PDF de programación - Tema 1: Redes de computadores e Internet

Tema 1: Redes de computadores e internet

1. ¿Qué es internet?

1.1 Descripción de los componentes esenciales

Hosts o sistemas terminales: dispositivos finales conectados a internet entre sí mediante una
red de enlaces de comunicaciones y dispositivos de conmutación de paquetes.

Para acceder a la red, los hosts lo hacen a través de los ISP, que son proveedores de internet
interconectados entre sí.

Los estándares de internet son desarrollados por el IETF (Internet Engineering Task Force) en
documentos llamados RFC.

1.2 Descripción de los servicios

Una aplicación distribuida es aquella en la que varios host se intercambian datos.

1.3 ¿Qué es un protocolo?

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



2. La frontera de la red

2.1 Programas cliente y servidor

Un programa cliente es aquel que se ejecuta en un host y solicita y recibe servicios de otro
llamado servidor y que se ejecuta en otro host. En arquitecturas P2P, todos los host hacen
funciones de cliente y servidor.

2.2 Redes de acceso

Acceso telefónico
El modem del usuario ‘llama’ al número de teléfono de un ISP y establece una conexión
telefónica normal, transmitiendo datos por ella. Tiene las desventajas de ser muy lenta (56kb) y
que no permite otras llamadas.

DSL
Utiliza también las líneas de teléfono, pero permite mayores velocidades y llamadas
simultáneas mediante unos nodos DSLAM en las centrales de las compañías telefónicas.

Cable
Utiliza cable coaxial y permite mayores velocidades pico que DSL, pero es un medio de difusión
compartido con los vecinos, y cuando muchos están conectados tiene velocidades más lentas.

FTTH
Utiliza fibra óptica y tiene las velocidades más altas.

Ethernet
Se usa normalmente en redes locales, y tiene velocidades altas (entre 100MBs y 10Gbps)

Wi-fi
Se usa para LANs inalámbricas.

Wi-Max
Es una mejora del Wi-Fi que permite comunicaciones rápidas y a larga distancia.

2.3 Medios físicos

Los medios físicos pueden ser guiados (la información va por un medio sólido, como un cable)
o no guiados (por el aire o espacio).

Los más comunes son:

- Cobre de par trenzado: el medio más común y barato, puede llegar a 1Gbps
- Cable coaxial: rápido, utilizado por tele por cable, y es compartido.
-
- Canales de radio terrestres: pueden ser de área local (para redes locales) o de largo

Fibra óptica: muy rápida, inmune a interferencias y pinchazos

alcance (para móviles y tal)

- Canales de radio vía satélite: se emplean satélites geoestacionarios y de órbita baja

terrestre para enviar los datos por el espacio.



3. El núcleo de la red

3.1 Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes

Conmutación de circuitos
Se reservan los recursos necesarios para la comunicación entre dos host. Los canales se
multiplexan por bandas de frecuencias (FDM) o por tiempo (TDM).

Conmutación de paquetes
Los recursos se utilizan bajo petición y pueden tener que esperar. Decimos que la
multiplexación es estadística.

3.2 Redes troncales de internet y proveedores ISP

En el nivel superior de la red tenemos a los ISP de nivel 1, que tienen altísimas velocidades de
transmisión, están conectados todos con todos, proporcionan cobertura internacional, y están
conectados a ISP de niveles inferiores.

Los ISP de nivel 2 tienen cobertura regional o nacional, y depende de los de nivel 1 para llegar
a todo el mundo. Por debajo de estos, puede haber ISP de niveles inferiores llamados ISP de
acceso que proporcionan acceso a los clientes finales.

Los puntos entre los cuales se interconectan 2 ISP se llaman Puntos de presencia.



4. Retardos, pérdidas y tasa de transferencia en redes de conmutación de

paquetes

4.1 Retardo en las redes de conmutación de paquetes
Llamamos retardo nodal a la suma de los 4 siguientes retardos:

Retardo de procesamiento
Es el tiempo requerido por los routers para examinar la cabecera del paquete y determinar
dónde hay que enviarlo, así como comprobar errores y alguna otra tarea.

Retardo de cola
Es el tiempo que pasa un paquete en colas de salida de los routers mientras espera a ser
transmitido.

Retardo de transmisión
Es el tiempo necesario para introducir todos los bits de un paquete por el enlace. Es igual a L/R
donde R es la velocidad de transmisión del enlace y L el tamaño del archivo.

Retardo de propagación
Es el tiempo que tarda un bit, una vez está en el medio físico, en llegar hasta el final del enlace.
Es igual a d/s donde s es la velocidad de propagación por el medio, y d la distancia.

4.2 Retardo de cola y pérdida de paquetes

Si llamamos a a la velocidad media a la que llegan paquetes a la cola de un router, la intensidad
de tráfico en dicho router será La/R. Si La/R es mayor que la velocidad a la que pueden
transmitirse paquetes hacia fuera (L/R generalmente), la cola aumentará y el retardo tenderá a
infinito. Ahora bien, puede haber colas aunque la intensidad sea menor en media, siempre que
coincidan muchos paquetes de golpe.

