcciones de hardware son nicas y estn adminis- tradas por el Institute of Electronic and Electrical Engineers (IEEE). (11) En ingls, network interface card (NIC). Tarjeta de red

27. FUOC PID_00147725 21 Conceptos de redes de computadores 5. Software de red Cuando aparecieron las redes de computadores, los fabricantes hacan el dise- o pensando que todo el proceso de red se hara mediante hardware, y, adems, asuman que los protocolos y los mecanismos a utilizar seran propietarios, sin un sistema estndar, y sin que hubiera un acuerdo conjunto entre los fabricantes para interactuar. De todas formas, a medida que fueron evolucionando las redes, se vio que si no se planteaba algn tipo de estandarizacin, una va comn con el fin de interconectar tecnologas y utilizar mecanismos regulados, los esfuerzos de cada fabricante seran demasiados grandes y la lucha no beneficiara a nadie. Fue entonces cuando algunos fabricantes, como IBM, empezaron a ver que era ms viable pasar una buena parte de la carga de la red al software, mucho ms flexible y barato de producir que el hardware. Por eso apareci lo que se conoce como las arquitecturas de red organizadas por capas, cuyos ejemplos ms importantes son OSI y TCP/IP 12 . Ejemplo de arquitectura de red con cuatro capas (12) TCP/IP es la abreviatura de Transmission Control Protocol/In- ternet Protocol.

28. FUOC PID_00147725 22 Conceptos de redes de computadores 5.1. Arquitectura de la red: diseo por capas Histricamente, las primeras redes se disearon teniendo slo en cuenta el hardware de las comunicaciones. Esta estrategia no tuvo mucho futuro y las redes evolucionaron hacia una combinacin de software de red muy estructu- rado y hardware genrico. Para reducir la complejidad del diseo, las redes estn organizadas en una serie de capas, situadas unas encima de otras. El nmero de capas, el nombre de cada una de ellas, su contenido y sus funciones difieren de un tipo de red a otro. En todas las redes, el objetivo de cada capa es ofrecer determinados servicios a las capas superiores, ocultndoles a stas los detalles de cmo estn implementados los servicios que se ofrecen. La capa de nivel N de un ordenador mantiene comunicacin con la capa de nivel N de otro ordenador. Las reglas y convenciones usadas en la capa de nivel N se denominan protocolos. Bsicamente, un protocolo es un acuerdo entre las partes de la comunicacin sobre cmo se realiza sta. En la siguiente figura se muestra una pila de protocolos: las entidades que utilizan las correspondientes capas en los diferentes ordenadores se llaman pares (peers). En otras palabras, los pares se comunican usando un protocolo. En la realidad, la informacin no se transfiere directamente de una capa N de una mquina a la capa N de otra mquina. Cada capa pasa la informacin y el control de sta a la capa inmediatamente inferior, y as sucesivamente hasta llegar a la ltima capa. Esta ltima capa se denomina capa fsica, y es en ella

29. FUOC PID_00147725 23 Conceptos de redes de computadores donde se produce la comunicacin real. En la figura anterior, la comunicacin virtual (capa N con capa N) se muestra en lneas punteadas, y la comunicacin fsica o real en la capa fsica. Entre cada par de capas adyacentes existe una interfaz. La interfaz define las operaciones primitivas y los servicios que la capa inferior ofrece a la capa superior. Cada capa ofrece una coleccin de funciones perfectamente definidas. Por ello, es muy sencillo reemplazar la implementacin de una capa por otra capa con diferente implementacin (si queremos cambiar el medio de transmisin de la informacin, slo hay que cambiar la capa de nivel 1, por ejemplo, las lneas telefnicas por canales por satlite, manteniendo el resto intacto). El conjunto de capas y protocolos se denomina arquitectura de la red. La lista de protocolos, un protocolo por capa, se llama la pila de protocolos. Para explicar las comunicaciones multicapa, observemos la siguiente figura.

30. FUOC PID_00147725 24 Conceptos de redes de computadores Imaginemos que tenemos dos filsofos (procesos pares (peer), capa 3). Un filsofo habla urdu e ingls, y el otro, chino y francs. Como no hablan ninguna lengua en comn necesitan un traductor (capa 2), y cada traductor se pone en contacto con su secretaria (capa 1) para enviar la informacin remotamente al otro filsofo. El filsofo 1 quiere enviar un mensaje al filsofo 2. As pues, pasa el mensaje en ingls a travs de la interfaz 2/3 a su traductor, que traduce el mensaje en una lengua neutral (neerlands). La eleccin de la lengua de la capa 2 es la misma en las dos entidades remotas. Despus, el traductor pasa el mensaje a la secretaria para que sta lo transmita va fax (capa 1) a la otra secretaria. Cuando el mensaje llega a la secretaria remota, sta lo pasa al traductor remoto (capa 2), y traduce el mensaje al francs para pasarlo finalmente al filsofo remoto. Hay que tener en cuenta que cada protocolo es independiente de los otros en la pila de protocolos, y que podemos cambiar un protocolo por otro mientras las interfaces no cambien. Por ejemplo, la secretaria podra optar por transmitir los mensajes por fax o enviarlos por correo postal, telfono o correo electrnico, slo cambiando la capa 1 sin cambiar la interfaz 2/1. Observemos la siguiente figura. Consideremos que se produce la comunicacin de la capa superior. Un mensaje M es producido por un programa (o proceso) que funciona en la capa de nivel 5. La capa 5 enva el mensaje M a la capa 4. La capa 4 pone la cabecera antes del mensaje para identificar el mensaje y le pasa el resultado a la capa 3. La cabecera incluye el control de la informacin, como los contadores de control de secuencia, para permitir que la capa 4 de la mquina destino reciba los mensajes en el orden correcto, ya que las capas inferiores no tienen ninguna obligacin de mantener la secuencia. En las otras capas, las cabeceras mantienen tamaos, tiempos y otros campos de control. En muchas redes no existe lmite en el tamao de los mensajes transmitidos en la capa de nivel 4, pero muchas veces el protocolo de nivel 3 s que impone restricciones. Consecuentemente, la capa 3 tiene que partir el mensaje que le

