Fundamentos de Redes Informáticas y Comunicación Digital

1. Nuevas Formas de Comunicación Surgidas por el Uso de Internet

El uso de Internet ha propiciado el surgimiento de diversas formas de comunicación, entre las que se incluyen:

• Páginas Web: Plataformas para la publicación y acceso a información.
• Correos Electrónicos: Comunicación asíncrona para el intercambio de mensajes y archivos.
• Llamadas Telefónicas (VoIP): Comunicación de voz a través de la red IP.
• Redes Sociales: Plataformas como Facebook, Twitter, ICQ, Messenger, Fotolog y Blogs, que permiten la interacción social y el intercambio de contenido.
• Foros: Espacios de discusión en línea sobre temas específicos.

2. Factores Externos que Afectan a las Comunicaciones

Los factores externos que pueden influir negativamente en la calidad y eficiencia de las comunicaciones en red son:

• La calidad de la ruta entre el emisor y el receptor.
• La cantidad de veces que el mensaje tiene que cambiar de forma (conversión de medios).
• La cantidad de veces que el mensaje tiene que ser redireccionado o redirigido.
• La cantidad de mensajes adicionales que se transmiten simultáneamente en la red de comunicación (congestión).
• La cantidad de tiempo asignado para una comunicación exitosa (latencia, ancho de banda).

3. Factores Internos que Afectan a las Comunicaciones

Los factores internos que interfieren en la comunicación en redes están relacionados principalmente con la naturaleza del mensaje en sí:

• Los mensajes pueden variar en complejidad e importancia.
• Los mensajes claros y concisos son generalmente más fáciles de entender que los mensajes complejos.
• Los mensajes importantes requieren de más atención para asegurarse de que el receptor los comprenda correctamente.

4. Elementos Físicos Necesarios para Construir una Red

Para construir una red, se requieren diversos dispositivos y medios físicos. Algunos ejemplos son:

• Dispositivos: Computadoras, switches, routers, servidores, puntos de acceso inalámbricos.
• Medios: Cableado (Ethernet, fibra óptica), radiofrecuencia (Wi-Fi), ondas infrarrojas.

5. Medios Físicos Más Usados para Interconectar Dispositivos en una Red

Los medios físicos más comunes para la interconexión de dispositivos en una red son:

• Hilos metálicos dentro de los cables: Como el cable de cobre (par trenzado).
• Fibras de vidrio o plásticas: Conocidas como cable de fibra óptica, utilizadas para transmisiones a larga distancia y alta velocidad.
• Transmisión inalámbrica: Utiliza ondas de radio o infrarrojas para la comunicación sin cables.

6. Descripción de una Red Convergente

Una red convergente es aquella que integra múltiples tipos de tráfico de comunicación (voz, video, datos) sobre una única infraestructura de red. Históricamente, servicios como el teléfono tradicional, la radio, la televisión y las redes de datos informáticos operaban con tecnologías y estándares separados.

• En el pasado, cada uno de estos servicios requería una tecnología diferente para emitir su señal de comunicación.
• Cada servicio tenía su propio conjunto de reglas y estándares para garantizar la comunicación exitosa de su señal a través de un medio específico.

La red convergente busca unificar estos servicios, permitiendo que todos los tipos de datos viajen por la misma red IP, lo que optimiza recursos y simplifica la gestión.

7. Características Básicas de una Arquitectura de Red

La arquitectura de red se refiere a las tecnologías que sustentan la infraestructura, así como a los servicios y protocolos programados que permiten el traslado de mensajes a través de dicha infraestructura. Las características fundamentales de una arquitectura de red moderna incluyen:

7.1. Tolerancia a Fallas

Una red tolerante a fallas es aquella que limita el impacto de una falla de software o hardware y puede recuperarse rápidamente cuando se produce dicha falla. Estas redes dependen de enlaces o rutas redundantes entre el origen y el destino del mensaje. Si un enlace o ruta falla, los procesos garantizan que los mensajes puedan enrutarse de forma instantánea a través de un enlace diferente, de manera transparente para los usuarios en cada extremo.

Tanto las infraestructuras físicas como los procesos lógicos que direccionan los mensajes a través de la red están diseñados para adaptarse a esta redundancia. Esta es la premisa básica de la arquitectura de redes actuales.

