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Conmutación de paquetes

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En telecomunicaciones , la conmutación de paquetes es un método para agrupar datos en mensajes cortos de formato fijo, es decir, paquetes , que se transmiten a través de una red de telecomunicaciones . Los paquetes constan de una cabecera y una carga útil . La cabecera dirige el paquete a su destino, donde la carga útil se extrae y se utiliza mediante un sistema operativo , un software de aplicación o protocolos de capa superior . La conmutación de paquetes es la base fundamental de las comunicaciones de datos en las redes informáticas de todo el mundo.

A principios de la década de 1960, el ingeniero estadounidense Paul Baran desarrolló un concepto que denominó conmutación adaptativa distribuida de bloques de mensajes como parte de un programa de investigación en la RAND Corporation , financiado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos . Su propuesta consistía en proporcionar un método eficiente y tolerante a fallos para la comunicación de mensajes de voz utilizando hardware de bajo coste para enrutar los bloques de mensajes a través de una red distribuida. Sus ideas contradecían los principios entonces establecidos de preasignación de ancho de banda de red , ejemplificados por el desarrollo de las telecomunicaciones en el sistema Bell . El nuevo concepto tuvo poca acogida entre los implementadores de redes hasta el trabajo independiente del científico informático británico Donald Davies en el Laboratorio Nacional de Física a partir de 1965. Davies desarrolló el concepto para la comunicación de datos utilizando conmutadores de software en una red informática de alta velocidad y acuñó el término conmutación de paquetes . Su trabajo inspiró numerosas redes de conmutación de paquetes en la década siguiente, incluyendo la incorporación del concepto al diseño de ARPANET en los Estados Unidos y la red CYCLADES en Francia. ARPANET y CYCLADES fueron las principales redes precursoras de la Internet moderna .

Concepto

Esta animación ilustra un modelo de red en el que los paquetes consecutivos entre hosts toman rutas diferentes. Sin embargo, la entrega fuera de orden es perjudicial para el rendimiento de varios protocolos de red, incluido TCP, por lo que Internet intenta enrutar los paquetes asociados con el mismo flujo de datos a lo largo de la misma ruta la mayor parte del tiempo. [ 1 ]

Una definición sencilla de conmutación de paquetes es:

El enrutamiento y la transferencia de datos mediante paquetes direccionados, de modo que un canal se ocupa únicamente durante la transmisión del paquete y, una vez finalizada la transmisión, el canal queda disponible para la transferencia de otro tráfico . [ 2 ] [ 3 ]

La conmutación de paquetes permite la entrega de flujos de datos con velocidad de bits variable , representados como secuencias de mensajes cortos en formato fijo ( paquetes) , a través de una red informática que asigna recursos de transmisión según sea necesario mediante técnicas de multiplexación estadística o asignación dinámica de ancho de banda . A medida que atraviesan el hardware de red ( conmutadores y enrutadores) , los paquetes se reciben, se almacenan en búfer, se ponen en cola y se retransmiten ( se almacenan y se reenvían ), lo que resulta en una latencia y un rendimiento variables según la capacidad del enlace y la carga de tráfico en la red. Los paquetes normalmente se reenvían mediante nodos de red intermedios de forma asíncrona utilizando el almacenamiento en búfer FIFO (primero en entrar, primero en salir) , pero también pueden reenviarse según alguna disciplina de planificación para la asignación equitativa de colas , la conformación del tráfico o la calidad de servicio diferenciada o garantizada , como la asignación equitativa de colas ponderada o el algoritmo de cubo con fugas . La comunicación basada en paquetes puede implementarse con o sin nodos de reenvío intermedios (conmutadores y enrutadores). En caso de un medio físico compartido (como radio o 10BASE5 ), los paquetes pueden entregarse según un esquema de acceso múltiple .

La conmutación de paquetes contrasta con otro paradigma principal de redes, la conmutación de circuitos , un método que preasigna ancho de banda de red dedicado específicamente para cada sesión de comunicación, cada una con una tasa de bits y una latencia constantes entre nodos. En el caso de servicios de pago, como los servicios de telefonía móvil , la conmutación de circuitos se caracteriza por una tarifa por unidad de tiempo de conexión, incluso cuando no se transfieren datos, mientras que la conmutación de paquetes puede caracterizarse por una tarifa por unidad de información transmitida, como caracteres, paquetes o mensajes.

