Envías un correo electrónico. Transmites un vídeo. Cargas esta página. Nada de eso sucede a través de un único cable dedicado que se mantiene abierto solo para usted. Eso es un mito. Internet funciona en caos. Se ejecuta en redes de conmutación de paquetes.
Estos son sistemas digitales que toman sus archivos de datos y los trituran en pequeñas unidades llamadas paquetes. Disparan estos paquetes a través de un laberinto de nodos o conmutadores en todo el mundo. Los conmutadores utilizan un método llamado almacenamiento y reenvío. Toman el paquete, miran la dirección y lo envían. En el destino, la computadora vuelve a ensamblar los fragmentos en el archivo original. Sin este proceso, la Internet moderna tal como la conocemos no existiría.
La mayoría de las redes de área local (LAN) utilizan esta misma lógica. Si estás conectado a Wi-Fi o Ethernet, estás utilizando ondas de conmutación de paquetes.
La diferencia entre conmutación de circuitos y paquetes
Las redes tradicionales eran diferentes. Piense en las viejas líneas telefónicas. Las redes de conmutación de circuitos construyen una ruta física con ancho de banda fijo. Mantienen ese camino abierto de principio a fin. Todos los datos viajan secuencialmente por esa única vía. Es ordenado. Es rígido.
A las redes de conmutación de paquetes no les importa el orden. Dirigen paquetes por múltiples rutas simultáneamente. Cada conmutador toma una decisión basada en la eficiencia. Si una ruta falla debido a una interrupción, los conmutadores redirigen los paquetes a lo largo de otras rutas disponibles.
Esto crea un problema. Los paquetes llegan desordenados. Llegan en diferentes momentos. El receptor tiene que armar el rompecabezas.
Este enfoque ofrece importantes beneficios sobre la conmutación de circuitos. Optimiza la capacidad del canal. Mejora la tolerancia a fallos. Si una carretera está cerrada, el tráfico fluye hacia otra parte. Pero hay un costo. La conmutación de paquetes es complicada. Exige una potencia de procesamiento significativa. Requiere grandes cantidades de memoria de acceso aleatorio (RAM) en los conmutadores.
También hay retrasos. Redirigir la ruta lleva tiempo. A veces, los paquetes se pierden en la confusión. Debido a estos gastos generales, se prefiere la conmutación de paquetes para archivos relativamente pequeños. La conmutación de circuitos todavía se utiliza para transferencias más grandes donde el tiempo es crítico, como las videollamadas en tiempo real.
Anatomía de una red de conmutación de paquetes
Toda red de conmutación de paquetes tiene dos componentes principales. El núcleo y el borde.
El núcleo consta de enrutadores y sistemas de control. Están conectados por canales de comunicación de gran ancho de banda. Esta es la carretera. El borde es donde viven los sistemas del usuario final. Tu portátil. Tu teléfono. Estos hosts son capaces de enviar y recibir paquetes de datos.
La comunicación a través del núcleo se basa en protocolos. Estos son procedimientos que los emisores y los receptores utilizan para comunicarse entre sí de forma eficaz. Los protocolos utilizados para transferir sus datos forman una pila de protocolos.
Cada paquete de transmisión, a menudo llamado datagrama, tiene dos partes. El encabezado y la carga útil.
El encabezado contiene información de control. Contiene la dirección del remitente. Contiene la dirección del destinatario. Le dice a los interruptores dónde ir. La carga útil es la información real que desea entregar. A veces, los paquetes se dividen en unidades aún más pequeñas. Esto se llama fragmentación de paquetes.
Redes sin conexión frente a redes orientadas a la conexión
Las redes de conmutación de paquetes vienen en dos versiones. Sin conexión y orientado a la conexión.
Las redes sin conexión, también conocidas como redes de datagramas, funcionan como se describe anteriormente. Los datos se dividen en partes más pequeñas. Se adjuntan encabezados. Los datagramas toman la mejor ruta posible desde el origen hasta el destino. No hay acuerdo previo.
Las redes orientadas a la conexión imitan las redes de conmutación de circuitos. Configuran una ruta dedicada entre el host emisor y el host receptor antes de que se produzca cualquier transferencia de paquetes. Esta fase de configuración obtiene los beneficios de la conmutación de circuitos mientras permanece en una red digital.
¿Quién lo inventó?
La idea de dividir grandes unidades de datos en paquetes más pequeños no parecía del todo concretada. Evolucionó.
Paul Baran, ingeniero de RAND Corporation, fue el primero en imaginar el concepto. Estaba respondiendo una pregunta de la Fuerza Aérea de Estados Unidos. ¿Cómo podría una red de comunicaciones informáticas sobrevivir a un ataque nuclear? Su solución fue “la ruta de la patata caliente”. Publicó su teoría en estudios RAND entre 1960 y 1962. 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. La idea despertó poco interés en ese momento.
De forma independiente, Donald Davies, informático del Laboratorio Nacional de Física (NPL) del Reino Unido, desarrolló el mismo concepto. Comenzó a trabajar en una red para probarla. Baran llamó a sus unidades “bloques de mensajes”. Davies los llamó “paquetes”.
