Elementos Fundamentales de un Sistema de Comunicación

Entendemos por comunicación el proceso mediante el cual una entidad transmite información a otra con el objeto de hacerla de su conocimiento.

• Emisor: Es la entidad que transmite la información.
• Receptor: Es la entidad que recibe la información.
• Mensaje: Es la información que el emisor transmite al receptor.
• Canal: Es el medio por el que se transmite el mensaje.
• Código: Es el conjunto de signos, reglas y normas (lenguaje).

Redes de Comunicaciones

Podemos considerar una red de comunicaciones aquella compuesta por dos o más entidades cuya finalidad es intercambiar información. Esta información, cuando se trata de equipos informáticos, viaja en forma de paquetes de datos, que contienen secuencias de ceros y unos.

Modelos de Referencia de Red

El Modelo de Referencia OSI

El Modelo OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos) se compone de siete capas:

1. Capa 1. Física: Define las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales de todos los equipos.
2. Capa 2. Enlace de Datos: Se ocupa de la transferencia de las cadenas de datos (tramas) de una entidad a otra y de corregir errores en este proceso. Aquí tiene importancia la dirección MAC.
3. Capa 3. Red: Se encarga de enrutar las cadenas de datos (paquetes) entre entidades de la misma o distintas redes. A cada entidad se le asigna un código lógico llamado dirección IP.
4. Capa 4. Transporte: Segmenta las cadenas de datos a transmitir y las transporta de una entidad a otra.
5. Capa 5. Sesión: Controla el enlace que se ha establecido en la capa anterior entre las dos entidades que se comunican y lo reestablece en el caso de que la transmisión de datos se interrumpa.
6. Capa 6. Presentación: Representa la información que se ha transmitido, con independencia del código empleado.
7. Capa 7. Aplicación: Se encarga de proporcionar el acceso a los servicios propios de cada una de las capas anteriores, así como de establecer los diferentes protocolos.

Funcionamiento del Modelo OSI

La base del sistema de capas del modelo OSI es el encapsulamiento. Mediante este proceso, todo lo que concierne a una capa se encapsula, ofreciendo a las capas colindantes solo la información que necesitan para comunicarse.

La Dirección MAC

La MAC (Media Access Control) es un código de 48 bits separados en seis bloques que identifica de forma unívoca una tarjeta o dispositivo de red.

El Modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP es anterior al modelo OSI y surge de los principales protocolos TCP e IP. Puede aplicarse a cualquier soporte, tanto hardware como software, y puede operar en cualquier tipo de red, lo que le permite ser la base de un gran número de aplicaciones. El TCP/IP no tiene una división tan clara de sus capas como el modelo OSI.

1. Capa 1. Acceso a Red: Se corresponde con las capas 1 y 2 del modelo OSI. Permite que los paquetes de información entren y viajen a través de la red hasta llegar a su destino. El protocolo para conseguirlo dependerá de la red de que se trate.
2. Capa 2. Internet: Se corresponde con la capa 3 del modelo OSI. Su misión es conseguir que todas las entidades puedan conectarse con independencia de la red en la que se encuentren.
3. Capa 3. Transporte: Se corresponde con las capas 4, 5 y 6 del modelo OSI. Se encarga de gestionar el envío de información entre las dos entidades que se comunican.
4. Capa 4. Aplicación: Se corresponde con la capa 7 del modelo OSI. Es la capa más alta del modelo TCP/IP e incluye las aplicaciones y los procesos con los que se produce el intercambio de datos en la capa anterior.

Protocolos de Comunicación

Los protocolos son un conjunto de normas que, aplicadas a un proceso de comunicación, permiten que dos entidades intercambien información.

Protocolos por Capa

Protocolos de Capa 1 (Física)

Hacen referencia al tipo de medio que se utilizará para establecer la conexión, mediante cableado o inalámbrica, así como a las características de dicho medio. Los más representativos son:

• Cable coaxial
• Cable UTP: Utilizado en redes de área local.
• Fibra óptica: Utilizado en redes de gran longitud.
• Ondas: Infrarrojas, microondas, de radio, etc.

Protocolos de Capa 2 (Enlace de Datos)

Se utilizan para conectar la entidad a la red de comunicaciones.