Un conmutador de paquetes tiene cuatro componentes: puertos de entrada, puertos de salida, procesador de enrutamiento y matriz de conmutación. [ 4 ]

Historia

Invención y desarrollo

El "bloque de mensaje", diseñado por Paul Baran en 1962 y perfeccionado en 1964, es la primera propuesta de un paquete de datos . [ 5 ] [ 6 ]
Tendencias en el rendimiento de costos de la conmutación de paquetes, 1960-1980. [ 7 ]

El concepto de conmutación de pequeños bloques de datos fue inventado independientemente por Paul Baran en la RAND Corporation a principios de la década de 1960 en los EE. UU. y por Donald Davies en el Laboratorio Nacional de Física (NPL) en el Reino Unido en 1965. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

A finales de la década de 1950, la Fuerza Aérea de los EE. UU. estableció una red de área amplia para el sistema de defensa de radar Semi-Automatic Ground Environment (SAGE). Reconociendo las vulnerabilidades de esta red, la Fuerza Aérea buscó un sistema que pudiera sobrevivir a un ataque nuclear para permitir una respuesta, disminuyendo así el atractivo de la ventaja del primer ataque para los enemigos (véase Destrucción mutua asegurada ). A principios de la década de 1960, Baran inventó el concepto de conmutación de bloques de mensajes adaptativa distribuida en apoyo de la iniciativa de la Fuerza Aérea. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] El concepto se presentó por primera vez a la Fuerza Aérea en el verano de 1961 como informe B-265, [ 15 ] publicado posteriormente como informe RAND P-2626 en 1962, [ 5 ] y finalmente en el informe RM 3420 en 1964. [ 6 ] Los informes describen una arquitectura general para una red de comunicaciones a gran escala, distribuida y resistente. La propuesta se componía de tres ideas clave: el uso de una red descentralizada con múltiples rutas entre dos puntos cualesquiera; la división de los mensajes de usuario en bloques de mensajes; y la entrega de estos mensajes mediante conmutación de almacenamiento y reenvío . [ 12 ] [ 16 ] El diseño de red de Baran se centraba en la comunicación digital de alta velocidad de mensajes de voz utilizando conmutadores de hardware que eran componentes electrónicos de bajo coste. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

Christopher Strachey , quien se convirtió en el primer profesor de Computación de la Universidad de Oxford , presentó una solicitud de patente en el Reino Unido para tiempo compartido en febrero de 1959. [ 20 ] [ 21 ] En junio de ese año, presentó un artículo "Tiempo compartido en computadoras rápidas de gran tamaño" en la Conferencia de Procesamiento de Información de la UNESCO en París, donde le pasó el concepto a JCR Licklider . [ 22 ] [ 23 ] Licklider (junto con John McCarthy ) fue fundamental en el desarrollo del tiempo compartido. Después de conversaciones con Licklider sobre tiempo compartido con computadoras remotas en 1965, [ 24 ] [ 25 ] Davies inventó de forma independiente un concepto de comunicación de datos similar . [ 26 ] Su idea fue usar mensajes cortos en formato fijo con altas tasas de transmisión de datos para lograr comunicaciones rápidas. [ 27 ] Luego desarrolló un diseño para una red de computadoras jerárquica de alta velocidad que incluía computadoras de interfaz y protocolos de comunicación . [ 28 ] [ 29 ] [ 14 ] Acuñó el término conmutación de paquetes y propuso construir una red de datos comercial a nivel nacional en el Reino Unido. [ 30 ] [ 31 ] Dio una charla sobre la propuesta en 1966, después de la cual una persona del Ministerio de Defensa (MoD) le habló sobre el trabajo de Baran. [ 32 ]

Roger Scantlebury , miembro del equipo de Davies, presentó su trabajo (e hizo referencia al de Baran) en el Simposio de octubre de 1967 sobre Principios de Sistemas Operativos (SOSP). [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] En la conferencia, Scantlebury propuso la conmutación de paquetes para su uso en ARPANET y persuadió a Larry Roberts de que la economía era favorable a la conmutación de mensajes . [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] Davies había elegido algunos de los mismos parámetros para su diseño de red original que Baran, como un tamaño de paquete de 1024 bits. Para lidiar con las permutaciones de paquetes (debido a las preferencias de ruta actualizadas dinámicamente) y las pérdidas de datagramas (inevitables cuando fuentes rápidas envían a un destino lento), asumió que "todos los usuarios de la red se proporcionarán a sí mismos algún tipo de control de errores", [ 33 ] inventando así lo que se conoció como el principio de extremo a extremo . Davies propuso que se construyera una red de área local en el laboratorio para atender las necesidades del NPL y demostrar la viabilidad de la conmutación de paquetes. Después de un experimento piloto a principios de 1969, [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] la Red de Comunicaciones de Datos del NPL comenzó a funcionar en 1970. [ 48 ] Davies fue invitado a Japón para dar una serie de conferencias sobre conmutación de paquetes. [ 49 ] El equipo del NPL llevó a cabo trabajos de simulación sobre datagramas y congestión en redes a una escala para proporcionar comunicación de datos en todo el Reino Unido. [ 47 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]

