Redes

 ¿Qué es internet?

 Concepto de protocolo

 Frontera y núcleo de una red

 Conmutación de circuitos y de paquetes

 Latencia y ancho de banda

 Organización de internet

 Modelos de referencia ISO/OSI y TCP/IP

 La red bajo constante amenaza

Red de computadoras

Según Tanenbaum & Wetherall: Una red de computadoras es un conjunto interconectado de computadoras autónomas La definición es deliberadamente poco específica... ¿por qué será?
Esta definición abarca:

 Los dispositivos interconectados

 Los enlaces que los interconectan

 No se trata de un sistema distribuido

¿Para qué sirven?

En el hogar:

Permite compartir recursos

Constituye un medio de comunicación

Posibilita nuevos tipos de aplicaciones

Brinda acceso a innumerables fuentes de información

En la industria:

Se las considera las un bien estratégico

La interrupción de la red puede comprometer o incluso detener las operaciones comerciales

¿Qué es internet?

Sin duda el ejemplo de red de computadoras más conocido en la actualidad.

Se compone de miles de millones de dispositivos que al conectarse entre sí forman un grafo conexo, que soportan la ejecución de aplicaciones de red.

Para ser más exactos es una red de redes.

Se considera internet la parte pública de la red, es decir, dejando por fuera las intranets privadas.

Llegó para quedarse: ¿se imaginan si un día nos quedamos sin Google… o sin el ChatGPT.

Millones de dispositivos…
Computadoras / Servidores / Smartphones
Conectados...
Por fibra óptica / Por cable de cobre
Y tras bambalinas…
Routers

¿Para qué sirve?

Podemos ensayar una respuesta analizando qué servicio nos brinda a nosotros los usuarios:

Internet proveé un conjunto de servicios a las aplicaciones de red

Especifica una API, es decir, una interfaz clara y precisa a través de la cual estos programas pueden
enviar y recibir información en la red

Este modelo de servicio se lo suele contrastar con el provisto por los servicios postales y de logística

¿Qué es un protocolo?

Protocolo humano:

 Se manda un mensaje específico y se realizan ciertas acciones específicas al recibir uno de estos mensajes

Protocolo máquina:

 Define el formato y el orden de los mensajes enviados y recibidos entre las entidades, así como las acciones asociadas al envío y recepción de estos mensajes

En internet, toda forma de comunicación se lleva adelante a través de protocolos

Frontera y núcleo

De acuerdo a la definición elegida para red, sus nodos se clasifican en:

 La frontera de la red, compuesta por las computadoras de los usuarios y por los servidores

 El núcleo de la red, compuesto por los routers y los enlaces que los conectan

Frontera de red

Las computadoras en la frontera de la red corren programas de red.

Por caso, un navegador utilizado para acceder a una página web.

Internet posibilita hacer uso tanto del modelo cliente-servidor como del modelo par-a-par.

Modelo cliente-servidor

El modelo cliente-servidor es un estilo arquitectónico para aplicaciones distribuidas

Evolucionó en paralelo a las propias redes

En este modelo existe una clara separación de las tareas:

 Los clientes solicitan servicios

 Los servidores atienden estas solicitudes

¿Las redes de computadoras se inventaron para poder implementar programas cliente-servidor o es al revés, que el modelo cliente-servidor se inventó para aprovechar mejor a las redes de computadoras?

En realidad, las redes de computadoras y el modelo cliente-servidor surgieron de forma paralela y se han ido desarrollando juntos a lo largo del tiempo.

Las redes de computadoras se crearon originalmente para permitir la comunicación y el intercambio de información entre diferentes dispositivos informáticos, independientemente de su ubicación física. Esto permitió la creación de sistemas distribuidos, en los que múltiples dispositivos podían trabajar juntos para realizar una tarea común.

Por otro lado, el modelo cliente-servidor fue desarrollado para permitir la creación de aplicaciones informáticas en las que los usuarios podían acceder a un servicio o recurso remoto a través de una red. En este modelo, los clientes solicitan servicios o recursos a un servidor centralizado que los proporciona.

A medida que las redes de computadoras se han vuelto más sofisticadas y generalizadas, el modelo cliente-servidor se ha convertido en la forma dominante de interacción entre los dispositivos conectados a una red. En este sentido, se puede decir que el modelo cliente-servidor se aprovecha de las redes de computadoras para funcionar de manera eficiente y escalable. Sin embargo, es importante recordar que tanto las redes de computadoras como el modelo cliente-servidor son tecnologías fundamentales que se han desarrollado de forma simultánea y complementaria a lo largo del tiempo.

