La Docencia de Redes de Computadoras y Sistemas Distribuidos

para Ingenieros Informáticos

Jorge García Vidal, Llorenç Cerdà Alabern,

José M. Barceló Ordinas, Manel Guerrero Zapata, Julián Morillo Pozo

Dept. d'Arquitectura de Computadors

Universitat Politècnica de Catalunya

c/ Jordi Girona, 1-3, 08034 Barcelona

{jorge,llorenc,joseb,guerrero,jmorillo}@ac.upc.edu

Resumen

En este artículo se discute la docencia de lasRedes de Computadores y Sistemas Distribui-dos (RCySD) para escuelas de Ingeniería deInformática, y es fruto de la experiencia delos autores como profesores del Departamen-to de Arquitectura de Computadores (DAC)en la Facultad de Informática de Barcelona(FIB) [1] de la Universidad Politécnica de Ca-taluña (UPC) y de su actividad como investi-gadores del área.

1. Introducción

Hoy en día, la importancia de las asigna-turas de Redes de Computadores y SistemasDistribuidos (RCySD) en las carreras de Inge-niería de Informática está fuera de toda discu-sión. Estas asignaturas cubren varios aspectosde la informática, que van desde el desarrollode aplicaciones distribuidas, al diseño de redesde comunicaciones o de equipos de red. Aun-que se trata de un área de rápido crecimientoy transformación, los conceptos fundamentalesse han mantenido inalterados desde el diseñode las primeras redes de paquetes, habiéndosealcanzado un estado de madurez y estabiliza-ción.

Una característica distintiva de las RCySDes la importancia que tienen los estándares,cuya existencia ha permitido la interconexiónde equipos distribuidos por todo el mundo, y

el desarrollo de aplicaciones usadas por millo-nes de usuarios. Sin embargo, los estándarestambién di�cultan la introducción de nuevasarquitecturas y modelos de comunicación. Laarquitectura de comunicaciones TCP/IP, queconstituye la base de las redes actuales, fuedesarrollada a principios de la década de los70, antes de la aparición de los ordenadorespersonales, las redes de área local, la exten-sión de las comunicaciones ópticas y las comu-nicaciones móviles, del Web, de las aplicacio-nes Peer-to-Peer o de las redes sociales. Aun-que dicha arquitectura ha presentado una grancapacidad de adaptación, en la actualidad seplantea entre la comunidad de investigadoresla necesidad de un rediseño de Internet, quepermita el desarrollo de nuevos modelos de co-municación.

Creemos que los actuales estudiantes de In-geniería de Informática asistirán a lo largo desu carrera profesional a nuevos cambios en elmundo de las redes, y que por lo tanto, en suformación debe haber un balance entre conte-nidos que describen los sistemas actuales y losconceptos fundamentales, lo que les permitiráser agentes de la introducción de innovación.

Cuando se habla de RCySD para Ingenie-ros Informáticos puede plantearse la cuestiónde si los contenidos deben enfocarse funda-mentalmente al desarrollo de aplicaciones, de-jando aspectos más tecnológicos en un segun-do plano. Creemos que proceder así sería unerror, por el mismo motivo que sería un error

eliminar de la formación de los futuros inge-nieros los aspectos relacionados con el diseñode los procesadores, subsistemas de memorias,sistemas operativos, etc, ya que una formacióncompleta exige el conocimiento de los aspectosque soportan la tecnología de redes de una for-ma amplia.

Un importante obstáculo que aparece en ladocencia de las redes reside en la di�cultad quetienen muchos alumnos para relacionar lo quese explica en estas asignaturas con los cono-cimientos que adquieren en las demás asigna-turas de la carrera. Al experto en el área estopuede parecerle sorprendente, ya que sabe quelas mayor parte de los conceptos fundamenta-les de las RCySD aparecen en otros ámbitos dela informática, aunque tal vez formulados deforma distinta: Por ejemplo, el problema de lacorrección y detección de errores es relevanteen el estudio de sistemas de almacenamiento,el control del �ujo es necesario en la comu-nicación entre procesos, el diseño del plano dedatos (Forwarding plane) de los equipos de redes un caso especial del diseño de computadoresde altas prestaciones (redes de interconexión,procesadores, memorias, etc) en el que se uti-lizan algorítmicos clásicos (búsquedas rápidasde datos en tablas mediante funciones de hash,búsquedas en árboles binarios, etc), mientrasque el desarrollo de aplicaciones distribuidas oel diseño del plano de control (Control plane)de los equipos de conmutación es en gran me-dida un problema de Ingeniería del Software.

Uno de los objetivos de este artículo es in-tentar entender dónde reside el origen de esteproblema para después proponer posibles solu-ciones. Una vez hecho esto, se proponen conte-nidos y metodología docentes para las asigna-turas de RCySD, basándose principalmente enlos contenidos que se cursan en la FIB-UPC.

2. El enfoque tradicional de las asig-

naturas de RCySD

Desde nuestro punto de vista, hay dos he-chos que han sido determinantes a la hora dede�nir la forma en que se han impartido lasasignaturas de RCySD: la importancia del ca-nal telefónico en las primeras redes de ordena-

dores y la de los estándares para las arquitec-turas de protocolos.

