Redes, internet y sistemas distribuidos

La necesidad de compartir información y recursos entre diferentes computadoras ha llevado a la aparición de sistemas de computación conectados denominados redes, en los que las computadoras están conectadas de manera que los datos pueden transferirse de una máquina a otra.

Fundamentos de las redes:

Las redes de computadoras suelen clasificarse de la siguiente manera:

· Por alcance:

o Redes de área local (LAN): consta de una colección de computadoras situadas en un mismo edificio o en un complejo de edificios. Por ejemplo, las computadoras de un campus universitario.

o Redes de área metropolitana (MAN): es una red de tamaño intermedio, como por ejemplo una que abarque todo un pueblo de pequeño tamaño

o Redes de área extensa (WAN): conecta máquinas situadas a grandes distancias, quizá en ciudades próximas o en lados opuestos del mundo.

· Por propiedad (operación interna:

o Red abierta: la red está basada en diseños que son de dominio público

o Red cerrada / propietaria: innovaciones que están controladas y son propiedad de una entidad concreta, como por ejemplo una persona o una corporación.

· Por topología (patrón con el que las máquinas están conectadas):

o Bus: todas las máquinas están conectadas a una línea común de comunicaciones denominada bus

o Estrella: una máquina sirve como punto central al que todas las demás se conectan

Para que una red funcione de forma fiable es importante establecer reglas a las que se ajusten todas las actividades. Tales reglas se denominan protocolos.

· En una red en bus basada en los estándares Ethernet, el derecho de transmitir mensajes está controlado por el protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, Acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisiones). Este protocolo dicta que todos los mensajes sean difundidos a todas las máquinas del bus.

Para transmitir un mensaje, una máquina espera hasta que el bus esté en silencio en cuyo momento comienza a transmitir mientras continúa monitorizando el bus. Si otra máquina comienza a transmitir también al mismo tiempo, las dos detectarán la colisión y harán una pausa durante un corto periodo de tiempo, de longitud aleatoria, antes de tratar de transmitir de nuevo. No es compatible con redes inalámbricas.

· Las políticas CSMA/CA dan prioridad a aquellas máquinas que ya han estado esperando una oportunidad de transmitir. SI el canal está en silencio, se espera durante un periodo corto de tiempo y luego se empieza a transmitir solo si el canal ha permanecido en silencio a lo largo de dicho periodo. Si el canal está ocupado, la máquina espera durante un periodo de tiempo aleatorio antes de intentarlo de nuevo. Una vez que pasa ese periodo la máquina se apropia del canal silencioso sin ningún tipo de espera. Utilizado en WiFi.

En ocasiones, es necesario conectar redes existentes para formar un sistema de comunicaciones más amplio. Esto se puede hacer conectando las redes para formar una versión de mayor tamaño del mismo “tipo” de red. Esto se lleva a cabo por medio de diferentes dispositivos que se conocen con los nombres de repetidores, puentes y conmutadores.

· Repetidor: extiende una red. Un dispositivo que simplemente pasa las señales de un lado a otro entre los dos buses originales (usualmente con algún tipo de amplificación) sin considerar el significado de las señales.

· Puente: conecta dos redes compatibles. Permite conectar dos buses, pero el puente no pasa necesariamente todos los mensajes a través de la conexión. En su lugar, examina la dirección de destino que acompaña a cada mensaje y reenvía un mensaje a través de la conexión solo cuando está destinado a una computadora situada al otro lado. De este modo, dos máquinas que residan en el mismo lado de un puente pueden intercambiar mensajes sin interferir en las comunicaciones que están teniendo lugar al otro lado. Un puente permite conseguir un sistema más eficiente que un repetidor.

· Conmutador: conecta varias redes compatibles. Es básicamente un puente con múltiples conexiones, lo que le permite conectar varios buses en lugar de solo dos.

· Encaminadores (router): conecta dos redes incompatibles lo que resulta en una red de redes internet. Son computadoras de uso especial utilizadas para el reenvío de mensajes. La conexión entre redes para formar una interred se gestiona mediante una serie de dispositivos conocidos como encaminadores.

Internet

El ejemplo más notable de interred es Internet, que tiene su origen en una serie de proyectos de investigación que datan de principios de la década de 1960. El objetivo era desarrollar la capacidad de enlazar diversas redes de computadoras, para que pudieran funcionar como un sistema conectado que no se viera afectado en su operación global por desastres de escala local. Ha pasado de ser un proyecto académico a un proyecto comercial.

Composición de internet:

Internet es un conjunto de redes conectadas. En general, estas redes son construidas y mantenidas por organizaciones denominadas Proveedores de servicios de Internet (ISP, Internet Service Provider).

