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REDES DE COMPUTADORAS 00 Preliminares_Olifer.indd I 1/12/09 6:53:22 PM 00 Preliminares_Olifer.indd II 1/12/09 6:53:28 PM REDES DE COMPUTADORAS Principios, tecnología y protocolos para el diseño de redes Natalia Olifer Formerly of Moscow State Technical University (MSTU) Victor Olifer UK Education a...

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REDES DE COMPUTADORAS

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REDES DE COMPUTADORAS Principios, tecnología y protocolos para el diseño de redes

Natalia Olifer Formerly of Moscow State Technical University (MSTU)

Victor Olifer UK Education and Research Networking Association (UKERNA)

Adaptación y revisión técnica Jorge Valeriano Assem División de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA LISBOA • MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO

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Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo Alejandro del Bosque Alayón Editor sponsor: Pablo E. Roig Vázquez Coordinadora editorial: Marcela I. Rocha Martínez Editor de desarrollo: Edmundo Carlos Zúñiga Gutiérrez Supervisor de producción: Zeferino García García Traductores: Carlos Roberto Cordero Pedraza y Efrén Alatorre Miguel Diseño de portada: Nuria Díaz

REDES DE COMPUTADORAS Principios, tecnología y protocolos para el diseño de redes Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2009, respecto a la primera edición en español por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Edificio Punta Santa Fe Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736 ISBN: 978-970-10-7249-3 Traducido de la primera edición de: COMPUTER NETWORKS. Principles, Technologies and Protocols for Network Design, Published by John Wiley & Sons Ltd. All rights reserved. Copyright © MMVI. ISBN: 0-470-86982-8

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Impreso en México

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CONTENIDO

PREFACIO ....................................................................................................... XXI PARTE I: FUNDAMENTOS DE LA INTERCONECTIVIDAD DE REDES ...................................................................................... CAPÍTULO 1: EVOLUCIÓN DE LAS REDES DE COMPUTADORAS ............................................................ 1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................... 1.2 ANTECEDENTES DE LAS REDES DE COMPUTADORAS....... 1.2.1 Las redes de computadoras como resultado de la evolución de las tecnologías de cómputo y de las comunicaciones......................................................................... 1.2.2 Sistemas de procesamiento por lotes...................................... 1.2.3 Sistemas multiterminales: prototipo de una red de computadoras....................................................................... 1.3 PRIMERAS REDES DE COMPUTADORAS .................................. 1.3.1 Primeras redes de área amplia (WAN) .................................... 1.3.2 Primeras redes de área local (LAN) ......................................... 1.4 CONVERGENCIA DE LAS REDES ................................................. 1.4.1 Convergencia de LAN y WAN ................................................. 1.4.2 Convergencia de las redes de computadoras y de telecomunicaciones ............................................................... RESUMEN ....................................................................................................... PREGUNTAS DE REPASO ........................................................................... PROBLEMAS .................................................................................................. CAPÍTULO 2: PRINCIPIOS GENERALES DEL DISEÑO DE REDES............................................................................. 2.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................... 2.2 PROBLEMAS DE COMPARTIR RECURSOS DE CÓMPUTO ... 2.2.1 Interacción entre computadoras y dispositivos periféricos .................................................................................... 2.2.2 Interacción más simple entre dos computadoras ................... 2.2.3 Aplicaciones de red ....................................................................

