Fundamentos Esenciales de Redes: Estándares, Arquitectura TCP/IP y Dispositivos Clave

Introducción a los Estándares de Red

Los estándares son cruciales para garantizar la compatibilidad e interoperabilidad en las comunicaciones. Existen dos tipos principales:

Tipos de Estándares

• Estándar de Iure (Oficial): Establecido formalmente por organizaciones de normalización (como la ISO). Define cómo deben diseñarse y fabricarse los productos.
  • Ejemplo: IEEE 802.3 (Ethernet).
• Estándar de Facto (De Mercado): No es oficial, pero se adopta ampliamente debido a su uso y aceptación en el mercado.
  • Ejemplo: TCP/IP.

Organizaciones de Estandarización Clave

Las entidades que elaboran estándares pueden ser:

• Consorcios de Fabricantes: Crean estándares de facto rápidamente.
• Organizaciones Oficiales: Entidades sin ánimo de lucro que elaboran estándares de iure tras un proceso formal. Cada país tiene su propia entidad; en España es la UNE, que forma parte de la ISO.

Principales Entidades de Estandarización

ISO (Organización Internacional de Normalización):

Fundada en 1946. Es una organización que establece estándares para bienes y servicios en diversos sectores científicos y tecnológicos.

ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones):

Fundada en 1865. Es una organización con dos comités principales: ITU-T e ITU-R, dedicados a estandarizar las telecomunicaciones.

IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos):

Fundado en 1884. Es un consorcio que establece estándares eléctricos y electrónicos (ej. 802.3, 802.11).

EIA (Asociación de Industrias Electrónicas):

Fundada en 1997. Es un consorcio que establece estándares de cableado eléctrico.

TIA (Asociación de la Industria de Telecomunicaciones):

Fundada en 1924. Se enfoca en estándares para redes telemáticas (ej. TR-42).

ICANN (Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números):

Fundada en 1998. Es un consorcio que gestiona la asignación de direcciones IP y nombres de dominio (GNSO).

ISOC (Sociedad de Internet):

Fundada en 1992. Es una organización que promueve el desarrollo y uso abierto de Internet.

ISC (Centro de Seguridad de Internet):

Fundado en 1994. Es un consorcio que se enfoca en el funcionamiento general y la seguridad de Internet.

Arquitectura de Redes Modernas y Protocolos

El Modelo de Capas

Divide las funciones de comunicación en niveles para facilitar su diseño, desarrollo y funcionamiento.

Protocolos

Son las reglas que permiten la comunicación entre sistemas, garantizando compatibilidad e interoperabilidad. Los protocolos incluyen funciones esenciales como:

• Control de flujo
• Detección de errores
• Encaminamiento
• Seguridad
• Sincronización

El Modelo TCP/IP (Base de Internet)

Es la arquitectura fundamental de Internet, organizada en capas, donde cada una cumple una función específica.

Ventajas de TCP/IP

• Permite conectar redes heterogéneas (Ethernet, Wi-Fi, GSM, etc.).
• Transmite datos por paquetes, garantizando compatibilidad y eficiencia.

Protocolos Fundamentales

Protocolo IP (Internet Protocol)

• Identifica cada dispositivo con una dirección IP.
• Es no orientado a la conexión, enviando paquetes de forma independiente.
• Compatible con cualquier red física.
• Es la base de Internet, junto con otros protocolos como DNS, HTTP/S y SMTP.

Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)

• Es orientado a la conexión, lo que garantiza que los datos lleguen completos, en orden y sin errores.
• Crea una conexión virtual y utiliza puertos para identificar aplicaciones (ej. web: 80, FTP: 21).
• Ideal para servicios que requieren fiabilidad, como la web y el correo electrónico.

Protocolo UDP (User Datagram Protocol)

• Es no orientado a la conexión, lo que lo hace más rápido, pero sin garantía de entrega.
• Se utiliza en servicios donde la velocidad es prioritaria y la pérdida de algún paquete es tolerable, como DNS, TFTP o streaming.

Componentes Físicos de la Red

Dispositivos Finales (Hosts)

Son el origen o destino de los mensajes e interactúan directamente con usuarios o sistemas.

• Ejemplos: smartphones, PC, servidores, impresoras.
• Cada uno debe tener una dirección IP única.

Ventajas

• Permiten la comunicación directa y personalizada.

Desventajas

• Dependen totalmente de la red.
• Pueden generar cuellos de botella si hay demasiados dispositivos activos.

Dispositivos Intermedios

Facilitan la comunicación entre los equipos y aseguran que los datos lleguen correctamente a su destino.