Larry Roberts tomó las decisiones clave en la solicitud de propuesta para construir ARPANET . [ 54 ] Roberts se reunió con Baran en febrero de 1967, pero no discutieron sobre redes. [ 55 ] [ 56 ] Le pidió a Frank Westervelt que explorara las cuestiones del tamaño y el contenido de los mensajes para la red, y que escribiera un documento de posición sobre el protocolo de comunicación entre computadoras, incluyendo "convenciones para la transmisión de caracteres y bloques, verificación de errores y retransmisión, e identificación de computadoras y usuarios". [ 57 ] Roberts revisó su diseño inicial, que era conectar las computadoras host directamente, para incorporar la idea de Wesley Clark de usar procesadores de mensajes de interfaz (IMP) para crear una red de conmutación de mensajes , que presentó en SOSP. [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] Roberts era conocido por tomar decisiones rápidamente. [ 62 ] Inmediatamente después de SOSP, incorporó los conceptos y diseños de Davies para la conmutación de paquetes para habilitar las comunicaciones de datos en la red, [ 40 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] y buscó la opinión de Baran. [ 66 ]

Un contemporáneo de Roberts del MIT , Leonard Kleinrock había investigado la aplicación de la teoría de colas en el campo de la conmutación de mensajes para su disertación doctoral en 1961–62 y la publicó como libro en 1964. [ 67 ] Davies, en su artículo de 1966 sobre conmutación de paquetes, [ 28 ] aplicó las técnicas de Kleinrock para demostrar que "hay un amplio margen entre el rendimiento estimado del sistema [de conmutación de paquetes] y el requisito declarado" en términos de un tiempo de respuesta satisfactorio para un usuario humano. [ 68 ] Esto abordó una cuestión clave sobre la viabilidad de las redes informáticas. [ 69 ] Larry Roberts incorporó informalmente a Kleinrock al proyecto ARPANET a principios de 1967. [ 70 ] Roberts y Taylor reconocieron que el problema del tiempo de respuesta era importante, pero no aplicaron los métodos de Kleinrock para evaluarlo y basaron su diseño en un sistema de almacenamiento y reenvío que no estaba destinado a la computación en tiempo real . [ 71 ] Después de SOSP, y después de la instrucción de Roberts de usar la conmutación de paquetes, [ 63 ] Kleinrock buscó la opinión de Baran y propuso mantener a Baran y RAND como asesores. [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] El grupo de trabajo de ARPANET asignó a Kleinrock la responsabilidad de preparar un informe sobre software para el IMP. [ 75 ] En 1968, Roberts le otorgó a Kleinrock un contrato para establecer un Centro de Medición de Redes (NMC) en UCLA para medir y modelar el rendimiento de la conmutación de paquetes en ARPANET. [ 72 ]

Bolt Beranek & Newman (BBN) ganó el contrato para construir la red. Diseñada principalmente por Bob Kahn , [ 76 ] [ 77 ] fue la primera red de conmutación de paquetes de área amplia con control distribuido. [ 54 ] Los "IMP Guys" de BBN desarrollaron de forma independiente aspectos importantes del funcionamiento interno de la red, incluyendo el algoritmo de enrutamiento, el control de flujo, el diseño de software y el control de red. [ 78 ] [ 79 ] El NMC de UCLA y el equipo de BBN también investigaron la congestión de la red. [ 76 ] [ 80 ] El Grupo de Trabajo de Redes, liderado por Steve Crocker , un estudiante de posgrado de Kleinrock en UCLA, desarrolló el protocolo host-to-host, el Programa de Control de Red , que fue aprobado por Barry Wessler para ARPA, [ 81 ] después de que ordenara que se eliminaran ciertos elementos más exóticos. [ 82 ] En 1970, Kleinrock extendió su trabajo analítico anterior sobre conmutación de mensajes a la conmutación de paquetes en ARPANET. [ 83 ]

La ARPANET se presentó en la Conferencia Internacional sobre Comunicación Informática (ICCC) en Washington en octubre de 1972. [ 84 ] [ 85 ] Sin embargo, persistían preguntas fundamentales sobre el diseño de redes de conmutación de paquetes. [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]

