Conceptos Fundamentales de Sistemas Operativos y Redes Informáticas

Sistemas Operativos: Conceptos y Clasificación

Clasificación de los Sistemas Operativos

Por su Estructura

• Monolítico: Estructura simple donde todos los componentes del sistema operativo residen en un único espacio de direcciones.
• Jerárquico: Organizado en capas, donde cada capa ofrece servicios a la capa superior y utiliza servicios de la capa inferior.
• Máquina Virtual: Crea la ilusión de múltiples máquinas virtuales sobre un único hardware físico.
• Microkernel: Un núcleo mínimo que solo gestiona las funciones esenciales (gestión de procesos, memoria y comunicación entre procesos), mientras que otros servicios se ejecutan como procesos de usuario.
• Híbrido: Combina características de los modelos monolítico y microkernel, buscando un equilibrio entre rendimiento y modularidad.

Por sus Servicios

• Monousuario: Soportan a un único usuario a la vez.
  • Ejemplos: MS-DOS, Microsoft Windows 9x y ME, MAC OS (versiones antiguas).
• Multiusuario: Permiten que múltiples usuarios accedan y utilicen el sistema simultáneamente.
  • Ejemplos: UNIX, GNU/Linux, Microsoft Windows Server, macOS (antes MAC OS X).
• Monotarea: Ejecutan una única tarea a la vez por usuario.
  • Ejemplos: MS-DOS, Microsoft Windows 3.x y 95.
• Multitarea: Permiten la ejecución concurrente de múltiples tareas.
  • Ejemplos: macOS, UNIX, Linux, Microsoft Windows (98, 2000, XP, Vista, 7, 8, 10, 11).
• Monoprocesador: Diseñados para funcionar con un solo procesador.
• Multiprocesador: Capaces de gestionar y utilizar múltiples procesadores para mejorar el rendimiento.

Por su Forma de Interacción

• Centralizados: Gestionan los recursos de un único ordenador.
• En Red: Permiten la interacción y el acceso a recursos compartidos con otras máquinas a través de una red.
• Distribuidos: Sus funciones y recursos se distribuyen y ejecutan en diferentes ordenadores interconectados, actuando como un único sistema.

Gestión de Recursos y Seguridad en Sistemas Operativos

Recursos Gestionados por el Sistema Operativo

El sistema operativo gestiona eficientemente los siguientes recursos clave:

• El procesador (CPU).
• La memoria (RAM).
• Los dispositivos de entrada y salida (E/S).
• El sistema de archivos.

Objetivos de un Sistema de Archivos

Un sistema de archivos busca cumplir con los siguientes objetivos:

• Optimizar el rendimiento.
• Facilitar la actualización.
• Economía de almacenamiento.
• Mantenimiento sencillo.
• Fiabilidad.
• Seguridad y permisos.
• Control de concurrencia.

Requisitos de Seguridad de un Sistema Operativo

Los sistemas operativos deben garantizar:

• Confidencialidad: Proteger la información del acceso no autorizado.
• Integridad: Asegurar que la información no sea alterada de forma indebida.
• Disponibilidad: Garantizar que los recursos y servicios estén accesibles cuando se necesiten.

Aspectos de la Seguridad Agrupados por el Sistema Operativo

La seguridad en un sistema operativo se agrupa según tres aspectos fundamentales:

• Uso de recursos y servicios, y control de acceso.
• Acceso al sistema.
• Uso de redes.

Redes de Ordenadores y Telecomunicaciones

Sistemas de Comunicación

Según su Direccionalidad

• Simplex: La comunicación ocurre en una sola dirección (ej. radio, televisión).
• Semidúplex: La comunicación puede ocurrir en ambas direcciones, pero no simultáneamente (ej. walkie-talkie).
• Dúplex: La comunicación puede ocurrir en ambas direcciones de forma simultánea (ej. teléfono).

Ventajas de las Redes de Ordenadores

Las redes de ordenadores ofrecen múltiples beneficios, incluyendo:

• Compartir recursos (impresoras, escáneres, etc.).
• Compartir información y datos.
• Facilitar la colaboración entre usuarios.
• Permitir una gestión centralizada de recursos y seguridad.
• Reducir costes operativos.

Técnicas de Conmutación

Las técnicas de conmutación son fundamentales para el envío de datos en una red:

• Conmutación de Circuitos: Establece un enlace físico dedicado y exclusivo para la transmisión entre dos nodos durante toda la duración de la comunicación.
• Conmutación de Mensajes: Se basa en el tratamiento de bloques de información completos (mensajes), que son almacenados y reenviados por los nodos intermedios hasta alcanzar su destino. Cada mensaje lleva una dirección de origen y otra de destino.
• Conmutación de Paquetes: Divide el mensaje original en paquetes más pequeños e independientes, que pueden viajar por rutas diferentes y ser reensamblados en el destino. Es la técnica más común en Internet.