El sistema de redes operado por los ISP puede clasificarse en una jerarquía de acuerdo con el papel que desempeñan en la estructura global de Internet:

· ISP de nivel 1: están compuestos por redes WAN internacionales de alta velocidad y alta capacidad. Estas redes se consideran la red troncal de Internet. Normalmente, son operadas por grandes empresas que trabajan en el sector de las comunicaciones. Súper mayoristas que tiene los cables de fibra óptica.

· ISP de nivel 2: tienden a tener un ámbito más regional y que son menos potentes en lo que a sus capacidades se refiere. Mayoristas.

· ISP de acceso: es esencialmente una interred independiente, en ocasiones denominada intranet, operada por una única autoridad cuyo negocio consiste en suministrar acceso a Internet a los usuarios individuales. Minoristas.

· Sistemas terminales: Los dispositivos con los que los usuarios individuales se conectan a los ISP de acceso

Métodos de comunicación entre procesos:

· Cliente-servidor: un servidor, varios clientes. Un servidor opera de forma continua. El cliente inicia la comunicación.

· Peer-to-peer: dos procesos se comunican como iguales. Los procesos entre pares son de corta duración.

En la comunicación P2P, la computadora busca en las computadoras cercanas a ver si alguna ya tiene el proceso descargarlo. Si sí, lo copia y descarga de esa computadora y así evita conectarse al servidor que está mucho más lejos.

Sistemas distribuidos:

1. Computación en clúster: Describe un sistema distribuido en el que múltiples computadoras independientes trabajan estrechamente de manera conjunta para proporcionar potencia de computación o servicios comparables a los de una máquina de mucho mayor tamaño.

2. Computación en retícula (grid): Hace referencia a sistemas distribuidos que están acoplados de forma más débil. Estos sistemas se instalan a menudo en computadoras que tienen otros propósitos (ej. PCs), dando a estas máquinas potencia de cómputo cuando no se están empleando

1. La computación en la nube describe un sistema distribuido en el que una serie de enormes conjuntos de computadoras compartidas en la red pueden asignarse para ser utilizados por los clientes según sea necesario.

Capas del software de internet

• Aplicación: Ensambla el mensaje con dirección.

• Transporte: Divide el mensaje en paquetes.

• Red: Maneja el encaminamiento a través de la internet.

• Enlace: Maneja la transmisión de paquetes.

• Seguimiento de un mensaje a través de internet

Capas de internet

• Host Layers: Transferencia de mensajes a través de internet: tarea principal del software de red.

• Media Layers: Proceso de transferencia a través de unidades coordinadas y con funciones específicas establecidas como jerarquía.

Conjunto de Protocolos TCP / IP

Estos protocolos le permiten a los mensaje viajar por el internet y tienen dos capas: una capa de trasporte y otra de red.

La capa de transporte puede ser TCP (Orientada a conexión, fiable, control de flujo y congestión) o UDP. Mientras que la capa de red se refiere a la dirección IP de las computadoras, la cual puede ser de IP 32 bits (IPv4) o de128 bits (IPv6). La dirección IP de las computadoras se almacena en 4 bytes.

Direccionamiento en Internet

• IP adress: patrón de 32 o 128 bits representado comúnmente por una notación decimal con puntos.

• Nombres mnemónicos: Nombres de dominio y Dominios de Nivel Superior.

• Domain Name System (DNS): Servidores de nombres y DNS lookup

Una página web tiene 3 componentes

1. Nombre de dominio, el cual se compra (en México en AKI).

2. El servidor (te da la funcionalidad del “servicio”)

3. Página web.

Aplicaciones de Internet

Un ejemplo clásico de una aplicación de internet es el correo electrónico (e-mail). Veamos cuáles son los componentes esenciales de esta aplicación y la función principal de los mismo:

• Servidor de correo: una máquina concreta dentro de un dominio que recibe correos o los envía a otros servidores de correo en donde se almacena hasta que el receptor lo contacte.

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): protocolo para transferir correo entre servidores y para enviar un mensaje desde una máquina local a un servidor.

• MIME (Multipuspose Internet Mail Extensions): protocolo para transferir datos no ASCII a un formato compatible con SMTP.

• POP3 (Post Office Protocol Versión 3): y IMAP (Internet Mail Access Protocol): son dos protocolos de acceso al correo electrónico almacenando en un servidor. POP transfiere los correos a la máquina local, IMAP los deja en el servidor.

• NTP (Network Time Protocol)

• FTP (File Transfer Protocol) – acceso a archivos en servidores remotos a través de contraseña - FTP anónimos – acceso sin contraseña

• Telnet – Terminal para acceso remoto a servidor o computadora - SSH proporciona acceso y comunicación cifrado

• VoIP – Voice over Internet Protocol – Skype

World Wide Web

En realidad, la WWW funciona a través de hipertextos y HTTP (Hypertext Transfer Protocol). De esta forma, el navegador obtiene documentos del servidor de web, los documentos son identificados por un URL (Uniform Resorce Locator) y finalmente se le muestran al usuario.