Roberts presentó la idea de la conmutación de paquetes a profesionales de la industria de las comunicaciones a principios de la década de 1970. Antes de que ARPANET estuviera operativa, argumentaron que los búferes de los enrutadores se agotarían rápidamente. Una vez que ARPANET estuvo operativa, argumentaron que la conmutación de paquetes nunca sería económicamente viable sin el subsidio gubernamental. Baran se enfrentó al mismo rechazo y, por lo tanto, no logró convencer a los militares de construir una red de conmutación de paquetes en la década de 1960. [ 7 ]

La red CYCLADES fue diseñada por Louis Pouzin a principios de la década de 1970 para estudiar la interconexión de redes . [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] Fue la primera en implementar el principio de extremo a extremo de Davies y hacer que las computadoras anfitrionas fueran responsables de la entrega confiable de datos en una red de conmutación de paquetes, en lugar de que esto fuera un servicio de la propia red. [ 93 ] Su equipo fue, por lo tanto, el primero en abordar el problema altamente complejo de proporcionar a las aplicaciones de usuario un servicio de circuito virtual confiable mientras se utilizaba un servicio de mejor esfuerzo , una contribución temprana a lo que sería el Protocolo de Control de Transmisión (TCP). [ 94 ]

Bob Metcalfe y otros en Xerox PARC esbozaron la idea de Ethernet y el PARC Universal Packet (PUP) para la interconexión de redes. [ 95 ]

En mayo de 1974, Vint Cerf y Bob Kahn describieron el Programa de Control de Transmisión (TCP) , un protocolo de interconexión de redes para compartir recursos mediante la conmutación de paquetes entre los nodos. [ 96 ] Las especificaciones del TCP se publicaron posteriormente en el RFC 675 ( Especificación del Programa de Control de Transmisión de Internet ), escrito por Vint Cerf, Yogen Dalal y Carl Sunshine en diciembre de 1974. [ 97 ] 

El protocolo X.25 , desarrollado por Rémi Després y otros, se basó en el concepto de circuitos virtuales . A mediados y finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, surgieron redes públicas de datos nacionales e internacionales que utilizaban X.25, desarrollado con la participación de Francia, el Reino Unido, Japón, Estados Unidos y Canadá. Posteriormente, se complementó con X.75 para permitir la interconexión de redes. [ 98 ]

A finales de la década de 1970, el monolítico Programa de Control de Transmisión se implementó como el Protocolo de Control de Transmisión (TCP), sobre el Protocolo de Internet (IP). Muchos pioneros de Internet desarrollaron esto hasta convertirlo en el conjunto de protocolos de Internet y la arquitectura y gobernanza de Internet asociadas que surgieron en la década de 1980. [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]

Leonard Kleinrock realizó trabajos teóricos en la UCLA durante la década de 1970 analizando el rendimiento y la latencia en la ARPANET. [ 83 ] [ 105 ] [ 106 ] Kleinrock publicó cientos de artículos de investigación, [ 107 ] [ 108 ] que finalmente impulsaron un nuevo campo de investigación sobre la teoría y la aplicación de la teoría de colas a las redes informáticas. [ 109 ] [ 110 ] Su trabajo sobre enrutamiento jerárquico con el estudiante Farouk Kamoun se volvió fundamental para el funcionamiento de Internet. [ 111 ] [ 112 ]

Se demostró que la conmutación de paquetes era óptima en el sentido de la codificación Huffman en 1978. [ 113 ] [ 114 ]

Durante un período en los años ochenta y principios de los noventa, la comunidad de ingeniería de redes estuvo polarizada en torno a la implementación de conjuntos de protocolos en competencia, lo que se conoció como la Guerra de los Protocolos . No estaba claro cuál de los conjuntos de protocolos de Internet y el modelo OSI daría como resultado las mejores y más robustas redes informáticas. [ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]

La tecnología VLSI ( integración a muy gran escala ) de semiconductores de óxido metálico complementarios ( CMOS ) condujo al desarrollo de la conmutación de paquetes de banda ancha de alta velocidad durante las décadas de 1980 y 1990. [ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]

La "disputa de paternidad"

