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TEMA 4: REDES DE ORDENADORES
INTRODUCCION
Las tecnologías que mayor desarrollo, impulso e importancia han tenido en el s. XX han sido las relacionadas con la obtención, procesamiento y distribución de la información, es decir, las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC). Entre los distintos avances realizados en las TIC podemos ver que, se han instalado redes telefónicas de cobertura mundial, se ha inventado la radio y la televisión y hemos visto el nacimiento seguido de una expansión sin precedentes de los ordenadores y de las tecnologías relacionadas con ellos. De una forma genérica, las TIC se puede definir como “el conjunto de tecnologías de diferente naturaleza (software, hardware,…) apoyadas en la Informática y las Telecomunicaciones, utilizadas para la creación, almacenamiento, transmisión y reproducción de información de cualquier tipo”. A pesar de ser las TIC un área relativamente reciente comparada con otras tecnologías e industrias, las computadoras han logrado un progreso espectacular en un periodo de tiempo pequeño. Son las organizaciones, entre ellas la Empresa y la Administración, las que están incorporando estas nuevas tecnologías y así dotando a sus sedes en ubicaciones geográficas diferentes de la capacidad de tener un control global de forma simple y rápida. 4.1 ALGO DE HISTORIA En la fase inicial del desarrollo de los sistemas informáticos, éstos eran totalmente centralizados, en el sentido que todos los elementos del sistema se encontraban en una única habitación. El sistema solía basarse en uno o varios ordenadores de gran poder de cómputo y capacidad denominados “mainframes” que eran los encargados de llevar a cabo todos los procesos de cómputo del sistema. Sin embargo, la fusión de las computadoras con las tecnologías de comunicación ha hecho posible una profunda reestructuración y uso de los sistemas informáticos. Se ha pasado del modelo centralizado caracterizado por el concepto de “centro de computación” ubicado en una habitación con una gran computadora, a un modelo distribuido compuesto por un gran número de computadoras separadas pero interconectadas que realizan tareas de computación y
comunicación de la información. Estos sistemas han dado origen a lo que en nuestros días se entiende por redes de ordenadores. Una Red de Ordenadores se puede definir como un conjunto de ordenadores independientes que están interconectadas entre sí y que pueden compartir recursos (información, hardware, software). Se dice que dos ordenadores están conectados si son capaces de intercambiar información. La conexión entre ellos puede llevarse a cabo mediante distintas tecnologías de comunicación como son: alambre de cobre, cable coaxial, fibra óptica, satélite, etc. 4.2 USO DE LAS REDES DE ORDENADORES Antes de introducir las características técnicas de las redes de ordenadores vamos a enumerar los usos más importantes de estos sistemas lo que nos dará una idea de su relevancia en diferentes ámbitos de la sociedad. A) Redes de ordenadores para empresas Todas las grandes organizaciones, estados (distintos ministerios), bancos, grandes empresas y una gran parte de las PYMEs utilizan los ordenadores para llevar a cabo la gestión y administración de la información que utilizan para realizar sus actividades diarias ya sean de administración o de negocio. Normalmente todas estas organizaciones utilizan varios ordenadores (desde un par a varios miles) por lo que la posibilidad de conectar entre sí dichos ordenadores aporta las siguientes ventajas: (1) Compartir de recursos. Consiste en que la información y dispositivos de un ordenador estén disponibles para cualquier otro equipo conectado a la red independientemente de su ubicación. Ej: acceso a las ventas de una sede a 100 Km de la central, o imprimir en la impresora del departamento de ventas desde el departamento de personal. (2) Aumento de la Fiabilidad. Al disponer de distintos lugares en los que almacenar la información, pueden realizarse fácil y rápidamente copias de seguridad de la información. En el caso de que se produzca un problema en el ordenador en que se guarda habitualmente la información, a través de la red puede accederse a la/s copia/s de seguridad existentes en otros ordenadores.