El término se quedó. Lawrence (Larry) Roberts, gerente de ARPA (ahora DARPA), se enteró del trabajo de Davies en octubre de 1967. Vio un simposio en Gatlinburg, Tennessee. Roberts adoptó el término de Davies conmutación de paquetes para ARPANET. Ese proyecto se convirtió en el precursor de Internet.
No fue sencillo. No fue inmediato. Pero funcionó. Y ahora, cada vez que actualizas una página, eres testigo del resultado de una decisión tomada para sobrevivir a una guerra nuclear. O tal vez simplemente para enviar un correo electrónico más rápido. La distinción ya no importa. Los paquetes vuelan.
Las bases de la Internet moderna se sentaron mucho antes de que usted hiciera clic en un enlace. Comenzó con ARPANET, la primera red pública de conmutación de paquetes, que realizó su primera prueba exitosa en octubre de 1969. El diseño era preciso: construido en sólo un año por Bolt Beranek y Newman (BBN). Tomaron conceptos de Baran y Davies y los hicieron realidad. Al principio era pequeño. Cuatro nodos. UCLA, el Instituto de Investigación de Stanford, UC Santa Bárbara y la Universidad de Utah. En 1975, creció a 57 nodos.
Pero la verdadera historia no es sólo el código. Es la fricción. Cuando ARPANET se presentó en octubre de 1972 en la primera Conferencia Internacional sobre Comunicaciones Informáticas (ICCC), la reacción de la industria fue mixta. Sí, demostró que la conmutación de paquetes funcionó. Pero gran parte del sector de las comunicaciones en Estados Unidos permaneció desinteresado. Algunos se mostraron abiertamente hostiles.
BBN y Roberts vieron la brecha. Fundaron Telenet ese mismo año. Una red comercial. Porque el sector público no se movía lo suficientemente rápido.
Escepticismo global y construcciones paralelas
Mientras Estados Unidos vacilaba, otros países actuaron. O eso parecía.
En noviembre de 1973, Francia anunció TRANSPAC. Una red de paquetes nacional administrada por la división de correos y telecomunicaciones. Luego vino DATAPAC en octubre de 1974. El sistema telefónico Trans-Canada lo implementó. La Nippon Telegraph and Telephone Corporation de Japón planeó su propia red pública de datos con conmutación de paquetes.
La mayoría de los proveedores se mantuvieron al margen. Prefirieron esperar. Mire cómo actúan las primeras cadenas públicas. Vea si realmente funcionaron en la naturaleza.
“La mayoría de los proveedores se mantuvieron escépticos y prefirieron esperar y ver cómo funcionaban las primeras redes públicas”.
Redes experimentales que dan forma a Europa
Durante este período de espera, los investigadores no dejaron de trabajar. Construyeron nuevas redes. Experimentaron. Mejoraron el concepto central.
Donald Davies terminó su red Mark I en la NPL en 1970. Luego construyó el Mark II. Terminado en 1973. Poco a poco influyó en el Reino Unido y gran parte de Europa.
Louis Pouzin, un informático francés, terminó CYCLADES ese mismo año. 1973. Éste era diferente. Estaba basado en datagramas. Cambió la responsabilidad. En lugar de que los núcleos de red manejaran los errores, fueron los hosts los que lo hicieron. Esto cambió las comunicaciones informáticas para siempre.
La Red Europea de Informática (EIN) entró en funcionamiento en 1976. Financiada internacionalmente. Otra pieza del rompecabezas.
El impulso a la estandarización
¿Por qué las naciones necesitaban hablar? Cinco países estaban construyendo redes públicas de paquetes. Canadá. Francia. Japón. El Reino Unido. Estados Unidos.
Necesitaban una interfaz estándar de red host. Fuerte motivación. Sin él, sus redes eran islas. Las conversaciones comenzaron en 1975. El resultado fue la Recomendación X.25 del CCITT. Adoptado por todas las naciones involucradas en marzo de 1976.
X.25 marcó el comienzo de la siguiente fase. Redes de servicios públicos interconectadas. No fue el final de la historia. Siguieron acuerdos adicionales. X.75 era un protocolo estándar para conectar redes internacionales. Permitió que las infraestructuras de diferentes países se comunicaran entre sí.
La división del Departamento de Defensa y TCP/IP
En 1979, Robert Kahn se convirtió en director de la Oficina de Técnicas de Procesamiento de Información (IPTO) de DARPA. El Departamento de Defensa de Estados Unidos tenía múltiples redes de conmutación de paquetes. Pero ninguno era compatible. Hablaban diferentes idiomas.
Kahn lo arregló. Hizo que el Departamento de Defensa adoptara TCP/IP. Un estándar de protocolo que imaginó por primera vez en un artículo de 1974 escrito con Vincent Cerf. Destacado desarrollador de software. Coautor.
Difusión TCP/IP. Se trasladó a otros laboratorios de investigación. Luego al público en general. Se convirtió en la base de la red de conmutación de paquetes definitiva. La Internet.
La transición no fue instantánea. Pero la arquitectura se mantuvo. Los estándares se mantuvieron. Y el escepticismo de los años 70 se desvaneció en la infraestructura actual. Seguimos usando la misma lógica fundamental. Paquetes en movimiento. Los anfitriones corrigiendo. Interfaces definidas.
