Conceptos Fundamentales de Redes

¿Qué es una Red Informática?

Una red informática es la conexión entre una o más computadoras y dispositivos mediante cables, señales, ondas o cualquier otro método de transmisión de datos, con el objetivo de compartir información y/o recursos.

Recursos Compartidos en una Red

En una red se pueden compartir dos tipos principales de recursos:

• Recursos de Software: Corresponde a la parte lógica e intangible, como aplicaciones, archivos y bases de datos.
• Recursos de Hardware: Corresponde a la parte física y tangible, como impresoras, escáneres o unidades de almacenamiento.

Componentes Esenciales de una Red

Componentes de Hardware

Para construir una red, se necesitan varios elementos de hardware:

• Servidor

  Es una computadora de alta capacidad encargada de controlar la red, gestionar el sistema operativo de red, ofrecer servicios (como almacenamiento de archivos o acceso a aplicaciones) y permitir o denegar el acceso de los usuarios a los recursos. Algunos servidores son dedicados, es decir, realizan tareas específicas.

• Estación de Trabajo

  Son las computadoras que se conectan a la red. A diferencia del servidor, no la controlan. Por lo general, ejecutan su propio sistema operativo y posteriormente se integran al entorno de red para acceder a los recursos compartidos.

• Tarjeta de Red (NIC)

  Para que una computadora pueda conectarse a una red, debe tener instalada una tarjeta de red (NIC – Network Interface Card). Es el dispositivo que proporciona la interfaz física entre la computadora y el medio de red.

• Cableado o Medio de Transmisión

  Es el medio físico a través del cual viajan las señales que transportan los datos. Los factores importantes a considerar son la velocidad de transmisión, la distancia máxima y la inmunidad a interferencias. Los medios más utilizados son:

  • Cable Coaxial
  • Par Trenzado
  • Fibra Óptica
  • Medios inalámbricos (ondas de radio)

Componentes de Software

Sistema Operativo de Red

Además de las funciones de un sistema operativo convencional, un sistema operativo de red (NOS – Network Operating System) incluye herramientas para el uso, la gestión y el mantenimiento de la red. Proporciona servicios como la gestión de usuarios, la seguridad y el correo electrónico. Cada sistema operativo de red ofrece una forma diferente de gestionar la red y utiliza distintos protocolos de comunicación.

Clasificación de las Redes

Las redes informáticas se pueden clasificar según diferentes criterios:

• Por Extensión Geográfica: PAN, LAN, MAN, WAN.
• Por Topología: Bus, Anillo, Estrella, Árbol, Malla.
• Por Tecnología de Transmisión: Punto a Punto (Point-to-Point), Difusión (Broadcast).
• Por Relación Funcional: Cliente-Servidor, Peer-to-Peer (P2P).
• Por Método de Conexión: Medios Guiados (cable), Medios no Guiados (inalámbrico).

Clasificación por Extensión Geográfica

PAN (Personal Area Network – Red de Área Personal)

Es una red de computadoras para la comunicación entre distintos dispositivos cercanos a una persona. Su alcance es de apenas unos pocos metros y generalmente son inalámbricas (ej. Bluetooth).

LAN (Local Area Network – Red de Área Local)

Son redes de tamaño reducido, que se encuentran mayormente en entornos como oficinas, escuelas o edificios. Su extensión no suele superar los 1000 metros, su velocidad es variable (ej. 100 Mbps, 1 Gbps) y su tecnología de transmisión es, generalmente, broadcast.

MAN (Metropolitan Area Network – Red de Área Metropolitana)

Son redes que pueden abarcar ciudades enteras, interconectando diversas redes LAN. Su extensión puede llegar hasta los 100 km y ofrecen altas velocidades de transmisión (ej. 10 Gbps).

WAN (Wide Area Network – Red de Área Amplia)

Tienen un alcance geográfico muy amplio, pudiendo conectar ciudades, países o continentes. El medio utilizado puede ser fibra óptica, enlaces satelitales, etc. Existen tanto redes WAN públicas (como Internet) como privadas.

Topologías de Red

La topología define la estructura física o lógica de cómo se interconectan los nodos (estaciones de trabajo, servidores, etc.) en una red.

Bus Lineal

Es una de las topologías más antiguas. En ella, los equipos están conectados a un único cable central (bus), generalmente coaxial. Requiere un terminador en cada extremo del cable para evitar el rebote de la señal. Para ampliar la red, se utilizan repetidores.

Ventajas:

• Fácil de instalar y conectar nuevos nodos.

Desventajas:

• Una ruptura en el cable principal interrumpe toda la red.
• Alta probabilidad de colisiones de datos.

Anillo

En una topología de anillo, cada dispositivo tiene una conexión punto a punto con los dos dispositivos adyacentes. La señal viaja a lo largo del anillo en una única dirección, pasando por cada nodo hasta alcanzar su destino. Cada dispositivo actúa como un repetidor.

