Internet, ¿Qué es y como funciona?

topologia abstracta Internet

Imagen obtenida de Wikipedia.org

Seguramente ha llamado la atención el título de la entrada, no es una pregunta que se haga uno muy a menudo, lo usamos, lo conocemos y con eso nos vale.

Pero, realmente sabemos lo que estamos usando y que hay detrás de todo ello. Pues eso es justamente lo que pretendo con esta entrada, concretar un poco los conocimientos que tenemos sobre Internet. Todo esto viene de un trabajo que he tenido que hacer en la Universidad y elegí este tema a investigar y preparar una presentación, y después de acabarlo me he dado cuenta de todas las cosas interesantes que he descubierto y quiero compartirlo con vosotros.

No es fácil encontrar un sitio que te diga que es Internet, llegar a una conclusión razonable es un trabajo de “bucear” por la red e ir sintetizando y uniendo trozos de la información que se va encontrando. Dicho esto es de suponer que en este artículo serán abordados muchos temas para conocer como está formado Internet; por lo tanto la lectura ha de ser tranquila, y en caso de no entender algo siempre que conozca la respuesta intentaré aclararla 😉

Voy a dividir el artículo principalmente en dos partes fundamentales, una parte más técnica y otra parte orientada a todos los públicos con  curiosidades varias sobre la topología de Internet, empresas y finalmente un tema a simple vista sencillo pero muy interesante: los cables submarinos. Y, finalmente lo que haré será dejar a vuestra disposición la presentación que hice como resultado de este trabajo de búsqueda de información.

1. Introducción

Internet tiene sus orígenes en el año 1969 con el nacimiento de ARPANET (Advanced Research Projects Agency Networks), una red construida con el fin de interconectar los ordenadores de varias universidades de los EEUU, que posteriormente se convirtió en un proyecto  militar. Si actualmente me pidieran que definiera lo que es Internet con las menos palabras posibles diría que es un conjunto de redes de varias empresas interconectadas; denominando a cada una de esas redes Sistemas Autónomos (AS – Autonomous System).

Si queréis conocer más acerca de la historia de Internet han publicado un interesante artículo en Omicrono en el que se presenta un vídeo bastante interesante. Lo recomiendo.

1.1. Sistema Autónomo

Como hemos dicho un Sistema Autónomo es una de las redes de las que hablábamos que compone Internet, pero más formalmente estaríamos hablando de un conjunto de encaminadores y redes que son gestionados por una única empresa. Y, esos encaminadores como resultado de estar todos dentro de un mismo Sistema Autónomo han de intercambiar información de encaminamiento mediante un protocolo común.

sistema autonomy

Comunicaciones y Redes de Computadores – William Stallings

Hablando de Protocolos vamos a distinguir entre dos tipos, el usado en el interior de un Sistema Autónomo y el protocolo que sirve de unión entre todos los Sistemas Autónomos.

IRP. Interior Router Protocol: Es el protocolo de encaminamiento usado dentro de un mismo Sistema Autónomo, no ha de ser el mismo en todos los AS.

ERP. Exterior Router Protocol: Este es el protocolo encargado de transmitir información de encaminamiento entre todos los Sistemas Autónomos, este será igual en todo Internet; en la actualidad el protocolo usado para este fin es BGP (Border Gateway Protocol). Este protocolo no necesita conocer el interior de un Sistema Autónomo; en definitiva este protocolo solo necesita saber el AS objetivo y los Sistemas Autónomos que tiene que atravesar para llegar al mismo.

1.2.- Algoritmo de Dijkstra

Este va a ser un algoritmo que vamos a presentar en la introducción para usarlo posteriormente en la explicación de OSPF (Open Shortest Path First), el protocolo de encaminamiento interior por excelencia. En definitiva, el objetivo de este algoritmo será encontrar los caminos más cortos desde un nodo origen hacia el resto de los nodos.

Si empezamos a vislumbrar el asunto nos damos cuenta de lo bueno que sería que cada encaminador dentro de un Sistema Autónomo conociera el resto de la topología del AS y con ella encontrar los caminos más cortos hacia el resto de los encaminadores con este algoritmo; pues, veremos más adelante que eso es exactamente lo que se hace.

Definamos una serie de aspectos necesarios para explicar el algoritmo.