Hasta hace muy poco tiempo, ha habidouna relativa separación entre las tecnologíasde comunicaciones y las tecnologías informáti-cas. La industria de comunicaciones ha estadotradicionalmente dominada por la telefonía, elservicio que con diferencia genera mayores in-gresos. Las primeras redes de datos se basaronen las infraestructuras telefónicas, en las queel ancho de banda es reducido y la calidad dela línea no es la adecuada para la transmisiónde datos. Por ello, la atención inicial en la co-nexión de dispositivos en red se centró en losprotocolos que permitían enviar informaciónpor canales ruidosos y de reducido ancho debanda.

La importancia histórica del canal telefóni-co ha llevado a poner un énfasis excesivo enconceptos relacionados con la transmisión dedatos tales como los de respuesta en frecuenciade un sistema lineal, ancho de banda, análisisespectral de señales, etc. Para asimilar estosconceptos son necesarios conocimientos pre-vios sobre espacios de Hilbert, transformacio-nes lineales, o series y transformadas de Fou-rier, que no están incluidos en la formaciónbásica que reciben los ingenieros informáticos.La exposición que se hace es por lo tanto po-co rigurosa, y deja al alumno con la impresiónde que le están enseñando contenidos que nopuede conocer en profundidad.

Por otro lado la existencia de estándares esde fundamental importancia para la intercone-xión de equipos, lo que ha llevado al desarro-llo de propuestas como el modelo de referenciaOSI de ISO o la arquitectura TCP/IP. Estosestándares están descritos en documentos fá-cilmente accesibles y han tenido un gran im-pacto sobre los textos utilizados en la docenciade redes. En muchos casos los autores han uti-lizado el modelo referencia OSI para organizarlos textos en capítulos o incluso han basado loscontenidos en los los mismos estándares, queevidentemente no están pensados como textosdocentes.

Como consecuencia, las asignaturas deRCySD se han enfocado a la descripción delfuncionamiento de los protocolos de comuni-

caciones, dejando de lado aspectos del diseñode equipos o de código de red. Estos últimosaspectos se apoyan en una gran cantidad deámbitos distintos (diseño electrónico, ingenie-ría del software, sistemas operativos, etc) loque di�culta su exposición de forma estructu-rada.Aunque en nuestra opinión los protocolos

de comunicaciones son probablemente la par-te más importante del contenido de las asig-naturas de RCySD, creemos que al ignorar losaspectos de diseño de equipos y código de redse ha cometido un doble error ya que, por unaparte, se ha hurtado a los alumnos el conoci-miento de una parte importantísima de la tec-nología de redes, mientras que por otro lado seha desaprovechado el hecho de que los alum-nos de Ingeniería de Informática tienen los co-nocimientos previos necesarios para entenderlos aspectos de implementación de protocolosy equipos, que les permitiría a�anzar en mayormedida los contenidos de RCySD.Además, incluir estos aspectos no signi�ca

que sea necesario hacer un cambio radical delos contenidos de las asignaturas, ya que enmuchos casos basta con incorporar los ejem-plos adecuados. A continuación pondremos va-rios ejemplos que, según nuestra experiencia,son útiles para motivar a los alumnos de unaIngeniería Informática:

• Introducir en el temario aspectos básicosdel diseño de equipos de red. Distinguirentre los planos de datos, control y ges-tión, de forma que el alumno aprecie lasdi�cultades de diseño que aparecen paracada componente de los equipos. Discu-tir diferentes arquitecturas de diseño derouters y conmutadores, señalando los di-ferentes cuellos de botella que aparecen ensu diseño.

• Introducir los esquemas clásicos de reso-lución de direcciones de nivel 2 median-te tablas de hash o memorias direcciona-bles por contenido (CAM), o la discusiónde las redes de interconexión, permitentambién entender aspectos claves del di-seño de los conmutadores LAN. Tambiénes enormemente ilustrativo el discutir di-

ferentes algoritmos de resolución de rutasen redes IP (ej: PATRICIA trees, tablasde hash), de forma que los alumnos en-tiendan mejor las ventajas e inconvenien-tes de las tecnologías de red orientadas ala conexión y que utilizan circuitos virtua-les, con las tecnologías basadas en data-grama.

• A la hora de explicar la conexión de or-denadores mediante una red de área lo-cal, por ejemplo Ethernet, es interesanteexplicar cómo funciona un NIC y cuál esel mecanismo de comunicación medianteDMA, interrupciones y anillos de paque-tes de la tarjeta de red y el driver.

• Cuando estudiemos TCP/IP, podemosexplicar cómo se integra el código de net-working dentro del SO y cuáles son losmecanismos de coordinación interna (porejemplo, interrupciones software). Es in-teresante discutir aspectos del diseño deTCP/IP que son comunes a otros meca-nismos de comunicación entre procesos,tales como la di�cultad de establecer uncontrol de �ujo entre procesos producto-res y consumidores situados en diferentesmáquinas.