7.2. Escalabilidad

Una red escalable puede expandirse rápidamente para admitir nuevos usuarios y aplicaciones sin afectar el rendimiento del servicio enviado a los usuarios actuales. La capacidad de la red para admitir estas nuevas interconexiones depende de un diseño jerárquico en capas para la infraestructura física subyacente y la arquitectura lógica.

El funcionamiento de cada capa permite a los usuarios y proveedores de servicios insertarse sin causar disrupción en toda la red. Los desarrollos tecnológicos aumentan constantemente las capacidades de transmitir el mensaje y el rendimiento de los componentes de la estructura física en cada capa.

7.3. Calidad del Servicio (QoS)

Las nuevas aplicaciones disponibles para los usuarios en redes crean expectativas mayores para la calidad de los servicios enviados. Las transmisiones de voz y video en vivo requieren un nivel de calidad consistente y un envío ininterrumpido que no era necesario para las aplicaciones informáticas tradicionales.

La calidad de estos servicios se mide con la calidad de experimentar la misma presentación de audio y video en persona. Las redes de voz y video tradicionales están diseñadas para admitir un único tipo de transmisión y, por lo tanto, pueden producir un nivel aceptable de calidad.

Los nuevos requerimientos para admitir esta calidad de servicio en una red convergente cambian la manera en que se diseñan e implementan las arquitecturas de red.

7.4. Seguridad

Las expectativas de privacidad y seguridad que se originan del uso de redes para intercambiar información empresarial crítica y confidencial exceden lo que puede ofrecer la arquitectura actual. La rápida expansión de las áreas de comunicación que no eran atendidas por las redes de datos tradicionales aumenta la necesidad de incorporar seguridad en la arquitectura de red.

Como resultado, se está dedicando un gran esfuerzo a esta área de investigación y desarrollo. Mientras tanto, se están implementando muchas herramientas y procedimientos para combatir los defectos de seguridad inherentes en la arquitectura de red.

8. Formas en que se Pueden Comunicar los Dispositivos en una Red

(La información sobre este punto no fue proporcionada en el documento original.)

9. Conceptos Clave en Redes

9.1. Segmentación

Consiste en dividir los datos en partes más pequeñas y más manejables, conocidas como segmentos o paquetes, para facilitar su transmisión y gestión en la red.

9.2. Multiplexación

Consiste en dividir los datos en partes más pequeñas y más manejables. (Nota: La definición proporcionada es idéntica a la de segmentación. En un contexto de redes, la multiplexación se refiere a la técnica de combinar múltiples señales de datos en un solo medio de transmisión.)

9.3. Aplicaciones

Son los programas de software que usa la gente para comunicarse a través de la red, como navegadores web, clientes de correo electrónico o aplicaciones de mensajería.

9.4. Servicios

Son programas que prestan ayuda para usar los recursos de la red, como la transferencia de archivos (FTP) o la gestión de colas de impresión en red.

9.5. Procesos

Programas ejecutables cargados en un dispositivo que realizan tareas específicas.

9.6. Demonios (Daemons)

Un daemon es un proceso en segundo plano que a menudo se inicia como un proceso del sistema y se ejecuta de forma continua para realizar tareas específicas, como escuchar solicitudes de red.

9.7. Números de Puerto

La capa de transporte utiliza un esquema de direccionamiento numérico (números de puerto) para identificar aplicaciones o servicios específicos que se ejecutan en un host.

9.8. Dirección IP (Internet Protocol)

Es una etiqueta numérica que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una interfaz (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utilice el protocolo IP, que corresponde al nivel de red del protocolo TCP/IP.

9.9. Dirección MAC (Media Access Control)

Es un identificador de 48 bits (6 bloques hexadecimales) que corresponde de forma única a una interfaz de red Ethernet. Se conoce también como la dirección física en cuanto a identificar dispositivos de red.

9.10. Socket

Es la combinación del número de puerto de la capa de Transporte y de la dirección IP de la capa de Red asignada al host para identificar de manera exclusiva un proceso en particular que se ejecuta en un dispositivo host específico.

9.11. DNS (Domain Name System)

Es un sistema de nomenclatura jerárquica para computadoras, servicios o cualquier recurso conectado a Internet o a una red privada, que traduce nombres de dominio legibles por humanos a direcciones IP.

9.12. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

Es un protocolo de red que permite a los nodos de una red IP obtener sus parámetros de configuración automáticamente, como la dirección IP, la máscara de subred y la puerta de enlace predeterminada.