31. FUOC PID_00147725 25 Conceptos de redes de computadores enva la capa superior en varias unidades menores, denominadas paquetes; la capa de nivel 3 introduce una cabecera de nivel 3 en cada paquete. En este ejemplo, M queda dividido en dos partes, M1 y M2. La capa de nivel 3 decide qu lnea de salida transmitir los paquetes a la capa de nivel 2. La capa de nivel 2 aade una cabecera a cada trozo y ofrece el resultado a la capa de nivel 1 (fsica) para su transmisin. En el ordenador que recibe la informacin se enva el mensaje a la capa superior, capa por capa, con las cabeceras que se van eliminando a medida que se progresa de forma ascendente de capa en capa. 5.2. Consideraciones de diseo El nivel por capas se da una forma estructurada de disear y abstraer las tareas necesarias con el fin de enviar informacin a travs de la red, pero cuando se disea una arquitectura de red hay muchos ms factores, aparte de las capas, que se tienen que considerar. Los siguientes son los ms relevantes: 1)Identificacin: cada nodo de la red se tiene que poder identificar de forma nica con el fin de identificar a sus interlocutores. 2)Encaminamiento: los nodos de la red han de tener mecanismos que permitan enviar la informacin a cualquier interlocutor de la misma red. 3)Controldeerrores: una de las partes ms importantes de cualquier comunicacin es garantizar que, cuando la informacin llegue al otro nodo, lo haga sin errores. Hay que sealar que los medios de transmisin no siempre son fiables, por lo que se tiene que decidir cul o cules capas verificarn errores y cmo lo harn.

32. FUOC PID_00147725 26 Conceptos de redes de computadores 4)Modosdetransferencia: qu soporte tendr el protocolo para el envo de informacin, si se puede enviar informacin en modo full duplex, half duplex o simplex. Y, caso de que sea necesario, si habr algn tipo de priorizacin en el envo. 5)Controldecongestin: dado que las velocidades de transmisin de una red no siempre son homogneas y que a veces habr enlaces con ms carga que otros, cualquier protocolo tiene que considerar la posibilidad de que se tenga que disminuir la velocidad a la que se envan los datos, o bien, en el caso de que algn paquete no llegue al destino, de que se tenga que reenviar de forma transparente al usuario. 6)Tamaodelospaquetes: como ya hemos visto anteriormente, enviar mensajes muy grandes no siempre es posible, por lo que se tiene que decidir qu tamao mximo podrn tener los paquetes que se envan a la red.

33. FUOC PID_00147725 27 Conceptos de redes de computadores 6. Jerarqua de protocolos y cabecera Cada capa necesita un mecanismo para identificar al emisor y el receptor. Una red tiene diversos nodos y en cada uno de ellos se ejecutan mltiples procesos. Cada proceso tiene que saber con quin se quiere comunicar, teniendo en cuenta que los destinos pueden ser diversos. De esta manera se hace necesaria una forma de direccionamiento que nos permita determinar un destino especfico. Otra caracterstica del diseo de un protocolo es si los datos slo viajan en un solo sentido (comunicacin simplex) o lo hacen en las dos direcciones, pero no simultneamente (comunicacin half duplex), o viajan en las dos direcciones simultneamente (comunicacin full duplex). El protocolo tiene que determinar cuntos canales lgicos tiene que gestionar, y las prioridades de estos canales. Muchas redes permiten como mucho dos canales lgicos, un canal para datos normales y un canal para datos urgentes. El control de los errores es otro aspecto importante, ya que los enlaces de comunicaciones fsicos no son perfectos. Determinados cdigos de deteccin y correccin de errores se utilizan, y los ordenadores que se comunican se tienen que poner de acuerdo en la utilizacin de un cdigo corrector/detector con- creto. Adems, el receptor de la informacin tiene que comunicar al emisor de los mensajes que se han recibido o no correctamente. No todos los canales de comunicacin preservan el orden de envo de los mensajes. Para solucionar la posible prdida de la secuencia de los mensajes, el protocolo tiene que gestionar los diferentes trozos de informacin en una memoria (buffer) para finalmente ordenarlos correctamente. Otro aspecto que se tiene en cuenta es el de cuando un emisor transmite informacin muy rpidamente hacia un receptor lento. Muchas soluciones utilizan una tcnica que consiste en que el receptor enve una seal al emisor indicndole su problemtica. Otras soluciones limitan la velocidad del emisor cuando supera un cierto umbral. Otro problema es que determinados niveles acepten mensajes de una longitud que supere un cierto lmite. Por eso se utilizan mecanismos para desensamblar, transmitir y reensamblar mensajes. A veces, el canal fsico de transmisin es compartido por muchas conexiones que intentan transmitir a la vez sobre un mismo enlace. En este caso, la multi- plexacin y desmultiplexacin de la capa fsica nos permite transmitir mucha informacin sobre pocos circuitos fsicos.

34. FUOC PID_00147725 28 Conceptos de redes de computadores Cuando existen mltiples caminos entre el origen y el destino se tiene que elegir una ruta. Esta decisin se toma muchas veces entre dos o ms capas.

35. FUOC PID_00147725 29 Conceptos de redes de computadores 7. Interfaces y servicios La funcin de cada capa es proporcionar servicios a la capa superior. En este apartado estudiaremos con ms detalle lo que se denominan servicios. Los elementos activos de cada capa se llaman entidades (entities). Cada entidad puede ser una entidad de software (como un proceso) o de hardware (como un dispositivo inteligente de entrada-salida). Las entidades de la misma capa de diferentes mquinas se llaman peer entities. La capa N puede usar los servicios de la capa N - 1 para proporcionar su propio servicio. Una capa puede ofrecer mltiples clases de servicios, por ejemplo, comunicaciones caras y rpidas, o comunicaciones lentas y baratas. Los servicios estn disponibles en los Service Access Point (SAP). El SAP de la capa N son los lugares en los que la capa N + 1 puede acceder a los servicios ofrecidos. Cada SAP tiene una direccin nica que lo identifica. Para hacer este punto ms claro, el SAP en el sistema de telefona son los conectores a los que se conectan los aparatos de telfono, y la direccin SAP es el nmero de telfono de este conector. En el sistema postal, la direccin SAP es el nombre de la calle y el nmero de la vivienda. Para enviar una carta postal, tienes que conocer la direccin SAP. A fin de que dos capas se intercambien informacin, se tienen que definir una serie de normas sobre la interfaz. En una interfaz tpica, la entidad de la capa N + 1 pasa una Interface Data Unit (IDU) hacia la entidad de la capa N a travs del SAP tal como se muestra en la siguiente figura. La IDU consiste en un Service Data Unit (SDU) y determinada informacin de control (Interface Control Information). La SDU es la informacin pasada a travs de la red hacia la peer entity y subida despus hacia la capa remota N + 1. La informacin de control se necesita para ayudar a la capa inferior a realizar su trabajo (por ejemplo, indicar el nmero de bytes del SDU), pero no forma parte de la informacin pura. Para transmitir la SDU, la entidad de la capa N tiene que fragmentar sta en varios trozos, a cada uno de los cuales se asigna una cabecera, que se envan como un Protocol Data Unit (PDU) o paquete. A travs de las cabeceras de la PDU, la peer entity identifica qu PDU contienen datos y cules contienen informacin de control, proporcionando nmeros de secuencia y contadores.