  • N: Conjunto de nodos de la red
  • s: Nodo origen
  • T: Conjunto de nodos incorporados por el algoritmo
  • w(i, j): Coste desde el nodo i hasta j
  • L(n): Coste en curso obtenido para el camino de mínimo coste desde el nodo s hasta el nodo n
algoritmo Dijkstra

Comunicaciones y Redes de Computadores – William Stallings

Una vez que ya hemos definido las variables que necesitamos nos ponemos a ver en que consiste el algoritmo; consta de tres pasos, el primero de ellos de inicialización y los dos siguientes son los que se repetirán iteración tras iteración hasta que se hayan añadido a T todos los nodos de N, que será el momento en el que se han asignado las rutas finales a todos los nodos de la red.

  1. Consiste únicamente en añadir el nodo origen al conjunto T y posteriormente anotar el coste de los caminos hacia los nodos alcanzables desde el nodo origen.
  2. Tiene como objetivo la búsqueda del siguiente nodo para añadir al conjunto T, que ha de ser el más cercano al nodo origen (hablando de costes) y que no se haya añadido previamente a T.
  3. En este paso lo que haremos será recalcular el coste desde el nodo origen hacia todos los nodos (que sean alcanzables con los nodos añadidos a T), puesto que al añadirse un nodo a T se ha abierto la posibilidad a más rutas posibles y puede que con menor coste que las que se tenían anteriormente.

En la presentación que voy a dejar disponible se puede ver más en detalle el algoritmo junto con un ejemplo como el que podemos ver en la imagen pero realizado paso por paso.

2. OSPF (Open Shortest Path First)

También llamado como protocolo del camino más corto disponible, como ya se ha dicho es el protocolo de encaminamiento interior por excelencia.

Como ya se ha ido adelantando, el objetivo es hayar los caminos con menor coste a través de la interconexión de redes. Se caracteriza por ser capaz de equilibrar la carga entre varios caminos de igual coste.

Una de las grandes ventajas que tiene es que el coste es totalmente configurable, podemos usar métricas atendiendo al retardo, velocidad de transmisión, costes económicos u otros factores.

Consigue realizar estas tareas gracias a que es capaz de almacenar en su interior un grafo que representa toda la topología de la red y aplicar sobre él el Algoritmo de Dijkstra que ya hemos comentado para obtener los caminos mínimos hacia el resto de los encaminadores o redes del Sistema Autónomo y como resultado de este árbol construye la tabla de encaminamiento de manera totalmente automática.

De nuevo comento que en la presentación que dejo a vuestra disposición al final del artículo podemos encontrar el detalle de la construcción del grafo a partir de la topología de red con las explicaciones necesarias y con el ejemplo correspondiente.

3. BGP (Border Gateway Protocol)

Entender este protocolo es la clave de la cuestión que hoy nos atañe, entendiendo su objetivo es como realmente nos podemos hacer una idea de como funciona Internet, de como es capaz de llevar nuestros datos de un extremo a otro del mundo y saber exactamente la ruta que ha de seguir para ello; que para mí fue la pregunta clave que me llevó a elegir este tema para el trabajo.

También conocido como Protocolo de Pasarela Frontera. Es el usado para intercambiar información de encaminamiento entre todos los Sistemas Autónomos; con este protocolo nodos de diferentes AS decidirán ser vecinos e intercambiar información de encaminamiento poniendo unos en conocimiento de otros las redes que son alcanzables desde cada uno de ellos y los AS que se han de atravesar para alcanzar dichas redes.

El protocolo se basa principalmente en obtener las rutas hacia cada una de las redes y posteriormente el paso clave, cuando un encaminador obtiene una ruta para un conjunto de redes comparte esa información con sus vecinos de manera que poco a poco se van formando las Bases de Datos de las redes alcanzables y las rutas que se han de seguir en cada uno de los encaminadores de la interconexión de redes que implementen BGP. Imaginando este paso que describo a lo grande, con las dimensiones de Internet es como uno se llega a hacer a la idea de como funciona y como cada uno de los encaminadores saben exactamente lo que han de hacer para transferirse la información entre ellos.

BGP

BGP

Al igual que ya he comentado en apartados anteriores se puede seguir el tema con más rigurosidad en la presentación que dejo a vuestra disposición en donde se pueden encontrar ejemplos de los casos que propongo junto con el protocolo en detalle con sus tipos de mensajes y operaciones posibles.

