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 pro- tocolos 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 bsi- cos 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 conoci- miento 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 fun-
cionamiento y saber relacionarlo con el funcionamiento actual de
Inter- net. 3. Tener una visin general de los conceptos de
seguridad en la Red que per- miten asegurar las comunicaciones, as
como evitar un uso indebido de la informacin. 4. Tener conocimiento
de los conceptos principales que rigen la comunica- cin sin hilos.
Conocer las tecnologas de comunicacin sin hilos que exis- ten 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, tc- nicas 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 co- nexiones 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 pre- senta el modelo de referencia
de una red, constituida por diferentes niveles que permiten
abstraer las complejidades derivadas de la transmisin de la in-
formacin. 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 obje- tivos 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 hard- ware
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 institu- cin. 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 comunica- cin 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 pa-
ra 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 fi- nales (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 topo- logas
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 es- tn 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 interco- nexin
y, por lo tanto, el traspaso de informacin entre los puntos.
Esencial- mente, esta conmutacin se puede dividir en dos clases
diferentes: la conmu- tacin 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 en- viar 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 destina-
tario. 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 crea- do, 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 trfi- co, 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 destina- tario 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 con- mutacin, 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 ten- drn que ser
descartados. En mdulos posteriores veremos cmo la red gestio- na 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 mensa- jes, 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 tiem- po (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 conmuta- cin 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 mantenien- do 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 com- partido 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 de- terminados 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, pe- ro siempre y cuando los
dos puntos de la comunicacin alternen la gene- racin 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 me- dio est preparado para poder enviar y
recibir informacin de forma si- multnea sin ningn problema. Hay que
sealar que con las comunicaciones bidireccionales la velocidad pue-
de 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 re- des 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), utili- zando 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;
ac- tualmente, 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 in- formacin, 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 tec- nologas 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 te- lefona 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 evo-
lucionando 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 evolu- cionado 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
tec- nologas a travs de anillos de fibra ptica; normalmente se
transporta direc- tamente 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 ex- celencia 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 al- cance 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 comunica- cin 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 ki-
lmetros.
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 mo- delo 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 dife-
rentes 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 pri-
mer 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 re- des 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 ordena- dores 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 direc- cin
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 (interco- nexin 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, coa- xial 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, ade- ms, asuman que los protocolos y los
mecanismos a utilizar seran propieta- rios, 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 supe- rior. 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 fil- sofo 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 se- cretaria. Cuando el mensaje llega a
la secretaria remota, sta lo pasa al traduc- tor 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 comunica- cin de
la capa superior. Un mensaje M es producido por un programa (o pro-
ceso) 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 per- mitan enviar la informacin a
cualquier interlocutor de la misma red. 3)Controldeerrores: una de
las partes ms importantes de cualquier comu- nicacin 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 men- sajes 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 proce- sos. Cada
proceso tiene que saber con quin se quiere comunicar, teniendo en
cuenta que los destinos pueden ser diversos. De esta manera se hace
nece- saria 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 determi- nar cuntos canales lgicos tiene que gestionar, y
las prioridades de estos ca- nales. 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 co- municaciones 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
men- sajes. Para solucionar la posible prdida de la secuencia de
los mensajes, el protocolo tiene que gestionar los diferentes
trozos de informacin en una me- moria (buffer) para finalmente
ordenarlos correctamente. Otro aspecto que se tiene en cuenta es el
de cuando un emisor transmite in- formacin muy rpidamente hacia un
receptor lento. Muchas soluciones uti- lizan 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 in- formacin 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
superio- res: 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, final- mente, 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 recono- cimientos 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
ren- dimiento 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 reconoci- miento) 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 datagra- ma simple
que contiene la peticin. La respuesta contiene tanto la pregunta
como la respuesta. Un servicio se especifica formalmente con un
conjunto de primitivas (opera- ciones) 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 recep- tor. 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 tie- nen 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 de- talles 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 ser- vicio no
confirmado slo estn las primitivas request e indication. El
servicio CONNECT slo se utiliza en los servicios confirmados porque
la entidad remo- ta 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 in- cluye una
interaccin entre dos capas de una de las computadoras. Cada pe-
ticin 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
signi- ficado 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 rea- lizar sobre el objeto pero no especifica cmo se
implementan las ope- raciones. 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 con- fundir 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 co- nexin 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 in-
formacin 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 data- grama 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 co- nexin 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 algu- na 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
sis- temas 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 acuer- do 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 es-
tndar 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 pres- taciones, 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 informa- cin 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 fabri- cantes 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
organis- mos no siempre son los mismos Posibilidad de acuerdos ms
polticos y co- merciales que tcnicos Los fabricantes son los que
desarrollan ms I+D, lo cual provoca que los organismos ten- gan que
definirse Muchos organismos pueden afectar a la es- tandarizacin,
ya que se puede llegar a clasi- ficar geogrficamente, por
industria, etc. 8.2. El modelo de referencia OSI Entre los
diferentes modelos propuestos por las diferentes organizaciones in-
ternacionales de normalizacin en la dcada de los ochenta, destaca
una ar- quitectura 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 siste- ma y ste
se convierte en es- tndar. No obstante, ello pue- de provocar que
otras empre- sas salgan perjudicadas.
43. FUOC PID_00147725 37 Conceptos de redes de computadores
Adems de facilitar las comunicaciones entre sistemas diferentes, la
ISO pre- tenda con OSI impedir que ninguna de las arquitecturas de
fabricante exis- tentes 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 co- mo 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 ni- veles 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 funcio-
nes diferentes no tengan que ponerse juntas en la misma capa.
Tambin tendr que ser lo bastante pequeo para que su arquitectura no
sea di- fcil 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 transmi- sin, bsqueda de rutas ptimas, etc.
Capassuperiores. Su misin es dar servicios al usuario del sistema
de co- municaciones. 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
gran- des sistemas de IBM, que esta- ba en pleno apogeo en el mo-
mento 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 don- de 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 des- cribir 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 comple-
ja, 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 bas- tante 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 inter-
conexin 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 bas- tante 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 comple- ta,
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 comer- ciales. Eran grandes,
caros y poco potentes. Slo los podan comprar organis- mos
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 comuni- caciones
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 trans- misin 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 pero- dos 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 conmu-
tacin 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 comuni- cacin distribuidas o
descentralizadas. Tambin promueve el uso de redes de con- mutacin
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
interco- nexin 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 mo- mento 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 po- ca utilizando la red
telefnica. La respuesta fueron las redes de conmutacin de paquetes.
El envo de datos no se tiene que hacer necesariamente en tiem- po
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 in- ternacional
patrocinado por las operadoras de telefona, de- dicado a tareas de
normaliza- cin en el mbito de las tele- comunicaciones. 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 permi- ten 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 nom- bres 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 ha- ba 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 mar- zo
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 uni- versitarios,
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 or- denador. 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