• Explicar la relación entre sockets y otrosAPIs con el código de networking, de for-ma que vean la conexión entre la progra-mación de aplicaciones distribuidas y losprotocolos de red. Es especialmente in-teresante que los alumnos comprendan loscambios de estado de TCP y los mensa-jes de señalización generados (SYN, SYN-ACK, FIN, etc) como consecuencia de lainvocación de funciones de sockets.

Por otro lado, estos cambios no deben afec-tar únicamente a las asignaturas de RCySD,sino que deberían también ampliarse a otrasasignaturas de la carrera: es interesante, porejemplo, que en asignaturas de Estructura deComputadores o de Arquitectura de Compu-tadores se comenten aspectos relacionados conel diseño de equipos de red, que en asignatu-ras de Sistemas Operativos se haga referenciaa la integración del código del TCP/IP con el

resto de subsistemas del SO, o que en asigna-turas de Ingeniería de Software se comentenlos problemas del diseño del control plane delos equipos de conmutación.La bibliografía actual sobre RCySD es muy

abundante. Destacaremos dos textos de grancalidad:

• Kurose, Ross, Computer Networking: ATop-Down approach Feautiromg the In-ternet, 3rd Edition, Ed. Addison-Wesley,2004.

• L. Peterson, B. Davie, Computer Net-works, A System Approach, 4th edition,Ed. Morgan-Kau�man, 2007.

El primer libro citado tiene como caracterís-tica reseñable el hecho de que expone la mate-ria partiendo de las aplicaciones y acabando enlas tecnologías más próximas a la transmisiónde datos.Sobre los aspectos relacionados con el dise-

ño de equipos y código de red, la bibliografíadisponible no es muy abundante, aunque con-sideramos que es su�ciente. Destacaremos lossiguientes textos:

• G. Varghese, Network Algorithmics, Ed.Morgan Kau�mann, 2005.

• W. Richard Stevens, TCP/IP Illustrated,Vol I and II. Ed. Addison Wesley, 2004.

• W. Richard Stevens, Bill Fenner, AndrewM. Rudo� UNIX Network Programming,Ed. Addison Wesley, 2004

• D. E. Comer Network System Designusing Network Processors, Ed. PrenticeHall, 2004.

• Cursos EE384X: Packet Switch Architec-tures - I y EE384Y: Packet Switch Archi-tectures - II, de Stanford University, im-partidos por N. McKeown, con materialdisponible en las páginas de las asignatu-ras.

El primer texto contiene abundante mate-rial sobre diseño de equipos y protocolos quees difícil de encontrar en otras referencias. Los

dos primeros libros de W. Richard Stevens sonen nuestra opinión los mejores textos para en-tender la arquitectura de protocolos TCP/IP,aunque debido al fallecimiento del autor ado-lecen de falta de actualizaión. El material dis-ponible de los dos cursos de la Unievrsidad deStanford es excelente para abordar el proble-ma de diseño de conmutadores y routers.

3. Propuesta de temarios

A continuación se hace una descripción de-tallada de un posible conjunto de contenidos ytécnicas docentes para la docencia de RCySDen una escuela de Ingenieros Informáticos. Noshemos basado en los temarios ofrecidos por laFIB de la UPC.

Las asignaturas son:

• Xarxes de Computadors, XC (Redes deComputadores),

• Projecte de Xarxes de Computadors, PXC(Proyecto de Redes de Computadores),

• Protocols d'Internet i Aplicacions Multi-mèdia, PIAM, (Protocolos de Internet yAplicaciones Multimedia),

• Serveis Públics de Dades, SPD, (ServiciosPúblicos de Datos),

• Seguretat en Sistemes Informàtics, SSI,(Seguridad en Sistemas Informáticos),

siendo las dos primeras asignaturas obligato-rias y las tres últimas son optativas.

4. Redes de Computadores

La asignatura de Xarxes de Computadors, XC(Redes de Computadores) [5] es una asignatu-ra obligatoria del segundo ciclo. XC es la pri-mera asignatura sobre Redes de Computado-res de la carrera. Por lo tanto, su objetivo esexplicar los conceptos básicos sobre las Redesde Computadores.

XC es una asignatura cuatrimestral que seimpartió por primera vez en su formato ac-tual en otoño de 2004. El formato actual es

substancialmente distinto al que tenía ante-riormente. El cambio fue debido a una revisióndel plan de estudios. Básicamente, el cambioconsistió en fusionar dos asignaturas de redesque cubrían un temario similar y que tenían unnúmero de créditos aproximadamente igual ala mitad, y añadir sesiones de laboratorio.

