5.32. CS231. Redes y Comunicación (Obligatorio)

• Semestre: 6to Sem. Créditos: 3
• Horas del curso: Teoría: 1 horas; Práctica: 2 horas; Laboratorio: 2 horas;

• Prerrequisitos:

  • CS2S1. Sistemas Operativos (5to Sem)

5.32.1. Justificación

Las redes y la comunicación son fundamentales para los sistemas de cómputo modernos, las aplicaciones distribuidas y la Internet global. Este curso ofrece una introducción completa al cuerpo de conocimiento de Redes y Comunicación del CS2023, abarcando desde la transmisión física y los protocolos de enlace de datos, pasando por el transporte confiable y el enrutamiento, hasta los servicios de aplicación, la seguridad, la movilidad y paradigmas emergentes como SDN y redes cuánticas. Los estudiantes desarrollarán comprensión teórica y habilidades prácticas aplicables al diseño y análisis de sistemas en red modernos.

5.32.2. Objetivos Generales

1.

Comprender la arquitectura en capas de los modelos TCP/IP y OSI, incluyendo el rol y responsabilidades de cada capa.

2.

Explicar los mecanismos de comunicación de un solo salto, incluyendo protocolos MAC, codificación, Ethernet, WiFi y topologías de red local.

3.

Dominar los principios de transferencia confiable de datos, control de flujo y control de congestión.

4.

Analizar paradigmas de enrutamiento, mecanismos de reenvío y escalabilidad de IP en redes locales y de área extensa.

5.

Comprender los protocolos fundamentales de la capa de aplicación (DNS, HTTP, TCP, UDP) e implementar aplicaciones basadas en sockets.

6.

Comprender las amenazas de seguridad en redes y las contramedidas para proteger los sistemas en red.

7.

Describir los principios de las redes móviles, incluyendo redes celulares, LANs inalámbricas y comunicación dispositivo a dispositivo.

8.

Identificar paradigmas de red emergentes como SDN, virtualización de redes y redes cuánticas.

5.32.3. Contribución a los resultados (Outcomes)

AG-C09) Diseño y Desarrollo de Soluciones: Diseña, implementa y evalúa soluciones para problemas complejos de computación. (Usage)

AG-C03) Trabajo Individual y en Equipo: Se desempeña efectivamente como individuo y como miembro o líder en equipos diversos. (Usage)

5.32.4. Contenido

5.32.4.1. Fundamentos de Redes y Comunicaciones (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Kurose and Ross, 2021, Tanenbaum et al., 2021, Peterson and Davie, 2022]

Temas

1.

Importancia de las redes en la informática contemporánea, y desafíos asociados. Ver también: Sociedad, ética y la Profesión (SEP) -Context, Sociedad, ética y la Profesión (SEP) -Privacy

2.

Organización de Internet (por ejemplo, usuarios, Proveedores de Servicios de Internet, sistemas autónomos, proveedores de contenido, redes de entrega de contenido)

3.

Técnicas de conmutación (por ejemplo, circuito y paquete)

4.

Capas y sus roles (aplicación, transporte, red, enlace de datos y física)

5.

Principios de estratificación (por ejemplo, encapsulación y modelo de reloj de arena). Ver también: Fundamentos de Sistemas (SF) -Foundations

6.

Elementos de red (por ejemplo, routers, switches, hubs, puntos de acceso y hosts)

7.

Conceptos básicos de colas (por ejemplo, relación con latencia, congestión, niveles de servicio, etc.)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Articular la organización de Internet [Articular]

2.

Listar y definir la terminología de red apropiada [Listar/Enumerar]

3.

Describir la estructura en capas de una arquitectura de red típica [Describir]

4.

Identificar los diferentes tipos de complejidad en una red (bordes, núcleo, etc.) [Analizar]

5.32.4.2. Comunicación de un solo salto (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Tanenbaum et al., 2021, Peterson and Davie, 2022]

Temas

1.

Introducción a modulación, ancho de banda y medios de comunicación

2.

Codificación y Entramado

3.

Control de Acceso al Medio (MAC) (por ejemplo, acceso aleatorio y acceso programado)

4.

Ethernet y WiFi

5.

Conmutación (por ejemplo, árboles de expansión, VLANs).

6.

Topologías de Red de área Local (por ejemplo, centro de datos, redes de campus).

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir algunos aspectos básicos de modulación, ancho de banda y medios de comunicación [Describir]

2.

Describir en detalle un protocolo MAC [Describir]

3.

Demostrar comprensión de las compensaciones (trade-offs) de soluciones de codificación y entramado [Demostrar]

4.

Describir detalles de la implementación de Ethernet [Describir]

5.

Describir cómo funciona la conmutación [Describir]

6.

Describir un tipo de topología de LAN [Describir]

5.32.4.3. Aplicaciones en Red (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Kurose and Ross, 2021, Peterson and Davie, 2022]

Temas

1.

Esquemas de denominación y direccionamiento (por ejemplo, DNS e Identificadores Uniformes de Recursos)

2.

Paradigmas de aplicaciones distribuidas (por ejemplo, cliente/servidor, peer-to-peer, nube, edge y fog). Ver también: Computación Paralela y Distribuida (PDC) -Communication, Computación Paralela y Distribuida (PDC) -Coordination

3.

Diversidad de demandas de aplicaciones en red (por ejemplo, latencia, ancho de banda y tolerancia a pérdidas). Ver también: Computación Paralela y Distribuida (PDC) -Communication, Sociedad, ética y la Profesión (SEP) -Sustainability, Sociedad, ética y la Profesión (SEP) -Context

4.

Cobertura de protocolos de capa de aplicación (por ejemplo, HTTP)

5.

