Arquitectura de Internet: Tolerancia a Fallos, Escalabilidad y Seguridad

Conexiones Inalámbricas

En este tipo de conexión, el medio de transmisión es la atmósfera terrestre o el espacio, y las señales utilizadas son microondas. Algunos ejemplos de conexiones inalámbricas son:

• Conexiones inalámbricas domésticas entre un router y una computadora con tarjeta de red inalámbrica.
• Conexión inalámbrica terrestre entre dos estaciones base.
• Comunicación entre dispositivos terrestres y satélites.

Protocolos de Red

Los protocolos de red son las reglas que utilizan los dispositivos para comunicarse entre sí. El estándar más utilizado es el conjunto de protocolos TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet), empleado en redes domésticas, comerciales e Internet. Estos protocolos definen los mecanismos de formateo, direccionamiento y enrutamiento para garantizar la correcta transmisión de la información.

Redes Convergentes

Antes: Servicios y Redes Múltiples

Tradicionalmente, servicios como la telefonía, la radio, la televisión y las redes de datos informáticos tenían su propia versión de los cuatro elementos básicos de una red. Cada servicio podía requerir una tecnología de transmisión diferente, así como sus propias reglas y normas para asegurar la comunicación a través de un medio específico.

Ahora: Redes Convergentes

Los avances tecnológicos han permitido consolidar estas redes independientes en una sola plataforma: la red convergente. La transmisión de voz, video y datos a través de la misma red elimina la necesidad de crear y mantener redes separadas. Aunque en una red convergente todavía existen numerosos puntos de contacto y dispositivos especializados (como computadoras, teléfonos, televisores, etc.), todos comparten una única infraestructura de red común.

Mañana: Redes Inteligentes

La plataforma de comunicaciones inteligentes del futuro ofrecerá mucho más que conectividad y acceso a aplicaciones. La próxima generación no solo consolidará los diferentes tipos de mensajes en una única red, sino también las aplicaciones que los generan, transmiten y aseguran en los dispositivos de red integrados.

1.3 Arquitectura de Internet

La arquitectura de Internet se refiere a las tecnologías que sustentan su infraestructura, así como a los servicios y protocolos que permiten la interconexión en esta red global. Dado que Internet es una red de redes, en su interior coexisten diversas tecnologías, su topología está en constante cambio y los servicios que se esperan de ella son cada vez más exigentes. Por ello, los estándares y protocolos juegan un papel fundamental para hacer de Internet una arquitectura abierta.

Internet se basa en un conjunto de protocolos de red conocidos como TCP/IP, debido a los dos protocolos principales que lo componen:

• TCP: Protocolo de Control de Transmisión
• IP: Protocolo de Internet

Internet, como cualquier otra red, tiene como objetivo principal la comunicación. Para garantizar el correcto funcionamiento de esta arquitectura heterogénea, cada red que se conecta a Internet debe cumplir con cuatro características básicas:

• Tolerancia a fallos
• Escalabilidad
• Calidad de servicio (QoS)
• Seguridad

1.3.1 Arquitectura de Red con Tolerancia a Fallos

El objetivo es minimizar el impacto de un fallo de software o hardware y asegurar una rápida recuperación de la conectividad. Para ello, se establecen enlaces o rutas redundantes entre el origen y el destino del mensaje. Si un enlace o ruta falla, los procesos de enrutamiento garantizan que los mensajes se dirijan instantáneamente a través de un enlace alternativo, de forma transparente para los usuarios.

Soluciones para la Tolerancia a Fallos

a) Redes Orientadas a la Conexión y Conmutadas por Circuitos

Similares a una llamada telefónica, cuando se establece una conexión, se crea un circuito temporal a través de las diferentes centrales telefónicas. Si un enlace o dispositivo falla, la llamada se interrumpe y es necesario volver a marcar para establecer un nuevo circuito.

b) Redes sin Conexión Conmutada por Paquetes

En lugar de enviar un flujo de datos como una unidad, se divide en paquetes más pequeños y manejables que se envían de forma independiente a través de la red. Esta técnica se denomina segmentación.

Beneficios de la segmentación de mensajes:

• Permite la multiplexación, es decir, la transmisión simultánea de partes de diferentes mensajes a través de la misma red.
• Aumenta la confiabilidad de las comunicaciones, ya que no se requiere la misma ruta para todos los paquetes.

Desventaja:

• Mayor complejidad, ya que cada paquete debe ser direccionado, empaquetado, enviado, recibido y desempaquetado individualmente.

c) Redes Orientadas a la Conexión

Aunque las redes sin conexión conmutada por paquetes son la infraestructura más común en Internet, las redes orientadas a la conexión ofrecen ciertas ventajas. Al asignar un circuito de datos dedicado, se garantiza la calidad y consistencia de la transmisión. Además, el proveedor puede cobrar por el tiempo de conexión activa.

1.3.2 Arquitectura de Red Escalable

La escalabilidad asegura que la red pueda admitir (o retirar) miles de nuevos usuarios, proveedores de servicios y aplicaciones sin afectar al rendimiento del servicio de los usuarios existentes. Para lograrlo, se utiliza un diseño jerárquico en capas tanto para la infraestructura física como para la arquitectura lógica. Cada capa permite la inserción de nuevos nodos sin interrumpir el funcionamiento de la red.

Niveles (Tiers) de la Jerarquía de Internet:

• Tier 1: Grandes operadores globales con redes de fibra óptica que abarcan al menos dos continentes. Forman la columna vertebral (backbone) de Internet y están interconectadas entre sí.
• Tier 2: Operadores regionales que se conectan a redes Tier 1 para alcanzar puntos de Internet fuera de su área de cobertura. Ofrecen servicios de conectividad a operadores Tier 3.
• Tier 3: Proveedores de servicios de Internet (ISP) que ofrecen conexión a Internet a usuarios residenciales y empresas.

Tipos de Conexiones entre Operadores

• Conexiones de tránsito: Entre operadores de diferente jerarquía. El operador de mayor jerarquía (proveedor) vende acceso a su red al operador de menor jerarquía (cliente).
• Conexión de peering: Intercambio de tráfico sin coste entre dos operadores. Se utiliza para acceder al rango de direcciones IP del otro operador, pero no para llegar a otras redes. Puede ser pública (a través de un IXP) o privada (conexión directa).

Puntos de Intercambio de Tráfico de Internet (IXP)

Un IXP es una infraestructura física que permite a diferentes ISP intercambiar tráfico de Internet entre sus redes mediante conexiones de peering. Facilita un intercambio de datos más eficiente entre las redes de las empresas participantes.

1.3.3 Arquitectura con Calidad de Servicio (QoS)

Las nuevas aplicaciones de Internet, como la transmisión de voz y video en vivo, requieren una calidad de servicio consistente y una entrega ininterrumpida, comparable a la de los medios tradicionales. La QoS garantiza un rendimiento predecible para aplicaciones sensibles al retraso y la pérdida de paquetes.

1.3.4 Arquitectura de Red con Seguridad

La creciente necesidad de privacidad y seguridad en el intercambio de información empresarial y personal ha impulsado el desarrollo de herramientas y procedimientos para combatir las vulnerabilidades inherentes a la arquitectura de red actual. La seguridad en Internet abarca aspectos como la autenticación, la integridad de los datos, la confidencialidad y la protección contra ataques.