• Ethernet: Orientado a redes de área local (10 Mbps).
• Fast Ethernet: Velocidad de hasta 100 Mbps.
• Gigabit Ethernet: Extensión de Fast Ethernet, hasta 1000 Mbps (1 Gbps).
• 10-Gigabit Ethernet: Velocidad de hasta 10 Gbps.

En esta capa, el protocolo ARP (Address Resolution Protocol) se encarga de localizar la dirección MAC de una entidad a partir de su dirección IP. La operación inversa es RARP (Reverse Address Resolution Protocol).

Protocolos de Capa 3 (Red)

El protocolo IP (Internet Protocol). Su finalidad es conseguir que la información viaje del origen al destino a través de la mejor ruta posible, mediante un mecanismo llamado encaminamiento o enrutamiento.

Protocolos de Capa 4 (Transporte)

• UDP (User Datagram Protocol): Se basa en el envío de paquetes al destino sin necesidad de una conexión previa. Cada paquete contiene información suficiente para llegar al destino por su cuenta.
• TCP (Transmission Control Protocol): Junto con IP, establece una conexión entre emisor y receptor, garantizando que los datos que se transmiten lleguen en el mismo orden en que se enviaron y sin errores.

Protocolos de Capa 5 (Sesión)

• RPC (Remote Procedure Call): Se utiliza para establecer conexiones remotas, de forma que un equipo pueda trabajar sobre otro sin necesidad de preocuparse por sus comunicaciones.
• SSL (Secure Sockets Layer) y TLS (Transport Layer Security): Tanto SSL como su sucesor, TLS, son protocolos cuya finalidad es encriptar la información que se transmite para que solo pueda ser descifrada por el receptor.

Protocolos de Capa 6 (Presentación)

No hay protocolos específicos a destacar en esta capa.

Protocolos de Capa 7 (Aplicación)

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol): Se encarga de publicar e interpretar páginas web (su versión segura es HTTPS).
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Utilizado para remitir correo electrónico.
• POP3 (Post Office Protocol 3) e IMAP (Internet Message Access Protocol): Utilizados para recibir el correo electrónico.
• FTP (File Transfer Protocol): Utilizado para la transferencia de archivos, haciendo uso del protocolo TCP.

Direccionamiento IP

Cada una de las entidades con capacidad para emitir y recibir información recibe una dirección IP. Esta dirección IP no es específica del dispositivo, pudiendo darse el caso de que una entidad reciba direcciones IP diferentes en un determinado momento en la red. Es imprescindible conocer qué son, cómo se asignan y cómo se gestionan.

Protocolo IPv4

Fue la primera versión que se implantó a gran escala. Utiliza 32 bits, ofreciendo un rango de 2³² direcciones (desde 0.0.0.0 hasta 255.255.255.255).

Protocolo IPv6

Viene a cubrir las necesidades de expansión del protocolo IPv4. Emplea 128 bits en lugar de 32, por lo que ofrece un total de 2¹²⁸ direcciones IP.

Topologías de Red

La distribución de las entidades que intercambian información en una red de comunicaciones se conoce como infraestructura de red. La forma que toma una red cuando se ha diseñado se denomina topología de la red.

Tipos de Topologías

• Lógica: Define cómo fluyen los datos. Por ejemplo, equipos próximos pueden diseñarse para pertenecer a redes diferentes, aun cuando estén comunicados entre sí.
• Física: Define la distribución física de los elementos de red en el espacio y los medios para interconectarlos.

Topologías Lógicas

Según su Tamaño (Alcance Geográfico)

La red más simple estaría formada por dos equipos conectados entre sí.

• Redes de Área Personal (PAN): Comprende el entorno del usuario y los dispositivos con los que interactúa (ejemplo: una red inalámbrica cuyo radio de acción es de unos pocos metros, como Bluetooth).
• Redes de Área Local (LAN): Son redes pequeñas que proporcionan servicios en una estructura común (empresas, un centro, una casa, etc.). Cuando la LAN emplea medios inalámbricos se denomina WLAN.
• Redes de Área Campus (CAN): Se trata de una extensión de la red LAN en la que se interconectan varios edificios próximos entre sí. Podría considerarse una red MAN pequeña.
• Redes de Área Metropolitana (MAN): Son varias redes LAN interconectadas dentro de una ciudad o área metropolitana.
• Redes de Área Extensa (WAN): Son varias redes LAN interconectadas en distancias largas (países, continentes).
• Internet: Es una red distribuida de dimensión mundial.