36. FUOC PID_00147725 30 Conceptos de redes de computadores Las capas pueden ofrecer dos tipos diferentes de servicios a las capas superiores: conexiones orientadas y no orientadas a conexin. Un servicio orientado a conexin se modela como un sistema de telefona: para hablar con alguien, primero tenemos que marcar el nmero de telfono, despus, hablar, y, finalmente, colgar el telfono. As, inicialmente se produce un establecimiento de conexin, despus se utiliza la conexin para hablar y transmitir informacin, y, finalmente, se cierra la conexin. Esta conexin acta como un tubo: el emisor enva objetos o bits hacia el receptor, y el receptor los coge en el mismo orden en que le son enviados. Un servicio no orientado a conexin se modela como un sistema postal. Cada mensaje o carta postal lleva la direccin completa del destinatario, y cada carta la enva el sistema independientemente de las otras cartas. Normalmente, de dos mensajes que se envan al mismo destino, el primero que se enve ser el primero que se recibir. Tambin es posible que el enviado en primer lugar sufra algn retardo y que el enviado en segundo lugar llegue antes que el que se envi primero. En una conexin orientada a conexin eso es imposible. Cada servicio est caracterizado por lo que se denomina calidad de servicio. Muchos servicios son fiables en el sentido de que nunca pierden informacin. Normalmente, un servicio fiable se implementa mediante el envo de reconocimientos por parte del receptor de cada mensaje, y as el emisor sabe que el mensaje se ha recibido correctamente. El proceso de reconocimientos (ACK) introduce overhead (informacin de control redundante, no informacin til) y un cierto retardo, cosa que normalmente no es deseable en trminos de rendimiento de la red. La tpica situacin en la que se utiliza un servicio fiable orientado a conexin es la transmisin de ficheros. El usuario del servicio desea que los bits del fichero lleguen en el orden en que fueron emitidos, y que lleguen todos los bits del fichero. Para muchas aplicaciones, los retardos de los reconocimientos son inacepta- bles. Por ejemplo, en el caso del trfico de voz digitalizada. Para los usuarios del telfono es preferible or por el auricular un poco de ruido de la lnea o una palabra mal entendida de vez en cuando, que soportar que se produzca

37. FUOC PID_00147725 31 Conceptos de redes de computadores un retardo en la espera del reconocimiento. Tambin cuando se transmite una pelcula de vdeo es preferible tener varios puntos (pxeles) incorrectos (que en la prctica casi no son ningn problema) que tener que ver la pelcula con paradas para corregir los errores (es muy irritante). Las conexiones no fiables (con la no utilizacin del mecanismo de reconocimiento) y las no orientadas a conexin se llaman servicio de datagrama (por ejemplo, el envo de e-mails). Tambin en algunas situaciones es conveniente no tener que establecer una conexin para enviar un mensaje corto, pero en el que la fiabilidad tiene que ser esencial. Por eso se utilizan los servicios no orientados a conexin con reconocimiento (ACK). Por ejemplo, cuando se enva un e-mail, el receptor del correo electrnico, cuando lo ha recibido, le devuelve un e-mail al emisor para indicarle que lo ha recibido. Otro tipo de servicio es el request-reply-service: el emisor transmite un datagrama simple que contiene la peticin. La respuesta contiene tanto la pregunta como la respuesta. Un servicio se especifica formalmente con un conjunto de primitivas (operaciones) de las que el usuario u otra entidad puede disponer para acceder al servicio. Esas primitivas mandan realizar al servicio alguna accin o devolver el resultado de una accin de la entidad par (peer entity). La siguiente tabla nos muestra las maneras de clasificar las primitivas del servicio: Primitiva Significado Request Una entidad quiere que el servicio realice alguna cosa. Indication Una entidad es informada de algn evento. Response Una entidad quiere responder a algn evento. Confirm La respuesta a la ltima peticin se confirma.

38. FUOC PID_00147725 32 Conceptos de redes de computadores Consideremos cmo se establece y se libera una conexin. La entidad que establece la conexin realiza una CONNECT.request y el receptor recibe la CONNECT.indication anunciando que una entidad se quiere conectar al receptor. La entidad que recibe la CONNECT.indication utiliza la CONNECT.response para comunicar que acepta o rechaza la conexin propuesta. La entidad que realiza la peticin de conectar recibe la aceptacin o el rechazo de su conexin a partir de la primitiva CONNECT.confirm. Cada primitiva puede llevar parmetros o no. Por ejemplo, la primitiva CONNECT.request tiene que especificar la direccin de la mquina a la que se quiere conectar, el tipo de servicio deseado y la longitud mxima del mensaje a utilizar durante la conexin. Los parmetros de la CONNECT.indication tienen que contener la identidad de quien realiza la llamada, el tipo de servicio deseado y la longitud mxima del mensaje propuesta. Si la entidad llamada no acepta la longitud mxima del mensaje propuesta, puede realizar con la primitiva response una nueva propuesta sobre la longitud del mensaje. Los detalles de cada negociacin forman parte de cada protocolo. Los servicios pueden ser confirmados o no ser confirmados. En un servicio confirmado estn las primitivas request, indication, response, confirm. En un servicio no confirmado slo estn las primitivas request e indication. El servicio CONNECT slo se utiliza en los servicios confirmados porque la entidad remota tiene que dar el visto bueno al establecimiento de la conexin. Las ocho primitivas de un servicio orientado a conexin son las siguientes: 1) CONNECT.request: pedir el establecimiento de la conexin. 2) CONNECT.indication: indicar a la parte solicitada un establecimiento de conexin. 3) CONNECT.response: utilizado por la parte solicitada para aceptar/rechazar la conexin o llamada. 4)CONNECT.confirm: indicar al que la ha solicitado si la conexin o la peticin ha sido aceptada. 5) DATA.request: indicar que se enva la informacin. 6) DATA.indication: indicar la llegada de la informacin. 7) DISCONNECT.request: indicar que la conexin se ha cerrado. 8) DISCONNECT.indication: indicar a la otra entidad el cierre de la conexin.