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CONTENIDO

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PROBLEMAS DE LA TRANSMISIÓN FÍSICA DE DATOS UTILIZANDO ENLACES DE COMUNICACIONES ........................................... 2.3.1 Codificación ...................................................................................................... 2.3.2 Características de los enlaces físicos .............................................................. 2.4 PROBLEMAS DE INTERACCIÓN ENTRE ALGUNAS COMPUTADORAS ..................................................................................................... 2.4.1 Topología de los enlaces físicos....................................................................... 2.4.2 Direccionamiento de los nodos de red .......................................................... 2.4.3 Conmutación..................................................................................................... 2.5 PROBLEMA GENERALIZADO DE CONMUTACIÓN ....................................... 2.5.1 Definición de flujo ............................................................................................ 2.5.2 Enrutamiento .................................................................................................... 2.5.3 Direccionamiento de datos.............................................................................. 2.5.4 Multiplexaje y demultiplexaje ......................................................................... 2.5.5 Medio compartido ............................................................................................ 2.5.6 Tipos de conmutación...................................................................................... RESUMEN ............................................................................................................................... PREGUNTAS DE REPASO ................................................................................................... PROBLEMAS .......................................................................................................................... CAPÍTULO 3: CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS Y DE PAQUETES ....................... 3.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 3.2 CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS ......................................................................... 3.2.1 Establecimiento de la conexión ...................................................................... 3.2.2 Bloqueo de la solicitud de establecimiento ................................................... 3.2.3 Ancho de banda garantizado .......................................................................... 3.2.4 Multiplexaje ....................................................................................................... 3.2.5 Ineficiencias de la transmisión de tráfico en ráfagas .................................... 3.3 CONMUTACIÓN DE PAQUETES ........................................................................... 3.3.1 Búffers y colas .................................................................................................... 3.3.2 Métodos de envío de paquetes ........................................................................ 3.3.3 Transmisión de datagramas............................................................................. 3.3.4 Conexión lógica ................................................................................................ 3.3.5 Circuitos virtuales............................................................................................. 3.3.6 Redes de conmutación de circuitos en oposición a redes de conmutación de paquetes ........................................................................... 3.4 CONMUTACIÓN DE PAQUETES EN LAS REDES DE MEDIO COMPARTIDO............................................................................................................. 3.4.1 Fundamentos de la compartición del medio de transmisión ..................... 3.4.2 Razones de la estructuración de las LAN ......................................................

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CONTENIDO

3.4.3 Estructura física de las LAN............................................................................ 3.4.4 Estructura lógica de una red de medio compartido .................................... 3.4.5 Ethernet como ejemplo de una tecnología estándar .................................... RESUMEN .............................................................................................................................. PREGUNTAS DE REPASO ................................................................................................... PROBLEMAS ..........................................................................................................................

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CAPÍTULO 4: ARQUITECTURA Y ESTANDARIZACIÓN DE REDES .................... 4.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 4.2 DESCOMPOSICIÓN DE LA INTERACCIÓN DE LOS NODOS DE RED ....... 4.2.1 Método multicapas ........................................................................................... 4.2.2 Protocolo y pila de protocolos ........................................................................ 4.3 MODELO OSI ............................................................................................................... 4.3.1 Características generales del modelo OSI ..................................................... 4.3.2 Capa física .......................................................................................................... 4.3.3 Capa de enlace de datos ................................................................................... 4.3.4 Capa de red ........................................................................................................ 4.3.5 Capa de transporte ........................................................................................... 4.3.6 Capa de sesión ................................................................................................... 4.3.7 Capa de presentación ....................................................................................... 4.3.8 Capa de aplicación ............................................................................................ 4.3.9 Modelo OSI y redes de conmutación de circuitos ........................................ 4.4 ESTANDARIZACIÓN DE REDES ............................................................................ 4.4.1 Concepto de sistema abierto ........................................................................... 4.4.2 Tipos de estándares .......................................................................................... 4.4.3 Estandarización en Internet ............................................................................ 4.4.4 Pilas estándares de protocolos de comunicaciones ...................................... 4.4.5 Correspondencia entre pilas de protocolos populares y el modelo OSI ... 4.5 SERVICIOS DE INFORMACIÓN Y TRANSPORTE ............................................ 4.5.1 Distribución de protocolos por elementos de la red .................................... 4.5.2 Protocolos subsidiarios del sistema de transporte ....................................... RESUMEN .............................................................................................................................. PREGUNTAS DE REPASO ................................................................................................... PROBLEMAS ..........................................................................................................................

