Edición 7

1. Capítulo 1 Redes de computadoras e Internet
Internet de hoy es posiblemente el sistema de ingeniería más grande jamás creado por la humanidad,
con cientosde millonesde computadorasconectadas,enlacesde comunicacióne interruptores;conmilesde millonesde
usuarios que se conectan a través de computadoras portátiles,tabletas y teléfonos inteligentes; y con una variedad de
nuevas "cosas" conectadas a Internet que incluyen consolas de videojuegos, sistemas de vigilancia, relojes, gafas,
termostatos, básculas corporales y automóviles.Dado que Internet es tan grande y tiene tantos componentes y usos
diversos,¿hayalgunaesperanzade entendiendocómofunciona?¿Existenprincipiosrectoresyunaestructuraque pueda
proporcionar una base para entendiendo un sistema tan increíblemente grande y complejo? Y si es así, ¿es posible que
realmente podría ser interesante y divertido aprender sobre redes de computadoras? Afortunadamente,la respuesta a
todas estaspreguntas sonun rotundo¡SÍ!De hecho,nuestroobjetivoeneste libroesproporcionarle unaintroducción al
campo dinámicode lasredesinformáticas,que le proporcionalosprincipiosylasideas prácticasNecesitarás entenderno
solo las redes de hoy, sino las de mañana también.
Este primer capítulo presenta una visión general amplia de las redes informáticas e Internet. Nuestro objetivo aquí es
Pinte una imagen amplia y establezca el contexto para el resto de este libro, para ver el bosque a través de los árboles.
Vamos a cubrir un montón de terreno en este capítulo introductorio y discutiremos muchas de las piezas de una
computadora red, sin perder de vista el panorama general.
Estructuraremos nuestra visión general de las redes informáticas en este capítulo de la siguiente manera. Despuésde
presentar algunos terminología básica y conceptos, primero examinaremos los componentes básicos de hardware y
software que hacerunared.Comenzaremosenel borde de laredyveremoslossistemasfinalesylared aplicacionesque
se ejecutan en la red. Luego exploraremos el núcleo de una red informática, examinando el enlace y los conmutadores
que transportan datos, así como las redesde acceso y losmediosfísicosque conectalos sistemasfinales al núcleode la
red. Aprenderemos que Internet es una red de redes, y lo haremos aprende cómo estas redes se conectan entre sí.
Despuésde habercompletadoestavisióngeneraldel bordeyel núcleode unaredinformática,tomaremosel másamplio
y unavisiónmásabstracta enlasegundamitadde este capítulo.Examinaremoslademora,lapérdidayel rendimientode
datos en una red informática y brindan modelos cuantitativos simples para el rendimiento y el retardo de extremo a
extremo: modelos que tienen en cuenta la transmisión, la propagación y los retrasos en la cola. Luego presentaremos
algunos de losprincipiosarquitectónicosclaveenlasredesinformáticas,asaber,capasde protocoloymodelosde servicio.
Tambiénaprenderemosque lasredesde computadorasson vulnerablesamuchos tiposdiferentesde ataques;vamosa
encuestar algunos de estos ataques y consideran cómo las redes de computadoras pueden hacerse más seguras.
Finalmente, vamos acierre este capítulo con un breve historial de redes informáticas.
1.1. ¿Qué es Internet?
En este libro, usaremos el Internet público, una red informática específica, como nuestro vehículo principal para
discutiendoredesde computadorasysusprotocolos.Pero¿qué esinternet?Hayunpar de maneras para responderesta
preguntaPrimero,podemosdescribirlosaspectosprácticosde Internet,esdecir,losconceptosbásicos componentesde
hardware y software que componen Internet. En segundo lugar, podemos describir Internet en términos de una
infraestructurade redqueproporcionaserviciosaaplicacionesdistribuidas.Comencemoscon ladescripciónde lastuercas
y tornillos, usando la Figura 1.1 para ilustrar nuestra discusión.