Modelo par-a-par (p2p)

El modelo par-a-par se diferencia del modelo anterior en que no distingue entre clientes y servidores

En cierta forma, todos los nodos de la red son tanto clientes como servidores

Fue propuesto para atacar un problema inherente al modelo anterior: su compleja escalabilidad.

¿Cuál es el principal problema que resuelve el p2p?

Algunas de las ventajas del modelo peer to peer son:

• Distribución de la carga: Al repartir los servicios y los datos entre múltiples nodos o peers, se evita sobrecargar unos pocos servidores centralizados. Esto permite escalar el sistema a un gran número de usuarios.

• Tolerancia a fallos: Si algún nodo se cae, el resto de nodos continúan funcionando. No hay un único punto de fallo.

• Flexibilidad: Es fácil añadir o quitar nodos del sistema dinámicamente. Los nodos pueden unirse y abandonar la red en cualquier momento.

• Auto-organización: El sistema es capaz de organizar espontáneamente la distribución de tareas, archivos, etc. entre los diferentes nodos de la red. Sin necesidad de una configuración manual previa.

• Uso óptimo de recursos: Al aprovechar la capacidad de almacenamiento, ancho de banda y procesamiento de todos los nodos conectados, se optimiza el uso global de los recursos de la red.

• Reducción de costes: No hace falta invertir en servidores tan potentes si la carga se distribuye entre muchos nodos más modestos.

Eso resume las principales ventajas que aporta el modelo peer to peer para resolver problemas de escalabilidad, robustez y costes en las redes y servicios.

¿Qué servicios brinda la red?

• En la frontera de la red, los usuarios necesitan poder usar sus programas de aplicación

• A su vez, los programas de aplicación necesitan poder enviar y recibir información por la red

La red provee esencialmente dos servicios que acometen ese objetivo:

 Establecer una comunicación orientada a la conexión

 Establecer una comunicación sin conexión

Orientado a la conexión

La comunicación orientado a la conexión tiene por objeto transferir información entre las computadoras en la frontera de red

 Requiere un acuerdo inicial

 Su existencia queda asentada en origen y destino

Por ejemplo, en internet este servicio es implementado por el protocolo TCP:

 Asegura la transmisión confiable y ordenada de un flujo de bytes

 Implementa control de flujo y gestión de congestión

• El Protocolo TCP/IP:

El Protocolo TCP/IP o Transfer Control Protocol consiste en un acuerdo estandarizado sobre el que se realiza la transmisión de datos entre los participantes de una red informática.

Los programas que forman redes de datos en una red de ordenadores emplean el protocolo TCP para crear conexiones entre sí, de forma que se pueda garantizar el flujo de datos entre las partes. A través de este protocolo se asegura que los datos lleguen a su destino en el mismo orden que se transfirieron y sin errores.

La inmensa mayoría de comunicaciones que se realizan en internet utilizan el protocolo TCP IP, como es el caso de navegadores, programas de intercambio de ficheros, servicios FTP y un largo etcétera.

Características principales

Es un protocolo que funciona mediante la conexión mutua entre cliente y servidor.

Ordena los segmentos provenientes del protocolo IP.

Monitorea el flujo de los datos y permite evitar la saturación de la red.

Entrega los datos al protocolo IP en forma de segmentos de longitud variable.

Permite circular de forma simultánea a la información proveniente de diferentes fuentes.

La principal ventaja que ha convertido al protocolo TCP y IP en un método estandarizado para la transmisión de datos en red, es que se trata de un protocolo que requiere el establecimiento de un canal seguro por ambas partes, y que garantiza el acuso de recibe de la información enviada. Por tanto, se trata de un método fiable, seguro y que asegura un flujo ordenado de los datos y a prueba de errores.

 Un diagrama de cómo el modelo TCP/IP divide los datos en paquetes y los envía a través de cuatro capas distintas.

