Una Red de Computadores es un conjunto interconectado de computadores independientes.
Se entiende que dos computadores están interconectados si son capaces de intercambiar información. La interconexión puede ser mediante cables, fibra óptica, satélites, rayos láser, etc..
Al indicar que los computadores son independientes, se excluyen de la definición los sistemas en los que un computador puede inhibir el funcionamiento de otro, como cuando un computador que actúa como terminal se conecta a un computador mainframe.

Los orígenes de las redes de computadores se remontan a los primeros sistemas de tiempo compartido, al principio de los años sesenta, cuando un computador era un recurso caro y escaso. Puesto que muchas tareas requerían sólo de una pequeña fracción de la capacidad de un gran computador, se sacaba mayor rendimiento de éste al prestar servicios a más de un usuario al mismo tiempo.
Una vez demostrado que un grupo de usuarios podía compartir un mismo computador, era natural preguntarse si personas distantes entre sí podrían compartir los recursos disponibles, tales como discos, impresoras, programas, bases de datos, etc.

Se desarrollaron entonces redes de datos públicos tales como Tymnet y Telenet, redes en las grandes corporaciones (Xerox, General Motors, IBM, Digital Equipment Corporation, AT&T y Burroughs), redes de investigación, redes comerciales, sistemas de conferencia y comunidades virtuales (tales como USENET y FIDOnet).
A medida que las redes de computadores fueron captando más adeptos, compañías tales como XEROX e IBM comenzaron a desarrollar su propia tecnología en redes de computadores, comenzando con redes de área local. Las redes de amplio alcance pasaron a ser usadas no sólo para la comunicación entre computadores conectados directamente, sino también para comunicar las redes de área local.
En E.E.U.U., la «Agencia para Proyectos de Investigación Avanzados» (ARPA) impulsó el desarrollo de la red
ARPANET, la cual se convirtió eventualmente en la red de redes conocida actualmente como INTERNET.

Utilidad de las redes en una institución: – Las redes proveen una forma rápida y conveniente de compartir y transferir archivos. Sin una red, los archivos se comparten llevándolos de un computador a otro en pendrives (u otros dispositivos de almacenamiento), lo que es lento y poco práctico, ya que se requiere de la disponibilidad simultánea de ambos usuarios.

– Muchos programas resultan más baratos si se compran versiones de red con licencias para varios usuarios, en lugar de varias copias para uso individual.

– Las actualizaciones de los programas que se ejecutan en un servidor sólo deben realizarse en una máquina (el servidor).

– Los programas en los servidores pueden ser marcados con permiso de ejecución pero no de lectura; de esta forma la institución no debe preocuparse de la realización de copias ilegales.

– Se pueden compartir recursos tales como impresoras, scanners, etc.

– Los respaldos pueden replicarse en varias máquinas para tener mayor confiabilidad.

– Los usuarios se pueden comunicar por correo electrónico.

– Los usuarios pueden trabajar en un mismo documento, consultar y actualizar una misma base de datos en forma simultánea.

TIPOS DE REDES:

1. HAN: red de un hogar (Home Area Network). Típicamente Interconecta varios computadores, una impresora, un scanner y un router. El enlace se realiza generalmente mediante cable de par trenzado o radiofrecuencia de corto alcance.

2. LAN: red de área local (Local Area Network). Red formada por computadores que se encuentran en un mismo edificio. El enlace se realiza generalmente mediante par trenzado, fibra óptica o radiofrecuencia de corto alcance.

3. CAN: Red de un campus universitario (Campus Area Network). Típicamente interconecta varios edificios, en un área de algunos kilómetros cuadrados. El enlace se realiza generalmente mediante cable coaxial, par trenzado, fibra óptica o radiofrecuencia. Ejemplo: red de la PUCV.

4. MAN: red de área metropolitana (Metropolitan Area Network). Red que abarca el área de una ciudad. El enlace se realiza generalmente mediante cable coaxial, fibra óptica, cable telefónico, radiofrecuencia o rayos láser.

5. WAN: red de área amplia (Wide Area Network). Red que abarca países enteros o todo el mundo. El enlace se realiza generalmente mediante satélites o fibra óptica (terrestre o submarina). Ejemplo: Internet.