La capacidad para combinar información, comunicación y entretenimiento está desarrollando una nueva y enorme industria basada en las redes de ordenadores. 4.3. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE REDES DE ORDENADORES Para poder entender el funcionamiento y utilización de las redes de ordenadores es necesario conocer una serie de conceptos básicos como son los siguientes: Tecnología de la transmisión: Indica la forma o el modo en que la información es distribuida al resto de ordenadores (difusión, punto a punto). Escala o Tamaño: La escala o tamaño de una red nos indica cuál es la cobertura que cubre la red al interconectar los ordenadores. Topología: Representa la forma física de conexión entre todos los ordenadores. La topología depende de la tecnología de transmisión. Protocolo: Conjunto de programas donde se definen las reglas y convenciones que siguen los ordenadores para establecer una comunicación entre ellos. Modo de transmisión: Está relacionado con la capacidad del canal de comunicación para transferir la información en una o en ambas direcciones. Dependiendo del sistema, la información puede viajar: En un solo sentido A à B (comunicación simplex). En los dos sentidos A ßà B, pero no de forma simultánea (comunicación semiduplex – half duplex). En ambas sentidos simultáneamente AóB (comunicación duplex – full duplex). Ancho de Banda: Mide la cantidad de información que puede viajar por el canal de comunicación. Su unidad de medida es de bits por segundo (bps) o también llamado baudio_. Paquete de datos_ : Los ordenadores al comunicarse intercambian información. Para facilitar dicha comunicación y evitar errores, los
ordenadores dividen la información en agrupaciones de datos conocidos como paquetes. Nodo : Denominamos nodo a un ordenador conectado a la red. 4.4 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES DE ORDENADORES A continuación vamos a hacer distintas clasificaciones de las redes de ordenadores atendiendo a distintos criterios. A) Según la Tecnología de Transmisión utilizada hablamos de: 1.- Redes de difusión. Tienen un único canal de comunicación compartido por todos los nodos de la red. Topologías típicas de redes de difusión son:
(a) Bus (b) Anillo
2.- Redes punto a punto. Consisten en redes con conexiones entre pares individuales de ordenadores. Para llevar información de un ordenador a otro pueden establecerse distintas rutas, por lo que deben existir algoritmos para encaminar los paquetes entre distintos ordenadores. Topologías típicas de estas redes son:
(a) Estrella (b) Árbol (c) Irregular
Figura 1 Estructura de una wireless 2.- Redes de Area Amplia (WAN, Wide Area Network). Este tipo de red se extiende sobre un área geográfica extensa, como puede ser un país o conectar incluso distintos continentes. Una WAN puede estar constituida por varias redes de menor tamaño que se unen a través de canales de transmisión que suelen llamarse canales troncales. A cada red conectada a la WAN se le denomina subred. Las características principales de estas redes son:
- Tamaño: no está restringido, por lo que es más difícil limitar el tiempo de transmisión.
- Tecnología de transmisión: los canales troncales comunican cada subred como un canal punto a punto, mientras que cada subred puede tener distintas tecnologías de transmisión.
- Topología: debido a la heterogeneidad de las subredes, este tipo de redes pueden adoptar cualquiera de las topologías que hemos presentado anteriormente. C) Según su propietario. La evolución de las redes de telecomunicación habituales ha dado lugar al desarrollo de redes específicas para la transmisión de datos. Dependiendo de cómo se regule su uso y se cobre su utilización hablamos de: 1.- Redes de acceso público : Suelen tener una normativa estándar y el coste suele estar regulado por los gobiernos. El que denominemos “pública” una red no significa que sea de propiedad estatal, nada más
alejado de la realidad, ya que prácticamente la totalidad de estas redes pertenecen a empresas de telecomunicación privadas. Se llaman públicas porque lo que hacen es crear una infraestructura de comunicación para permitir que usuarios institucionales o individuales puedan tener acceso a servicios de comunicación remotos. Para el uso de estos servicios los usuarios deberán pagar una cuota a la empresa propietaria de la red pública. 2.- Redes de acceso privado : Son redes que no difieren en las funciones esenciales de las redes públicas salvo en que son utilizadas exclusivamente por las empresas propietarias y no son accesibles por instituciones o usuarios ajenos a las mismas. La infraestructura de comunicación debe pagarla la empresa que quiere contar con una red de este tipo y una vez construida no tiene que pagar por el uso de los canales de comunicación proporcionados por la red. Una de las capacidades que poseen las redes privadas es la posibilidad de conexión con redes públicas de datos, así como con otras redes privadas. Como conclusión diremos que las redes privadas surgen para suplir carencias de las redes públicas, sobre todo en aspectos específicos de organizaciones privadas como puede ser la adecuación a las necesidades propias, condiciones