No orientado a la conexión

La comunicación no orientada a la conexión tiene por objeto transferir información entre las computadoras en la frontera de red

No requiere acuerdo inicial, por lo que tampoco queda asentado en destino

Por ejemplo, en internet este servicio es implementado por el protocolo UDP:

No asegura la transmisión confiable

No implementa control de flujo ni gestión de la congestión

Ejemplos

Comunicación orientada a la conexión:

 El protocolo HTTP de la web

 Los protocolos SMTP, POP e IMAP para acceder al correo electrónico

Comunicación no orientada a la conexión:

 El protocolo DNS para acceder a los servidores de dominio

 Los protocolos para transportar audio y/o video en tiempo real (por caso, Skype o WhatsApp

 Los protocolos de los juegos en línea

Accediendo a internet

La pregunta que se impone es cómo logramos acceder a esta maravilla de la tecnología

La forma usualmente varía en función del tipo de red que queramos sumar a internet

 Redes residenciales u hogareñas

 Redes institucionales, empresas, universidades, clubes, etc.

 Redes que requieran estar conectado desde cualquier lado, por caso cadetería, transporte, logística, etc.

 Conexión telefónica (legacy)

Hace uso de la infraestructura telefónica

Cualquier hogar que tenga teléfono cuenta con un cable que lo conecta directamente a la central

Hasta 56Kbps (usualmente mucho menos)

Ocupa exclusivamente la línea

 Conexión tipo ADSL (legacy)

Hace uso de la infraestructura telefónica

Hasta 3.3Mbps de subida y 24Mbps de bajada

No ocupa exclusivamente la línea

 Conexión por CATV 

Hace uso de la infraestructura de TV por cable

Hasta 6Gbps de subida y 10Gbps de bajada

El cable que ingresa al hogar es compartido

 Conexión por fibra

En la actualidad se está reemplazando el sistema telefónico tradicional por tendidos estilo “fibra óptica hasta la premisa” (FTTP)

La fibra óptica permite llegar más lejos y más rápido que los otros medios de transporte de datos

Esta tendencia posibilita que los usuarios residenciales o comerciales se conecten a internet sin tener que usar modem alguno

La principal ventaja es la velocidad que se alcanza

Permite combinar múltiples servicios (triple play)

Red hogareña

Red empresarial

Configuración típica de la red de una empresa (puertas adentro desde 100 Mbps a 10Gbps, puertas afuera de 50 Mbps a 1 Gbps, generalmente simétrico)

Taxonomía de redes

Clasificación según su tamaño:

Redes de área local

Según la IEEE, una LAN es un sistema de comunicación de información que permite que un número de dispositivos independientes se comuniquen entre sí directamente, en el marco de un área geográfica de tamaño moderado y a través de un canal de comunicaciones de capacidad también moderada

Abarca pocos kilómetros, posee una alta velocidad (>1Mb/s), permite acceso simultáneo a varios usuarios y posibilita el compartir diversas cosas (hardware, software, ideas, etc.)

Topología de una red

La topología de una red cableada describe la distribución espacial de sus componentes

Se ha ensayado con distintas topologías:

Barra (bus), actualmente en desuso

Anillo (ring), actualmente casi en desuso

Estrella (star)

Malla (mesh)

Híbrida o jerárquica

 Topología barra (bus)

En una topología barra todas las estaciones de trabajo están conectadas entre sí a través de un medio en común.

Requiere que se arbitre adecuadamente el acceso al medio compartido. 

De producirse un conflicto, se está perdiendo ancho de banda.

 Topología anillo (ring)

En una topología anillo cada nodo está conectado sólo con los vecinos inmediatos.

El último nodo se conecta al primero, cerrando el anillo.

Soluciona el problema señalado en la topología barra.

Puede elevar la latencia entre nodos no adyacentes.

 Topología estrella (star)

En esta topología cada nodo cuenta con un enlace directo a una locación central.

Las tecnologías modernas de red suelen adoptar esta configuración.

Más simple de cablear que la topología barra.

Cada nodo cuenta, por así decir, con su barra de uso exclusivo.

 Topología estrella (star)

En una topología malla cada nodo está conectado directamente a otros nodos.

Se denomina malla completa cuando cada nodo es adyacente a todo otro.

Excelente desempeño y confiabilidad.

Costo prohibitivo para redes de muchos nodos. ¡Para n nodos, casi n2/2 enlaces!

 Topología de red en árbol (Tree)

Una topología de árbol es una estructura jerárquica donde los nodos se vinculan y organizan como un árbol cuando se dibujan en forma de diagrama de red. Los profesionales de redes suelen implementar topologías de árbol con capas de núcleo, distribución y acceso.