En la edición especial de 1978 de las Actas del IEEE sobre conmutación de paquetes, Bob Kahn, el editor invitado, escribió que "el análisis ha tenido poco impacto directo en el problema del diseño de redes". [ 121 ] En el artículo de Roberts sobre "Economía de la conmutación de paquetes" para el premio LM Ericsson a la investigación en comunicaciones de datos en 1982, solo hizo referencia al artículo de Davies de 1967 para SOSP, no al trabajo de Baran o Kleinrock. [ 122 ] El artículo de Kleinrock para el mismo premio se tituló "Principios de conmutación de paquetes". [ 123 ] En el artículo de Roberts para la conferencia de 1986 sobre "ARPANET y redes informáticas", también cita el artículo de Baran de 1964 y uno de sus propios artículos de 1966; pero solo hace referencia al trabajo de Kleinrock de la década de 1970, que abordó ARPANET. [ 124 ] Este artículo fue republicado en la web por Roberts en 1995. [ 125 ]

Roberts comenzó a afirmar, a finales de la década de 1990, que, para la época de la SOSP de octubre de 1967, ya tenía en mente el concepto de conmutación de paquetes (aunque aún no lo había nombrado ni escrito en su artículo publicado en la conferencia, que varias fuentes describen como "vago"), y que este se originó con su antiguo colega, Kleinrock, quien había escrito sobre tales conceptos en su investigación de doctorado en 1961-2. [ 60 ] [ 38 ] [ 61 ] [ 126 ] [ 127 ] En 1997, junto con otros siete pioneros de Internet , Roberts y Kleinrock coescribieron "Breve historia de Internet", publicada por la Internet Society . En ella, se describe a Kleinrock como quien "publicó el primer artículo sobre la teoría de la conmutación de paquetes en julio de 1961 y el primer libro sobre el tema en 1964". [ 128 ] Muchas fuentes sobre la historia de Internet comenzaron a reflejar estas afirmaciones como hechos indiscutibles. Esto se convirtió en el tema de lo que Katie Hafner denominó una "disputa de paternidad" en The New York Times en 2001. [ 129 ]

La controversia sobre la contribución de Kleinrock a la conmutación de paquetes se intensificó tras una declaración publicada en su perfil en el sitio web del departamento de Ciencias de la Computación de la UCLA en algún momento de la década de 1990. En ella, se le denominaba el "Inventor de la Tecnología de Internet". [ 130 ] La descripción de los logros de Kleinrock en la página web provocó indignación entre algunos de los primeros pioneros de Internet. [ 131 ] La disputa sobre la prioridad se convirtió en un asunto público después de que Donald Davies publicara póstumamente un artículo en 2001 en el que negaba que el trabajo de Kleinrock a principios de la década de 1960 estuviera relacionado con la conmutación de paquetes, afirmando: "No encuentro ninguna evidencia de que comprendiera los principios de la conmutación de paquetes". Davies también describió al director del proyecto ARPANET, Larry Roberts , como partidario de Kleinrock, calificando los escritos de Roberts en línea y el perfil de Kleinrock en la página web de la UCLA como "muy engañosos". [ 132 ] [ 133 ] Walter Isaacson escribió que las afirmaciones de Kleinrock "provocaron una protesta entre muchos de los otros pioneros de Internet, quienes atacaron públicamente a Kleinrock y dijeron que su breve mención de dividir los mensajes en partes más pequeñas no se acercaba ni remotamente a ser una propuesta de conmutación de paquetes". [ 131 ]

El artículo de Davies reavivó una disputa anterior sobre quién merece el crédito por poner en línea la ARPANET entre los ingenieros de Bolt, Beranek y Newman (BBN) que habían participado en la construcción y el diseño del ARPANET IMP, por un lado, y los investigadores relacionados con ARPA, por el otro. [ 78 ] [ 79 ] Esta disputa anterior se ejemplifica con Will Crowther de BBN , quien en una historia oral de 1990 describió el diseño de conmutación de paquetes de Paul Baran (que él llamó enrutamiento de patata caliente ) como "una locura" y sin sentido, a pesar de que el equipo de ARPA lo había defendido. [ 134 ] El debate reavivado hizo que otros exempleados de BBN manifestaran sus preocupaciones, incluido Alex McKenzie, quien siguió a Davies al cuestionar que el trabajo de Kleinrock estuviera relacionado con la conmutación de paquetes, afirmando "... no hay nada en todo el libro de 1964 que sugiera, analice o aluda a la idea de la paquetización". [ 135 ]

El exdirector de IPTO, Bob Taylor, también se unió al debate, afirmando que "los autores que han entrevistado a docenas de pioneros de Arpanet saben muy bien que las afirmaciones de Kleinrock-Roberts no son creíbles". [ 136 ] Walter Isaacson señala que "hasta mediados de la década de 1990, Kleinrock había atribuido a [Baran y Davies] la idea de la conmutación de paquetes". [ 131 ]