Repetidor / Amplificador

Extiende la distancia de transmisión y regenera señales.

• Regla 5-4-3 (Ethernet): 5 segmentos, 4 concentradores, 3 con dispositivos conectados.

Ventaja

• Aumenta el alcance de la red.

Desventaja

• No mejora la velocidad ni puede regenerar señales ilimitadamente.

Concentrador (Hub)

Conecta varias estaciones en una red local.

• Tipos: Pasivo (solo conecta) y Activo (amplifica señales).

Ventaja

• Instalación sencilla y económica.

Desventajas

• No filtra tráfico ni evita colisiones, lo que resulta en una red más lenta y menos eficiente.

Conmutador (Switch)

Envía tramas solo al destino correcto utilizando direcciones MAC.

Ventajas

• Segmenta el tráfico.
• Reduce colisiones.
• Aumenta la eficiencia y la privacidad.

Desventaja

• Más costoso y complejo que un hub.

Enrutador (Router)

Conecta diferentes redes y elige la mejor ruta para los datos. (OPERA EN LA CAPA 3 DEL MODELO OSI, NIVEL DE RED).

• Utiliza protocolos de encaminamiento como RIP, OSPF y BGP.

Ventajas

• Optimiza rutas.
• Es escalable y confiable.
• Conecta redes distintas (LAN, WAN, Internet).

Desventajas

• Configuración más compleja y mayor costo.

Pasarela (Gateway)

Conecta redes con protocolos o arquitecturas diferentes (ej. TCP/IP con X.25). (OPERA EN LA CAPA 4 DE TRANSPORTE).

• Traduce formatos y permite la interoperabilidad.

Ventajas

• Permite la comunicación entre redes heterogéneas.

Desventajas

• Puede generar retardo y requiere mayor procesamiento.

Topología y Diseño de Red

La Topología de Red (Física y Lógica)

Es el mapa que muestra cómo se conectan los dispositivos para intercambiar datos.

• Física: Distribución real de cables y equipos.
• Lógica: Forma en que los dispositivos se comunican.

Diseño de una Buena Red

1. Estudio: Analizar las necesidades específicas.
2. Investigación: Evaluar las tecnologías disponibles.
3. Planificación: Definir tiempos y posibles cambios.
4. Ejecución: Implementar las mejoras definidas.

Topología Física

Es la disposición real de los dispositivos y cables en una red.

Tipos Principales de Topología Física

• Bus o Cascada: Todos los equipos comparten un mismo cable.
  • Ventaja: Económica y fácil de instalar.
  • Desventaja: Si falla un tramo, se cae toda la red y el rendimiento disminuye.
• Doble Anillo: Ofrece alta tolerancia a fallos.
• Malla: Muy fiable y común en redes inalámbricas.
  • Desventaja: Costosa y compleja debido al gran número de enlaces necesarios.

Topología Lógica

Describe la forma en que los datos fluyen a través de la red.

Tipos de Comunicación Lógica

• Difusión (Broadcast): Todos reciben el mensaje, pero solo el destinatario lo procesa.
• Unidifusión (Unicast): Comunicación de uno a uno.
• Multidifusión (Multicast): Comunicación a un grupo específico.
• Difusión Total (Broadcast): Envío a todos los nodos de la red.
• Anycast: Envío al nodo más cercano dentro de un grupo.
• Paso de Token: Método de acceso al medio que utiliza un testigo para controlar la transmisión.

Elementos Clave de los Protocolos de Red

Funciones esenciales que deben cumplir los protocolos para asegurar una comunicación efectiva:

Control de Flujo:

Regula la velocidad de envío de datos entre emisor y receptor.

Detección y Corrección de Errores:

Identifica y corrige fallos en la transmisión de datos.

Direccionamiento:

Define el origen y el destino de los datos (ej. direcciones IP o MAC).

Encaminamiento:

Busca la ruta más rápida y eficiente para la transmisión.

Formato de Mensajes:

Estructura que deben tener los datos para ser interpretados.

Generación de Señal:

Convierte los datos en señales físicas aptas para el medio de transmisión.

Gestión de Red:

Supervisa y mantiene el rendimiento y la operatividad de la red.

Gestión del Intercambio:

Asegura la entrega ordenada y fiable de los segmentos de datos.

Interfaz:

Reglas para que dos sistemas o capas se comuniquen entre sí.

Recuperación:

Restaura el sistema o la conexión tras un fallo.

Seguridad:

Protege la información y los recursos de accesos no autorizados.

Sincronización:

Coordina los tiempos entre el emisor y el receptor.

Sistema de Transmisión:

Define el medio físico o lógico utilizado para enviar los datos.