39. FUOC PID_00147725 33 Conceptos de redes de computadores En este ejemplo, el servicio CONNECT es confirmado, mientras que el servicio DISCONNECT es no confirmado. La siguiente figura muestra la misma secuencia antes descrita. Cada paso incluye una interaccin entre dos capas de una de las computadoras. Cada peticin o respuesta provoca una indicacin o confirmacin en la otra parte. El usuario del servicio est en la capa N + 1, y la capa N es la capa que ofrece el servicio. Los protocolos y los servicios son dos conceptos distintos, aunque en general se suelen confundir. Un servicio es un conjunto de primitivas (operaciones) que una capa proporciona a la capa superior. El servicio define qu operaciones es capaz de ofrecer la capa, pero no dice nada de cmo estn implementadas estas operaciones. Un servicio es una interfaz entre dos capas, siendo la capa de nivel inferior la que proporciona el servicio, y la capa de nivel superior la que lo utiliza. Un protocolo es un conjunto de normas que gobiernan el formato y el significado de las tramas, paquetes o mensajes que se intercambian las entidades dentro de una misma capa. Las entidades utilizan los protocolos para imple- mentar las definiciones del servicio. Un servicio sera como un tipo abstracto de datos o un objeto en los lenguajes de programacin. Define las operaciones que se pueden realizar sobre el objeto pero no especifica cmo se implementan las operaciones. Un protocolo relata cmo se implementa el servicio y, si es posible, cmo hacer que no sea visible para el usuario del servicio. 7.1. Tipo de conexin de servicios Cada servicio establece una conexin con el servicio anlogo del equipo de destino; dependiendo de cmo se gestione esta conexin entre servicios, un servicio puede ser orientado a conexin o no orientado a conexin.

40. FUOC PID_00147725 34 Conceptos de redes de computadores El servicio orientado a conexin previo al envo de informacin se establece una conexin, que se libera cuando la transferencia acaba. No hay que confundir un servicio orientado a conexin con la conmutacin de circuitos vis- ta anteriormente; en el servicio orientado a conexin no se realiza ninguna reserva de recursos, sino una estructura de datos que mantiene el estado de la conexin. El hecho de que un protocolo sea orientado a conexin implica que la informacin tiene que llegar ordenada y sin errores. El hecho de mantener la conexin implica que ambos extremos son conocidos y, por lo tanto, no es necesario indicar qu destino tiene la comunicacin. Este paso se realiza durante el establecimiento de la conexin. Protocolo orientado a conexin El ejemplo por excelencia de un protocolo orientado a conexin es el TCP. Por su parte, los servicios no orientados a conexin no precisan ni asumen ninguna conexin previa entre los dos interlocutores; de esta manera, la informacin se separa en paquetes (denominados datagramas en este tipo de servicios) y se enva a la red sin conocer el camino que seguirn los paquetes, ni saber si llegarn a su destino, ni siquiera en qu orden lo harn, cada datagrama se enva de forma autnoma e independiente del resto. Por lo tanto, para poder enviar un datagrama con un protocolo no orientado a conexin, el datagrama tiene que tener la direccin destino, y los elementos intermedios de la red tienen que tener informacin de cmo hacer llegar la informacin dependiendo del destino de cada datagrama recibido. Servicios no orientados a conexin El ejemplo por excelencia de servicios no orientados a conexin es IP. Curiosamente, HTTP es tambin un protocolo no orientado a conexin.

41. FUOC PID_00147725 35 Conceptos de redes de computadores 8. Modelos de referencia Las dos arquitecturas de red ms conocidas hoy en da son la Open Systems Interconnection (OSI), utilizada como modelo terico, y la Transmission Con- trol Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), cuyo xito en el mundo de las redes ha sido enorme. 8.1. Necesidad de estandarizacin Los primeros ordenadores realizaban trabajos concretos, ubicados en lugares cerrados y aislados. Cada fabricante venda su sistema de comunicaciones in- tegral a las empresas, encargndose de todos los aspectos relacionados con la red (equipos, software, cableado, etc.). Cuando una empresa necesitaba alguna ampliacin y/o modificacin, slo poda contar con un nico interlocutor para proporcionarle los servicios necesarios. Eso acarreaba varios problemas, tales como: Los costes eran elevados, ya que los adaptadores eran a medida. Nula interoperabilidad, ya que resultaba imposible interconectar unos sistemas con otros, a causa de la falta de compatibilidad entre dispositivos. Cuando se elega un suministrador era para siempre. Con estas limitaciones, a partir de los aos ochenta empezaron a aparecer organizaciones que construan equipos para interconectar redes y pasarelas entre ordenadores de diferentes fabricantes. Podemos destacar los siguientes hitos: 1) Tres empresas, DEC, INTEL y XEROX (Consorcio DIX), se pusieron de acuerdo para crear un primer estndar para redes de rea local para la red ETHER- NET. En 1982, DIX distribuy la versin II de Ethernet, que es la versin estndar para TCP/IP. 2) El comit 802.3 de IEEE recogi la versin de DIX y empez a trabajar en una trama Ethernet mejorada. La red Ethernet tena un coste bajo y altas prestaciones, junto con una sencillez de operacin. 3) El sistema operativo UNIX, creado por BELL Laboratories, empez a popu- larizarse, y diversas organizaciones (empresas y universidades) lo implemen- taron en sus sistemas (BSD-UNIX de Berkeley, Xenix, SUNOS, HP-UX, etc.). sta fue la principal causa de la extensin de TCP/IP, dado que estaba incluido en su kernel.