Una versión posterior de la página web de la biografía de Kleinrock fue registrada por Kleinrock en 2009. [ 137 ] Se le pidió que defendiera su posición durante las décadas siguientes. [ 138 ] Un artículo publicado en la revista Internet Histories en 2019 apoyó la opinión de Kleinrock; [ 139 ] el autor entrevistó a Kleinrock y Roberts, y no entrevistó a Scantlebury. [ 140 ] En 2023, Kleinrock reconoció que su trabajo publicado a principios de la década de 1960 trataba sobre la conmutación de mensajes y afirmó que estaba pensando en la conmutación de paquetes. [ 141 ] Las fuentes primarias y los historiadores reconocen a Baran y Davies por inventar de forma independiente el concepto de conmutación de paquetes digitales utilizado en las redes informáticas modernas, incluyendo ARPANET e Internet. [ 8 ] [ 9 ] [ 40 ] [ 142 ] [ 143 ]

Kleinrock ha recibido numerosos premios por su innovadora investigación matemática aplicada sobre la conmutación de paquetes, llevada a cabo en la década de 1970, que fue una extensión de su trabajo pionero a principios de la década de 1960 sobre la optimización de los retrasos de los mensajes en las redes de comunicación. [ 83 ] [ 144 ] Sin embargo, las afirmaciones de Kleinrock de que su trabajo a principios de la década de 1960 originó el concepto de conmutación de paquetes y que su trabajo fue una fuente de los conceptos de conmutación de paquetes utilizados en ARPANET han afectado a las fuentes sobre el tema, lo que ha creado desafíos metodológicos en la historiografía de Internet. [ 129 ] [ 131 ] [ 133 ] [ 138 ] El historiador Andrew L. Russell dijo: «La "historia de Internet" también adolece de un problema metodológico: tiende a estar demasiado cerca de sus fuentes. Muchos pioneros de Internet están vivos, activos y deseosos de moldear las historias que describen sus logros. Muchos museos e historiadores están igualmente deseosos de entrevistar a los pioneros y de dar a conocer sus historias». [ 145 ]

Modos sin conexión y con conexión

La conmutación de paquetes se puede clasificar en conmutación de paquetes sin conexión , que utiliza datagramas , y conmutación de paquetes con conexión , que utiliza circuitos virtuales . Ejemplos de sistemas sin conexión son Ethernet , IP y el Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP). Los sistemas con conexión incluyen X.25 , Frame Relay , Conmutación de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS) y TCP.

En el modo sin conexión, cada paquete se etiqueta con una dirección de destino, una dirección de origen y números de puerto. También puede etiquetarse con el número de secuencia del paquete. Esta información elimina la necesidad de una ruta preestablecida para que el paquete encuentre su camino hacia su destino, pero implica que se necesita más información en la cabecera del paquete, que por lo tanto es más grande. Los paquetes se enrutan individualmente, a veces tomando rutas diferentes, lo que resulta en una entrega fuera de orden . En el destino, el mensaje original puede reconstruirse en el orden correcto, basándose en los números de secuencia de los paquetes. De esta manera, un protocolo de capa de transporte proporciona a la aplicación un circuito virtual que transporta un flujo de bytes , aunque la red solo proporciona un servicio de capa de red sin conexión.

La transmisión orientada a la conexión requiere una fase de configuración para establecer los parámetros de comunicación antes de la transferencia de cualquier paquete. Los protocolos de señalización utilizados para la configuración permiten a la aplicación especificar sus requisitos y descubrir los parámetros del enlace. Se pueden negociar valores aceptables para los parámetros del servicio. Los paquetes transferidos pueden incluir un identificador de conexión en lugar de información de dirección, y la cabecera del paquete puede ser más pequeña, ya que solo necesita contener este código y cualquier información, como la longitud, la marca de tiempo o el número de secuencia, que es diferente para cada paquete. En este caso, la información de dirección solo se transfiere a cada nodo durante la fase de configuración de la conexión, cuando se descubre la ruta al destino y se agrega una entrada a la tabla de conmutación en cada nodo de la red por el que pasa la conexión. Cuando se utiliza un identificador de conexión, el enrutamiento de un paquete requiere que el nodo busque dicho identificador en una tabla.

Los protocolos de capa de transporte orientados a la conexión, como TCP, proporcionan un servicio orientado a la conexión mediante una red subyacente sin conexión. En este caso, el principio de extremo a extremo establece que los nodos finales, y no la red en sí, son los responsables del comportamiento orientado a la conexión.