4.1. Metodología docente

La asignatura de XC tiene 7.2 créditosECTS (European Credit Transfer System [14]).Los créditos ECTS estiman la carga de tra-bajo media de un alumno, y equivalen entre25∼30 horas de trabajo (horas de clase, estu-dio u otros). En XC hay una carga de trabajoestimada de 180 horas.La asignatura XC está formada por clases

teóricas presenciales donde se explican concep-tos teóricos y se resuelven problemas tipo, ypor clases de laboratorio.Las clases teóricas se imparten en 2 sesio-

nes de 2 horas cada una cada semana. La car-ga se estima en unas 59 horas presenciales y86 horas de estudio. Los alumnos disponen deuna colección de problemas que el profesor re-suelve en las clases presenciales. Los alumnostambién disponen de controles y exámenes decursos pasados (muchos de ellos resueltos), queforman un papel importante en el estudio dela asignatura. Esta información está disponibleen la página web de la asignatura que mantie-ne el Departamento [4].La carga del laboratorio está organizada en

22 horas presenciales + 13 horas de trabajopersonal. El laboratorio forma una parte fun-damental de la asignatura. Por ese motivo, laactividad y metodología usadas en el labora-torio se explican en detalle en la siguiente sec-ción.

4.2. Laboratorio

La asignatura de redes de computadores tie-ne la ventaja de que muchos de los concep-tos explicados en las clases teóricas se pue-den experimentar con prácticas de laboratoriocon equipos reales. La experimentación con es-tos equipos aporta muchos bene�cios desde elpunto de vista educativo y de formación. En

primer lugar, el laboratorio se convierte en unlugar de relación entre los estudiantes, puestoque muchas prácticas deben realizarse en gru-po. En segundo lugar, ver cómo funcionan enequipos reales los protocolos que se explicanen teoría, ayuda a entenderlos mejor y de for-ma más divertida para los estudiantes. Final-mente, la de interconexión y con�guración deequipos aporta conocimientos que no podríanadquirirse de otro modo.

Las sesiones de laboratorio se desarrollan enclases presenciales de 2 horas semanales. Pa-ra realizar las prácticas, los grupos de teoríase dividen en subgrupos de 20 alumnos comomáximo. Las prácticas se hacen en aulas equi-padas con PCs, a las que se añaden equipos decomunicaciones (routers y switches) instaladosen dos racks con ruedas (ver la �gura 1). Estosequipos son bastante caros. Por este motivo seguardan bajo llave en una aula contigua. Elprofesor traslada los dos racks al laboratoriosólo durante la realización de la práctica. Des-pués se recogen los cables y se esconden denuevo los equipos para que las aulas puedanser usadas por otras asignaturas.

Figura 1: Sesión de laboratorio de la asignatura deXC.

Cada sesión de laboratorio tiene un enuncia-

do con una descripción teórica de los concep-tos que se van a estudiar y un guión detalladode lo que tiene que hacer el alumno duranteel desarrollo de la práctica. La recopilación deenunciados puede adquirirse en el centro dereprografía de la FIB [11]. Los alumnos debenadquirir esa publicación al inicio del curso. Lasprácticas realizadas pueden consultarse en elweb de la asignatura [4].

Los alumnos deben leer el enunciado previa-mente a la realización de la práctica. Las prác-ticas están en buena medida sincronizadas conlas clases teóricas. De este modo, el estudio delenunciado de la práctica sirve también de repa-so y comprensión de los conceptos explicadosen las clases teóricas.

Por ejemplo, una sesión consiste en el estu-dio del protocolo de encaminamiento RIP. Lapráctica describe cómo se con�gura RIP en unrouter CISCO y propone montar una red queusa este protocolo. Para su estudio, la prácti-ca propone cambiar la con�guración de la redal mismo tiempo que se observan los mensajesenviados por el protocolo de encaminamiento,y cómo evolucionan las tablas de encamina-miento de los routers.

Una parte innovadora del laboratorio es elmétodo de evaluación. La evaluación consisteen �minicontroles� de 15 minutos realizados al�nal de cada sesión, y un examen �nal realiza-do en la última sesión. El sistema de minicon-troles tiene numerosas ventajas: incentiva laasistencia y participación, incentiva el estudiode la práctica y �nalmente, tiene las ventajasde la evaluación continuada. El mayor incon-veniente sería la carga que podría represen-tar para el profesor: Preparar los minicontro-les, fotocopiarlos, corregirlos y pasar las notas.Para ello se ha elaborado una aplicación webmediante la cual los alumnos responden pre-guntas tipo test. Esta aplicación se ha usadocon éxito, permitiendo las ventajas menciona-das anteriormente con una carga mínima parael profesor. Esta aplicación se explica en el ar-tículo presentado en las jornadas de docenciaDUI [12].

4.3. Objetivos

El Objetivo de XC es dar a conocer los con-ceptos básicos de las comunicaciones entre ter-minales conectados en una red. Para ello ha-ce falta conocer los distintos tipos de redes,tecnologías y protocolos usados en las redesde computadores. Dada la enorme importan-cia de Internet, se hace especial énfasis en losprotocolos de Internet, llamados genéricamen-te TCP/IP.

4.3.1. Temario

XC está organizada en 5 temas, que se des-criben brevemente a continuación:

• Tema 1: Introducción: Descripción de In-ternet, paradigma cliente-servidor, mode-lo de referencia de una Red de Compu-tadores, organismos de estandarización.

• Tema 2: Nivel de red de Internet y proto-colos relacionados: El protocolo IP, DNS,algoritmos de encaminamiento, NAT, �-rewalls.

• Tema 3: Protocolos punto a punto, el pro-tocol TCP: Protocolos ARQ, protocolosUDP y TCP.