42. FUOC PID_00147725 36 Conceptos de redes de computadores 4) Creacin de un modelo de referencia OSI de ISO. Estos hechos provocaron que los sistemas que hasta este momento ofrecan una arquitectura cerrada pasaran a una arquitectura abierta y que las redes empezaran a ser compatibles. Se empezaron a estandarizar componentes y funcionalidades de cada nivel ar- quitectural para poder intercomunicar los sistemas heterogneos. La informacin de los estndares se hace pblica, hecho que no pasaba con los sistemas propietarios. Se crean frums externos a los organismos que pueden llegar a forzar a stos a decidirse por uno u otro estndar (ATM Forum, Forum Gigabit Ethernet, Forum ADSL, etc.). La existencia de estndares tiene las siguientes ventajas y desventajas, que se muestran en la tabla siguiente. Ventajas Desventajas Estimula la competitividad entre los fabricantes Evita monopolios Baja los precios Flexibilidad de instalar equipos Heterogeneidad de fabricantes Tardanza al aprobarse Los fabricantes crean equipos en condiciones propietarias Los intereses de los fabricantes y los organismos no siempre son los mismos Posibilidad de acuerdos ms polticos y comerciales que tcnicos Los fabricantes son los que desarrollan ms I+D, lo cual provoca que los organismos tengan que definirse Muchos organismos pueden afectar a la estandarizacin, ya que se puede llegar a clasificar geogrficamente, por industria, etc. 8.2. El modelo de referencia OSI Entre los diferentes modelos propuestos por las diferentes organizaciones internacionales de normalizacin en la dcada de los ochenta, destaca una arquitectura de redes de ordenadores basada en niveles, el modelo OSI, definido por la Organizacin Internacional de Estndares (ISO, International Organi- zation for Standardization). A finales de los setenta, la ISO fue definiendo la arquitectura de redes OSI con el fin de promover la creacin de una serie de estndares que especificaran un conjunto de protocolos independientes de cualquier fabricante. Pretenda establecer las normas y estndares para que el software y los dispositivos de diferentes fabricantes pudieran funcionar juntos. Perjuicios econmicos Hay importantes ganancias econmicas para las empresas que han desarrollado un sistema y ste se convierte en estndar. No obstante, ello puede provocar que otras empresas salgan perjudicadas.

43. FUOC PID_00147725 37 Conceptos de redes de computadores Adems de facilitar las comunicaciones entre sistemas diferentes, la ISO pretenda con OSI impedir que ninguna de las arquitecturas de fabricante existentes adquiriera una posicin hegemnica, especialmente la SNA 13 de IBM. Seguramente, la aportacin ms importante de la iniciativa OSI ha sido preci- samente la definicin terica de su modelo arquitectnico. sta ha servido como marco de referencia para describir y estudiar redes reales. Por este motivo, a la arquitectura OSI se la denomina generalmente modelo de referencia OSI. El modelo OSI est compuesto por niveles o capas, y en cada nivel se agrupan una serie de funciones o protocolos necesarios para comunicar sistemas. Los principios que se aplicaron para establecer estos siete niveles fueron los siguientes: 1) Una capa se crear en situaciones donde se necesite un nivel diferente de abstraccin. 2) Cada capa tendr que realizar una funcin bien definida. 3) Los problemas se resuelven en una capa concreta sin afectar al resto de las capas. 4) Cada capa se basa en los servicios de la capa inmediatamente inferior. 5) Cada capa ofrecer servicios a las capas superiores sin que stas sepan cmo se realizan los servicios. 6) La funcin que realizar cada capa se tendr que seleccionar con la intencin de definir protocolos normalizados internacionalmente. 7) Los lmites de las capas se habrn de seleccionar teniendo en cuenta la necesidad de minimizar la cantidad de informacin que se tiene que pasar entre capas. La frontera entre capas tiene que ser la ms sencilla posible. 8) El nmero de capas tiene que ser lo bastante grande para que funciones diferentes no tengan que ponerse juntas en la misma capa. Tambin tendr que ser lo bastante pequeo para que su arquitectura no sea difcil de manejar. Las capas son las que se muestran en la figura siguiente. (13) SNA es la abreviatura de System Network Architecture.

44. FUOC PID_00147725 38 Conceptos de redes de computadores Las capas se pueden agrupar en dos subconjuntos convenientemente diferen- ciados: Capasinferiores. Son proveedoras de servicios de transporte de las capas superiores. Tratan problemas tales como errores del sistema de transmisin, bsqueda de rutas ptimas, etc. Capassuperiores. Su misin es dar servicios al usuario del sistema de comunicaciones. Confan en las prestaciones de los niveles inferiores. El objetivo del modelo es el desarrollo de protocolos para desarrollar redes internacionales. Algunos protocolos se desarrollaron, pero otros, en cambio, se dejaron de lado en favor de Internet (TCP/IP). 8.2.1. Proceso de encapsulacin y desencapsulacin El modelo OSI describe cmo se desplaza la informacin desde los programas de aplicacin de diferentes ordenadores en un medio de la red. Cada capa realiza dos procesos de comunicacin: Comunicacinhorizontal. Comunicacin con su capa de igual nivel del otro sistema, que recibe el nombre de protocolo. Comunicacinvertical. Comunicacin con sus niveles inmediatamente superior e inferior, que recibe el nombre de primitivas de servicio. Nota Hay que sealar la sospecho- sa coincidencia del nmero de capas de OSI con el de SNA, la arquitectura de red para grandes sistemas de IBM, que estaba en pleno apogeo en el momento en que se defini OSI.

45. FUOC PID_00147725 39 Conceptos de redes de computadores Cuando un usuario necesita transmitir datos a un destino, el sistema de red va aadiendo informacin de control (cabeceras) para cada uno de los servicios que utilizar la red para ejecutar la orden de transmisin. 8.3. Modelo TCP/IP En el modelo TCP/IP 14 se pueden distinguir cuatro capas: La capa interfaz de red. La capa de red o Internet. La capa de transporte. La capa de aplicacin. (14) TCP/IP es la abreviatura de Transmission Control Protocol/In- ternet Protocol.

46. FUOC PID_00147725 40 Conceptos de redes de computadores Pasemos a describirlas brevemente. La comparacin de los modelos arquitectnicos de OSI y TCP/IP es la siguiente.