Se produce una pérdida de paquetes cuando llegan paquetes a un router con la cola llena.

4.3 Tasa de transferencia en las redes de computadoras

Llamamos tasa de transferencia de un archivo a F/T, donde F es el número de bits del archivo y
T el tiempo que tarda en recibir el destino el archivo. Generalmente esta tasa se puede
aproximar como F/min(Ri) donde Ri son las tasas de transferencia de los enlaces por el camino,
ya que estos suelen ser el cuello de botella.



5. Capas de protocolos y sus modelos de servicio

5.1 Arquitectura en capas

La red está estructurada en capas. Cada capa ofrece un modelo de servicio a las que tiene por
encima. Esta modularidad facilita el mantenimiento y surgimiento de nuevos protocolos en
cada capa, pero a cambio provoca redundancias en los modelos de servicio (por ejemplo, se
realizan sumas de comprobación de bits en varias capas) y alguna otra inconveniencia.

La pila de capas o protocolos de internet se compone de 5 capas:

Capa de aplicación
Aquí residen las aplicaciones de red y sus protocolos, como HTTP, SMTP, FTP o DNS. A la unidad
de información enviada en dicha capa la llamamos mensaje.

Capa de transporte
Transporta los mensajes de aplicación a aplicación. Tiene dos protocolos, TCP y UDP, y la
unidad mínima de información que envía la llamamos segmento.

Capa de red
Incluye el protocolo IP (entre otros) y facilita el envío de datagramas entre los distintos routers
de la red.

Capa de enlace
Es la capa encargada de enviar la información entre routers consecutivos. Denominamos a sus
paquetes tramas.

Capa física
Es la encargada de codificar bits en medios físicos mediante ondas, pulsos, etc.

Modelo OSI
Es un modelo deprecado que incluía, amén de estas cinco capas, una capa llamada
presentación (que se encargaba de dar interpretación a los datos enviados) y otra de sesión,
para sincronizar el intercambio de datos. Estas funcionalidades se incluyen ahora en la capa de
aplicación, cuando fuere necesario.

5.2 Mensajes, segmentos, datagramas y tramas



Tema 2: La capa de aplicación

1. Principios de las aplicaciones de red

1.1 Arquitecturas de las aplicaciones de red

En la arquitectura cliente-servidor tenemos un host activo, servidor, que espera peticiones de
los clientes.

En la arquitectura P2P los hosts (peers) se conectan por parejas de forma intermitente,
actuando tanto de cliente como de servidor. Este tipo de arquitecturas se enfrentan a tres
“retos”: que los ISP residenciales ofrecen conexiones asimétricas (mucha más bajada que
subida); mantener la seguridad, tarea difícil por su naturaleza distribuida y abierta, y dar
incentivos a los usuarios para colaborar.

1.2 Procesos de comunicación

Llamamos socket a una interfaz (API) entre las aplicaciones de usuario y la red.

1.3 Servicios de transporte disponibles para las aplicaciones

Podemos clasificarlos en 4 grupos:

-

-

-
-

Transferencia de datos fiable: que los datos se entreguen de forma íntegra (sin
pérdidas ni corrupciones), en orden y sin duplicados.
Tasa de transferencia: Que den una tasa de transferencia garantizada. Las apps
elásticas son aquellas que se apañan con cualquier tasa.
Temporización: que ofrezcan una latencia máxima garantizada.
Seguridad: cifrar los datos transferidos

1.4 Servicios de transporte proporcionados por internet

TCP

- Orientado a la conexión: el cliente y servidor intercambian información de control de
la capa de transporte antes de empezar a fluir los mensajes de la aplicación, para que
ambos reserven recursos y se preparen. Dicha conexión es full-duplex porque ambos
pueden enviar y recibir datos por la misma.
Fiable

-
- Controla la congestión: limita cada conexión para que use una cuota equitativa.

UDP
Es un protocolo ligero y simple que no ofrece ninguno de los servicios. Es más rápido que TCP,
pero en ocasiones lo bloquean los cortafuegos, y por ello tampoco se usa mucho.



2. DNS: Servicio de directorio de internet

2.1 Servicios proporcionados por DNS

DNS (Domain name system) es un protocolo de la capa de aplicación que se utiliza para
convertir direcciones en formato legible por lo humanos en direcciones IP. DNS se ejecuta con
UDP en el puerto 53. Proporciona, además de este servicio de traducción, los siguientes:

- Alias de host: traducción de direcciones sencillas (llamadas alias) a una dirección

compleja (nombre canónico). Por ej., dkjfh.ej.caca.com -> alias: caca.com

- Alias del servidor de correo: ídem pero para servidores de correo
- Distribución de carga: se pueden asignar un conjunto de direcciones IP a un mismo
nombre canónico de host. De esta manera, cuando alguien hace una petición DNS,
cada vez obtendría una IP distinta, y así se distribuiría la carga