2. 1.1.1. Descripción de las tuercas y tornillos
Internet es una red informática que interconecta miles de millones de dispositivos informáticos en todo el mundo. No
hace mucho tiempo,estosdispositivosinformáticoseranprincipalmente PCde escritoriotradicionales,Linux estaciones
de trabajo, y los llamados servidores que almacenan y transmiten información como páginas web y correo electrónico
mensajes. Cada vez más, sin embargo, "cosas" de Internet no tradicionales como computadoras portátiles, teléfonos
inteligentes, tabletas, Televisores, consolas de videojuegos, termostatos, sistemas de seguridad para el hogar,
electrodomésticos, relojes, gafas, automóviles, sistemas de control de tráfico y más se están conectando a Internet. De
hecho, el término computadora la red está empezando a sonar un poco anticuada, dados los muchos dispositivos no
tradicionales que están siendo enganchados hasta el Internet. En la jerga de Internet, todos estos dispositivos se
denominan hostsosistemasfinales.Poralgunasestimaciones,en2015 había alrededorde 5 mil millonesde dispositivos
conectados a Internet, y el número alcanzar los 25 mil millonespara 2020 [Gartner 2014]. Se estima que en 2015 hubo
más de 3,2 mil millones de Internet usuarios en todo el mundo, aproximadamente el 40% de la población mundial [ITU
2015].
Figura 1.1 Algunas piezas de Internet

3. Los sistemas finales están conectados entre sí por una red de enlaces de comunicación y conmutadores de paquetes.
VeremosenlaSección1.2que haymuchostiposde enlacesde comunicación,que estánformadospor diferentestiposde
medios físicos, incluyendo cable coaxial, cable de cobre, fibra óptica y espectro de radio.
Diferentesenlacespuedentransmitirdatosadiferentesvelocidades,conlavelocidadde transmisiónde unenlace medida
en bits / segundo. Cuando un sistema de extremo tiene datos para enviar a otro sistema final, el sistema de envío final
segmenta los datos y agrega los bytes del encabezado a cada segmento. Los paquetes de información resultantes,
conocidos como paquetes en la jerga de las redes de computadoras, luego se envían a través de la red al sistema de
destino final, donde se vuelven a ensamblar en los datos originales.
Un conmutador de paquetes toma un paquete que llega a uno de sus enlaces de comunicación entrantes y lo reenvía
paquete en uno de sus enlaces de comunicación salientes. Los interruptores de paquetes vienen en muchas formas y
sabores, pero los dos tipos más prominentes en la Internet actual son los enrutadores y los conmutadores de capa de
enlace. Ambos tipos de cambia los paquetes hacia su destino final. Los conmutadores de capa de enlace se usan
generalmente en acceder a las redes, mientras que los enrutadores generalmente se usan en el núcleo de la red. La
secuenciade comunicación enlacesyconmutadoresde paquetesatravesadosporun paquete desde el sistemade envío
al extremo receptor sistema se conoce como una ruta o camino a través de la red. Cisco predice que el tráfico IP global
anual pasará el umbral zettabyte (10 bytes) para el final de 2016, y alcanzará 2 zettabytes por año para 2019 [Cisco VNI
2015].
Las redes con conmutación de paquetes (que transportan paquetes) son en muchos aspectos similares a las redes de
transporte de autopistas,carreterase intersecciones(quetransportanvehículos).Considere,porejemplo,unafábricaque
necesitamoverunagran cantidadde carga a algúnalmacénde destinoubicadoamilesde kilómetros lejos.Enla fábrica,
la carga se segmenta y se carga en una flota de camiones. Cada uno de los camiones entonces viaja de forma
independiente a través de la red de carreteras, carreteras e intersecciones hasta el destino almacén. En el almacén de
destino, la carga se descarga y se agrupa con el resto de la carga llegando del mismo envío. Por lo tanto, en muchos
sentidos, los paquetes son análogos a los camiones,la comunicación los enlacesson análogos a autopistasy carreteras,
los conmutadores de paquetes son análogos a las intersecciones y al final los sistemas son análogos a los edificios. Así
como un camión toma un camino a través de la red de transporte, un paquete toma un camino a través de una red
informática.
