El documento presenta un programa detallado sobre redes de computadoras. Aborda conceptos como los requisitos de una red, la conectividad, la arquitectura de redes, protocolos y capas. También describe elementos como adaptadores de red, detección de errores, direccionamiento, arquitectura física y lógica de redes. Explica conceptos clave como la capa de red, el switch, el enrutamiento, tecnologías de conmutación y protocolos de red.

1. Redes de Computadores
Programa:
-1. Requerimientos de una red
-2. Concepto de conectividad
-3. Arquitectura de redes
-4. Protocolos
-5. La interfaz Socket
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2. Programa Detallado
-1. La capa “data link” y sus funcionalidades
-2. Adaptadores de red
-3. Señalización y codificación
-4. Protocolos de transmisión confiable
-5. Encapsulamiento en “tramas”
-6. Detección de errores
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3. Programa Detallado
-1. Propiedades físicas
-2. Estándares
-3. Protocolos de acceso al medio
-4. Direccionamiento
-5. Limitaciones
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4. Programa Detallado
-1. Arquitectura
-2. Estructura Física
-3. La subcapa MAC
-4. La capa física
-5. Elementos de administración
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5. Programa Detallado
-1. La capa de Red
-2. El switch como elemento de despacho
-3. El problema del despacho y enrutamiento
-4. Modelos clásicos de despacho
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6. Programa Detallado
-1. Tecnologías de conmutación
-2. Conmutación de “celdas”
-3. Fragmentación y reensamblado de
paquetes
-4. IP sobre ATM
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7. 1.Introducción
2. Conectividad
3. Servicios
4. Arquitecturas de redes
5. Software de red
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8. 1. INTRODUCCION
Las redes de computadores, al igual que Internet
han tenido un explosivo crecimiento que ha
permitido entregar innumerables servicios a
miles de millones de usuarios.
Este crecimiento ha sido posible por la
naturaleza de propósito general de las redes
y a la posibilidad de agregar nuevas
funcionalidades a la red escribiendo
software que corre en computadores
accesibles y de buen desempeño.
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9. Qué es una red?
Una red de computadores es un conjunto de uno
o mas nodos autónomos, conectados por un link
físico, o dos o más redes conectadas por uno o
más nodos.
Hay distintas miradas para las redes:
•* Programador de aplicaciones
•* Diseñador de redes
•* Administrador
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10. DOS IDEAS
Conectividad: Una red debe proporcionar
conectividad. Esta conectividad puede ser
limitada, por razones de seguridad o sin límites
(Internet).
Escalabilidad: Un sistema es escalable si
puede crecer en forma arbitraria sin
degradar sustancialmente su desempeño.
Internet es un buen ejemplo de
escalabilidad
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11. 2. Conectividad, links y nodos
Una red se puede representar por un grafo cuyos
nodos son computadores y sus arcos se
denominan links.
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12. Redes de enlace directo LAN
Si los nodos están interconectados a través de un
único medio físico, su escalabilidad se ve muy
limitada, por esta razón los links de acceso
múltiple sólo se utilizan en redes de área local
LAN.
Otra alternativa es la llamada “FULL MESH”
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13. Ejemplo de “full mesh”
Acoplamiento Completo
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14. Redes de Conmutación
La conectividad entre dos nodos no
necesariamente implica una conexión
directa entre ellos.
Un nodo que está conectado al menos
a dos links y tiene el software
apropiado, puede proveer conectividad
a otros nodos en forma indirecta.
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15. Paquetes de Datos
Los nodos de una red envían y reciben
bloques de datos discretos llamados
“paquetes” o mensajes.
Los paquetes de datos se pasan entre
los nodos a través de una estrategia
llamada: “store and forward”
Una red con conectividad indirecta que
despacha paquetes se denomina: red
de conmutación de paquetes
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16. Redes de Conmutación de paquetes
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17. Switches y host
De la figura anterior podemos observar
que existen dos tipos de nodos:
-Switches, nodos internos a la
subred de comunicación
(computadores especializados en el
despacho de paquetes)
-Hosts, nodos que soportan las
aplicaciones (computadores)
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18. Interconexión de redes
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19. Direccionamiento
Para proveer conectividad no bastan los
links y nodos intermedios, es necesario
asignar una dirección a cada nodo.
Una dirección es un “string” que
identifica un nodo.
Los routers usan esta dirección para
decidir por dónde despachar el paquete
para acercarlo a su destino final.
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20. Unicast, multicast Broadcast
El escenario mas común en el envío de
un paquete de datos de un nodo a otro
nodo (Unicast)
- Multicast : desde una fuente a un
grupo de nodos
- Broadcast: desde la fuente a todos los
nodos
- Anycast: desde la fuente a un grupo
que tienen la misma dirección.
