Redes Informáticas

Una red informática se define como un conjunto de ordenadores y otros dispositivos interconectados, con el propósito de compartir recursos. Esta conexión puede realizarse a través de cables o medios inalámbricos. Los recursos compartidos pueden ser de hardware, como impresoras o sistemas de almacenamiento, o de software, como aplicaciones y archivos.

Para establecer una red, se requiere tanto hardware, que incluye los dispositivos físicos como tarjetas de red y cables, como software, que implementa las reglas de comunicación, protocolos y servicios entre los dispositivos.

Clasificación de las Redes

Las redes se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios, entre ellos:

Según la Zona Geográfica

• LAN (Local Area Network o Red de Área Local): Interconectan ordenadores dentro de un espacio físico limitado, como una casa, una oficina o un edificio. Su extensión suele estar restringida a un radio de hasta 200 metros. Pueden utilizar conexiones por cable o inalámbricas (WLAN), son privadas y protegidas, y ofrecen velocidades de 1 a 100 Mbps.

• MAN (Metropolitan Area Network o Red de Área Metropolitana): Conectan redes dentro de una ciudad, área industrial o varios edificios. Un ejemplo son las redes WiFi gratuitas ofrecidas en algunas ciudades.

• WAN (Wide Area Network o Red de Área Extendida): Abarcan varias ubicaciones físicas, proporcionando servicio a una zona, un país o incluso varios continentes. Son redes que unen varias redes locales (LAN), por lo que sus miembros no se encuentran en la misma ubicación física. Muchas WAN son construidas por organizaciones o empresas para su uso privado, mientras que otras son instaladas por los proveedores de Internet (ISP) para proveer conexión a sus clientes.

Según el Sistema Jerárquico

• Redes Cliente-Servidor: En estas redes, un ordenador (servidor) controla y proporciona recursos, permisos y servicios a otros ordenadores (clientes).

• Redes Punto a Punto: En este tipo de redes, todos los ordenadores tienen el mismo estatus y deciden qué recursos y servicios ofrecen al resto. Cada PC puede actuar como cliente o servidor.

Topología de Redes

La topología de red se refiere a la disposición física o lógica en la que se conectan los dispositivos o nodos de una red. Algunas de las topologías más utilizadas son:

Topología en Anillo

En esta configuración, las estaciones se conectan una tras otra formando un anillo cerrado. La información circula en un solo sentido y debe pasar de una estación a otra hasta llegar a su destino. Un inconveniente de esta topología es que si una estación falla, la red puede dejar de funcionar correctamente.

Topología en Bus

Aquí, todas las estaciones se conectan a un bus común, que consiste en un único cable. Es fácil de instalar, mantener y añadir nuevos ordenadores. Si un ordenador falla, la red sigue funcionando, pero si el cable se rompe, la red deja de funcionar. Los paquetes de datos llegan a todas las estaciones, pero solo las estaciones a las que van dirigidos los recogen.

Topología en Estrella

En esta topología, todas las estaciones se conectan a un nodo central, conocido como concentrador, hub, switch, router, gateway, etc. Es una variante de la topología en bus, donde el concentrador se encarga de conmutar los datos entre las estaciones. Dependiendo del elemento utilizado como nodo, los datos pueden llegar a todas las estaciones o solo a la adecuada, lo que permite un ahorro de ancho de banda. Actualmente, es el sistema más extendido. Entre sus ventajas se encuentra la facilidad para detectar averías y que la desconexión de un ordenador no inutiliza la red. Sin embargo, su implementación puede ser costosa.

Topología en Árbol

La topología en árbol surge como una evolución de la interconexión de varias topologías en estrella.

Transmisión de Datos en las Redes

Para transmitir datos de una estación a otra, estos se empaquetan y se envían a la red para que la estación de destino pueda leerlos. Solo una estación puede transmitir a la vez. Las estaciones deben estar siempre a la escucha para reconocer cuándo llega un paquete dirigido a ellas.

En ocasiones, dos o más estaciones intentan enviar paquetes simultáneamente, lo que produce un error llamado colisión. Esto obliga a que ambas estaciones intenten reenviar el paquete cuando la red esté libre. Por lo tanto, la red debe compartir el ancho de banda entre todas las estaciones. Cuantas más estaciones haya, mayor será la probabilidad de colisiones y, en consecuencia, menor será la velocidad de transmisión de datos.

Protocolos de Red

Los protocolos de red son las reglas y especificaciones técnicas que siguen los dispositivos conectados. Si cada uno de ellos «hablara» de manera distinta, la comunicación sería imposible. Es similar a lo que ocurre con el lenguaje humano: para que dos individuos se comuniquen, deben hablar el mismo idioma o dos lenguas que ambos comprendan. Si queremos comunicarnos con alguien que no habla nuestra lengua, podemos buscar un traductor. En las redes, la función de traducción la realizan tanto las tarjetas de red como los routers.

El protocolo más utilizado actualmente, tanto en redes locales como en Internet, es el TCP/IP.

El Protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) se encarga de controlar la comunicación entre los diferentes equipos conectados, independientemente del sistema operativo que utilicen y del tipo de equipo.