Conmutación de paquetes en redes

En las redes de telecomunicaciones, la conmutación de paquetes se utiliza para optimizar el uso de la capacidad del canal y aumentar la robustez . [ 61 ] En comparación con la conmutación de circuitos , la conmutación de paquetes es altamente dinámica, ya que asigna la capacidad del canal en función del uso en lugar de reservas explícitas. Esto puede reducir la capacidad desperdiciada causada por reservas subutilizadas a costa de eliminar las garantías de ancho de banda. En la práctica, el control de congestión se utiliza generalmente en redes IP para negociar dinámicamente la capacidad entre conexiones. La conmutación de paquetes también puede aumentar la robustez de las redes frente a fallos. Si un nodo falla, las conexiones no necesitan interrumpirse, ya que los paquetes pueden enrutarse para evitar el fallo.

La conmutación de paquetes se utiliza en Internet y en la mayoría de las redes de área local . Internet se implementa mediante el conjunto de protocolos de Internet (IPS ) utilizando diversas tecnologías de capa de enlace . Por ejemplo, Ethernet y Frame Relay son comunes. Las tecnologías de telefonía móvil más recientes (como GSM y LTE ) también utilizan la conmutación de paquetes. Esta tecnología se asocia con las redes sin conexión, ya que en estos sistemas no es necesario establecer un acuerdo de conexión entre las partes que se comunican antes de intercambiar datos.

X.25 , el estándar internacional CCITT de 1976, es un ejemplo notable del uso de la conmutación de paquetes, ya que proporciona a los usuarios un servicio de circuitos virtuales con control de flujo . Estos circuitos virtuales transportan de forma fiable paquetes de longitud variable con preservación del orden de los datos. DATAPAC en Canadá fue la primera red pública en admitir X.25, seguida de TRANSPAC en Francia. [ 146 ]

El modo de transferencia asíncrona (ATM) es otra tecnología de circuitos virtuales. Se diferencia de X.25 en que utiliza paquetes pequeños de longitud fija ( celdas ) y en que la red no impone ningún control de flujo a los usuarios.

Tecnologías como MPLS y el Protocolo de Reserva de Recursos (RSVP) crean circuitos virtuales sobre redes de datagramas. MPLS y sus predecesores, así como ATM, se han denominado tecnologías de "paquetes rápidos". De hecho, MPLS ha sido llamado "ATM sin celdas". [ 147 ] Los circuitos virtuales son especialmente útiles para construir mecanismos robustos de conmutación por error y asignar ancho de banda para aplicaciones sensibles a la latencia.

Redes de conmutación de paquetes

Esta lista de redes de conmutación de paquetes se divide en tres épocas superpuestas: las primeras redes aisladas anteriores a la introducción de X.25 ; la era X.25, cuando muchas empresas postales, telefónicas y telegráficas (PTT) proporcionaron redes de datos públicas con alcance mundial; y la era moderna de Internet , que inicialmente compitió con el modelo OSI .

El trabajo de Donald Davies a finales de la década de 1960 sobre comunicación de datos y diseño de redes informáticas se hizo muy conocido en Estados Unidos, Europa y Japón. Este fue el pilar fundamental que inspiró numerosas redes de conmutación de paquetes en la década siguiente. ( Artículo completo... )

