Cuando envías un correo electrónico o cargas una página web, no estás enviando un único archivo masivo a todo el mundo. Estás enviando un desastre fragmentado. Funciona gracias a la red de conmutación de paquetes, una infraestructura digital que divide los datos en fragmentos más pequeños llamados paquetes. Estos fragmentos viajan a través de una serie de conmutadores, son encaminados a su destino y luego son reensamblados por la computadora receptora. Este proceso se conoce como almacenamiento y reenvío.
Si Internet o su red local no funcionan, es probable que esté enfrentando una falla en este mecanismo exacto.
Por qué la conmutación de paquetes supera a la conmutación de circuitos
Las redes tradicionales utilizan conmutación de circuitos. Piense en ello como una línea telefónica dedicada. Se abre una única ruta física con ancho de banda fijo y los datos fluyen secuencialmente por esa línea hasta que finaliza la conversación. Mantiene el camino abierto independientemente de si alguien está hablando.
La conmutación de paquetes es diferente. No le importa un solo camino dedicado. En cambio, dirige los paquetes por múltiples rutas disponibles. Cada conmutador toma una decisión basada en la eficiencia actual de la red. Si una ruta está congestionada o rota, los paquetes simplemente se redireccionan.
Este diseño ofrece dos ventajas principales:
* Capacidad de canal optimizada.
* Tolerancia a fallos mejorada.
Pero hay un problema. La conmutación de paquetes es complicada. Requiere una importante potencia de procesamiento y grandes cantidades de RAM para gestionar las decisiones de enrutamiento. También puede introducir retrasos. Es posible que los paquetes lleguen desordenados o que algunos se pierdan por completo. Debido a esta complejidad, se prefiere la conmutación de paquetes para archivos pequeños. La conmutación de circuitos todavía se utiliza para transferencias grandes en tiempo real donde la latencia importa más que la eficiencia.
La anatomía de un paquete de datos
Una red de conmutación de paquetes tiene dos componentes principales: núcleos y bordes.
El núcleo consta de enrutadores y sistemas de control conectados por canales de gran ancho de banda. El borde es donde vive su dispositivo. Su sistema host (su PC, teléfono o tableta) envía y recibe estos paquetes.
La comunicación a través del núcleo se basa en protocolos. Estos son procedimientos que los emisores y los receptores utilizan para hablar de forma eficaz. El conjunto colectivo de protocolos se denomina pila de protocolos.
Cada paquete que cruza el núcleo es un datagrama. Tiene dos partes:
1. Encabezado : información de control, incluidas las direcciones del remitente y del destinatario.
2. Carga útil : los datos reales que se entregan.
A veces, estos paquetes se dividen aún más en unidades más pequeñas. Esta es la fragmentación de paquetes. Ocurre cuando los datos son demasiado grandes para que un enlace de red específico los maneje de una sola vez.
Redes sin conexión frente a redes orientadas a la conexión
No todas las redes de paquetes funcionan de la misma manera. Generalmente se dividen en dos categorías: sin conexión y orientadas a conexión.
Las redes sin conexión, también llamadas redes de datagramas, funcionan como se describe anteriormente. Los datos se dividen, se adjuntan encabezados y cada datagrama encuentra su mejor ruta desde el origen al destino. No es necesario ningún acuerdo previo.
Las redes orientadas a la conexión imitan la conmutación de circuitos. Configuran una ruta dedicada entre el remitente y el receptor antes de transferir cualquier dato. Este enfoque obtiene los beneficios de la conmutación de circuitos mientras permanece en una red digital. Es más estructurado pero menos flexible.
La historia del desglose de datos
La idea no comenzó con la Internet moderna. Comenzó con Paul Baran, ingeniero de RAND Corporation. A principios de la década de 1960, la Fuerza Aérea de Estados Unidos le hizo una pregunta escalofriante: ¿cómo podría una red de comunicaciones informáticas sobrevivir a un ataque nuclear?
Baran propuso una “ruta de la patata caliente”. La idea era dividir grandes unidades de datos en bloques más pequeños. Publicó su teoría en una serie de estudios entre 1960 y 1962. Posteriormente la amplió en un análisis de 11 volúmenes titulado Sobre las comunicaciones distribuidas en agosto de 1964.
El gobierno y las corporaciones privadas lo ignoraron. Todavía no estaban interesados en las comunicaciones distribuidas.
De forma independiente, Donald Davies, informático del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, llegó al mismo concepto. Comenzó a construir una red para probar la idea. Baran llamó a sus unidades “bloques de mensajes”. Davies los llamó “paquetes”.