• Tema 4: Redes de área local (LAN):arquitecturas, ethernet, conmutadores,VLANs, redes sin hilos (802.11).

• Tema 5: Transmisión de datos: Atenua-ción, descomposición en frecuencias, co-di�caciones y modulaciones, detección deerrores.

4.3.2. Conocimientos

A continuación se listan los conocimien-tos básicos que tiene que haber asimilado elalumno durante el curso:

• Entender como está organizada la arqui-tectura de una red de computadoras. Enparticular, el modelo de referencia OSI.

• Conocer las clases de direcciones IP, di-recciones públicas/privadas.

• Diseñar el esquema de subredes y asigna-ción de direcciones IP más adecuado.

• Conocer el signi�cado de los campos de lacabecera de un datagrama IP, así como elmecanismo de fragmentación.

• Conocer el funcionamiento del protocoloARP y el signi�cado de los campos de lastramas que usa el protocolo.

• Conocer el funcionamiento del protocoloDHCP, y los mensajes que se intercam-bian.

• Conocer el protocolo ICMP y los tipos demensajes.

• Conocer la técnica de translación de di-recciones IP (NAT).

• Saber interpretar y con�gurar la tabla deencaminamiento IP.

• Conocer los principales algoritmos de re-solución de rutas en redes IP (IP lookup).

• Conocer el funcionamiento detallado delprotocolo de enrutamiento RIP, y concep-tos básicos de OSPF y BGP.g

• Conocer el protocolo DNS, mensajes in-tercambiados y el signi�cado de los cam-pos de los mensajes.

• Conceptos básicos de seguridad en redesIP y con�guración de �rewalls.

• Conocer los protocolos ARP básicos: Stop& Wait, Go Back N, y retransmisión se-lectiva.

• Conocer los protocolos de nivel de trans-porte UDP y TCP.

• Conocer el mecanismo de ventana de TCPy los mecanismos básicos de control decongestión: Slow Start/Congestion Avoi-dance, Fast Retransmit/ Fast Recovery.

• Topologías y mecanismos básicos de acce-so al medio en LANs.

• Conocer en detalle el protocolo Ethernet:Tramas, CSMA/CD, control de �ujo, ti-pos de estándares.

• Conmutadores ethernet. Concepto de do-minio broadcast y dominio de colisiones.Protocolo Spanning Tree.

• Algoritmos de resolución de rutas en redesEthernet.

• VLANs y trunking.

• LANs sin hilos: Protocolo 802.11.

• Conceptos básicos de diseño de conmu-tadores y routers: planos de forwarding,de control y de gestión. Arquitecturas deconmutadores.

• Limitaciones de la transmisión de señaleseléctricas: Atenuación y distorsión.

• Nociones básicas de la descomposiciónfrecuencial de señales.

• Velocidad de modulación y criterio de Ny-quist.

• Concepto de ruido y fórmula de Shannon.

• Codi�caciones digitales: NRZ, Manches-ter, AMI, B8ZS, mBnL.

• Concepto de modulación digital: ASK,PSK, FSK.

• Detección de errores: Paridad, códigoLRC, CRC.

4.3.3. Habilidades y Competencias

El alumno ha de ser capaz de:

• Plani�car y dimensionar una red de árealocal (LAN), así como los equipos de rednecesarios y su ubicación.

• Con�guración de conmutadores Ethernety VLANs.

• Plani�car el nivel de red: Subredes nece-sarias y asignación de direcciones IP.

• Con�gurar routers y protocolos de enca-minamiento.

• Gestionar y administrar de red IP.

• Evaluar de forma básica los protocolos dered.

• Valorar y decidir sobre los servicios ofre-cidos por los operadores de telecomunica-ciones.

• Localizar y resolver fallos en una LAN, ensus distintos niveles: físico, enlace y red.

5. Proyecto de Redes de Compu-

tadores

La asignatura Projecte de Xarxes deComputadors, PXC (Proyecto de Redes deComputadores)[3] es una asignatura obliga-toria de segundo ciclo para los estudiantesde Ingeniería informática que tiene como pre-requisito XC.

Su objetivo principal es que los estudiantesaprendan los principios de diseño, organiza-ción, funcionamiento, con�guración y evalua-ción de las aplicaciones de la redes de compu-tadores, protocolos y formatos especi�cadosque se usan en Internet.

PXC es una asignatura cuatrimestral quehereda el temario de una asignatura del plande estudios anterior; la ya extinta Arquitectu-ra de Aplicaciones Distribuidas (AAD); perosustituyendo su metodología docente. AAD seimpartía a través de clases magistrales y la-boratorios, y se evaluaba con las notas de loslaboratorios y con un examen �nal. PXC uti-liza PBL (Project Based Learning)[10] comometodología docente.

5.1. Metodología docente

La asignatura de PXC tiene 4.8 créditosECTS, lo que signi�ca que la carga del estu-diante está estimada en entre unas 120 y unas140 horas. PXC se enfoca cómo una simulaciónde la realización de proyectos de una empresadonde son los propios estudiantes los que seagrupan y deciden cual va a ser su proyectopara la asignatura. La asignatura está estruc-turada en dos partes: una primera parte depreparación antes del proyecto (que dura seissemanas) y una segunda parte que consiste en

la realización del proyecto (que dura ocho se-manas) en grupos de cuatro estudiantes.