 Topología híbrida

En una topología híbrida la red se organiza en capas, dónde cada capa adopta una topología en particular.

Por esta razón, también se la conoce como jerárquica.

Eligiendo adecuadamente las topologías a combinar se puede obtener una distribución que se acomode al dominio en consideración. 

Preguntamos a SAGE (IA): Resume las distintas topologías de red de computadoras ensayadas a lo largo del tiempo señalando sus fortalezas y debilidades:

A lo largo del tiempo se han ensayado diversas topologías de redes de computadoras, cada una con sus fortalezas y debilidades. A continuación se resume algunas de las más comunes:
Topología de bus: En esta topología, todos los dispositivos están conectados a un único canal de comunicación, denominado "bus". La fortaleza de esta topología es su simplicidad y bajo costo, sin embargo, si un dispositivo falla, puede afectar el funcionamiento de toda la red.
Topología en estrella: En esta topología, todos los dispositivos están conectados a un nodo central, denominado "hub". La fortaleza de esta topología es la facilidad de agregar o quitar dispositivos sin afectar la red, sin embargo, si el hub falla, toda la red se verá afectada.
Topología en anillo: En esta topología, los dispositivos están conectados en un circuito cerrado, donde cada dispositivo está conectado al siguiente y al anterior. La fortaleza de esta topología es su alta velocidad de transmisión de datos, sin embargo, si un dispositivo falla, puede afectar el funcionamiento de toda la red.
Topología en malla: En esta topología, cada dispositivo está conectado a varios otros dispositivos, creando múltiples rutas posibles para la transmisión de datos. La fortaleza de esta topología es su alta capacidad de tolerancia a fallos, sin embargo, su complejidad hace que sea más costosa y difícil de mantener.
En resumen, cada topología tiene sus fortalezas y debilidades, y la elección de una u otra dependerá de las necesidades y recursos de cada organización.

SAGE: ¿Cuál topología es la más utilizada en la actualidad?

En la actualidad, la topología más utilizada en redes de computadoras es la topología en estrella. Esta topología es ampliamente utilizada debido a su facilidad de instalación, mantenimiento y escalabilidad. Además, los dispositivos pueden ser fácilmente agregados o eliminados de la red sin afectar el funcionamiento de los demás dispositivos. Además, esta topología permite la utilización de switches en lugar de hubs, lo que mejora el rendimiento y la seguridad de la red.

Tipos de enlaces

Los enlaces entre los dispositivos de una red se clasifican en dos grandes grupos.

En primer lugar están los enlaces guiados, en los cuales los bits son encauzados a través de un medio sólido que los conduce. / Por caso, usando un cable de cobre o una fibra óptica

Por otra parte, también existen enlaces no guiados, donde los bits se dispersan en todas direcciones a través de un medio intangible. / Por caso, usando ondas infrarrojas o de radio.

Otra alternativa para clasificar enlaces es considerar cómo será usado el enlace.

En los enlaces punto a punto el medio físico es compartido sólo entre los dos dispositivos que conecta. / Por caso, el cable USB de algún dispositivo.

En contraste, en los enlaces denominados difusión (broadcast), el medio físico está compartido entre gran cantidad de dispositivos / Por caso, la señal de la TDA en nuestra ciudad.

Enlaces alámbricos

Par trenzado (TP): Dos cables de cobre aislados que se entrecruzan entre sí. Cat5 100 Mbps y 1 Gbps. Cat6 10 Gbps.

Cable coaxil (coax): Dos cables de cobre concéntricos. Brinda una conexión bidireccional. Buen ancho de banda.

Fibra óptica (fiber): Consiste de un fibra de vidrio o plástico flexible capaz de transportar pulsos de luz que codifican información. Habilita una operación punto a punto de muy alta velocidad (de decenas a centenas de Gbps). Casi inmune a la interferencia electromagnética, fuente número uno de errores en la transmisión.

Enlaces inalámbricos

En este tipo de enlace la información es transportada como una señal electromagnética. No requiere de cables, ni de agujeros en las paredes. La conexión es usualmente bidireccional. Es pasible de ser afectada por cuestiones relativas a la propagación de la señal o bien ambientales. 