9.13. FTP (File Transfer Protocol)

Se usa para la transferencia interactiva de archivos entre sistemas en una red.

9.14. Telnet

Se usa para tener acceso remoto a servidores y a dispositivos de red a través de una interfaz de línea de comandos.

9.15. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

Se usa para la transferencia de mensajes de correo electrónico y adjuntos entre servidores de correo.

9.16. POP (Post Office Protocol)

Se utiliza para recibir correo electrónico desde un servidor remoto, descargando los mensajes al cliente local.

9.17. HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

Se usa para transferir archivos que forman las páginas Web de la WWW (World Wide Web).

9.18. Gateway Default (Puerta de Enlace Predeterminada)

Es la ruta por defecto que se le asigna a un equipo y tiene como función enviar cualquier paquete del que no conozca por qué interfaz enviarlo y no esté definido en las rutas del equipo, enviando el paquete por la ruta por defecto.

9.19. Enrutamiento

Es la función de buscar un camino entre todos los posibles en una red de paquetes cuyas topologías poseen una gran conectividad, para dirigir los datos desde el origen hasta el destino.

9.20. Encapsulación

Proceso por el cual los datos que se deben enviar a través de una red se deben colocar en paquetes que se puedan administrar y rastrear. Las tres capas superiores del modelo OSI (aplicación, presentación y sesión) preparan los datos para su transmisión creando un formato común para la transmisión.

9.21. Direccionamiento

Información de identificación necesaria para enviar datos a un destino correcto cuando se usa una red.

9.22. Desencapsulación

Recepción de bits por la capa física y envío a la capa de enlace de datos. (Nota: Este proceso continúa a través de las capas superiores, donde cada capa elimina su encabezado correspondiente.)

9.23. Dominio de Broadcast

Grupo de dispositivos de la red que envían y reciben mensajes de difusión entre ellos. Un mensaje de broadcast es recibido por todos los dispositivos dentro de este dominio.

9.24. Dominio de Colisión

Grupo de dispositivos conectados al mismo medio físico, de tal manera que si dos dispositivos acceden al medio al mismo tiempo, el resultado será una colisión entre las dos señales.

9.25. LAN (Local Area Network)

Es una red que cubre una única área geográfica limitada (como una oficina, edificio o campus) y proporciona servicios y aplicaciones a personas dentro de una estructura organizacional común, como una empresa, campus o región.

9.26. WAN (Wide Area Network)

Son redes que se extienden sobre un área geográfica extensa. Contienen una colección de máquinas dedicadas a ejecutar los programas de usuarios (hosts). Estos están conectados por la red que lleva los mensajes de un host a otro. Estas LAN de host acceden a la subred de la WAN por un router. Suelen ser, por tanto, redes punto a punto.

9.27. Internet

Malla global de redes interconectadas que cubre las necesidades de comunicación humanas, formando una red de redes a nivel mundial.

9.28. Intranet

Es una conexión privada de algunas LAN y WAN que pertenecen a una organización y que está diseñada para que puedan acceder solamente los miembros y empleados de la organización u otros que tengan autorización.

9.29. Internetwork (Interconexión de Redes)

Una conexión de dos o más redes de datos o red de redes, pero en ocasiones se usa como sinónimo de una red de datos o red.

9.30. Tarjetas de Red (NIC)

Permite la comunicación entre diferentes aparatos conectados entre sí y también permite compartir recursos entre dos o más computadoras (discos duros, CD-ROM, impresoras, etc.).

9.31. Puerto Físico

Es una forma genérica de denominar a una interfaz a través de la cual los diferentes tipos de datos se pueden enviar y recibir (ej. puerto USB, puerto Ethernet).

9.32. Interfaz

Es la conexión entre dos ordenadores o máquinas de cualquier tipo, permitiendo una comunicación entre ambas.

9.33. Tipos de Puertos de Transporte

9.33.1. Puertos Conocidos (Well-Known Ports)

• Números del 0 al 1023: estos números se reservan para servicios y aplicaciones comunes.
• Por lo general, se utilizan para aplicaciones como HTTP (servidor Web, puerto 80), POP3 (puerto 110)/SMTP (servidor de e-mail, puerto 25) y Telnet (puerto 23).
• Al definir estos puertos conocidos para las aplicaciones del servidor, las aplicaciones del cliente pueden ser programadas para solicitar una conexión a un puerto específico y su servicio asociado.