Interacciones con APIs de TCP, UDP y Socket. Ver también: Computación Paralela y Distribuida (PDC) -Programs

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Definir los principios de denominación, direccionamiento y localización de recursos [Definir]

2.

Analizar las necesidades de demandas específicas de aplicaciones en red [Analizar]

3.

Describir los detalles de un protocolo de capa de aplicación [Describir]

4.

Implementar una aplicación simple cliente-servidor basada en sockets [Implementar]

5.32.4.4. Soporte de Fiabilidad (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Kurose and Ross, 2021, Tanenbaum et al., 2021]

Temas

1.

Entrega no fiable (por ejemplo, UDP)

2.

Principios de fiabilidad (por ejemplo, entrega sin pérdidas, duplicación o fuera de orden). Ver también: Fundamentos de Sistemas (SF) -Reliability

3.

Control de errores (por ejemplo, retransmisión, corrección de errores)

4.

Control de flujo (por ejemplo, parar y esperar, basado en ventana)

5.

Control de congestión (por ejemplo, notificación implícita y explícita de congestión)

6.

TCP y problemas de rendimiento (por ejemplo, Tahoe, Reno, Vegas, Cubic)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir el funcionamiento de protocolos de entrega fiable [Describir]

2.

Listar los factores que afectan el rendimiento de los protocolos de entrega fiable [Listar/Enumerar]

3.

Describir algunos problemas de diseño de fiabilidad de TCP [Describir]

4.

Diseñar e implementar un protocolo fiable simple [Diseñar]

5.32.4.5. Enrutamiento y Reenvío (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Kurose and Ross, 2021, Tanenbaum et al., 2021, Peterson and Davie, 2022]

Temas

1.

Paradigmas y jerarquía de enrutamiento (por ejemplo, intra/inter dominio, centralizado y descentralizado, enrutamiento de origen, circuitos virtuales, QoS)

2.

Métodos de reenvío (por ejemplo, tablas de reenvío y algoritmos de coincidencia)

3.

IP y problemas de escalabilidad (por ejemplo, NAT, CIDR, BGP, diferentes versiones de IP)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir varios paradigmas y jerarquías de enrutamiento [Describir]

2.

Describir cómo se reenvían los paquetes en una red IP [Describir]

3.

Describir cómo Internet aborda los desafíos de escalabilidad [Describir]

5.32.4.6. Seguridad de Red (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Stallings, 2022, Kurose and Ross, 2021]

Temas

1.

Introducción general sobre seguridad (Amenazas, vulnerabilidades y contramedidas). Ver también: Sociedad, ética y la Profesión (SEP) -Security, Seguridad (SEC) -Foundations, Seguridad (SEC) -Engineering

2.

Amenazas específicas de red y tipos de ataque (por ejemplo, denegación de servicio, suplantación, rastreo y redireccionamiento de tráfico, atacante en el medio, ataques de integridad de mensajes, ataques de enrutamiento, ransomware y análisis de tráfico). Ver también: Seguridad (SEC) -Foundations, Seguridad (SEC) -Engineering

3.

Contramedidas:

a)

Criptografía (por ejemplo, SSL, TLS, simétrica/asimétrica)

b)

Arquitecturas para redes seguras (por ejemplo, canales seguros, protocolos de enrutamiento seguro, DNS seguro, VPNs, DMZ, Zero Trust Network Access, hiper seguridad de red, protocolos de comunicación anónima, aislamiento)

c)

Monitoreo de red, detección de intrusiones, firewalls, protección contra suplantación y DoS, honeypots, trazabilidad, BGP Sec, RPKI

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir algunos de los modelos de amenaza de seguridad de red [Describir]

2.

Describir contramedidas específicas basadas en red [Describir]

3.

Analizar varios aspectos de seguridad de red a partir de un estudio de caso [Analizar]

5.32.4.7. Soporte de Movilidad (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Tanenbaum et al., 2021, Peterson and Davie, 2022]

Temas

1.

Principios de comunicación celular (por ejemplo, 4G, 5G)

2.

Principios de LANs inalámbricas (principalmente 802.11)

3.

Comunicación dispositivo a dispositivo (por ejemplo, comunicación IoT)

4.

Redes inalámbricas multiescalón (por ejemplo, redes ad hoc, oportunistas, tolerantes a retrasos)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir algunos aspectos de comunicación celular como el registro [Describir]

2.

Describir cómo 802.11 soporta usuarios móviles [Describir]

3.

Describir usos prácticos de comunicación dispositivo a dispositivo, así como multiescalón [Describir]

4.

Describir un tipo de red móvil como ad hoc [Describir]

5.32.4.8. Temas Emergentes (6 horas) [Habilidades AG-C03,AG-C09]

Referencias Bibliográficas: [Peterson and Davie, 2022, Tanenbaum et al., 2021]

Temas

1.

Middleboxes (por ejemplo, avances en el uso de IA, redes basadas en intención, filtrado, inspección profunda de paquetes, balanceo de carga, NAT, CDN)

2.

Virtualización de Red (por ejemplo, SDN, Redes de Centros de Datos)

3.

Redes Cuánticas (por ejemplo, Introducción al dominio, teleportación, seguridad, Internet Cuántica)

4.

Satélite, mmWave, Luz Visible

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1.

Describir el valor de los avances en middleboxes en redes [Describir]

2.

Describir la importancia de las Redes Definidas por Software [Describir]

3.

Describir algunos de los valores añadidos logrados al usar Redes Cuánticas [Describir]

5.32.5. Referencias Bibliográficas

[Kurose and Ross, 2021]

[Tanenbaum et al., 2021]

[Peterson and Davie, 2022]

[Stallings, 2022]