47. FUOC PID_00147725 41 Conceptos de redes de computadores El modelo OSI tiene siete capas, mientras que el modelo TCP/IP slo tiene cuatro. Las capas de transporte y de Internet coinciden plenamente con los niveles 3 y 4 de la torre OSI. La capa de aplicacin engloba los niveles 5, 6 y 7 de OSI (sesin, representacin y aplicacin). La capa interfaz de red incluye los niveles fsico y enlace de la torre OSI. 8.3.1. Encapsulacin de la informacin en el modelo TCP/IP El funcionamiento del modelo OSI con la encapsulacin de los datos se puede observar en la siguiente figura. Los datos de informacin del nivel aplicacin son encapsulados en la capa de transporte, donde se le aade la cabecera del protocolo TCP, conformando la unidad de informacin denominada segmento. Cuando se enva el segmento al nivel de red, queda encapsulado dentro de la cabecera del protocolo IP donde se indican las direcciones IP de la unidad de informacin llamada paquete en este nivel. Este paquete es enviado a la tarjeta de red y all es encapsulado segn las normas del protocolo del nivel de enlace. Normalmente aade una cabecera del protocolo de enlace al principio del paquete. En muchos proto-

48. FUOC PID_00147725 42 Conceptos de redes de computadores colos tambin se aade una cola de datos que sirve para la deteccin de errores al final del paquete. La unidad de informacin aqu recibe el nombre de trama. Finalmente, los datos son enviados por el medio de transmisin en forma de impulsos electromagnticos o bits. 8.4. Modelo OSI comparado con modelo TCP/IP El modelo OSI, de orientacin ms acadmica, es ms coherente y modular y est menos condicionado por cualquier protocolo en particular. Por ello se utiliza principalmente como modelo de referencia para describir otros tipos de arquitecturas, como la TCP/IP (el modelo TCP/IP nunca se utiliza para describir otras arquitecturas que no sean la suya propia). El modelo OSI hace una distincin muy clara entre servicios, interfaces y protocolos, conceptos que a menudo se confunden en el modelo TCP/IP. El modelo OSI nunca ha pasado de ser un bonito desarrollo terico, aunque la mayora de los grandes fabricantes de ordenadores y compaas telefnicas impulsaron su utilizacin ofreciendo productos y servicios basados en l. Las razones principales que motivaron este fenmeno se resumen como sigue: OSI apareci tarde. Como todo estndar, se tardaron aos en definir una arquitectura de capas con funcionalidades y servicios perfectamente defi- nidos. Este retraso motiv que OSI fuera adelantado por TCP/IP, que en aquella poca ya se utilizaba profusamente. OSI, al inspirarse en SNA de I retraso BM, que es una arquitectura compleja, es muy complicado y muchas veces repite en diferentes capas las mis- mas funciones. El nacimiento de TCP/IP fue a la inversa: primero se espe- cificaron los protocolos, y despus se defini el modelo como una simple descripcin de los protocolos ya existentes. Por este motivo, el modelo TCP/IP es ms simple que el OSI. Los productos comerciales que se basaron en OSI eran malos y caros. La poca demanda obligaba a las empresas desarrolladoras a fijar altos precios con el fin de recuperar sus costossimas inversiones. En contraste, TCP/IP fue rpidamente incorporado al UNIX de Berkeley donde funcionaba bastante bien, y todo eso a un precio sensiblemente menor: era gratuito! Mientras que TCP/IP era visto como parte de UNIX, es decir, una cosa que realmente funcionaba y estaba al margen de toda sospecha de parcialidad, OSI era considerado un invento de la Administracin para controlar las telecomunicaciones (un engendro poltico-burocrtico).

49. FUOC PID_00147725 43 Conceptos de redes de computadores Por todo eso, TCP/IP se convirti en el lder mundial absoluto en interconexin de redes. No obstante, TCP/IP tampoco se libr de la crtica. Por una parte, no distingue conceptos tan importantes como servicio, interfaz y protocolo. En segundo lugar, el modelo TCP/IP no es ningn modelo, es decir, su utilizacin como esquema de referencia resulta bastante intil en el estudio de otras arquitecturas. En tercer lugar, en el modelo TCP/IP la capa ordenador principal-red es ms bien una interfaz que una capa, ya que la nica cosa que se especifica de ella es que tiene que ser capaz de transmitir paquetes IP. Difusin de TCP/IP y del modelo OSI Hoy en da, la difusin de TCP/ IP por toda Europa es completa, mientras que los servicios basados en protocolos OSI han desaparecido prcticamente.

50. FUOC PID_00147725 44 Conceptos de redes de computadores 9. Breve historia de las comunicaciones La dcada de los sesenta vio la aparicin de los primeros ordenadores comerciales. Eran grandes, caros y poco potentes. Slo los podan comprar organismos oficiales, grandes empresas o universidades, y lo ms normal era que slo compraran uno (o algunos, pero no uno para cada usuario, como hoy estamos acostumbrados a ver). Por eso, estos ordenadores tenan sistemas operativos multitarea y multiusuario, para que diferentes usuarios, haciendo diferentes trabajos, los pudieran utilizar simultneamente. El acceso a estos ordenadores se haca mediante terminales sin ninguna capacidad de proceso, pasivos. No tard mucho en aparecer la necesidad de poder alejar los terminales de la unidad central para conectarse, por ejemplo, desde casa o desde una delega- cin al ordenador principal. Para poder hacer este acceso remoto, la primera solucin que aportaron los ingenieros informticos de la poca fue utilizar la red telefnica que, por su ubicuidad, les evitaba tener que generar ninguna infraestructura nueva. Slo haca falta un aparato que adaptara los bits a la red 15 . Estos aparatos son los mdems. Los primeros mdems eran de 300 bps y generaban dos tonos diferentes: uno para el 1 lgico y otro para el 0. Actualmente, van a 56.000 bps, que es el m- ximo que permite la actual red telefnica convencional. Los mdems no slo servan para poder alejar los terminales pasivos de los ordenadores principales, tambin permitan interconectar ordenadores entre s, de manera que desde los terminales de uno se poda acceder a los de otro y viceversa. La tecnologa de conmutacin de circuitos se desarroll originalmente para las comunicaciones telefnicas, y una de sus caractersticas fundamentales era la ocupacin en exclusiva de los recursos mientras duraba la conexin, cosa que, como ya hemos visto, justificaba la tarificacin por tiempo. Pero las comunicaciones informticas no son cortas, intensas y espordicas como las de voz. Al conectar un terminal a un ordenador principal mediante dos mdems, no se pasan datos durante todo el rato que dura la conexin: puede haber largos perodos de tiempo en los que no pase ningn bit y ratos en los que haya un intercambio de datos intenso, aunque, desde luego, a una velocidad de transmisin mucho ms baja que la que se puede mantener entre el terminal y el ordenador conectados directamente. Las facturas telefnicas empezaron a ser astronmicas, y desproporcionadas, respecto del uso real de la red. Perodos en la historia de Internet Internet es, como tantas otras tecnologas innovadoras, un invento militar. Naci del inters del ejrcito norteamericano en los aos sesenta por conseguir comunicaciones (15) Recordad que la red telefnica slo deja pasar sonidos entre unos mrgenes de frecuencia. Mdems de los aos ochenta