de seguridad, etc. 4.5. SEGURIDAD EN LAS REDES DE ORDENADORES Un tema muy importante que surge a la hora de tratar con información es la seguridad del sistema que la maneja. A nadie se le escapa que cualquier red de telecomunicación implica una inseguridad intrínseca (red telefónica, red de transmisión de datos), por lo que se han diseñado una serie de técnicas y políticas que garanticen al máximo la seguridad a la hora de intercambiar información a través de redes de ordenadores. Antes de explicar estas técnicas y políticas de protección de la información en las redes de ordenadores vamos a esbozar de forma breve cuáles son los principales problemas de seguridad a los que se enfrenta un sistema electrónico de intercambio de información. El principal problema de seguridad de una red de ordenadores son los ataques que puede sufrir. Estos pueden provenir tanto de personas del interior de la organización (empleado de la organización) como de personas del exterior (hacker) ajenas a la organización. Una red es un sistema multiusuario, por lo que es necesario controlar a que información puede acceder en cada momento cada usuario, de forma que no se pueda acceder a información de otros usuarios si no se está autorizado. También habrá que controlar que los usuarios que dejan de
4.5.2 Sistemas para resolver los problemas de seguridad Para solucionar todos estos problemas de seguridad se han desarrollado una serie de sistemas que pasamos a explicar de forma breve a continuación. 4.5.2.1 Sistemas de autenticación (o autentificación) Este tipo de sistemas son una parte importante del diseño de las políticas de seguridad de cualquier sistema de redes de ordenadores. Como indicamos anteriormente las redes de ordenadores son sistemas multiusuario. El objetivo de los sistemas de autenticación es la identificación del usuario que quiere acceder al sistema. Para conseguirlo, ha de solicitarle una palabra clave o password conocida exclusivamente por su dueño. Las palabras claves deben ser fáciles de recordar, aunque eso no significa que estén compuestas por palabras o números sencillos (nombres de pila, DNI, fechas personales) ya que en ese caso hay peligro de que sean fácilmente adivinadas por personas ajenas al sistema. Una recomendación a la hora de elegir una palabra clave es que esta esté compuesta por mayúsculas, minúsculas, letras y números y en caso de ser posible ha de ser cambiada con cierta periodicidad. Un consejo que proporciona la experiencia es que las palabras clave más seguras y fáciles de recordar son las que se componen por las iniciales de una frase que nos sea familiar o fácil de recordar. Por ejemplo: Frase: Mi cumpleaños es el 2 de Marzo Clave de acceso: Mcee2dA Es importante que en un sistema multiusuario exista siempre un usuario conocido normalmente como “root” o administrador que será el encargado de crear los identificadores de usuario. Una vez creado los identificadores de usuario, cada uno se creará su propia palabra clave. Normalmente la apariencia de un sistema de autenticación es el siguiente:
Usuario: manuel
Clave de acceso: *******
Donde el “usuario” es el identificador del usuario y la clave de acceso es la palabra clave. La palabra clave al escribirse no se visualiza, sino que aparecen caracteres “*” para evitar que alguien que pueda estar viendo la pantalla pueda conocerla. 4.5.2.2 Sistemas de encriptación La encriptación o codificación es un proceso que consiste en transformar una información expresada en un lenguaje determinado a otro lenguaje con reglas sintácticas y semánticas distintas que conserva la información anterior, pero que no puede entenderse a no ser que se conozca el proceso que realiza la función inversa, es decir, la desencriptación o decodificación. Este proceso se lleva a cabo mediante un conjunto de fórmulas matemáticas complejas denominados algoritmos de encriptación. La encriptación se utiliza tanto para almacenar las palabras claves de los usuarios de un sistema y que nadie pueda leerlas fácilmente como para cifrar la información antes de enviarla a través del canal de comunicación. De esta forma si alguien accede al canal no puede entender la información que está circulando.
Existen distintos métodos de encriptación o codificación :
a) Encriptación simétrica Este tipo de encriptación utiliza un algoritmo para codificar y decodificar la información utilizando claves de cifrado. La idea de la clave de cifrado consiste en que si alguien codifica un mensaje, sólo aquellos que conozcan la clave adecuada podrán descifrarlo. La parte emisora utiliza la clave de cifrado como parte de la operación matemática a fin de encriptar texto plano a texto cifrado. La parte receptora utiliza la misma clave para desencriptar el texto cifrado a texto plano. El tamaño de la clave es la característica crítica de los sistemas de encriptación simétricos. Dicho tamaño se mide por número de bits, a mayor número de bits más segura será la codificación. El sistema DES (Estándar de Encriptación de Datos) es el sistema más usual de encriptación simétrica en el cual tanto el emisor como el receptor necesitan conocer la clave utilizada en los procesos de codificación y decodificación.
