Introducción a las Redes de Computadoras

1. ¿Qué es Internet?

Internet es una red de computadoras mundial, es decir, una red que conecta millones de dispositivos de cómputo a través del mundo. La mayoría de estos dispositivos son los computadores personales (PC) tradicionales de sobremesa, entre otros. Todos estos dispositivos se llaman hosts o sistemas terminales.

Los sistemas terminales se conectan mediante enlaces de comunicación. La tasa de transmisión de un enlace se llama a menudo ancho de banda (bits/seg). Estos sistemas no se enlazan directamente entre sí, sino que se conectan a través de dispositivos de conmutación llamados routers. Estos toman un trozo de información (paquete) y lo difunden entre los distintos enlaces de comunicación de salida.

Los sistemas terminales acceden a Internet a través de proveedores de servicios de Internet (ISP). Cada ISP es una red de routers y enlaces de comunicación. Un proveedor ISP de alta escala consta de routers de alta velocidad.

Los sistemas terminales, los routers y otros elementos ejecutan protocolos que controlan el envío y recepción de los datos de información. Los protocolos principales son TCP (Protocolo de Control de Transmisión) e IP (Protocolo de Internet).

Internet ha sido posible gracias a la creación de estándares de Internet, estos se llaman RFC (Request for Comments).

1.1. ¿Qué es un Protocolo?

Toda actividad de Internet que implica a dos o más entidades remotas que se comunican está gobernada por un protocolo.

Un protocolo define el formato y el orden de los mensajes intercambiados entre dos o más entidades que se comunican, así como las acciones que se toman en la transmisión y/o recepción de un mensaje u otro evento.

2. Núcleo de la Red

Examina los sistemas terminales y el modelo de servicio de transporte terminal a terminal.

Existen dos aproximaciones fundamentales para la construcción: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes.

• Conmutación de Circuitos: Los recursos que se necesitan a lo largo de un recorrido para proporcionar la comunicación entre los sistemas terminales están reservados para la duración de la sesión de comunicación.
• Conmutación de Paquetes: No hay recursos reservados; los mensajes de la sesión utilizan los recursos bajo demanda y, en consecuencia, pueden tener que esperar para acceder a los recursos del enlace de comunicación.

2.1. Conmutación de Circuitos

Se trata de una conexión terminal a terminal dedicada entre los dos nodos. La red debe reservar primero un circuito en cada uno de los dos enlaces. Cada enlace tendrá n circuitos, la conexión conseguirá la fracción 1/n del ancho de banda del enlace para la duración de la conexión.

Un circuito es un enlace implementado con multiplexado por división de frecuencia (FDM), o bien con multiplexado por división de tiempo (TDM).

2.2. Conmutación de Paquetes

En las redes modernas, la fuente divide los mensajes largos en trozos más pequeños de datos (paquetes). Entre la fuente y el destino, cada uno de estos paquetes viaja a través de los enlaces de comunicación y routers. Estos routers utilizan la técnica de almacenar y reenviar para las entradas a los enlaces, esto significa que el switch debe recibir el paquete completo antes de empezar a transmitir el primer bit hacia el siguiente enlace. Los switches de paquetes introducen un retardo de almacenar y reenviar a lo largo del camino.

Cada router tiene múltiples enlaces, cada enlace tiene un búfer de salida (cola de salida). Estos búferes juegan un papel fundamental en la conmutación de paquetes. Los paquetes también sufren retardo de cola, este retardo depende del nivel de congestión de la red. La pérdida de paquetes ocurre cuando algún paquete que llega, o uno de los paquetes ya encolados, es abandonado.

2.3. Conmutación de Circuitos vs. Conmutación de Paquetes

La conmutación de paquetes casi siempre tiene las mismas prestaciones de retraso que la conmutación de circuitos, pero lo consigue permitiendo un número de usuarios tres veces mayor. Por esa razón, la conmutación de paquetes es más eficiente.

Aunque tanto la conmutación de paquetes como la conmutación de circuitos son prevalentes en las redes de telecomunicación de hoy, la tendencia va sin duda en la dirección de la conmutación de paquetes.

2.4. ISP y Troncales de Internet

Las redes están conectadas al resto de Internet a través de una jerarquía de capas de proveedores de servicios de Internet (ISP). Los ISP de acceso están en el extremo inferior de la jerarquía. En el extremo más alto hay un número relativamente pequeño, llamados ISP de nivel 1. Estos se caracterizan por:

• Estar conectados directamente a cada uno de los demás ISP de nivel 1.
• Estar conectados a un gran número de ISP de nivel 2.
• Tener cobertura internacional.

Un ISP de nivel 2 tiene cobertura regional o nacional, se conecta a solo unos pocos ISP de nivel 1, se dice que es un usuario de los ISP de nivel 1 a los que está conectado, y el ISP de nivel 1 se dice que es un proveedor del usuario.

En una red de ISP, los puntos a los que se conecta el ISP con los demás se conocen como puntos de presencia (POP). Un POP es simplemente un grupo de uno o más routers al que se pueden conectar los routers de otros ISP.

3. Retardo y Pérdida en Redes de Conmutación de Paquetes

3.1. Retardos de Procesamiento

El tiempo requerido para examinar la cabecera del paquete y determinar hacia dónde debe dirigirse es parte del retardo de procesamiento.

3.2. Retardos de Cola

El retardo de cola de un paquete específico dependerá del número de paquetes que hayan llegado anteriormente y que están encolados y esperando la transmisión sobre el enlace.

3.3. Retardos de Transmisión

Suponiendo que los paquetes se transmiten de la forma primero en llegar, primero en ser servido, nuestro paquete sólo puede ser transmitido después de que todos los paquetes que han llegado antes hayan sido transmitidos. El retardo de transmisión es L/R.

3.4. Retardos de Propagación

El tiempo necesario para propagarse desde el comienzo del enlace hasta el router B es el retardo de propagación.

3.5. Comparación de los Retardos de Transmisión y Propagación

El retardo de transmisión es la cantidad de tiempo que precisa el router para enviar el paquete. El retardo de propagación es el tiempo que precisa un bit para propagarse desde un router hasta el siguiente.

3.6. Pérdidas de Paquetes

Si no hay lugar para almacenar el paquete, un router lo abandonará; es decir, el paquete se perderá. Desde el punto de vista del sistema terminal, esto parecerá como un paquete introducido en el núcleo de la red que no ha emergido nunca de la misma en su destino.

4. Capas de Protocolo y sus Modelos de Servicio

Para reducir la complejidad del diseño, los diseñadores de redes organizan los protocolos en capas. Con una arquitectura de protocolo en capas, cada protocolo pertenece a una de las capas.

4.1. Pila de Protocolos

• Aplicación: soporta las aplicaciones de red intercambiando mensajes.
• Transporte: transferencia de segmentos de proceso a proceso.
• Red: encamina datagramas desde el origen al destino.
• Enlace: transferencia de tramas entre elementos vecinos.
• Física: bits “en el cable”.