Durante la primera parte del cuatrimestre seimparten dos sesiones de dos horas cada unacada semana. De estas doce sesiones, seis sonde teoría (incluyendo una sesión en la que sepresenta la asignatura y otra en la que se expli-ca la dinámica de proyectos a seguir y se danideas de posibles proyectos) intercaladas conotras seis que son de laboratorio. Las prác-ticas que se realizan en el laboratorio se ha-cen en grupos de dos estudiantes. Se estimaque la dedicación del estudiante para para ca-da práctica, a parte de las 2 horas presencia-les, es de otras 2 horas no presenciales. Losenunciados de las prácticas pueden encontrar-se en la página de la asignatura que mantieneel departamento[2].

Las sesiones de la primera parte del cuatri-mestre tienen como objetivo sentar una basede conocimientos y habilidades comunes a to-dos los estudiantes, así como ir re�nando conlos estudiantes sus propuestas de proyecto.

La segunda parte del cuatrimestre consisteen el desarrollo del proyecto que han propues-to. La primera sesión de esta parte consiste enuna presentación en clase de cada propuesta deproyecto. Cada propuesta de proyecto tiene co-mo elementos fundamentales un esquema de-tallado de la arquitectura del proyecto, un dia-grama de Gantt[15] y un análisis de riesgos[13].Después de cada presentación, el resto de losestudiantes y el profesor tienen un turno depreguntas y comentarios.

Una vez se aprueban las propuestas de pro-yecto, los grupos van desarrollando el proyec-to reuniéndose (ya sea todo el grupo o sólo elcoordinador de grupo) periódicamente con elprofesor que asesora y realiza un seguimientocontinuado de los proyectos.

Hacia semana número 10 del cuatrimestrese realiza una segunda presentación donde serepasa el progreso de los proyectos (cambios,retrasos en tareas, problemas, etc.). En la pe-núltima semana se dedican las dos sesiones arealizar demostraciones de los proyectos. Y, �-nalmente, en la última semana los grupos ha-cen una presentación �nal de sus proyectos.En esta última presentación, asiste un segun-

do profesor de PXC que coge el rol de jefe deldepartamento.

5.2. Objetivos

El objetivo general de PXC es dar a cono-cer los principios de diseño, organización, fun-cionamiento, con�guración y evaluación de lasaplicaciones de la redes de computadores, pro-tocolos y formatos especi�cados que se usanen Internet.

5.2.1. Temario

PXC tiene cuatro sesiones de teoría, tres delas cuales están complementadas por tres se-siones de prácticas que tienen el mismo nom-bre:

• Tema 1: XML: Se explica XML compa-rándolo con HTML para facilitar su com-prensión a los estudiantes. A continuaciónse explican tecnologías relacionadas comoRSS, XHTML, DTD, XML Schema, CSS,XSLT, XPATH, DOM y SAX. (Este temase complementa con la práctica 4.)

• Tema 2: WebServices: Se explica que sonlos WebServices así como ventajas y des-ventajas de su uso. Se estudian dos tiposde WebServices XML-RPC y SOAP. Yse completa el tema con WSDL y UDDI.(Este tema se complementa con la prácti-ca 5.)

• Tema 3: Seguridad: De�ne qué es seguri-dad en red, ataque, mecanismo de segu-ridad, servicio de seguridad. Explica lasbases de la criptografía, autenticación, en-criptación, sistemas de gestión de llaves ycerti�cación. (Este tema se complementacon la práctica 6.)

• Tema 4: Web caches: En este tema se ex-plican que son las web caches, diferentestipos, como funcionan, que aspecto tie-ne el tra�co en Internet. El tema terminacon una descripción de los CDNs (Con-tent Distribution Networks).

5.2.2. Prácticas

PXC tiene seis sesiones de prácticas. Enellas se ven cuatro tecnologías de comunica-ción cliente y servidor. En dos de ellas (CGIsy Servlets) el cliente es un navegador. La prin-cipal diferencia entre CGIs y Servlets es quelos CGIs son aplicaciones independientes y losServlets son módulos que forman parte del ser-vidor HTTP. En las otras dos tecnologías decomunicación cliente y servidor (RMI y Web-Services) el cliente es una aplicación. La princi-pal diferencia entre RMI y WebServices resideen que RMI es una API de JAVA y los WebSer-vices pueden estar programados en cualquierlenguaje de programación.

A parte de las cuatro tecnologías de comuni-cación cliente servidor, se realiza una practicade XML donde los estudiantes aprenden a uti-lizar todas las tecnologías vistas en el temaXML. Y, �nalmente, una sesión de seguridaddonde el estudiante pone en práctica los con-ceptos de autenticación y certi�cados con unservidor de HTTPS.