Según su Carácter

• Redes públicas: Se utilizan como nexo de unión de redes más pequeñas.
• Redes privadas: Propiedad de una empresa o un particular.
• Redes mixtas: Redes privadas que utilizan una red pública para interconectarse.

Según su Tecnología de Transmisión

• Redes punto-a-punto: La comunicación se establece directamente desde el equipo origen hasta el equipo destino.
• Redes multipunto (Broadcast): Existe un único canal de comunicación compartido por todos los equipos de la red.

Según su Relación Funcional

• Redes entre iguales (Peer-to-Peer o P2P): No existe jerarquía y un equipo puede usar servicios o recursos de otro.
• Redes Cliente-Servidor: Los equipos tienen un rol definido. Existe al menos un servidor que proporciona los servicios al resto de los clientes.

Topologías Físicas (Cableadas)

Topología en Estrella

Todos los equipos están conectados a un nodo central (como un hub o switch), que realiza las tareas de distribución, conmutación y control de flujo de todas las comunicaciones que circulan por la red.

Topología en Anillo

Cada uno de los equipos está conectado a otros dos, formando una especie de círculo. En esta red, cada equipo actúa como nodo receptor y transmisor, de forma que cuando un mensaje va hacia un equipo de la red, pasa antes por todos los que le separan.

Topología de Bus

Se caracteriza por la existencia de un canal base llamado troncal o bus, al cual se conectan todos los demás equipos que quieren comunicarse.

Topología de Malla

Los equipos están interconectados, uno a uno, según sus necesidades. Se utiliza sobre todo por requerimientos de disponibilidad y por limitaciones en el espacio. Se aplican conexiones dedicadas entre equipos para intentar garantizar que la comunicación sea exitosa.

Topología de Árbol

Organiza a los equipos de la red de forma jerárquica. La raíz del árbol (el nodo situado en la parte superior) suele ser un equipo o dispositivo con capacidad para gestionar el resto.

Medios de Transmisión

Cable de Par Trenzado (Categorías)

• Cat. 3: 16 MHz.
• Cat. 4: 20 MHz, hasta 16 Mbps.
• Cat. 5: 100 MHz, hasta 100 Mbps.
• Cat. 5e: 100 MHz, hasta 100 Mbps.
• Cat. 6: 250 MHz, hasta 1 Gbps.
• Cat. 6a: 250 MHz, hasta 10 Gbps.
• Cat. 7: 600 MHz.
• Cat. 7a: 1000 MHz.

Estándares Inalámbricos

• Estándar para redes WPAN (Wireless Personal Area Network): Utiliza el estándar IEEE 802.15, específicamente IEEE 802.15.1, que define las redes de Bluetooth (piconet).
• Estándar para redes WLAN (Wireless Local Area Network): Emplea el estándar IEEE 802.11. Es el más difundido por tratarse de las redes de área local.
• Estándar para redes WMAN (Wireless Metropolitan Area Network): Usa el estándar IEEE 802.16 (WiMAX). Estas redes se caracterizan por operar en el rango de 2,3 a 3,5 GHz.
• Estándar para redes WWAN (Wireless Wide Area Network): Incluye las redes para móviles (LTE, 5G).

Hardware de Red y Dispositivos de Interconexión

Adaptador de Red (NIC)

El adaptador de red suele nombrarse con las siglas NIC (Network Interface Card) y contiene la dirección MAC. Define el protocolo que utiliza de enlace de datos (Nivel 2 del modelo OSI) y el modo de transmisión, que puede ser:

• Half-duplex: El canal no se puede utilizar de forma simultánea para enviar y recibir.
• Full-duplex: El canal de comunicación permite la emisión y la recepción a la vez.

Concentrador (Hub)

Envía la información a todos los dispositivos conectados al hub.

Conmutador (Switch)

Realiza la misma función que el hub, pero permite elegir el dispositivo conectado al que se dirige la información (basándose en la dirección MAC).

Enrutador (Router)

Con el router podemos extender las redes, interconectándolas entre sí. El router se encuentra disponible en versión independiente o integrado en otros dispositivos.