ARQUITECTURA DE REDES

El diseño e implementación de una red es un tema muy complejo. Resulta prácticamente imposible para un ingeniero abordar y solucionar todos los problemas asociados.
Por ejemplo, para enviar un correo electrónico, lo que parece un proceso simple, se requiere de complejos programas clientes y servidores que incluyen un gran número de funciones y de características configurables, de la división de los mensajes en bloques de pequeño tamaño (paquetes) para poder compartir las redes con otros mensajes y con otro tipo de tráfico, de la búsqueda de la ruta más conveniente para hacer llegar el mensaje a su destino, de la verificación de errores y de la retransmisión de los paquetes defectuosos o perdidos, y de la solución de los problemas electrónicos (ancho de banda, ruido, interferencia, atenuación, ecos, distorsión de fase) asociados con la comunicación a distancia de los equipos, la cual puede realizarse mediante conductores eléctricos, fibra óptica, señales de radio, etc.
Para reducir la complejidad asociada al diseño de las redes, se organizan en una serie de capas o niveles, cada una construida sobre la inferior. El número de capas, el nombre, el contenido y la función de cada una difieren de red a red. Sin embargo, en todas las redes el propósito de cada capa es ofrecer ciertos servicios a las capas superiores, de modo que no tengan que ocuparse de cómo se implementan estos servicios.
La capa n de una máquina (host) lleva a cabo una conversación con la capa n de la otra. Las reglas y convenciones que se siguen en esta conversación se conocen como protocolo de la capa n. Básicamente, un protocolo es un acuerdo entre las partes que se comunican, sobre cómo va a proceder la comunicación. 

Las entidades que comprenden las capas correspondientes en las diferentes máquinas se denominan pares. En otras palabras, son los pares los que se comunican usando el protocolo.

En realidad, los datos no se transfieren directamente de la capa n de una máquina a la capa n de la otra, sino que cada capa pasa datos e información de control a la capa que está inmediatamente debajo de ella, hasta llegar a la capa más baja.

Bajo la capa 1 está el medio físico a través del cual ocurre la comunicación real. En la figura derecha se muestra en líneas punteadas la comunicación virtual y en líneas continuas la comunicación física.
Entre cada par de capas adyacentes existe una interfaz. La interfaz define cuáles operaciones y servicios ofrece la capa inferior a la superior. Cuando los diseñadores de las redes deciden cuántas capas incluir en una red y lo que cada una debe hacer, una de las consideraciones más importantes es definir interfases claras entre las capas. Esto requiere, a su vez, que cada capa ejecute un conjunto de funciones bien definidas. Además de minimizar la cantidad de información que se debe pasar entre las capas, las interfases bien definidas simplifican el reemplazo de la implementación de una capa con una implementación completamente diferente (por ejemplo, todas las líneas de teléfonos se reemplazan por canales de satélite), pues todo lo que se requiere de la nueva implementación es que ofrezca a su vecino de arriba exactamente el mismo conjunto de servicios que ofrecía la implementación anterior.
Un conjunto de capas y protocolos recibe el nombre de arquitectura de red. La especificación de una arquitectura debe contener información suficiente como para que se pueda escribir el programa o construir el hardware de cada capa obedeciendo el protocolo correspondiente. 

COMUNICACION ENTRE CAPAS

Consideremos ahora un ejemplo más técnico: cómo proveer la comunicación a la capa superior de la red de cinco capas de la figura derecha.
Se genera un mensaje M mediante un programa de aplicación que se ejecuta en la capa 5 y se entrega a la capa 4 para su transmisión. La capa 4 coloca un encabezado al principio del mensaje para identificarlo y pasa el resultado a la capa 3. El encabezado incluye información de control, como números de secuencia, para que la capa 4 en la máquina de destino pueda entregar los mensajes en el orden correcto si las capas inferiores no mantienen la secuencia. En algunas capas, los encabezados contienen también tamaños, horas y otros campos de control.
En muchas redes no hay límite al tamaño de los mensajes que se transmiten en el protocolo de la capa 4, pero casi siempre existe un límite impuesto por el protocolo de la capa 3. En consecuencia, la capa 3 debe dividir los mensajes que le llegan en unidades más pequeñas, o paquetes, anexando un encabezado de la capa 3 a cada paquete. En este ejemplo, M se divide en dos partes, Ml y M2.
La capa 3 decide cuál de las líneas que salen usará y pasa los paquetes a la capa 2. La capa 2 no solamente añade un encabezado a cada pieza sino también un apéndice, y entrega la unidad resultante a la capa 1 para su transmisión física. En la máquina receptora el mensaje se mueve hacia arriba, de capa en capa, perdiendo los encabezados conforme avanza. Ninguno de los encabezados para capas inferiores a la n pasa hasta la capa n.
Es importante notar la relación entre la comunicación virtual y la real y la diferencia entre protocolos e interfases. Por ejemplo, los procesos pares de la capa 4 piensan que su comunicación es «horizontal» empleando el protocolo de la capa 4. Cada uno probablemente tiene un procedimiento llamado algo así como EnvíaAlOtroLado y TomaDelOtroLado, aunque en realidad estos procedimientos se comunican con capas más bajas a través de la interfaz 2/3, no con el otro lado.
La abstracción de procesos pares es básica para todo diseño de red. Al usarla, la compleja tarea de diseñar la red completa se puede dividir en varios problemas de diseño más pequeños y manejables, es decir, el diseño de las capas individuales.