51. FUOC PID_00147725 45 Conceptos de redes de computadores fiables y descentralizadas. Es decir, para evitar que un misil bien dirigido pudiera hacer saltar por los aires un centro vital de comunicaciones. Se pueden establecer cuatro perodos clave en la historia de Internet: Primer perodo: 1957-1970. Nacimiento de Internet. Segundo perodo: 1970-1990. Del Ejrcito a la Universidad. Tercer perodo: 1990-1995. Expansin fuera de los mbitos militares y universitarios. Cuarto perodo: 1996-Actualidad. Multimedia y cientos de millones de usuarios. Primer perodo: 1957-1970. Nacimiento de Internet Dentro del primer perodo de la historia de Internet podemos destacar los siguientes acontecimientos: 1945: Publicacin de la primera referencia a una red electrnica similar a Internet: Memex, citado en el artculo As We May Think, de Vannevar Bush (director de la Oficina de Investigacin Cientfica y Desarrollo norteamericana). 1957: Durante la guerra fra, la Unin Sovitica lanza el Sputnik, el primer satlite artificial de comunicaciones. En respuesta a este hecho, Estados Unidos crea el AR- PA 16 , en el seno del Departamento de Defensa estadounidense. 1961: Leonard Kleinrock (MIT) publica el primer artculo sobre la teora de conmutacin de paquetes. 1962: Licklider (MIT) lanza la idea de la Galactic Network, una red interconectada globalmente a travs de la que cualquiera podra acceder desde cualquier lugar a datos y programas. Licklider fue el principal responsable del programa de investigacin en ordenadores en ARPA, la agencia de investigacin avanzada del Pentgono. 1964: Paul Baran (RAND Corporation) realiza sus estudios sobre Redes de comunicacin distribuidas o descentralizadas. Tambin promueve el uso de redes de conmutacin de paquetes de datos (Packet Switching Networks). 1961-1965: La idea de red de paquetes descentralizada haba sido trabajada en para- lelo por tres grupos de investigacin americanos, sin que los investigadores conocie- ran el trabajo de los otros. MIT (1961-67): Licklider, Roberts, Kleinrock. RAND (1962-65): Paul Baran. NPL (1964-67): Donald Davies y Roger Scantlebury. La palabra packet (paquete) fue adoptada a partir del trabajo del NPL 17 . 1965: El Ministerio de Defensa norteamericano (ARPA) inicia un proyecto de interconexin de computadores, que se llam ARPANET y fue el antecesor de lo que despus se llamara Internet. 1966: Se desarrolla el concepto de red de ordenadores, que se llamara ARPANET. La red ARPANET poda interconectar los diferentes ordenadores de los investigadores que se fueran conectando a esta red, naciendo as el Backbone Network. 1967: La nueva red, denominada ARPANet, recibe la seal de salida. Un ao ms tarde se disean los primeros programas y el primer hardware especfico para redes. 1969: Hay cuatro centros interconectados a travs de sus IMP (Internet embrionaria). UCLA (Los ngeles) es seleccionada para ser el primer nodo de ARPANET. El centro de investigacin de Standford (SRI) proporciona un segundo nodo. El tercer nodo en la Universidad de California, Santa Brbara, y el cuarto nodo en la Universidad de Utah. Estos cuatro nodos constituyeron la red original de ARPANet. (16) ARPA es la abreviatura en ingls de la Agencia de Proyectos de Investigacin Avanzada. (17) NPL es la abreviatura de National Physical Laboratories (institucin del Reino Unido).

52. FUOC PID_00147725 46 Conceptos de redes de computadores Pronto, las grandes empresas presionaron a las compaas telefnicas del momento para que desarrollaran redes pensadas para transportar datos, con un sistema de tarificacin que se ajustara al trfico de datos real y permitiera ms velocidad que los escasos 300 o 1.200 bps que se alcanzaban en aquella poca utilizando la red telefnica. La respuesta fueron las redes de conmutacin de paquetes. El envo de datos no se tiene que hacer necesariamente en tiempo real (las transmisiones de voz, s). Por lo tanto, no hace falta establecer el camino entre los dos puntos antes de empezar la transmisin y mantenerlo mientras dura el intercambio de datos. En lugar de eso, se empaquetan los bits que se tienen que transmitir y se dan a la central ms prxima para que los enve cuando pueda a la siguiente, y as sucesivamente, hasta que lleguen a su destino. Si cuando llega un paquete a una central todos los enlaces con la siguiente estn ocupados, no pasa nada, se le hace esperar ponindolo en una cola para enviarlo cuando haya un enlace disponible. Nodos en ARPANET en 1971 La transmisin por paquetes tiene la ventaja de que slo ocupa los recursos cuando realmente se utilizan, no todo el tiempo. Pero, como contrapartida, se tiene que soportar el retardo que pueda haber desde que los paquetes salen del origen hasta que llegan a su destino, y que es variable, porque las esperas en las colas son aleatorias, dependen del estado de la red. Pero, como hemos dicho, eso, en comunicacin de datos, es hasta cierto punto tolerable. Con respecto a la cuestin econmica, no tiene sentido que se cobre por tiempo de conexin: en las redes de datos se paga por bits transmitidos. CCITT El CCITT es un organismo internacional patrocinado por las operadoras de telefona, de- dicado a tareas de normalizacin en el mbito de las telecomunicaciones. El 1 de marzo de 1993 pas a llamarse Inter- national Telecommunication Union Standardization Sector (ITU-T). Hay otro peligro: los paquetes se pueden perder. Hay que tener presente que las colas son limitadas y, si una cola ya est llena cuando llega un paquete, ste no se podr guardar y se perder. Hay que prever mecanismos que eviten estas prdidas y regulen el flujo de informacin entre los nodos de conmutacin. Las compaas telefnicas desarrollaron redes de este tipo, y el CCITT emiti un estndar, el X.25, que ha sido en definitiva el que ha adoptado todo el mundo hasta hace poco. CERT El Computer Emergency Res- ponse Team (CERT) es un equipo de respuesta de emer- gencia de ordenadores que mantiene datos sobre todas las incidencias en red y sobre las principales amenazas.