9.33.2. Puertos Registrados (Registered Ports)

• Números 1024 al 49151: estos números de puertos están asignados a procesos o aplicaciones del usuario.
• Estos procesos son principalmente aplicaciones individuales que el usuario elige instalar en lugar de aplicaciones comunes que recibirían un puerto bien conocido.
• Cuando no se utilizan para un recurso del servidor, estos puertos también pueden utilizarse si un usuario los selecciona de manera dinámica como puerto de origen.

9.33.3. Puertos Dinámicos o Privados (Dynamic/Private Ports)

• Números del 49152 al 65535: también conocidos como puertos efímeros, suelen asignarse de manera dinámica a aplicaciones de cliente cuando se inicia una conexión.
• No es muy común que un cliente se conecte a un servicio utilizando un puerto dinámico o privado (aunque algunos programas que comparten archivos punto a punto lo hacen).

9.34. Dispositivos Finales

• Son los dispositivos de red con los que la gente está más familiarizada, como computadoras, smartphones, impresoras, etc.
• Estos dispositivos constituyen la interfaz entre la red humana y la red de comunicación subyacente.

9.35. Dispositivos Intermedios

• Las redes dependen de dispositivos intermediarios para proporcionar conectividad y para trabajar detrás de escena y garantizar que los datos fluyan a través de la red.
• Estos dispositivos conectan los hosts individuales a la red y pueden conectar varias redes individuales para formar una red interconectada (ej. switches, routers, puntos de acceso).

9.36. Medios de Comunicación

(La información sobre este punto no fue proporcionada en el documento original.)

10. Modelos de Referencia OSI y TCP/IP, PDU y Protocolos

A continuación, se presenta una tabla comparativa de los modelos de referencia OSI y TCP/IP, las Unidades de Datos de Protocolo (PDU) generadas en cada capa de TCP/IP y los protocolos asociados:

Modelo OSI	Modelo TCP/IP	PDU Generadas en Cada Capa de TCP/IP	Protocolos Usados en la Capa TCP/IP
Aplicación	Aplicación	Capa de aplicación: datos	DNS
Presentación	Transporte	Capa de transporte: segmentos	HTTP
Sesión	Internet	Capa de interconexión: paquete	SMTP
Transporte	Acceso de red	Capa de acceso a la red: trama	Telnet
Red			FTP
Enlace de datos
Física

11. Uso de los Comandos: Ping, Tracert y Netstat

11.1. Ping

El comando ping 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 (ambos definidos en el protocolo de red ICMP) para determinar si un sistema IP específico es accesible en una red y medir el tiempo de ida y vuelta (RTT).

11.2. Tracert (o Traceroute)

Tracert es una herramienta de diagnóstico de redes que permite seguir la pista de los paquetes que van desde un host (punto de red) a otro. Se obtiene además una estadística del RTT o latencia de red de esos paquetes, lo que viene a ser una estimación de la distancia a la que están los extremos de la comunicación, mostrando los saltos intermedios.

11.3. Netstat (Network Statistics)

Netstat es una herramienta de línea de comandos que muestra un listado de las conexiones activas de un ordenador, tanto entrantes como salientes, así como tablas de enrutamiento, estadísticas de interfaz y más.

12. Protocolo, Protocolos de Referencia y Protocolos de Aplicación

12.1. Protocolo

Un protocolo es un conjunto de reglas y estándares usados por computadoras para comunicarse unas con otras a través de una red, asegurando que la comunicación sea ordenada y comprensible.

12.2. Protocolos de Referencia

(La información sobre este punto no fue proporcionada en el documento original.)

12.3. Protocolos de Aplicación

(La información sobre este punto no fue proporcionada en el documento original.)

13. Modelos Cliente-Servidor y Punto-a-Punto (P2P)

13.1. Modelo Cliente-Servidor

En el modelo cliente-servidor, los recursos y servicios son centralizados en servidores dedicados a los que los clientes se conectan para acceder a la información o funcionalidades.

13.2. Modelo Punto-a-Punto (P2P)

A diferencia del modelo cliente-servidor que utiliza servidores dedicados, las redes punto a punto descentralizan los recursos en una red. En lugar de ubicar información para compartir en los servidores dedicados, la información puede colocarse en cualquier parte de un dispositivo conectado, permitiendo que cada dispositivo actúe como cliente y servidor simultáneamente.