4.5.2.3 Firma electrónica o digital La firma electrónica junto con los métodos de cifrado, es uno de los mecanismos desarrollados en el ámbito del comercio electrónico para dar solución a los problemas de seguridad. En 1999 se aprobó el Real Decreto-Ley (RD-L) 14/1999, de 17 de septiembre, sobre la Firma Electrónica que permite el empleo de la firma electrónica a empresas y particulares con las máximas garantías. La firma electrónica es el conjunto de datos, en forma electrónica, anexo a otros datos electrónicos o asociados funcionalmente con ellos, utilizados como medio para identificar formalmente al autor o a los autores del documento que la recoge. Ésta se crea por medios que el autor de la firma mantiene bajo su exclusivo control, de forma que está vinculada únicamente al mismo y a los datos a los que se refiere. Esto permite que sea detectable cualquier modificación ulterior sobre los datos. Una persona, llamada signatario, firma documentos mediante un dispositovo de creación de firma y unos datos de creación de firma; el destinatario del documento firmado debe verificar, mediante un dispositivo de verificación de firma y un certificado digital, la firma del signatario. De esta forma, el signatario es la persona física que cuenta con un dispositivo de creación de firma y que actúa en nombre propio o en el de una persona física o jurídica a la que representa. Los sistemas de clave pública permiten cumplir los requisitos de integridad del mensaje, autenticación y no repudio del remitente utilizando firmas digitales. El procedimiento para generar la firma digital de un mensaje consiste en extraer un "resumen" (o hash en inglés) del mensaje, cifrar este resumen con la clave privada del remitente y añadir el resumen cifrado al final del mensaje. A continuación, el mensaje y la firma (el resumen cifrado) se envían como antes, cifrados con la clave pública del destinatario. El algoritmo que se utiliza para obtener el resumen del mensaje debe cumplir la propiedad de que cualquier modificación del mensaje original, por pequeña que sea, dé lugar a un resumen diferente (nótese que la firma digital de un usuario no es siempre la misma secuencia de bits, sino que depende del mensaje firmado).
Para comprobar la validez de la firma digital, una vez que el destinatario recibe el mensaje, éste lo descifra con su clave privada y pasa a comprobar la firma. Para ello, hace dos operaciones: por un lado, averigua la clave pública del remitente y descifra con ella el resumen cifrado con la clave privada del remitente. Por otro lado, el destinatario calcula el resumen del mensaje recibido repitiendo el algoritmo o procedimiento que usó el remitente para generar el resumen. Si los dos resúmenes (el del remitente descifrado y el calculado ahora por el destinatario) coinciden, la firma se considera válida y el destinatario puede estar seguro de la integridad del mensaje. Si el mensaje hubiera sido alterado a su paso por la red, el resumen obtenido por el destinatario no coincidiría con el original obtenido por el remitente. Además, el hecho de que el resumen original se ha descifrado con la clave pública del remitente prueba que sólo él pudo cifrarlo con su clave privada. Así el destinatario está seguro de la procedencia del mensaje (autentificación del origen) y, llegado el caso, el remitente no podría negar haberlo enviado (no repudio) ya que sólo él conoce y tiene acceso a su clave privada. Figura 2 Generación de la firma digital
Cuando el certificado contiene determinada información enumerada posteriormente (en la descripción del protocolo SET) y ha sido expedido en las condiciones establecidas en el RD-L se dice que se trata de un certificado reconocido. Un certificado digital de una Autoridad de Certificación (AC) es un documento electrónico, que contiene los datos de verificación de firma de un signatario, juntamente con otras informaciones, en especial la identidad del signatario. 4. 5 .2.5 Autoridades de certificación Hemos visto que un elemento necesario para la firma electrónica es la existencia del certificado digital que incorpora cierta información sobre el usuario, información que debe ser contrastada por algún tipo de autoridad competente. En el contexto electrónico la función básica de una Autoridad de Certificación (AC) o un Prestador de Servicios de Certificación (PSC) reside en verificar la identidad de los solicitantes de certificados, crear y emitir a los solicitantes dichos certificados y publicar listas de revocación cuando éstos son revocados. En la legislación se contempla que cualquier entidad pública o privada se constituya en PSC. Ahora bien, para que una persona física o jurídica se erija en AC es necesario que cumpla una serie de obligaciones exigibles por ley a todos los PSC que expidan certificados reconocidos, entre los que destacan, según la Ley de Firma Electrónica:
- La comprobación de los solicitantes de los certificados, ya que si esta verificación no se realiza rigurosamente, toda la estructura de certificación y firma electrónica pierde su validez.