ARQUITECTURA DE UNA RED DE WINDOWS

 En algunos sistemas, los datos viajan solamente en una dirección (comunicación simplex). En otros, los datos pueden viajar en ambas direcciones, pero no en forma simultánea (comunicación semi-duplex). En otras más, los datos viajan en ambas direcciones a la vez (comunicación full-duplex). El protocolo debe determinar también cuántos canales lógicos corresponden a la conexión y cuáles son sus prioridades. Muchas redes proveen al menos dos canales lógicos por conexión, uno para datos normales (por ejemplo, correo electrónico) y otro para datos urgentes (por ejemplo, audio o video).
-El control de errores es una consideración importante porque los circuitos de comunicación física no son perfectos. Existen muchos códigos de detección y de corrección de errores, pero ambos extremos de la conexión deben acordar cuál se va a usar. Además, el receptor debe tener alguna forma de indicar al emisor cuáles mensajes se han recibido correctamente.
-No todos los canales de comunicación mantienen el orden de los mensajes que se envían. Para corregir una posible pérdida de secuencia, el protocolo debe incluir un mecanismo que permita al receptor volver a unir los segmentos en el orden correcto.
-Una consideración importante en todos los niveles es cómo evitar que un emisor rápido sature a un receptor lento. Algunas soluciones implican una realimentación del receptor al emisor respecto de la situación actual del receptor. Otras limitan al emisor a una velocidad de transmisión previamente convenida.
-Otro problema que se debe resolver en varios niveles es la incapacidad de algunos procesos para aceptar mensajes de longitud arbitraria. Esta propiedad conduce a mecanismos para descomponer, transmitir y después reensamblar los mensajes. Un problema relacionado es qué hacer cuando los procesos transmiten datos en unidades tan pequeñas que el envío de cada una por separado es ineficiente. La solución aquí es juntar varios mensajes pequeños dirigidos a un destino común en un solo mensaje largo y dividir el mensaje largo en el otro extremo.
-Cuando no es conveniente o económico establecer una conexión individual para cada par de procesos en comunicación, la capa inferior puede decidir usar la misma conexión para múltiples conversaciones, no relacionadas entre sí. Mientras esta «multiplexión» y «desmultiplexión» se haga de manera transparente, se puede usar con cualquier capa. La «multiplexión» se necesita en la capa física, por ejemplo, por donde se tiene que enviar todo el tráfico para todas las conexiones.
-Cuando hay múltiples trayectorias entre el origen y el destino, se debe elegir una ruta. A veces esta decisión se debe dividir entre dos o más capas. Por ejemplo, para enviar datos de Londres a Roma, podría requerirse una decisión de alto nivel para pasar por Francia o por Alemania basándose en sus leyes de confidencialidad respectivas, y puede que se tenga que tomar una decisión de bajo nivel para elegir uno de los muchos circuitos disponibles basándose en la carga de tráfico.

DIFERENCIA SERVICIOS Y PROTOCOLOS: Un servicio es un conjunto de operaciones que ofrece una capa a la que está por encima de ella. El servicio define cuáles son las operaciones que la capa está preparada para ejecutar, pero nada dice respecto de cómo se van a implementar estas operaciones. El servicio se refiere a la interfaz entre dos capas, la capa inferior provee el servicio, la capa superior la que hace uso de él.
-Un protocolo es un conjunto de reglas que definen el formato y el significado de los paquetes o mensajes que se intercambian entre las entidades ubicadas en la misma capa. Las entidades usan protocolos con el fin de comunicarse entre sí; son libres de cambiar sus protocolos a voluntad, siempre que no cambien el servicio proporcionado a sus usuarios.