4. Punto Neutro

A partir de este momento es donde orientamos el artículo de manera totalmente diferente, más orientado a todos los públicos y explicando como se forma Internet, las empresas que lo componen, tipos de acuerdos entre ellas y conceptos importantes como el que vamos a definir ahora.

IXP (Internet Exchange Point) o NAP (Network Access Point). Es una infraestructura física en la que se intercambian tráfico de Internet varios operadores entre sí. La ventaja de ello es hacer una interconexión directa entre ellos en vez de hacerlo a través de las redes de terceros. En definitiva está compuesto por uno o varios conmutadores de los ISP (Internet Service Provider) participantes en dicho Punto Neutro.

Punto Neutro Internet

Conmutador de Fibra Óptica en el Punto Neutro de Amsterdam AMS-IX. Imagen de Wikipedia.org

Otra de las ventajas del uso de un Punto Neutro viene dada por cuestiones económicas; el tráfico que atraviesa un IXP no es facturado. Únicamente cuando el IXP lo han de mantener los ISP pagan por la velocidad del puerto que estén usando cada uno, pero en ningún caso pagan por el volumen de tráfico transferido.

En España disponemos de Espanix, el Punto Neutro Español, es el noveno en términos de tamaño del mundo y lo tenemos situado en Madrid en el CPD de Banesto. Como curiosidad comentar que está a disposición del público el volumen de tráfico que atraviesa este IXP. Es probable que pensemos que esto únicamente sirve como dato de curiosidad, pero recientemente he descubierto que su utilidad va mucho más allá; por ejemplo he visto su uso como medio para medir el impacto de la reciente Huelga General en Internet.

Por algún otro Punto Neutro podríamos hablar de DE-CIX situado en Alemania, el que se dice que es el más grande del mundo con un tráfico medio diario de 900 Gbs y 3 Tbs de pico; pueden servir estas cifras para hacernos una idea del volumen de tráfico que puede llegar a atravesar un IXP.

Finalmente nombremos a AMS-IX, el Punto Neutro de Amsterdam que se puede ver en la imagen; del que también podemos ver los participantes y las estadísticas de tráfico.

5. Core Router

Lo que significa en español Router de núcleo. Es el concepto usado para denominar a los routers que se usan en el núcleo de Internet; es decir, serán los router usados en el Internet Backbone (espina dorsal de Internet) y en los Puntos Neutros.

Son equipos con soporte para los protocolos enrutamiento usados en Internet como los que ya hemos visto tanto para el interior de un Sistema Autónomo (OSPF) como para la interconexión de estos (BGP) y lógicamente con varias interfaces de gran capacidad para el reenvío de paquetes IP a gran velocidad por cada una de ellas.

6. Peering y Tránsito IP

En este apartado lo que haremos será ver los tipos de acuerdos que llevan a cabo las operadoras o ISP entre sí.

Tránsito IP: Acuerdo que permite enviar y recibir tráfico entre operadores que no tienen una conexión directa entre sí. La conexión se hace a través de un tercero al que se le tiene que pagar.

Peering: Enlace entre dos operadores directamente conectados. El tráfico es originado en uno de ellos y con destino el otro. En este caso al ser un intercambio de tráfico habitualmente el pago es ese mismo intercambio.

Podemos ver un ejemplo en los participantes del Punto Neutro de Espanix, en donde podemos encontrar los acuerdos entre los diferentes ISP participantes así com observar que no siempre son conocidos los acuerdos entre operadores al no ser públicos, a lo que hago mención en el siguiente apartado.

7. ISP Tier

Como se puede esperar en algo tan grande como es Internet deben existir una serie de niveles para lograr la mejor organización posible. No existe una autoridad encargada de definir los niveles que intervienen en Internet, pero aún así se suele distinguir entre tres niveles.

ISP Tier Internet

Imagen obtenida de Wikipedia.org

ISP Tier 1: Se podría definir como el nivel de ISP que puede alcanzar Internet sin llegar a ningún tipo de acuerdo con terceros. A veces no es posible saber si realmente un ISP es de nivel 1 porque no todos los acuerdos entre operadores son públicos, muchas veces los acuerdos entre ellos no son conocidos.