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21. Economias de escala
Los criterios fundamentales que guían
el diseño de las redes son dos:
eficiencia y desempeño.
La eficiencia nos lleva a aprovechar los
recursos de la mejor forma posible, por
ejemplo la estructura de la red packet
switching se desprende de esa idea, no
hay mejor forma de proveer
conectividad a menor costo.
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22. Economias de escala
Otro aspecto sobre el cual se puede
intervenir pensando en la eficiencia es
el uso de los links.
Una idea fundamental de la
conectividad eficiente es la
“multiplexión”
La multiplexión es compartir recursos.
(Un ejemplo es compartir CPU en un
sistema operativo multitarea)
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23. Multiplexión
Los paquetes de datos
enviados por diferentes
usuarios se pueden
multiplexar
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24. Flujos de Datos
- En la figura anterior podemos ver que
tres flujos de datos son multiplexados
sobre un link simple y despues
demultiplexados en flujos separados
-Existen distintos métodos de
multiplexing, uno de ellos es el llamado
STDM (multiplexión sincrónico por
división de tiempo)
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25. STDM
Cada flujo tiene asociado un
quantum de tiempo. Si un flujo
está ocioso igual ocupa ancho de
banda. Por esta razón NO SE USA
STDM en redes de datos.
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26. Multiplexión Estadística
En este caso, los datos
correspondientes a cada flujo, son
transmitidos bajo demanda. Se define
una cota máxima de datos a transmitir
por cada flujo. Esta cota es un
paquete.
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27. Calidad de Servicio Q o S
- La decisión de despacho de un paquete,
puede hacerse de múltiples maneras:
-FIFO
-STDM
- Es posible también asegurar que
determinados flujos:
- Reciban una fracción del ancho de
banda
- Sus paquetes no sean retardados más
de un determinado tiempo.
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28. Calidad de Servicio Q o S
- El multiplexing estadístico define una
forma costo efectiva para que diversos
flujos entre hosts puedan compartir
recursos de la red (nodos y links) en una
granularidad definida por paquetes.
- también permite manejar la congestión
al asignar la capacidad de los links en
forma justa.
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29. 3 Servicios de una RED
- El sentido de una red es implementar
servicios distribuidos.
- Los programas de aplicación que corren
en los host conectados a la red deben
ser capaces de comunicarse.
- En vez de partir de cero en desarrollo
de aplicaciones distribuidas en una red,
es mejor identificar los servicios que son
comunes de todas las aplicaciones
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30. Canales Abstractos
-Resulta útil ver una red como
proveedora de canales sobre los cuales
las aplicaciones se comunican.
- En forma abstracta un canal es un
“tubo” a través del cual las aplicaciones
envían y reciben datos.
- Los canales pueden tener
funcionalidades distintas como por
ejemplo: seguridad, garantía de
despacho, etc.
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31. Canales Abstractos
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32. Servicios Comunes
Cuando un par de programas de
aplicación se comunican a través de la
red, no basta sólo el intercambio de
mensajes sino que necesitan una
coordinación compleja.
Estas funcionalidades se pueden
incorporar a las aplicaciones, pero como
la mayoría de las aplicaciones necesitan
servicios comunes, resulta más
conveniente implementar estas
funcionalidades como servicios
proporcionados por la red.
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33. ...Servicios Comunes
El éxito de las redes está en ocultar la
complejidad presentando a las
aplicaciones un conjunto de servicios.
¿Cuál debe ser el conjunto básico de
servicios?...está es un área muy
dinámica para los diseñadores de redes
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34. Canales Lógicos
- La red se puede ver como proveedora
de canales lógicos sobre los cuales los
procesos de aplicaciones se pueden
comunicar.
- ¿Qué funcionalidades deben los canales
proveer a las aplicaciones?
¿Es necesario que los mensajes lleguen
en orden?
¿Pueden perderse mensajes?
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35. Interacción Cliente-Servidor
Una interacción común es
llamada: Cliente-Servidor
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36. Clases de Aplicaciones
- Veremos conjuntos representativos de
aplicaciones:
-ftp,nfs: leer un archivo remoto implica
enviar un pequeño mensaje al servidor.
el servidor responde con un mensaje
mas largo correspondiente a los datos
del archivo.
-www la interección es parecida a la
anterior
-Videoconferencia (vic) aquí importa
mucho la latencia
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37. Dos Canales Tipos
- Considerando las aplicaciones
anteriores como muestras
representativas, podemos establecer
dos tipos de canales:
- Request/Reply: transferencia de
archivos y bibliotecas digitales.