53. FUOC PID_00147725 47 Conceptos de redes de computadores Segundo perodo: 1970-1990. Del Ejrcito a la Universidad Dentro del segundo perodo de la historia de Internet podemos destacar los siguientes acontecimientos: Aos1970. Durante este perodo, la red fue de acceso restringido a los investigadores y a las empresas privadas que participaban en proyectos financiados por la Adminis- tracin. 1970. El Network Working Group (NWG), liderado por S. Crocker, acab el protocolo ordenador principal a ordenador principal inicial para ARPANET, denominado Net- work Control Protocol (NCP, protocolo de control de red). Kevin MacKenzie inventa el primer emoticn: :-). Vinton Cerf escribe por primera vez la palabra Internet. Est considerado el padre de la red. Ms tarde dise el protocolo TCP/IP, que actualmente rige las comunicaciones por Internet. 1971. Ray Tomlison (BBN 18 ) crea los protocolos bsicos del correo (e-mail), incluida la convencin de la arroba para separar el nombre de la persona del identificador del ordenador. 1972. Se presenta pblicamente ARPANET en la International Computer Communi- cation Conference. Investigadores del MIT dieron a luz el germen de lo que sera el sistema de transferencia de archivos FTP y telnet. El Sistema de Agencias de Infor- macin de Defensa crea la IANA o Autoridad de asignacin de nmeros de Internet, responsable de asignar una direccin nica a cada computador conectado a Internet. 1973. Vint Cerf y Bob Kahn especifican la primera versin del programa de control de transmisin (TCP), que se desarroll despus hasta convertirlo en el Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP), los protocolos que actualmente permiten el funcionamiento de Internet. Berkeley desarroll el BSD UNIX. ARPA dio una copia de TCP/IP a Berkeley y se incorpor este software a la versin UNIX. Nace la posibilidad de realizar un FTP. 1979. Nace Usenet. Creada por tres estudiantes, Tom Truscott, Jim Ellis y Steve Bello- vin. Usenet es un servicio de grupos de noticias, las populares news. 1980. Aparecen las primeras aplicaciones TCP/IP. Internet ya tiene 212 servidores. 1981. El ao 1981, IBM lanza el primer PC, con el sistema operativo de una pyme denominada Microsoft.

54. FUOC PID_00147725 48 Conceptos de redes de computadores 1982. ARPANet adopta el protocolo TCP/IP como estndar. Se crea la EuNet (Euro- pean Unix Network). La European Unix Network (EuNet), conectada a ARPANet, se cre en 1982 para proporcionar servicios de correo electrnico y servicios Usenet a diversas organizaciones usuarias en los Pases Bajos, Dinamarca, Suecia e Inglaterra. 1983. Considerado como el ao en que naci realmente Internet al separarse la parte militar y la civil de la red. Hasta el 1 de enero de 1983, la incipiente Internet estuvo funcionando con un antecesor de los protocolos TCP/IP; aquel da, los ya miles de ordenadores conectados se cambiaron al nuevo sistema. Internet ya dispone de 562 servidores (ordenadores interconectados). El mismo ao se cre el sistema de nombres de dominios (.com, .edu, etc., ms las siglas de los pases), que prcticamente se ha mantenido hasta ahora. 1984. El ordenador pasa a estar al alcance de la gente, y su implantacin se acelera cuando se presenta el Macintosh. El nmero de servidores conectados a la red haba superado ya los 1.000. Al ao siguiente se forjaba Well, la primera comunidad comercial de usuarios. Se crea en Wisconsin el primer name server, con lo que ya no se necesita conocer el path de localizacin de un computador, precursor del servicio DNS de Internet. 1985. Entra en funcionamiento el Domain Name Server (DNS), un mtodo para re- solver nombres en direcciones numricas. El primer dominio se otorga el 15 de marzo a Symbolics.com. Internet ya tiene 1.961 servidores y los sufijos .com, .net y .org aadidos. En abril aparecen los primeros dominios con letra, que fueron acmu.edu, purdue.edu, rice.edu y ucla.edu, todos ellos todava en activo sin duda, y todos universitarios, tambin sin duda. En junio del mismo ao aparece el primer dominio gubernamental, css.gov, y en julio, mitre.org. El primer dominio de un pas se atri- buy en julio de aquel mismo ao a Gran Bretaa: co.uk. En Espaa, los ordenadores de diferentes universidades se conectaban entre s y con el Centro Europeo de Fsi- ca de Partculas (CERN). El Ministerio de Educacin y Ciencia, a travs de la Secre- tara de Universidades, elabor un plan para interconectar los centros de clculo de las universidades. Asimismo, un grupo de expertos de las universidades, centros de clculo, organismos pblicos de investigacin y Telefnica, bajo la coordinacin de Fundesco, realiz un informe que se llam Proyecto IRIS (Interconexin de Recursos Informticos). 1987. Nace la primera versin de Windows. Hay ms de 10.000 servidores en todo el mundo. 1988. Se produce el primer gran ataque vrico de Internet, cuando el gusano de Mo- rris hace caerse 6.000 de los 60.000 ordenadores que entonces la formaban. Creado por el estudiante de doctorado Robert T. Morris como un experimento, el gusano usaba un defecto del sistema operativo Unix para reproducirse hasta bloquear el ordenador. A raz del gusano de Morris se crea el Computer Emergency Response Team (CERT). Jarkko Oikarinen, un joven finlands, decide modificar el comando talk del Unix para permitir que diversas personas puedan charlar de forma simultnea. As nace el chat, el Internet Relay Chat (IRC), que permite que se pueda conversar en lnea en la red. En 1988 nace el programa IRIS dentro del Plan Nacional de Investiga- ciones y Desarr

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