El término se quedó gracias a Lawrence Roberts. Roberts era gerente de ARPA (ahora DARPA). En octubre de 1967, en un simposio en Gatlinburg, Tennessee, conoció el trabajo de Davies. Roberts adoptó el término conmutación de paquetes para ARPANET. Ese proyecto eventualmente evolucionaría hasta convertirse en la Internet que conocemos hoy.
“Por lo tanto, se prefiere la conmutación de paquetes para transmitir archivos relativamente pequeños, mientras que la conmutación de circuitos todavía se utiliza para transferencias más grandes”.
El legado de aquellos primeros ingenieros todavía está en las pestañas de su navegador. Cada vez que transmite un vídeo o descarga un archivo, confía en la lógica de almacenamiento y reenvío que idearon Baran y Davies para sobrevivir al fin del mundo. O al menos, para evitar que Netflix se almacene en el buffer cuando el servidor esté ocupado.
La guerra fría de la conmutación de paquetes
Los primeros días de ARPANET estuvieron definidos por una revolución silenciosa. Bolt Beranek y Newman, conocidos como BBN, construyeron la infraestructura en apenas un año. Tomaron los conceptos abstractos de Paul Baran y Donald Davies y los hicieron funcionar. La primera prueba exitosa tuvo lugar en octubre de 1969. No fue llamativa. Conectó cuatro nodos: UCLA, el Instituto de Investigación de Stanford, UCSB y la Universidad de Utah. En 1975, ese número había aumentado a 57.
El interés público, sin embargo, fue tibio. Cuando ARPANET se presentó en la Conferencia Internacional sobre Comunicaciones Informáticas en octubre de 1972, la reacción fue decepcionante. La industria de las comunicaciones estadounidense no vio el sentido. Algunos fueron hostiles. A otros simplemente no les importó.
BBN y Robert Kahn vieron una oportunidad. Fundaron Telenet, una red comercial de conmutación de paquetes. La idea era sencilla. Si las grandes empresas de telecomunicaciones no lo construyeran, lo haría una empresa privada.
Escepticismo global y proyectos nacionales
Estados Unidos no fue el único que experimentó con la conmutación de paquetes. Otros países actuaron más rápido. En noviembre de 1973, el servicio postal francés anunció TRANSPAC. El sistema telefónico Trans-Canada siguió con DATAPAC en octubre de 1974. El NTT de Japón también tenía planes.
La mayoría de los proveedores se mantuvieron al margen. Ellos observaron. Esperaron. Querían ver si estas primeras redes colapsarían o sobrevivirían.
Mientras los gobiernos construían sus propios sistemas aislados, los investigadores perfeccionaban la tecnología central. Colin Davies terminó la red Mark II en 1973. Influyó en el Reino Unido y gran parte de Europa. Louis Pouzin terminó CYCLADES ese mismo año.
“La red CYCLADES de Pouzin hizo que los hosts, en lugar de los núcleos de la red, fueran responsables de la corrección de errores”.
Este cambio fue crítico. Descentralizó el control. Puso la carga de la confiabilidad en las computadoras mismas, no en la infraestructura.
Estandarizando el caos
Cinco naciones encabezaron la carga: Canadá, Francia, Japón, el Reino Unido y Estados Unidos. Se enfrentaron a un problema de fragmentación. Cada red utilizó reglas diferentes. No podían hablar entre ellos.
Las conversaciones comenzaron en 1975. El objetivo era una interfaz estándar de red host. El resultado fue la Recomendación X.25 del CCITT. Adoptado en marzo de 1976, unificó estos sistemas dispares. Marcó el auge de las redes de servicios públicos interconectados.
X.75 siguió poco después. Estandarizó cómo se conectaban las redes internacionales. Este fue el precursor de la web global que utilizamos hoy. Pero no fue suficiente.
El avance de TCP/IP
En 1979, Bob Kahn dirigió la Oficina de Técnicas de Procesamiento de Información de DARPA. El Departamento de Defensa de Estados Unidos tenía múltiples redes de conmutación de paquetes. Ninguno era compatible. Esta fue una debilidad estratégica.
Kahn lo resolvió. Presionó por TCP/IP. Este estándar de protocolo se imaginó en un artículo de 1974 escrito con Vincent Cerf. Fue diseñado para conectar redes incompatibles.
DARPA lo adoptó. Siguieron otros laboratorios de investigación. El público finalmente lo utilizó. TCP/IP se convirtió en la base de Internet.
No fue inevitable. Fue una elección. Una elección hecha cuando nadie más estaba mirando.
