Modelar una infraestructura completa de Internet de las cosas (IoT) es crucial para evaluar sus características de disponibilidad y seguridad. Sin embargo, las infraestructuras modernas de IoT a menudo consisten en una arquitectura compleja y heterogénea y, por lo tanto, tener en cuenta tanto la arquitectura como los detalles operativos de la infraestructura de IoT en un modelo monolítico es un desafío para los profesionales y desarrolladores de sistemas. En ese sentido, proponemos un marco de modelado jerárquico para la cuantificación de la disponibilidad y seguridad de las infraestructuras de IoT en este documento. La metodología de modelado se basa en un modelo jerárquico de tres niveles que incluye (i) diagrama de bloques de confiabilidad (RBD) en el nivel superior para capturar la arquitectura general de la infraestructura de IoT, (ii) árbol de fallas (FT) en el nivel intermedio para elaborar arquitecturas de sistemas de los sistemas miembros en la infraestructura de IoT, y (iii) cadena de Markov de tiempo continuo (CTMC) en el nivel inferior para capturar estados y transiciones operativos detallados de los subsistemas inferiores en la infraestructura de IoT. Consideramos un caso de estudio específico de la infraestructura de una fábrica inteligente de IoT para demostrar la viabilidad del marco de modelado. La infraestructura de fábrica inteligente de IoT está compuesta por paradigmas integrados de computación en la nube, niebla y borde. Se desarrolla un modelo jerárquico completo de RBD, FT y CTMC. Se calculan y analizan una variedad de medidas de disponibilidad y seguridad. La investigación de los resultados del análisis del estudio de caso muestra que las fallas más frecuentes en la nube causan disminuciones más severas en la disponibilidad general, mientras que una recuperación más rápida del borde mejora la disponibilidad de la infraestructura de fábrica inteligente de IoT. Por otro lado, los resultados del análisis del estudio de caso también revelan que el monitor de máquina virtual (VMM) y la máquina virtual (VM) de los servidores de la nube, y el sistema operativo (SO) del servidor de niebla son los componentes más vulnerables a la intensidad de los ataques cibernéticos. El marco de modelado y análisis propuesto, junto con una mayor investigación sobre los resultados del análisis en este estudio, ayudan a desarrollar y operar la infraestructura de IoT para obtener los valores más altos de medidas de disponibilidad y seguridad y proporcionar pautas de desarrollo en los procesos de toma de decisiones en la práctica.