Hay varios ISP de nivel 1, los podemos encontrar en el enlace que he dejado, pero podríamos destacar Global Crossing y Level 3 (antes dos empresas que actualmente están unidas); normalmente este tipo de empresas no proporcionan demasiada información sobre su red, aunque sí un mapa de la topología de su red; un ejemplo de ello es el que se puede ver en la web de Global Crossing y Level 3. Podemos por ejemplo ver también la topología de red de Cogent Communications o la de Telefónica Wholesale Services.

ISP Tier 2: Son aquellas redes que necesitan de un ISP Tier 1 para alcanzar Internet; se dice que son los clientes de los ISP Tier 1 y estos son los proveedores. Normalmente tienen una cobertura nacional o regional. En el enlace que he proporcionado se puede ver un ejemplo de los mismos junto con los acuerdos conocidos entre ellos; es decir, una lista de los ISP de nivel 2 junto con los ISP de nivel 1 con los que tienen acuerdos de tránsito para alcanzar Internet.

ISP Tier 3: Una red que únicamente adquiere tránsito IP de otras empresas para alcanzar en Internet.

8. Topología Abstracta de Internet

Con esto me quiero referir a unos curiosos mapas que nos podemos encontrar por Internet cuando buscamos la topología del mismo (como el que podemos encontrar en la cabecera de este artículo). En primer lugar, como se puede esperar después de lo explicado sobre como se forma Internet; no se puede encontrar un mapa de la topología de Internet completo, son muchas empresas las que lo componen y eso imposibilita la elaboración de esta topología, lo que nos podemos encontrar como ya hemos visto es la topología de la red de los diferentes operadores.

Otro caso es el de los mapas abstractos de los que os hablaba que en definitiva son el resultado de varios estudios con el fin de comprender el volumen de Internet; estos resultados se representan en forma de red neuronal que es lo que nosotros vemos cuando buscamos por la Topología de Internet.

Podemos ver un muy buen ejemplo de la topología de Internet en un estudio de ATT Labs. Es un pdf, recomiendo ampliarlo para visualizarlo en detalle.

9. Cables Submarinos

Lo cables submarinos no dejan de ser un cojunto de fibras ópticas destinadas a su utilización bajo el mar, y por ello son algo distintas de las que podemos ver en cualquier otro sitio.

La fibra óptica es capaz de transmitir la luz con unas ligeras pérdidas; el problema es que se suele decir que la fibra es un producto perfecto e inmejorable, luego es de esperar que si se quiere transmitir luz con una mínima pérdida haya que investigar sobre otras soluciones posibles. Por ejemplo, se está observando un animal de las profundidades llamado Ratón Marino (Aphrodita aculeata) que, está recubierto por unas fibras que al parecer por su estructura son capaces de transmitir la luz con una mínima pérdida.

Cable Submarino Internet

Imagen obtenida de Wikitel.info

Aún así, se puede afirmar que 12 fibras pueden abastecer las comunicaciones de un País entero (de forma genérica sin tener en cuenta el tamaño del País).

Cuando estamos hablando de los cables submarinos no solo nos preocupa la fibra sino que nos preocupan muchos aspectos más como son la composición y capas de clable; los cables deben de soportar todo tipo de incidencias, como mordeduras de animales, anclas de los barcos, redes de pesca…

Si os ha gustado el tema de los cables submarinos después de leer el artículo se pueden ver dos interesantes documentales acerca del tema. Uno del Discovery Channel, y otro del Canal Odisea (buscando “internet submarino” en Youtube podemos ver las 4 partes que lo componen).

9.1.- Instalación

La colocación de los cables sobre el lecho marino es una operación que nos puede parecer simple; pero no es en absoluto una operación trivial, por ello merece la pena una pequeña observación sobre las tareas que se llevan a cabo en la operación.

Instalacion Cable Submarino Internet

Animación obtenida de Wikitel.info

En primer lugar lo que se debe de hacer es cargar los cables en los barcos cableros (barcos especiales destinados a este fin); esto es un proceso manual en el que se va enrollando el cable en las gigantescas bobinas de los barcos; y a todo ello hay que sumar la carga de los repetidores (aparatos encargados de repetir la señal cada cierta distancia para evitar su pérdida) cada 50-100 Km de cable, que es otra operación muy delicada.