Este es el listado de las prácticas:

• Práctica 1: CGIs

• Práctica 2: Servlets

• Práctica 3: RMI

• Práctica 4: XML

• Práctica 5: WebServices

• Práctica 6: Seguridad

5.2.3. Conocimientos

Estos son los conocimientos que debe haberasimilado el estudiante durante el curso:

• XML (HTML, XML, RSS, XHTML,DTD, XML Schema, CSS, XSLT,XPATH, DOM y SAX)

• Comunicación cliente-servidor (CGIs,Servlets, RMI, WebServices, CORBA,XML-RPC)

• Conceptos de seguridad (seguridad enred, ataques de seguridad, mecanismos deseguridad, servicios de seguridad, basesde la criptografía moderna, autenticación,encriptación, sistemas de gestión de lla-ves, certi�cación)

• Trá�co de Internet (Web Caches, Cachede navegador, proxy cache, gateway ca-che, características del trá�co de Internet,CDNs, reparto de carga).

5.2.4. Habilidades

Al �nal del curso el estudiante ha de ser ca-paz de:

• Elegir el protocolo y formato adecuadopara cierta aplicación.

• Diseñar y con�gurar los elementos de unaaplicación o un servicio de red.

• De�nir o extender elementos de una apli-cación para dar servicio a una organiza-ción considerando, entre otros, aspectosde interoperabilidad, rendimiento, escala-bilidad y seguridad.

• Organizar, desplegar, implementar e ins-talar las aplicaciones necesarias para po-ner en marcha los servicios necesarios pa-ra una organización.

5.2.5. Competencias

El estudiante habrá adquirido o mejoradosus competencias en:

• Trabajo en equipo, expresión oral, pla-ni�cación del trabajo, capacidad de bus-car información, saber evaluar alternati-vas, saber defender un proyecto, saber to-mar riesgos y realizar seguimiento de esosriesgos.

6. Asignaturas Optativas de Redes

del Per�l de Redes Telemáticas

y Sistemas Operativos

Los titulados que obtienen el per�l de Re-des de Computadores y Sistemas Operativos

tienen los conocimientos y habilidades propiosde un Ingeniero Informático y además estánpreparados para diseñar, dimensionar, insta-lar, administrar, mantener y evaluar las redestelemáticas y los sistemas operativos.El per�l, ver [9], se compone de un conjunto

de asignaturas optativas del área de redes decomputadores, del área de sistemas operativosy de asignaturas pertenecientes a otras áreasy que complementan ambas áreas principales.Dentro del área de redes nos centraremos enlas asignaturas: Protocolos de Internet y Apli-caciones Multimedia (PIAM), Servicios Públi-cos de Datos (SPD) y Seguridad en SistemasInformáticos (SSI).

6.1. Protocolos de Internet y Aplicaciones

Multimedia

La asignatura de Protocols d'Internet i Apli-cacions Multimèdia, PIAM, (Protocolos de In-ternet y Aplicaciones Multimedia) [6], preten-de extender los conceptos básicos sobre proto-colos TCP/IP y la estructura de las redes decomunicación de datos (Internet) presentadosen las asignaturas obligatorias. En cierta medi-da se puede decir que los conceptos estudiadosen esas dos asignaturas serían su�cientes paraentender el diseño de una red sencilla, mien-tras que en esta asignatura se abordan redesmás grandes y con mayores prestaciones (e.g.Proveedores de Servicios de Internet o RedesCorporativas de tamaño medio-grande). Losprincipales temas tratados permitirán al estu-diante entender:

• Encaminamiento en redes (OSPF, BGP,Peering, STP).

• Redes inalámbricas y soporte de movili-dad (Redes inalámbricas, mobile IP).

• Multimedia (Codi�cación, mecanismos deplani�cación, protocolos de soporte a mul-timedia, Voz IP).

Es una asignatura de 6 ECTS: aprox. 150horas de trabajo total del cual 60 horas son declase y 90 de trabajo personal por parte delalumno. Las clases de dividen en 3 horas deteoría y 2 horas de Laboratorio a la semana.

Las sesiones de laboratorio constan de prácti-cas con routers, clases de problemas de pizarray casos de estudio.

6.2. Servicios Públicos de Datos

La asignatura de Serveis Públics de Dades,SPD,(Servicios Públicos de Datos) [8], tienecomo objetivo principal que los estudiantescompleten su formación sobre redes de compu-tadores, en particular hacer énfasis en los ser-vicios y las redes que los operadores de teleco-municación públicos ofrecen y de las que dis-ponen como soporte tanto a nuevas demandasde servicio (Internet pública, redes privadasvirtuales, etc.) como al servicio convencional(telefonía, líneas dedicadas, etc.). Los princi-pales temas tratados permitirán al estudianteentender:

• Redes de telecomunicación públicas:Lared digital de Servicios Integrados(ISDN), Frame Relay, ATM (Asynchro-nous Transfer Mode).

• Internet Pública: Redes de acceso cablea-das ( Módems xDSL, HFC, FTTH).

• Internet Pública: Redes de acceso sin hilos(e.g. 2G: GSM, GPRS.3G: UMTS).