MODELO DE REFERENCIA OSI (Open Systems Interconnection): El modelo se basa en una propuesta que desarrolló en 1983 la Organización Internacional de Normas (ISO), como primer paso hacia la estandarización internacional de los protocolos que se usan en las diversas capas de una red.
El modelo OSI divide la red en 7 capas o niveles (ver figura siguiente), número suficientemente grande como para no tener que agrupar funciones de diferente naturaleza en la misma capa y lo suficientemente pequeño como para que la arquitectura no se vuelva inmanejable. Cada capa es realizada por una parte de hardware o software del sistema.

1. Capa Física: es casi exclusivamente hardware y define el medio de comunicación (cables, conectores, fibra óptica, radiofrecuencia, etc.), los niveles eléctricos de la señal, la velocidad de la transmisión, etc., con el fin de que un bit enviado con un determinado valor (0 ó 1 lógico) sea reconocido correctamente en el extremo receptor.

2. Capa de Enlace: se encarga de la conexión entre máquinas adyacentes, asegurando una comunicación sin errores, para lo cual agrupa los bits en tramas y les añade un código de verificación de errores. Las tramas defectuosas se retransmiten, eliminando los posibles errores de la capa física. En esta capa las máquinas se identifican mediante la dirección MAC (Medium Access Control) de sus adaptadores (o tarjetas) de red.

3. Capa de Red: se encarga de encaminar los paquetes desde su origen a su destino, pero no se preocupa de los errores o de la pérdida de paquetes. A esta capa le corresponde traducir direcciones lógicas en direcciones físicas, y buscar rutas a través de la red hasta el computador de destino. Las rutas pueden basarse en tablas estáticas o encaminarse dinámicamente en forma diferente para cada paquete. Otra de las tareas del nivel de red es evitar la congestión por exceso de paquetes en alguna rama de la subred. En Internet, define la estructura de direcciones y rutas para conectar pcs.

4. Capa de Transporte: esta capa puede aceptar mensajes de gran longitud provenientes de la capa superior, y dividirlos en unidades de menor tamaño (paquetes) antes de pasarlos a la capa inferior, de manera de poder compartir la red entre muchos enlaces simultáneos. Además se asegura de que los mensajes sean entregados sin errores, en la secuencia correcta, sin pérdidas ni duplicaciones, y es la encargada de detener momentáneamente al equipo transmisor si el equipo receptor no tiene memoria libre suficiente para aceptar más información. Este nivel actúa como un puente entre los tres niveles inferiores (totalmente orientados a las comunicaciones) y los tres niveles superiores (totalmente orientados al procesamiento).

5. Capa de Sesión: gestiona el establecimiento (login), mantención, recuperación y término de una sesión entre procesos que se ejecutan en diferentes máquinas.

6. Capa de Presentación: se ocupa de los aspectos de representación de la información, como por ejemplo de la codificación de los datos (traducción de código ASCII a EBCDIC u otros), de su posible compresión y encriptación.

7. Capa de Aplicación: corresponde a la aplicación final, tal como la transferencia de archivos (FTP), el correo electrónico, la visualización de páginas web, y otras aplicaciones de alto nivel con las cuales interactúa directamente el usuario.

Estrictamente el modelo OSI no es una arquitectura de red, porque no especifica los servicios y protocolos exactos que se han de usar en cada capa; sólo dice lo que debe hacer cada capa. Si bien las redes reales no usan el modelo OSI en forma literal, lo usan como modelo de referencia. Por ejemplo, en el protocolo TCP/IP (de 4 capas) utilizado en Internet, la Capa de Aplicación corresponde a los niveles OSI de Aplicación, Presentación y Sesión.
Cada nivel del modelo OSI añade su propia cabecera al mensaje que recibe del nivel superior. En los nodos intermedios del modelo sólo los 3 niveles inferiores deben observar en la cabecera correspondiente a su nivel si el paquete va dirigido a ellos, y si no es así, deben reenviarlo hacia el receptor. En cambio, la situación para los 4 niveles superiores es como si hubiesen recibido la información directamente de su nivel equivalente. Por ello los niveles superiores se denominan protocolos de extremo a extremo.