Ventajas:

• Baja probabilidad de colisiones (si se usa un método de paso de testigo).

Desventajas:

• La falla o desconexión de un nodo puede interrumpir toda la red (en topologías simples).
• Agregar o quitar un dispositivo requiere interrumpir temporalmente la red.

Malla

En una topología de malla, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo. Una red en malla completamente conectada necesita n(n-1)/2 canales físicos para enlazar n dispositivos.

Ventajas:

• Alta tolerancia a fallos; si un enlace falla, existen rutas alternativas.
• Es una red descentralizada, sin un punto único de fallo.
• La falla de un nodo no afecta al resto de la red.

Desventajas:

• Es la topología más costosa debido a la gran cantidad de cableado y puertos necesarios.

Estrella

Todos los equipos de la red se conectan a un dispositivo central, como un concentrador (hub) o un conmutador (switch), que gestiona el tráfico. Para la conexión se suele utilizar cable de par trenzado o fibra óptica.

Ventajas:

• Centralización de la red, facilitando la gestión y detección de fallos.
• El fallo de un nodo o cable no afecta al resto de la red.

Desventajas:

• Si el dispositivo central falla, toda la red queda inoperativa.
• Puede ser más costosa que la topología de bus.

Árbol

Esta topología es una variante de la de estrella. Los nodos se organizan en una estructura jerárquica. No todos los nodos se conectan directamente al concentrador principal, sino que se agrupan en torno a concentradores secundarios que, a su vez, se conectan al central.

Tecnologías de Transmisión

Modos de Transmisión

Broadcast (Difusión)

Utiliza un canal de comunicación compartido por todas las máquinas. Si una máquina envía un paquete, lo reciben todas las demás conectadas al mismo medio. Es característica de topologías como la de bus.

Punto a Punto (Point-to-Point)

Consiste en establecer un enlace de comunicación dedicado entre dos puntos (nodos). Es una conexión fácil, fiable y rápida.

Direccionalidad de la Transmisión

Simplex

La transmisión de datos ocurre en un solo sentido.

Half-Duplex

La transmisión se efectúa en ambos sentidos, pero no simultáneamente (uno a la vez).

Full-Duplex

La transmisión se efectúa en ambos sentidos de forma simultánea.

Dispositivos de Red y Estándares Clave

Tarjeta de Red y Estándares

La tarjeta de red (NIC) es el componente de hardware que permite a una computadora conectarse a una red. Funciona como una interfaz con dos conexiones: una con el bus de la computadora (ej. PCIe) y otra con el medio de red (ej. puerto RJ-45).

Actualmente, el estándar predominante es Ethernet, que soporta diversas velocidades (100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps, etc.). En sus versiones más antiguas sobre medios compartidos, utilizaba una tecnología de acceso al medio llamada CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones).

Tecnologías anteriores como Token Ring (topología de anillo con paso de testigo) y ARCNET fueron populares en su momento, pero ofrecían un rendimiento inferior. Es importante no confundir estas tecnologías con ARPANET, que fue la red precursora de Internet y donde se desarrollaron los protocolos TCP/IP.

Dirección MAC

La dirección MAC (Media Access Control) es un identificador único asignado por el fabricante a cada tarjeta de red. Está formada por 48 bits, comúnmente representados como 6 pares de dígitos hexadecimales (ejemplo: 00-1A-2B-3C-4D-5E). Los primeros 3 pares identifican al fabricante (OUI – Organizationally Unique Identifier), asignado por la IEEE, y los últimos 3 pares son un número de serie único para ese fabricante.

Dispositivos de Interconexión

Hub (Concentrador)

Es un dispositivo simple que opera en la capa física. Cuando recibe datos por un puerto, los retransmite a todos los demás puertos. Todas las computadoras conectadas reciben la información, aunque solo esté destinada a una. Esto crea un único dominio de colisión, lo que significa que solo un dispositivo puede transmitir a la vez.

Switch (Conmutador)

Es un dispositivo más inteligente que opera en la capa de enlace de datos. Aprende las direcciones MAC de los dispositivos conectados a cada uno de sus puertos y reenvía los datos únicamente al puerto de destino. Esto reduce el tráfico innecesario y crea dominios de colisión separados para cada puerto, permitiendo múltiples comunicaciones simultáneas.

Router (Enrutador)

Opera en la capa de red y es el dispositivo utilizado para interconectar redes diferentes (por ejemplo, tu red local con Internet). Su función principal es determinar la mejor ruta para enviar los paquetes de datos hacia su destino final a través de múltiples redes. Gestiona el tráfico de manera eficiente y permite la comunicación entre redes con diferentes direccionamientos IP.