• Internet Pública: Apoyo trá�co IP enel troncal: Entornos WAN (IP/ATM,IP/MPLS, IP/SDH) y entornos MAN(Resilience Packet Rings: IEEE 802.17RPR, Gigabit Ethernet)

Es una asignatura de 6 ECTS: aprox. 150horas de trabajo total del cual 60 horas son declase y 90 de trabajo personal por parte delalumno. Las clases de dividen en 3 horas deteoría y 2 horas de problemas a la semana.

6.3. Seguridad en Sistemas Informáticos

La asignatura de Seguretat en Sistemes In-formàtics, SSI, (Seguridad en Sistemas Infor-máticos) [7], tiene como objetivo general abar-car el estudio de la seguridad informática ensus diferentes facetas, incluyendo su evalua-ción, la protección de las redes, los protocolos

y arquitecturas de seguridad y su implantaciónen el comercio electrónico.

Los principales temas tratados permitirán alestudiante entender:

• Evaluación de la seguridad

• Seguridad básica en Redes

• Protección en la Red

• Seguridad en Aplicaciones de Comercio-e

Es una asignatura de 6 ECTS: aprox. 150horas de trabajo total del cual 60 horas son declase y 90 de trabajo personal por parte delalumno. Las clases de dividen en 3 horas deteoría y 2 horas de Laboratorio a la semana.

7. Conclusiones

En este artículo se ha discutido la docenciade las Redes de Computadores y Sistemas Dis-tribuidos (RCySD) para escuelas de Ingenieríade Informática.

En primer lugar se ha discutido las causasde un importante obstáculo que aparece en ladocencia de las redes, y que reside en la di�cul-tad que tienen muchos alumnos para relacio-nar lo que se explica en estas asignaturas conlos conocimientos que adquieren en las demásasignaturas de la carrera.

Se ha abogado por la importancia de incluiraspectos de diseños de equipos y código de red,que permite a los alumnos relacionar mejor losconocimientos que adquieren en estas asigna-turas con los tratados en otras asignaturas dela carrera.

Una vez hecho esto, se han propuestos con-tenidos y metodología docentes para las asig-naturas de RCySD, basándose principalmenteen las asignaturas que se cursan en la FIB-UPC.

Referencias

[1] Facultad Informática de Barcelona.http://www.fib.upc.edu.

[2] Web de la asignatura de Projecte de Xar-xes de Computadors (PXC) en el Depar-tamento de Arquitectura de Computado-res.http://studies.ac.upc.edu/FIB/PXC.

[3] Web de la asignatura de Projecte de Xarxesde Computadors (PXC) en la FacultadInformática de Bacelona.http://www.fib.upc.edu/fib/infoAca/

estudis/assignatures/PXC.html.

[4] Web de la asignatura de Xarxes de Compu-tadors (XC) en el Departamento de Arqui-tectura de Computadores.http://studies.ac.upc.edu/FIB/XC.

[5] Web de la asignatura de Xarxes de Compu-tadors (XC) en la Facultad Informática deBacelona.http://www.fib.upc.edu/fib/infoAca/

estudis/assignatures/XC.html.

[6] Web de la Asignatura Protocolos de Internety Aplicaciones Multimedia (PIAM).http://www.fib.upc.edu/es/infoAca/

estudis/assignatures/PIAM.html.

[7] Web de la Asignatura Seguridad en SistemasInformáticos (SSI).http://www.fib.upc.edu/es/infoAca/

estudis/assignatures/SSI.html.

[8] Web de la Asignatura Servicios Públicos deDatos (SPD).http://www.fib.upc.edu/es/infoAca/

estudis/assignatures/SPD.html.

[9] Web del Per�l de Redes de Telemáticas ySistemas Operativos.http://www.fib.upc.edu/fib/infoAca/

estudis/EI/XTiSO.html.

[10] Blumenfeld, P.C. et al.: Motivating project-based learning: sustaining the doing, suppor-ting the learning. En Educational Psycholo-gist, volumen 26, páginas 369�398, 1991.

[11] Cerdà-Alabern, Llorenç y José M. Barceló-Ordinas: Laboratori de Xarxes de Compu-tadors (XC), REF. 44301. CPET, Centre depublicacions del campus nord, 2006.http://cpet.upc.es.

[12] Cerdà-Alabern, Llorenç, José M. Barceló-Ordinas y Jorge García-Vidal: WEBTEST:Herramienta web usada en la evaluación deprácticas de laboratorio. En Proc. of 4rt Con-grés Internacional �Docència Universitària iInnovació� (CIDUI), Barcelona, Spain, Ju-lio 5�7, 2006. ISBN 84-8458-240-X.http://cidui.upc.edu.

[13] Crockford, Neil: An Introduction to Risk Ma-nagement (2nd ed.). 1986, ISBN 0-85941-332-2.

[14] European Commission: ECTS - EuropeanCredit Transfer and Accumulation System.http://ec.europa.eu./education/

programmes/socrates/ects/index_en.html.

[15] Gantt, Henry L.: A graphical daily balance inmanufacture. En Transactions of the Ame-rican Society of Mechanical Engineers, volu-men XXIV, páginas 1322�1336, 1903.