- Message Streams: aplicaciones de
audio y video
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38. Canal Request/Reply
-El requerimiento es garantizar que un
mensaje despachado llegue a destino y
no se generen copias de este mensaje.
-También debe garantizar que el orden
de envío sea el mismo que el orden de
entrega de los paquetes.
-Podría también requerir servicios de
seguridad como privacidad e integridad.
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39. Canal de Message Stream
-No requiere garantía de entrega de
mensajes, pero debe soportar diferentes
propiedades de retardo.
-También debe garantizar que el orden
de envío sea el mismo que el orden de
entrega de los paquetes.
-Debe soportar Multicast.
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40. 4 Arquitecturas de Redes
-Tal como se vio una red debe
proporcionar conectividad a un grán
número de computadores en forma
general, costo efectiva, justa, robusta y
con alto desempeño.
- Además las redes evolucionan en el
tiempo para incorporar los cambios
tecnológicos y las nuevas demandas de
las aplicaciones.
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41. ...Arquitecturas de Redes
-Para relacionarse con esta complejidad,
se generan documentos llamados
“arquitectura de red” que guian el
diseño e implementación de las redes.
- Existen innumerables arquitecturas de
redes, pero las más representativas son:
OSI
INTERNET
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42. Capas y Protocolos
-Complejidad Abstracción: cuando un
sistema se vuelve complejo se
introducen nuevos niveles de
abstracción.
-Por ejemplo el concepto de canal lógico
abstrae muchas complejidades de la red.
-La abstracción lleva naturalmente a la
arquitectura en capas.
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43. Capas en una Arquitectura
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44. Arquitectura de Capas
-La arquitectura de capas tiene dos
grandes ventajas:
-Se descompone un problema
complejo en componentes más
manejables.
-Se logra un diseño modular.
Lo contrario a una a un diseño de capas
es la estructura monolítica.
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45. ...Arquitectura de Capas
-La arquitectura de capas puede tener
abstracciones diferentes en un nivel.
- Por ejemplo una capa puede soportar
los dos canales lógicos discutidos
anteriormente.
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46. ...Arquitectura de Capas
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47. Protocolos
- Los protocolos son objetos con los
cuales se construyen capas.
- Los protocolos proporcionan servicios
de comunicación que usan otros objetos
tales com protocolos de mayor nivel o
aplicaciones
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48. Estructura de Protocolos
- Cada protocolo define dos interfaces.
-De servicio: para otros objetos dentro
del mismo computador que deseen
utilizar los servicios de comunicación.
-Par: es la interfaz que define a la
máquina par con la cual se establece
comunicación. esta interfaz define la
forma y el significado de los mensajes
entre protocolos pares para implementar
el servicio.
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49. Interfaz de Servicio
- Son funciones que proveen los
protocolos que permiten utilizar sus
servicios por parte de objetos de alto
nivel (otros protocolos o aplicaciones)
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50. Interfaz Par
-Solo en la capa de hardware esta
comunicación es directa, en las demás
capas es indirecta.
-Las capas pares de protocolos se
comunican a través de mensajes
utilizando algún protocolo de mayor
nivel.
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51. Interfaces de Protocolos
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52. ¿Qué es un protocolo?
El concepto de protocolo suele llevar a
confusión. hay dos aspectos a
considerar:
-Operaciones definidas por la interfaz de
servicio, este aspecto se denomina:
especificación de protocolos (ej RFC)
-Módulo de software que implementan
estas interfaces de servicio
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53. Grafos de protocolos
-En cada capa de arquitectura pueden
existir muchos protocolos.
-Es el conjunto de todos los protocolos
de una arquitectura los que ofrecen los
distintos servicios de una red.
-Estos protocolos no son
independientes. Se relacionan unos con
otros a través de un “grafo de
protocolos”
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54. Ejemplo de Grafos de protocolos
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55. RRP y MSP
Los protocolos RRP y MSP implementan
dos canales entre aplicaciones
(procesos) diferentes:
-RRP: protocolo Request/Reply
-MSP:protocolo message/stream
Tanto RRP como MSP dependen del
protocolo HHP (host a host) que provee
un servicio de conectividad entre
computadores.
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56. Ejemplo de Grafo de Protocolos
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57. El STACK de Protocolos
Se puede ver de las figuras anteriores la
relación entre los distintos protocolos,
por ejemplo una transferencia de
archivos entre Host1 y Host2 requiere
RRP y HHP. En este caso se dice que la
aplicación utiliza el servicio de
protocolos ofrecidos por el stack
RRP/HHP.