Los sistemas finales acceden a Internet a través de los proveedores de servicios de Internet (ISP), incluidos los ISP
residenciales tales como compañías locales de cable o teléfono; ISP corporativos; los ISP de la universidad; ISP que
proporcionan WiFi acceso en aeropuertos, hoteles, cafeterías y otros lugares públicos; ISP de datos celulares,
acceso móvil a nuestrosteléfonosinteligentesyotrosdispositivos.CadaISPesen sí mismouna red de conmutadoresde
paquetesyenlacesde comunicación.LosISPproporcionanunavariedadde tiposde acceso alared a lossistemasfinales,
incluido el acceso de banda ancha residencial como cable módem o DSL, red de área local de alta velocidad
acceso y acceso inalámbricomóvil.LosISP tambiénproporcionanInternet accesoa proveedoresde contenido, conectar
sitiosweby servidoresde videodirectamente aInternet.Internetse trata de conectar el extremo sistemasentre sí,por
lo que los ISP que proporcionan acceso a los sistemas finales también deben estar interconectados. Estos ISP de nivel
inferior están interconectados a través de ISP de nivel superior nacionales e internacionales, como Comunicaciones de
nivel 3,AT&T, SprintyNTT.UnISPde nivel superiorconsisteenenrutadoresde altavelocidad interconectadoconenlaces
de fibra óptica de alta velocidad. Cada red ISP, ya sea de nivel superior o inferior, es administrado de manera
independiente, ejecuta el protocolo IP (ver más abajo) y se ajusta a ciertos nombres y direcciones convenciones.
Examinaremos más a fondo los ISP y su interconexión en la Sección 1.3.
Los sistemasfinales,losconmutadoresde paquetesyotraspartesde Internetejecutanprotocolosque controlanelenvío
y recibirinformaciónenInternet.El Protocolode control de transmisión(TCP) yel El protocolode Internet(IP) sondos de
losprotocolosmásimportantesenInternet.El protocoloIPespecifica el formatode lospaquetesque se envíanyreciben
entre enrutadores y sistemas finales. Internet los protocolos principales se conocen colectivamente como TCP / IP.

4. Comenzaremos investigando losprotocolosen este capítulo introductorio.Pero eso es solo un comienzo: gran parte de
este libro se refiere a la red informática. protocolos!
Dada la importancia de los protocolos para Internet, es importante que todos estén de acuerdo con lo que cada uno y
cada protocolo lo hace, para que las personas puedan crear sistemas y productos que interoperen. Aquí es donde los
estándares entran en juego. Estándares de Internet son desarrollados por la Fuerza de Tarea de Ingeniería de Internet
(IETF) [IETF 2016]. Los documentos de estándares IETF se llaman solicitudes de comentarios (RFC). RFCs comenzó como
solicitudes generales de comentarios (de ahí el nombre) para resolver el diseño de red y protocolo problemas que
enfrentaron el precursor de Internet [Allman 2011]. RFC tiende a ser bastante técnico y detallado. Definen protocolos
como TCP, IP, HTTP (para la Web) y SMTP (para correo electrónico). Existen actualmente más de 7,000 RFCs. Otros
organismostambiénespecificanestándaresparaloscomponentesde red,lamayoría notablemente paraenlacesde red.
El Comité de estándares LAN / MAN IEEE 802 [IEEE 802 2016], por ejemplo, especifica los estándares Ethernet y WiFi
inalámbrico.
1.1.2. Una descripción de servicios
Nuestradiscusiónanteriorhaidentificadomuchasde laspiezasque conformanInternet.Perotambiénpodemos describir
Internet desde un ángulo completamente diferente, a saber, como una infraestructura que proporciona servicios a
aplicaciones. Además de las aplicaciones tradicionales como el correo electrónico y la navegación web, Internet las
aplicacionesincluyenaplicacionesmóvilesde teléfonosinteligentesytabletas,incluidoslosmensajesde Internet,mapeo
con información de tráfico en tiempo real, transmisión de música desde la nube, transmisión de películas y televisión,
redes sociales en línea, videoconferencias, juegos para varias personas y recomendaciones basadas en la ubicación
sistemas. Se dice que las aplicaciones son aplicaciones distribuidas, ya que implican un extremo múltiple sistemas que
intercambian datos entre ellos. Es importante destacar que las aplicacionesde Internet se ejecutan ensistemas finales-
no se ejecutanenlosconmutadoresde paquete enel núcleode lared.Aunque losinterruptoresde paquetesfacilitanel
intercambiode datosentre sistemasfinales,noestáninteresados enlaaplicaciónque eslafuente o sumidero de datos.
Exploremos un poco más lo que queremos decir con una infraestructura que brinda servicios a las aplicaciones. A Para
este fin, supongamosque tiene unaideanuevayemocionanteparaunaaplicaciónde Internetdistribuida,unaque puede
beneficia en gran medida a la humanidad o que simplemente te puede hacer rico y famoso. ¿Cómo puedes ir?
transformandoestaideaenunaaplicaciónde Internetreal?Debidoaque lasaplicacionesse ejecutanensistemasfinales,
ustedvaanecesitarescribirprogramasque seejecutanenlossistemasfinales.Puede,porejemplo,escribirsusprogramas
enJava, C o Python.Ahora,debidoaque estádesarrollandounaaplicaciónde Internetdistribuida,losprogramasque se
ejecutanenlosdiferentessistemasfinalesdeberánenviarse datosentre ellos.Yaquí llegamosaunacuestióncentral que
lleva a la forma alternativa de describir Internet como una plataforma para aplicaciones. ¿Cómo un programa que se
ejecuta en un sistema de extremo ordena a Internet que entregue datos a otro programa ejecutándose enotro sistema
final?
