2.9. Redes y Comunicaciones (NC)

Las redes y comunicaciones juegan un papel central en los sistemas informáticos interconectados que están transformando la vida diaria de miles de millones de personas. Internet público proporciona conectividad para aplicaciones en red que sirven a un número cada vez mayor de individuos y organizaciones en todo el mundo. Complementando al sector público, las principales redes propietarias aprovechan su alcance global para apoyar la computación, el almacenamiento y la entrega de contenido distribuidos rentables. Los avances en las redes satelitales amplían la conectividad a las zonas rurales. La comunicación dispositivo a dispositivo subyace al emergente Internet de las Cosas.

Esta área de conocimiento trata conceptos clave en redes y comunicaciones, así como sus instanciaciones representativas en Internet y otras redes informáticas. Además de los principios básicos de conmutación y estratificación, el área en su núcleo proporciona conocimiento sobre denominación, direccionamiento, fiabilidad, control de errores, control de flujo, control de congestión, jerarquía de dominios, enrutamiento, reenvío, modulación, codificación, entramado y control de acceso. El área también cubre unidades de conocimiento en seguridad de red y movilidad, como amenazas de seguridad, contramedidas, comunicación dispositivo a dispositivo y redes inalámbricas multiescalón. Además de los principios fundamentales, el área incluye su realización específica en Internet, así como habilidades prácticas en la implementación de conceptos de redes y comunicaciones. Finalmente, el área comprende temas emergentes como la virtualización de red y las redes cuánticas.

Como resultado de aprendizaje principal, los estudiantes desarrollan una comprensión exhaustiva del papel y funcionamiento de las redes y comunicaciones en sistemas informáticos en red. Aprenden cómo la estructura de red y los protocolos de comunicación afectan el comportamiento de las aplicaciones distribuidas. El área puede usarse para educar no solo los principios clave sino también sus instanciaciones específicas en Internet y equipar al estudiante con habilidades prácticas de implementación. Si bien las tecnologías de sistemas informáticos, redes y comunicaciones avanzan a un ritmo acelerado, el conocimiento fundamental adquirido permite al estudiante aplicar fácilmente los conceptos en nuevos entornos tecnológicos.

2.9.1. NC/Fundamentos de Redes y Comunicaciones

Temas:
Core

• 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
• Organización de Internet (por ejemplo, usuarios, Proveedores de Servicios de Internet, sistemas autónomos, proveedores de contenido, redes de entrega de contenido)
• Técnicas de conmutación (por ejemplo, circuito y paquete)
• Capas y sus roles (aplicación, transporte, red, enlace de datos y física)
• Principios de estratificación (por ejemplo, encapsulación y modelo de reloj de arena). Ver también: Fundamentos de Sistemas (SF) -Foundations
• Elementos de red (por ejemplo, routers, switches, hubs, puntos de acceso y hosts)
• Conceptos básicos de colas (por ejemplo, relación con latencia, congestión, niveles de servicio, etc.)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.2. NC/Aplicaciones en Red

Temas:
Core

• Esquemas de denominación y direccionamiento (por ejemplo, DNS e Identificadores Uniformes de Recursos)
• 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
• 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
• Cobertura de protocolos de capa de aplicación (por ejemplo, HTTP)
• Interacciones con APIs de TCP, UDP y Socket. Ver también: Computación Paralela y Distribuida (PDC) -Programs

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.3. NC/Soporte de Fiabilidad

Temas:
Core

• Entrega no fiable (por ejemplo, UDP)
• Principios de fiabilidad (por ejemplo, entrega sin pérdidas, duplicación o fuera de orden). Ver también: Fundamentos de Sistemas (SF) -Reliability
• Control de errores (por ejemplo, retransmisión, corrección de errores)
• Control de flujo (por ejemplo, parar y esperar, basado en ventana)
• Control de congestión (por ejemplo, notificación implícita y explícita de congestión)
• TCP y problemas de rendimiento (por ejemplo, Tahoe, Reno, Vegas, Cubic)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.4. NC/Enrutamiento y Reenvío

Temas:
Core

• Paradigmas y jerarquía de enrutamiento (por ejemplo, intra/inter dominio, centralizado y descentralizado, enrutamiento de origen, circuitos virtuales, QoS)
• Métodos de reenvío (por ejemplo, tablas de reenvío y algoritmos de coincidencia)
• IP y problemas de escalabilidad (por ejemplo, NAT, CIDR, BGP, diferentes versiones de IP)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.5. NC/Comunicación de un solo salto

Temas:
Core

• Introducción a modulación, ancho de banda y medios de comunicación
• Codificación y Entramado
• 

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

• Ethernet y WiFi
• Conmutación (por ejemplo, árboles de expansión, VLANs).
• Topologías de Red de área Local (por ejemplo, centro de datos, redes de campus).

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.6. NC/Seguridad de Red

Temas:
Core

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

• Contramedidas:

  1.

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

  2.

  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)

  3.

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

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.7. NC/Soporte de Movilidad

Temas:
Core

• Principios de comunicación celular (por ejemplo, 4G, 5G)
• Principios de LANs inalámbricas (principalmente 802.11)
• Comunicación dispositivo a dispositivo (por ejemplo, comunicación IoT)
• Redes inalámbricas multiescalón (por ejemplo, redes ad hoc, oportunistas, tolerantes a retrasos)

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]

2.9.8. NC/Temas Emergentes

Temas:
Core

• Middleboxes (por ejemplo, avances en el uso de IA, redes basadas en intención, filtrado, inspección profunda de paquetes, balanceo de carga, NAT, CDN)
• Virtualización de Red (por ejemplo, SDN, Redes de Centros de Datos)
• Redes Cuánticas (por ejemplo, Introducción al dominio, teleportación, seguridad, Internet Cuántica)
• Satélite, mmWave, Luz Visible

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes):
Core:

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]