-Un ejemplo es TCP/IP
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58. ENCAPSULAMIENTO
-Todo mensaje lleva un encabezamiento
llamado “header”.
-cada protocolo agrega un nuevo
“header” al mensaje proporcionado por
el nivel superior.
-Para un protocolo la carga útil o datos
de un mensaje es solo un conjunto de
bits sin estructura.
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59. ...ENCAPSULAMIENTO
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60. ...ENCAPSULAMIENTO
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61. ...ENCAPSULAMIENTO
-La figura anterior muestra el proceso
de encapsulamiento. En cada nivel un
protocolo encapsula el mensaje
proveniente del nivel superior.
-En el nivel inferior, el protocolo PP
(physical protocol) es el encargado de
enviar el mensaje por la red a su
protocolo par.
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62. Multiplexion y Demultiplexión
-La misma idea que se aplica en la capa
física, se aplica en el grafo de protocolo.
-Cada protocolo puede recibir mensajes
de múltiples protocolos o aplicaciones.
-El encabezamiento contiene un campo
normalmente llamado “protocol” que
contiene un número que identifica al
protocolo que pertenece el mensaje.
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63. Mux y Demux en protocolos
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64. Estándares en Arquitectura
Existen muchas arquitecturas de redes,
entre las cuales se encuentran
arquitecturas propietarias y
arquitecturas abiertas.
-La ISO fue la primera organización en
definir formalmente una forma
estándard de conectar computadores.
Esta arquitectura se denomina “Open
System Interconnection” o arquitectura
OSI
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65. Arquitectura OSI
OSI define 7 niveles:
-FISICO: Se ocupa de transmitir bits sin
estructura sobre un enlace de
comunicaciones.
-ENLACE DE DATOS: Se ocupa de
transmitir tramas con información a
través de su enlace. Se ocupa también
de la detección de la corrupción de datos
y la coordinación de uso de medios
físicos compartidos.
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66. Arquitectura OSI
-RED: Permite que cualquier Par de host
en la red se puedan comunicar entre si,
es decir, provee un servicio Host a Host
resolviendo el cálculo de ruta y la
fragmentación y reensamblado de
paquetes.
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67. Arquitectura OSI
-TRANSPORTE: Establece un canal
abstracto proceso a proceso se preocupa
de la perdida de paquetes, duplicados y
reordenamiento de paquetes. Los
protocolos de esta capa y de las capas
superiores corren en los host y no en los
nodos intermedios.
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68. Arquitectura OSI
-SESION: Permite el manejo de
diferentes flujos de transporte que son
parte de una misma aplicación. por
ejemplo stream de audio y video que se
combinan para una videoconferencia
control de dialogo.
-PRESENTACION:Presentación de datos
-APLICACION: ftp, www, etc.
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69. Arquitectura OSI
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70. Arquitectura TCP/IP o INTERNET
-La arquitectura llamada Internet es una
evolución de la red de packet switching
llamada ARPANET
-En vez de 7 capas tiene 4. En el menor
nivel se acepta una grán variedad de
protocolos de redes de distintas
tecnologías.
-El corazón de la arquitectura es el
protocolo de red llamado IP
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71. ...Arquitectura TCP/IP o INTERNET
-La tercera capa contiene dos protocolos
principales, UDP y TCP. ámbos proveen
canales lógicos a las aplicaciones.
-Tanto a TCP como UDP se les denomina
protocolos end to end para enfatizar su
funcionalidad. Corresponden a la capa
de transporte del modelo OSI.
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72. ...Arquitectura TCP/IP o INTERNET
-Sobre la capa de transporte existen
muchos protocolos de aplicaciones tales
como : ftp, tftp, smtp.
- La siguiente transparencia muestra la
arquitectura y el grafo de protocolos.
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73. Arquitectura y grafos de protocolos
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74. 5. Software de RED
¿Cómo construir una aplicación de red?
-Para esto es necesario saber que:
-Los protocolos se implementan en el
software.
-Actualmente todos los sistemas
computacionales implementan los
protocolos de red como parte integral
del sistema operativo.
-El S.O es el que proporciona la interfaz
(API)
a un subsistema de red.
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75. La Interfaz Socket
Si bien cada sistema es libre para
proporcionar su propia API de red, con el
tiempo la interfaz desarrollada en
Berkeley y distribuida en UNIX llamada
socket es la más popular.
-Un socket se puede ver como un punto
de acceso lógico en el cual una
aplicación se conecta a la red.
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76. ...La Interfaz Socket
La Interfaz define operacioes para:
-Crear un socket
-Ligar un socket a la red
-Enviar y recibir mensajes a través de
un socket
-Cerrar el socket
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77. Fin 1a Clase
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