Funciones del Protocolo TCP

En el emisor:

• Divide la información en paquetes.
• Agrega un código detector de errores para comprobar si el paquete llega correctamente a su destino.
• Pasa el paquete al protocolo IP para que gestione su envío.

En el receptor:

• Recibe los paquetes que le pasa el protocolo IP.
• Ordena los paquetes y comprueba que estén todos y que sean correctos.
• Extrae la información útil de los paquetes.
• Si detecta un paquete que no ha llegado o que es incorrecto, genera un paquete para ser enviado al emisor, indicándole que lo debe enviar de nuevo.

La Dirección IP

Cada equipo que pertenece a la red dispone de un identificador único para poder saber a quién va dirigido cada paquete en las transmisiones y quiénes son los remitentes. Como estos identificadores pertenecen al protocolo IP, se denominan direcciones IP.

La dirección IP está formada por 4 bytes. Cada uno de ellos será un número comprendido entre 0 y 255, una vez traducidos los bytes binarios a decimal. Por ejemplo: 192.168.1.27.

Dirección IP: 192.168.1.27

Con esta dirección IP debemos identificar tanto la red en la que se encuentra el equipo como el equipo concreto.

Hay dos direcciones reservadas por el mismo protocolo IP:

• La dirección 127.0.0.1, que hace referencia al equipo local. Se puede usar para probar el funcionamiento de TCP/IP haciendo ping a 127.0.0.1. Al recibir respuesta, se puede asumir que los componentes asociados al protocolo están bien.
• La dirección 255.255.255.255, que sirve para enviar un paquete a todas las estaciones, como por ejemplo cuando nuestro ordenador quiere saber qué equipos están conectados en red.

Ping (Packet Internet Groper) es una utilidad que comprueba el estado de la conexión con uno o varios equipos remotos por medio de los paquetes de solicitud de eco y de respuesta de eco para determinar si un sistema IP específico es accesible en una red. Es útil para diagnosticar errores en redes.

La dirección IP de un ordenador debe ser única dentro de la red a la que pertenece. Las direcciones IP que se tienen dentro de una LAN son privadas y las que comunican la LAN con Internet son públicas. Igualmente, tanto las IP privadas como las públicas pueden ser dinámicas o estáticas.

• Una dirección privada estática es aquella que siempre es la misma para el mismo ordenador.
• Una dirección dinámica es la que está configurada para que el propio router o servidor de la LAN le adjudique una IP diferente cada vez que se conecte.

Las direcciones públicas también pueden ser estáticas o dinámicas. Es decir, cuando tenemos un proveedor con quien contratamos el acceso a Internet, podemos elegir tener dirección IP estática (lo que tiene un precio superior) o dinámica. Últimamente, los proveedores de servicios de Internet suelen utilizar por defecto la adjudicación de IP dinámicas, puesto que tienen más clientes que IP disponibles y no es muy probable que todos los clientes se conecten a la vez.

Este tipo de direcciones se conocen como IPv4 (IP versión 4) y pueden contener hasta 4.294.967.296 dispositivos.

Debido al enorme aumento de Internet, cada vez se encuentran menos direcciones IP disponibles, por lo que se ha desarrollado un nuevo protocolo, IPv6 (IP versión 6), que puede contener hasta 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 (2¹²⁸ o 340 sextillones) direcciones.

Máscara de Subred

Una red LAN puede ser única o constar de otras subredes. La máscara de subred indica el número máximo de ordenadores que pueden estar conectados a una red o subred. Normalmente, la máscara de subred viene asignada por defecto por el propio sistema con el número 255.255.255.0 y, si no existen motivos razonables para cambiarla, debe dejarse como está. El último número «0» indica que existen 255 direcciones posibles a utilizar en la subred (entre la 0 y la 255, si bien la primera y la última deben dejarse libres).

Puerta de Enlace Predeterminada

Será la IP del router, switch u otro elemento enrutador de la red. Por lo tanto, la puerta de enlace tendrá una dirección IP única en toda la red o subred.

Direcciones de Servidor DNS (Domain Name System)

Los DNS son nombres de proveedores de Internet traducidos a números IP. Por eso, es necesario conocer con qué proveedor tenemos o tiene la red contratados los servicios de acceso a Internet y, por lo tanto, colocar los DNS facilitados por el mismo. En realidad, se accede a bases de datos de dichos proveedores.

Supongamos que tenemos una red con una máscara 255.255.255.0, cuya dirección de router o switch es 192.168.1.1 (puerta de enlace predeterminada). Podemos conectar a esa red teóricamente hasta 254 equipos. Como el router tiene la dirección IP 192.168.1.1, los ordenadores se podrán empezar a numerar desde el 192.168.1.2 y de ahí en adelante hasta el 192.168.1.255.

Componentes de una Red

La Tarjeta de Red

• También denominada NIC (Network Interface Card), es la interfaz que permite conectar nuestro equipo a la red. Transforman las ondas de los cables de red a lenguaje informático. Normalmente se instalan en las ranuras de expansión de nuestro equipo, o a través del puerto USB (en algunas tarjetas inalámbricas).
• Cada tarjeta tiene un identificador hexadecimal único de 6 bytes, denominado MAC (Media Access Control). Los 3 primeros bytes, denominados OUI, son otorgados por el IEEE, y los otros 3 bytes, denominados NIC, son responsabilidad del fabricante, de manera que no puede haber dos tarjetas con el mismo identificador MAC.