Los sistemas finales conectados a Internet proporcionan una interfaz de socket que especifica cómo se ejecuta un
programa en un extremo, el sistema pide a la infraestructura de Internet que entregue datos a un programa de destino
específico corriendoenotrosistemafinal.Estainterfazde socketde Internetesunconjuntode reglasque el programade
envíodebe seguirpara que Internetpuedaentregarlosdatos al programa de destino.Discutiremoslainterfazde socket
de Internetendetalle enel Capítulo 2. Por ahora, vamos a recurrira una simple analogía,unaque usará con frecuencia
en este libro. Supongamos que Alice quiere enviar una carta a Bob utilizando el servicio postal. Alice, por supuesto,no
puede simplemente escribirlacarta (losdatos) y soltar la carta en su ventana.En cambio,el serviciopostal requiere que
Alice coloque lacartaen un sobre;escribael nombre completo,ladirecciónyel códigopostal de Bob códigoenel centro
del sobre;sellarel sobre;ponerunselloenlaesquinasuperiorderechadelsobre;yfinalmente,soltarel sobreenunbuzón
oficial del serviciopostal.Porlotanto,el serviciopostal tiene supropia"interfazde serviciopostal",oconjuntode reglas,
que Alice debe seguirpara tenerel serviciopostal entregasu carta a Bob. De manera similar,Internettiene unainterfaz

5. de socket que el programa se deben enviar los datos para que Internet entregue losdatos al programa que recibirá los
datos.
El servicio postal, por supuesto,ofrece más servicios para sus clientes. Proporciona expreso entrega, confirmaciónde la
recepción,usoordinarioy muchosmásservicios.De manerasimilar,Internet ofrecemúltiplesserviciosasusaplicaciones.
Cuandotienesunaaplicaciónde Internet,tambiéndebes elijaunode losserviciosde Internetparasuaplicación.Describe
los servicios de Internet en Capitulo 2.
Acabamos de dar dos descripciones de Internet; uno en términos de su hardware y software componentes, el otro en
términos de una infraestructura para proporcionar servicios a aplicaciones distribuidas. Pero quizás todavía esté
confundidosobre qué es Internet.¿Qué sonla conmutaciónde paquetesyTCP / IP? ¿Qué sonenrutadores? ¿Qué tipos
de enlacesde comunicaciónestánpresentesenInternet?Que esundistribuido ¿solicitud?¿Cómose puede conectarun
termostato o una báscula corporal a Internet? Si te sientes un poco agobiado por todo esto ahora, no se preocupe: el
propósito de este libro es presentarle tanto tuercas y tornillos de Internet y los principios que rigen cómo y por qué
funciona. Explicaremos esto términos y preguntas importantes en las siguientes secciones y capítulos.
1.1.3. ¿Qué es un protocolo?
Ahora que tenemos un poco de idea de lo que es Internet, consideremos otra palabra de moda importante en redes
informáticas: protocolo. ¿Qué es un protocolo? ¿Qué hace un protocolo?
Una analogía humana
Probablemente seamásfácil entenderlanociónde un protocolode redde computadoraconsiderandoprimeroalgunas
analogías humanas, ya que los humanos ejecutamos protocolos todo el tiempo. Considera lo que haces cuando quiero
preguntarle aalguien porlahora del día. Un intercambiotípicose muestraenlaFigura 1.2. Protocolohumano(obuenos
modales,al menos) dictaque unoprimeroofrezcaunsaludo(el primer"Hola"enlaFigura1.2) para iniciarcomunicación
con otra persona. La respuesta típica a un "Hola" es un mensaje "Hola" devuelto. Implícitamente, uno luego toma una
cordial respuestade"Hola"comounaindicacióndequeunopuedeprocederypreguntarporlahoradeldía.Unarespuesta
diferente al "Hola" inicial (como "¡No me molestes!" O "No hablo inglés", o alguna respuesta no imprimible) podría