Véase también

Referencias

  1. ↑ Problemas de multipath en la selección del siguiente salto en Unicast y Multicast . IETF . Noviembre de 2000. doi : 10.17487/RFC2991 . RFC 2991 .
  2. ↑ Weik, Martin (6 de diciembre de 2012). Diccionario estándar de fibra óptica . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1461560234.
  3. ↑ Administración Nacional de Información de Telecomunicaciones (1 de abril de 1997). Telecomunicaciones: Glosario de términos de telecomunicaciones . Vol. 1037, Parte 3 de Norma Federal. Institutos Gubernamentales . ISBN  1461732328.
  4. ↑ Forouzan, Behrouz A.; Fegan, Sophia Chung (2007). Comunicaciones de datos y redes . Huga Media. ISBN 978-0-07-296775-3.
  5. ^ Barán , Paul (1962). "Papel RAND P-2626" .
  6. 1 2 Baran, Paul (enero de 1964). "Sobre las comunicaciones distribuidas" .
  7. 1 2 Roberts, L. (1988), "The arpanet and computer networks", A history of personal workstations , Nueva York, NY, EE. UU.: Association for Computing Machinery, pp. 141– 172, doi : 10.1145/61975.66916 , ISBN  978-0-201-11259-7
  8. 1 2 "La verdadera historia de cómo Internet se volvió tan vulnerable" . Washington Post . Archivado del original el 30 de mayo de 2015. Consultado el 18 de febrero de 2020. Los historiadores atribuyen ideas fundamentales al científico galés Donald W. Davies y al ingeniero estadounidense Paul Baran.
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  18. ↑ Waldrop, M. Mitchell (2018). The Dream Machine . Stripe Press. pág. 286. ISBN  978-1-953953-36-0Baran había hecho más hincapié en las comunicaciones de voz digitales que en las comunicaciones por ordenador .
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  35. ↑ Moschovitis 1999 , págs. 58-59. Más significativamente, Roger Scantlebury... presenta el diseño de una red de conmutación de paquetes. Esta es la primera vez que Roberts y Taylor oyen hablar de la conmutación de paquetes, un concepto que parece ser una solución prometedora para transmitir datos a través de ARPAnet. 
  36. ↑ Hempstead, C.; Worthington, W., eds. (2005). Enciclopedia de la tecnología del siglo XX . Vol. 1, A– L. Routledge. pág. 574. ISBN   9781135455514Fue una reunión trascendental, ya que la propuesta del NPL ilustró cómo se podrían implementar las comunicaciones para una red informática de intercambio de recursos de este tipo .
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  38. 1 2 Naughton, John (2015). Breve historia del futuro: Los orígenes de Internet . Hachette. ISBN 978-1474602778Les faltaba un ingrediente vital. Como ninguno había oído hablar de Paul Baran , no tenían ni idea de cómo hacer funcionar el sistema. Y fue un grupo inglés quien se lo explicó. El artículo de Larry Roberts fue la primera presentación pública del concepto ARPANET tal como fue concebido con la ayuda de Wesley Clark. Viéndolo ahora, el artículo de Roberts parece extraordinariamente, bueno, vago.
  39. ↑ Waldrop, M. Mitchell (2018). The Dream Machine . Stripe Press. págs. 285–286 . ISBN  978-1-953953-36-0Scantlebury y sus compañeros del grupo NPL estuvieron encantados de quedarse despiertos con Roberts toda la noche, compartiendo detalles técnicos y discutiendo sobre los puntos más sutiles .
  40. 1 2 3 Abbate, Jane (2000). Inventando Internet . MIT Press. págs. 37–8 , 58–9 . ISBN  978-0262261333El grupo NPL influyó en varios científicos informáticos estadounidenses a favor de la nueva técnica, y estos adoptaron el término de Davies, "conmutación de paquetes", para referirse a este tipo de red. Roberts también adoptó algunos aspectos específicos del diseño del NPL .
  41. ↑ " Donald W. Davies y Derek LA Barber: Entrevista realizada por Janet Abbate, IEEE History Center" . 17 de marzo de 1996. Consultado el 13 de abril de 2016. La red ARPA se está implementando utilizando técnicas telegráficas existentes simplemente porque el tipo de red que describimos no existe. Parece que las ideas del documento del NPL en este momento son más avanzadas que cualquiera de las propuestas en los EE. UU.
  42. ↑ Barber, Derek (Primavera de 1993). "Los orígenes de la conmutación de paquetes" . The Bulletin of the Computer Conservation Society (5). ISSN 0958-7403 . Recuperado el 6 de septiembre de 2017. Roger convenció a Larry de que lo que decía estaba completamente equivocado y que la forma en que NPL proponía hacerlo era la correcta. Tengo algunas notas que indican que al principio Larry se mostró escéptico, pero varios de los demás presentes se pusieron del lado de Roger y, finalmente, Larry se vio abrumado por la cantidad de argumentos. 
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  55. ↑ Waldrop, M. Mitchell (2018). The Dream Machine . Stripe Press. págs. 285–286 . ISBN  978-1-953953-36-0Vaya . Roberts conocía a Baran superficialmente y, de hecho, había almorzado con él durante una visita a RAND el febrero anterior. Pero desde luego no recordaba ninguna conversación sobre redes. ¿Cómo pudo pasar por alto algo así?
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  62. ↑ Waldrop, M. Mitchell (2018). The Dream Machine . Stripe Press. págs. 279, 284–285 . ISBN  978-1-953953-36-0Roberts ya se estaba haciendo conocido como el hombre más rápido del Pentágono. ... Y no en vano Larry Roberts era conocido como el hombre más rápido del Pentágono. Para cuando llegaron al aeropuerto, la decisión ya estaba tomada... Una vez más, el hombre más rápido del Pentágono tomó su decisión sin dudarlo.
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