Factores Clave en la Arquitectura de Red

La arquitectura de una red se define por varios factores:

• Topología: Define la forma física o lógica de conectar los nodos (dispositivos) a la red (ej. bus, estrella, anillo, malla).
• Método de Acceso: Determina la manera en que los dispositivos comparten y acceden al medio de comunicación para enviar datos.
• Protocolos de Comunicación: Conjunto de reglas y estándares que rigen la comunicación entre dispositivos en una red, asegurando que puedan entenderse entre sí.

Problemas que los Protocolos Deben Resolver

Los protocolos de comunicación son esenciales para resolver desafíos como:

• El enrutamiento (determinación de la mejor ruta para los datos).
• El direccionamiento (identificación única de los dispositivos).
• La gestión del medio de comunicaciones compartido.
• La prevención de la saturación o congestión de la red.
• El control de errores para asegurar la integridad de los datos.

Modelos de Referencia de Red

Modelo OSI (Open Systems Interconnection)

El Modelo OSI es un marco conceptual que describe las funciones de un sistema de red en siete capas:

1. Capa Física: Se encarga de las conexiones físicas, la transmisión de bits puros a través de un medio. Define especificaciones eléctricas, mecánicas, funcionales y de procedimiento.
2. Capa de Enlace de Datos: Empaqueta los datos en tramas para su transmisión a través de la capa física. Gestiona el acceso al medio y el control de errores a nivel de enlace. (Dispositivos clave: Conmutadores, puentes).
3. Capa de Red: Separa los datos en paquetes, determina la ruta óptima que tomarán los datos y define el direccionamiento lógico (IP). (Dispositivos clave: Enrutadores).
4. Capa de Transporte: Se encarga de asegurar la entrega de extremo a extremo de los datos, la secuencia adecuada de los paquetes y el control de errores. Proporciona servicios de conexión y sin conexión.
5. Capa de Sesión: Mantiene y controla el enlace entre las aplicaciones de los dos extremos de la comunicación, gestionando el diálogo y la sincronización.
6. Capa de Presentación: Determina el formato de los datos para su presentación a la capa de aplicación, incluyendo la codificación, cifrado y compresión. Adapta la información al protocolo en uso.
7. Capa de Aplicación: Define los protocolos que utilizan las aplicaciones de usuario para su funcionamiento en red, proporcionando servicios de red directamente a las aplicaciones.

Modelo TCP/IP

El Modelo TCP/IP es el conjunto de protocolos que sustenta Internet, estructurado en cuatro niveles:

1. Nivel de Acceso a la Red: Responsable de convertir la información suministrada por el nivel de Internet en señales aptas para la transmisión por el medio físico. Incluye controladores de dispositivo y tarjetas de red.
   • Unidad de Información: Trama
   • Protocolo clave: ARP (Address Resolution Protocol), que mapea direcciones lógicas (IP) a direcciones físicas (MAC).
2. Nivel de Internet o Red: Permite a las estaciones enviar información a la red en forma de paquetes (datagramas).
   • Funciones clave: Direccionamiento, conectividad, enrutamiento y control de la congestión.
   • Protocolos principales: IP (Internet Protocol), ARP, RARP (Reverse ARP), ICMP (Internet Control Message Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), RIP (Routing Information Protocol).
3. Nivel de Transporte: Establece las reglas necesarias para una conexión fiable y ordenada entre dos dispositivos remotos.
   • Unidad de datos: Segmento
   • Protocolos: TCP (Transmission Control Protocol) para conexiones fiables y UDP (User Datagram Protocol) para conexiones sin conexión y rápidas.
4. Nivel de Aplicación: Contiene los protocolos de las aplicaciones de usuario que interactúan directamente con la red.
   • Protocolos comunes: FTP (File Transfer Protocol), DNS (Domain Name System), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), POP3 (Post Office Protocol version 3), SNMP (Simple Network Management Protocol), HTTP (Hypertext Transfer Protocol).

Modos de Conexión Inalámbrica

En redes inalámbricas, existen principalmente dos modos de conexión:

• Modo Infraestructura: Requiere un punto de acceso (AP) centralizado (como un router Wi-Fi) para que los dispositivos se conecten entre sí y a la red.
• Modo Ad-hoc: Permite que los dispositivos se conecten directamente entre sí sin la necesidad de un punto de acceso central. Es útil para conexiones temporales y directas.