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CAPÍTULO 5: EJEMPLOS DE REDES ............................................................................... 5.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 5.2 ESTRUCTURA GENERAL DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES ................................................................................. 5.2.1 Redes de acceso .................................................................................................

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CONTENIDO

5.2.2 Troncales ............................................................................................................ 5.2.3 Centros de datos ............................................................................................... 5.3 REDES DE TELECOMUNICACIONES DE LARGA DISTANCIA .................... 5.3.1 Servicios ............................................................................................................. 5.3.2 Clientes............................................................................................................... 5.3.3 Infraestructura .................................................................................................. 5.3.4 Cobertura........................................................................................................... 5.3.5 Relación entre los diferentes tipos de prestadores de servicios .................. 5.4 REDES CORPORATIVAS ........................................................................................... 5.4.1 Redes departamentales .................................................................................... 5.4.2 Redes en edificios o en campus....................................................................... 5.4.3 Redes corporativas............................................................................................ 5.5 INTERNET .................................................................................................................... 5.5.1 Unicidad de Internet ........................................................................................ 5.5.2 Estructura de Internet ...................................................................................... 5.5.3 Fronteras de Internet ........................................................................................ RESUMEN .............................................................................................................................. PREGUNTAS DE REPASO ................................................................................................... PROBLEMAS ..........................................................................................................................

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CAPÍTULO 6: CARACTERÍSTICAS DE LAS REDES .................................................... 6.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 6.2 TIPOS DE CARACTERÍSTICAS ............................................................................... 6.2.1 Características subjetivas de calidad .............................................................. 6.2.2 Características y requerimientos de las redes ............................................... 6.2.3 Escala de tiempo ............................................................................................... 6.2.4 Acuerdo sobre el nivel de servicio .................................................................. 6.3 DESEMPEÑO................................................................................................................ 6.3.1 Redes ideales...................................................................................................... 6.3.2 Características de los retardos de los paquetes ............................................. 6.3.3 Características de la velocidad de información ............................................ 6.4 CONFIABILIDAD ........................................................................................................ 6.4.1 Características de la pérdida de paquetes ...................................................... 6.4.2 Disponibilidad y tolerancia a fallas ................................................................ 6.4.3 Rutas alternas .................................................................................................... 6.4.4 Retransmisión de datos y la ventana deslizante ............................................ 6.5 SEGURIDAD ................................................................................................................. 6.5.1 Seguridad en computadoras y redes............................................................... 6.5.2 Confidencialidad, integridad y disponibilidad de los datos........................ 6.5.3 Servicios de seguridad en las redes ................................................................

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CONTENIDO

6.6

CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DEL PROVEEDOR ............................................. 6.6.1 Extensibilidad y escalabilidad ......................................................................... 6.6.2 Administración ................................................................................................. 6.6.3 Compatibilidad ................................................................................................. RESUMEN .............................................................................................................................. PREGUNTAS DE REPASO ................................................................................................... PROBLEMAS ..........................................................................................................................

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CAPÍTULO 7: MÉTODOS PARA ASEGURAR LA CALIDAD DEL SER ....... 7.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7.2 APLICACIONES Y QoS .............................................................................................. 7.2.1 Requerimientos de diversos tipos de aplicaciones ....................................... 7.2.2 Predictibilidad de la velocidad de información ............................................ 7.2.3 Sensibilidad de la aplicación a los retardos de los paquetes ........................ 7.2.4 Sensibilidad de la aplicación a las pérdidas de los paquetes ....................... 7.2.5 Clases de aplicaciones ...................................................................................... 7.3 ANÁLISIS DE COLAS ................................................................................................. 7.3.1 Modelo M/M/1 ................................................................................................. 7.3.2 M/M/1 como un modelo para el procesamiento de paquetes ......................