Parte de la señal rebota en distintas superficies. Puede ser atenuada por distintos factores. Por último, si se distorsiona lo suficiente puede tornarse irrecuperable.

 Redes de área personal inalámbricas: Bluetooth

 Redes de área local inalámbricas: WiFi, familia de variantes del estándar IEEE 802.11

 Redes de área amplia inalámbricas: WiMAX, para cubrir ciudades LTE, para brindar conectividad a los celulares. El estándar 4G puede hacer uso de ambas. Finalmente, el “controvers

Wired vs. Wireless

Ventajas:Facilidad de cableado / Configuración y puesta en marcha simplificada
Desventajas:Seguridad / Privacidad / Ancho de banda / Tecnológicamente más complicadas que las redes tradicionales (puede resultar más costoso)

GPT4: Comparar las fortalezas y las debilidades de los enlaces wired versus los wireless en el contexto de redes de computadoras

En el contexto de redes de computadoras, tanto las conexiones alámbricas (wired) como las inalámbricas (wireless) tienen sus propias ventajas y desventajas. A continuación, se presenta una comparación de las fortalezas y debilidades de cada tipo de conexión:

Wired (Alámbrico)

Fortalezas

Velocidad de conexión: Las conexiones alámbricas, como Ethernet, suelen ofrecer velocidades de conexión más altas en comparación con las conexiones inalámbricas. Esto se traduce en una mayor eficiencia en la transferencia de datos y una mejor experiencia para el usuario.
Estabilidad: Las conexiones alámbricas son generalmente más estables y confiables, ya que no están sujetas a interferencias y fluctuaciones de señal como las redes inalámbricas.
Seguridad: Las redes alámbricas son menos vulnerables a ataques de seguridad, ya que para acceder a la red, se necesita una conexión física con el cable. Esto dificulta la interceptación de datos por parte de atacantes externos.

Debilidades

Infraestructura: La instalación y el mantenimiento de redes alámbricas requieren una infraestructura más compleja y costosa en comparación con las redes inalámbricas. Es necesario instalar cables y otros componentes de red, lo que puede ser un proceso largo y costoso.
Movilidad: Las conexiones alámbricas limitan la movilidad de los dispositivos, ya que estos deben estar conectados físicamente a la red. Esto puede ser un inconveniente para usuarios que deseen moverse libremente mientras utilizan sus dispositivos.
Escalabilidad: La ampliación de una red alámbrica puede ser más difícil, ya que requiere la instalación de más cables y componentes de red. Esto puede ser especialmente problemático en entornos en los que el espacio y la infraestructura son limitados.

Wireless (Inalámbrico)

Fortalezas

Movilidad: Las redes inalámbricas permiten a los usuarios moverse libremente mientras utilizan sus dispositivos, lo que facilita la conexión en entornos como hogares, oficinas y espacios públicos.
Facilidad de instalación y escalabilidad: Las redes inalámbricas son más fáciles de instalar y ampliar, ya que no requieren una infraestructura de cables tan compleja como las redes alámbricas.
Conectividad de múltiples dispositivos: Las redes inalámbricas permiten conectar múltiples dispositivos, como teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles, sin la necesidad de cables adicionales.

Debilidades

Velocidad de conexión: Aunque las tecnologías inalámbricas han mejorado significativamente en los últimos años, las conexiones inalámbricas aún pueden ser más lentas en comparación con las conexiones alámbricas, especialmente en entornos con alta congestión de redes o interferencias.
Estabilidad: Las conexiones inalámbricas pueden verse afectadas por factores ambientales, como paredes, electrodomésticos y otros dispositivos electrónicos, lo que puede provocar fluctuaciones de señal y una conexión menos estable.
Seguridad: Las redes inalámbricas son más vulnerables a ataques de seguridad, ya que los atacantes pueden intentar interceptar las señales inalámbricas para acceder a la red. Aunque existen medidas de seguridad para proteger las redes inalámbricas, como encriptación y autenticación, es importante mantener actualizado el software y el hardware para garantizar un nivel adecuado de protección.

En resumen, las conexiones alámbricas ofrecen una mayor velocidad y estabilidad, así como una mejor seguridad, mientras que las conexiones inalámbricas proporcionan una mayor movilidad y facilidad de instalación y escalabilidad. La elección entre wired y wireless dependerá de las necesidades específicas de cada situación y de las preferencias del usuario.

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