Una vez que los barcos han sido cargados se pasa a la instalación de los cables, empezando por la estación terminal en tierra, en la que se ha de fijar correctamente el cable para evitar tirones y otros problemas como consecuencia de lo que pase en el mar. Posteriormente, una vez ya en el mar lo que se hace es ir enterrando el cable según se va soltando del barco mediante una pieza especial llamada arado. El barco irá siempre a una velocidad constante independientemente de las condiciones en las que este el mar, de tener una velocidad variable el cable podría partirse por su propio peso al caer del barco; de ahí la extrema delicadeza con la que se han de realizar todas las operaciones.

Como medida de protección en las proximidades de las cosas los buzos se van encargando de cubrir el cable con piezas de acero para evitar en la mayor medida posible los golpes de los anclas de los barcos.

9.2. Reparación

Pues sí, los cables submarinos tienen que ser reparados a pesar de los medios y esfuerzos que se gastan en la instalación de los mismos; y además, la reparación de estos cables puede costar cientos de miles de euros o incluso millones, es un proceso costoso y complicado.

El proceso en primer lugar para el usuario es transparente, ya que por cada fibra instalada en el lecho marino hay conexiones de apoyo para los casos en los que se producen las roturas y que ello no suponga la suspensión completa de la comunicación.

Los fallos en los cables son detectados desde las estaciones terminales; desde las que es posible detectar el kilómetro exacto en el que se ha producido la rotura del cable. Una vez que se ha detectado se ha de enviar el barco para las reparaciones, una vez que el barco está en las proximidades del cable se envían señales eléctricas desde la estación terminal, las cuales el barco es capaz de detectar.

En las estaciones terminales están situados unos equipos llamados PFE (Power Feer Equipment. Equipo de Alimentación Eléctrica), cuya función consiste en la gestión energética de los cables submarinos (sí, llevan energía eléctrica a parte de luz, los repetidores necesitan alimentación para cumplir su función). Desde estos equipos es desde donde son enviadas las señales eléctricas para que el barco las detecte.

Reparacion Cable Submarino Internet

Animación obtenida de Wikitel.info

Las señales cumplen una doble función, en primer lugar ayudan al barco a localizar el cable exactamente y también ayudan a detectar el punto exacto de la rotura, ya que donde se corte esa señal será donde se ha producido la rotura del mismo.

Una vez que se ha detectado la rotura lo que se hace es enviar un robot al lecho marino, dicho robot tendrá que desenterrar el cable y subirlo a bordo en donde se tendrá que cortar para después unir los dos extremos. Cuando hablamos de unir los dos extremos no hablamos de unir un hilo de cobre de nuestra casa, estamos hablando de un proceso costoso llevado a cabo por personal cualificado para unir fibras ópticas y en un lugar especial del barco totalmente limpio y sin partículas de polvo. El proceso puede llevar aproximadamente unas 24 h.

Una vez que se ha llevado a cabo la unión se deberá comprobar el funcionamiento correcto del cable y en caso de que la comprobación sea positiva se volverá a dejar de nuevo el cable en el lecho marino.


Pues hasta aquí he llegado con mi particular investigación sobre el tema, me parece un tema que es muy interesante y del que sin duda me queda mucho por averiguar; pero lo que no cabe duda es que con este pequeño acercamiento he aprendido muchas cosas y concretado muchas cosas que hasta ahora para mí solo eran suposiciones.

Os dejo también aquí un interesante enlace hacia la web de Akamai donde podemos ver  estadísticas variadas del uso de Intenet a nivel mundial.

Como lo prometido es deuda, os dejo la presentación que llevo prometiendo todo el artículo.

Presentacion sobre el funcionamiento de InternetPresentación “¿Qué es Internet?”

Espero que os haya resultado interesante el artículo y ya sepáis un poco más acerca de aquello que usamos todos los días y no sabemos que es lo que hay detrás de todo ello.

Finalmente quisiera agradecer desde aquí a Víctor Manuel López Millán, profesor de la Universidad San Pablo CEU, por su labor como profesor por conseguir despertar el interés por la materia y lo relacionado con ella y fomentar el auto-aprendizaje de esta manera.


2 Comentarios

  1. Gracias! Es lo que tu comentabas, en la red hay muchos artículos sobre el funcionamiento de internet pero van por fasciculos, tienes que leer un montón de artículos para tener una mínima visión global.

    Gracias por publicar tu trabajo, se agradece encontrar un único articulo, como mínimo para ordenar los conocimientos.

    • Muchas gracias por el comentario Alex, me alegro de que te haya servido el artículo, con esa intención está hecho 🙂

      Un saludo!

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