- No almacenar las claves privadas de los usuarios.
- Informar debidamente a los solicitantes acerca de precios y condiciones de uso de los certificados.
- Mantener registro y estado de todos los certificados emitidos.
- Indicar fecha y hora en que se emitió o dejó de tener validez un certificado.
- Poseer una serie de garantías técnicas que demuestren la fiabilidad necesaria de sus servicios, la rapidez y la seguridad en la prestación de los mismos.
- Conservar registrada toda la información y documentación relativa a un certificado reconocido durante 15 años, con el fin de garantizar que los certificados pueden ser aportados como prueba en los procesos judiciales que pudieran surgir en relación con el uso de la firma. Un certificado digital puede dejar de ser válido por los siguientes motivos:
- Compromiso de la clave privada del usuario. En este caso el certificado podría ser utilizado por otras personas ajenas al dueño legítimo.
- Compromiso de la clave privada de la AC. Es un caso gravísimo de inseguridad ya que todos los certificados de dicha AC dejarían de ser válidos, ya que no puede certificarse fehacientemente que dichos certificados son válidos.
- Cambio en los datos del certificado. El usuario puede cambiar distintos datos en su certificado.
- Violación de la política de la AC. Si un usuario viola las normas de la AC, ésta puede decidir revocar su certificado.
- Expiración del certificado. Para estos casos la AC crea Listas de Revocación de Certificados (LRC) con los números de serie de los certificados revocados. Como en la práctica no es viable que todos los usuarios estén certificados por la misma autoridad, surge la necesidad de que unas autoridades de certificación certifique a su vez a otras, bien de forma jerárquica (las autoridades de un nivel jerárquico son certificadas por otras de nivel superior hasta llegar a una autoridad raíz) o mediante certificaciones cruzadas entre autoridades del mismo nivel (de forma que cada una acepta como fiables los certificados emitidos por la otra). La infraestructura necesaria para el uso de los sistemas de clave pública, incluyendo las autoridades de certificación, se llama Infraestructura de Clave Pública (PKI: Public Key Infrastructure). 4. 5 .2.6 Autoridades de registro. Las Autoridades de Registro son organismos que actúan como punto de contacto entre la administración que emite el certificado y el usuario que lo
A) Servicios orientados a la transferencia de información. Permiten el intercambio de información a través de la red a distintos usuarios. Podemos destacar los siguientes: e-mail o correo electrónico: permite el envío de correo personal Facilita el intercambio de mensajes de texto, imágenes, sonido y ficheros de pequeños tamaño. Este servicio es una extensión del correo postal pero con una infraestructura electrónica. Esta es la herramienta de comunicación más utilizada entre los usuarios de las redes de ordenadores, debido a su facilidad y flexibilidad. FTP o servicio de transferencia de ficheros: permite la transferencia de ficheros entre ordenadores conectados a la red. Chat : servicio que permite a varios usuarios conectados a la red de ordenadores intercambiar al mismo tiempo opiniones a través de información texto. B) Servicios Audiovisuales. Conjunto de servicios que nos permiten establecer una comunicación on-line entre dos o más personas (mediante voz e imagen), separadas geográficamente. Audio y/o conferencia. Posibilita establecer comunicación interactiva mediante voz entre personas alejadas geográficamente. Hay que hacer notar que en este servicio el medio de transporte de la voz es el canal de la red, por lo que si es privada no conlleva ningún costo y si es pública su costo será el fijado por el uso de esa red. Esta tarificación suele ser distinta y más económica que la red telefónica básica (Skype). Videoconferencia. Este servicio permite una comunicación bidireccional on-line en la que se transmite además de voz, imágenes de las personas que intervienen en la comunicación (MSN Messenger). C) Servicios orientados al acceso a la información. Son servicios que se encargan de crear y mantener la infraestructura necesaria para que la información pueda ser almacenada, manipulada y accedida de forma sencilla y flexible. Sirva como ejemplo el acceso a grades volúmenes de datos e información como es el caso de la bases de datos.