Pueden ser:

• Ethernet: Conector RJ-45, similar al del teléfono. Su uso está destinado a cable.
• Inalámbricas: Usan antenas y receptores para recibir la señal inalámbrica.

Dispositivos Electrónicos de Interconexión

Centralizan todo el cableado de una red. De cada equipo sale un cable que se conecta a uno de ellos. Por tanto, tienen que tener, como mínimo, tantos puntos de conexión o puertos como equipos queramos conectar a nuestra red. Hay dos tipos de dispositivos, denominados:

• Concentrador (hub)
• Conmutador (switch)

Concentrador, Hub

Recibe un paquete de datos a través de un puerto y lo transmite al resto. Esto provoca que la información no la reciba solo el equipo al cual va dirigida, sino también los demás, lo que puede implicar un problema de saturación de la red cuando el número de paquetes de datos es elevado.

Conmutador, Switch

Almacena las direcciones MAC de todos los equipos que están conectados a cada uno de sus puertos. Cuando recibe un paquete a través de un puerto, revisa la dirección MAC a la que va dirigido y reenvía el paquete por el puerto que corresponde a esa dirección, dejando los demás libres de tránsito. Esta gestión más avanzada de la red permite un mayor tránsito de datos sin saturarla.

El Router

Es un dispositivo destinado a interconectar diferentes redes entre sí. Por ejemplo, una LAN con una WAN o con Internet. Es capaz de guiar el tráfico por el camino más adecuado, conectar redes, gestionar direcciones IP y conectar los dispositivos a Internet.

Si, por ejemplo, utilizamos un router para conectarnos a Internet a través de la tecnología ADSL, aparte de conectar dos redes (la nuestra con Internet), el router también tendrá que traducir los paquetes de información de nuestra red al protocolo de comunicaciones que utiliza la tecnología ADSL.

Estaciones de Trabajo (Workstations)

Son los ordenadores utilizados que están conectados a la red.

Servidores (Opcionales)

Un servidor es una aplicación en ejecución (software) capaz de atender las peticiones de un cliente y devolverle una respuesta en concordancia. Los servidores se pueden ejecutar en cualquier tipo de ordenador.

• Servidores Dedicados: Un servidor dedicado es un ordenador comprado o arrendado que se utiliza para prestar servicios dedicados, generalmente relacionados con el alojamiento web y otros servicios en red. A diferencia de lo que ocurre con el alojamiento compartido, en donde los recursos de la máquina son compartidos entre un número indeterminado de clientes, en el caso de los servidores dedicados generalmente es un solo cliente el que dispone de todos los recursos de la máquina para los fines por los cuales haya contratado el servicio.

• Servidores No Dedicados: Los no dedicados son aquellos que ejecutan varias aplicaciones y que, por lo tanto, se dedican a más de una tarea. No se dedican en exclusiva a ninguna, sino que reparten su tiempo de procesador entre varias aplicaciones.

El Cableado Estructurado

Es el medio físico por el que viaja la información desde los equipos hasta los concentradores o conmutadores. Esta información se puede transmitir a través de señales eléctricas, utilizando cables de pares trenzados, o a través de haces de luz, utilizando cables de fibra óptica.

El Cable de Par Trenzado

Es el cable más utilizado actualmente para redes locales. Está formado por 4 pares de hilos. Cada par está trenzado para evitar interferencias radioeléctricas. La cantidad de veces que gira sobre sí mismo al trenzarse se denomina categoría y determina sus prestaciones.

Los problemas que presenta son la atenuación, que es la pérdida de señal producida en su propagación a través del cable, y las perturbaciones electromagnéticas producidas por los aparatos eléctricos que afectan a las señales transmitidas.

En los extremos del cable es necesario un conector, RJ-45, capaz de conectar el cableado con los equipos.

Si deseamos conectar más de 2 estaciones, es necesario hacerlo a través de un hub, switch o router. Para ello necesitamos implementar la conexión que se indica a continuación en cada uno de los cables que conectan a la estación con el hub, switch o router.

Si lo que deseamos es conectar 2 ordenadores nada más, no es necesario ningún otro aparato, pero las conexiones del cable deben ser las siguientes. Se trata de un cable cruzado que permite la comunicación entre 2 ordenadores. Para conectar los cables a los conectores necesitamos de un alicate especial o “crimpadora” en el que se inserta el conector RJ-45 con los hilos y se encarga de hacer la conexión.

La Fibra Óptica

Está formada por filamentos de vidrio transparentes (de cristal natural o de plástico), tan finos como un cabello humano, y son capaces de transportar los paquetes de información como haces de luz producidos por un láser. Se pueden transmitir simultáneamente hasta 100 haces de luz, con una transmisión de hasta 10 Gb/s por cada haz, con lo que se consigue una velocidad total de 10 Tb/s.