CONTENIDO

Situación de Aprendizaje

En esta unidad aprenderemos a configurar nuestra red de casa. Por lo tanto, al finalizar la Unidad Didáctica tendréis que ser capaces de entregar en vuestro Cuaderno Digital de la Unidad un Diagrama de la Red Local de vuestra casa donde se puedan ver claramente cada uno de los dispositivos físicos que tenéis en casa y además, hagáis el diseño de direcciones IP más adecuado para la red de vuestro hogar.  Tendremos que ser capaces de construir un diagrama parecido a este: 

1. Sistemas de comunicaciones y redes

Un sistema de comunicaciones es un conjunto de elementos que permiten transmitir información desde un punto a otro. En este sentido, la información fluirá desde un elemento origen hasta uno o varios destinos. Dos personas que mantienen una conversación son un claro ejemplo de un sistema de comunicaciones. En este ejemplo, la persona que habla será la encargada de generar la información, en forma de voz, que será recibida por la otra persona.

Una red de comunicaciones es un conjunto de medios técnicos organizados para comunicar información entre ellos. En este sentido, podemos hablar de red de telefonía, que será aquella red de comunicaciones formada por todos los elementos que permiten realizar una comunicación telefónica, y red de ordenadores que estará compuesta por el conjunto de ordenadores conectados entre sí que pueden intercambiar información.

Por lo tanto, una red informática es un conjunto de ordenadores conectados entre sí que pueden compartir información (documentos, imágenes, etc...), recursos (impresoras, discos duros) y servicios. Una red puede estar formada por dos ordenadores o llegar incluso a tener conectados miles de ordenadores repartidos por todo el mundo (Internet).

1.1 Componentes

En todo sistema de comunicaciones podemos encontrar los siguientes componentes:

• El transmisor: Se trata del elemento del sistema encargado de generar y preparar la información, codificándola sobre el fenómeno físico empleado en la comunicación, la señal.

• El canal de transmisión o medio de transmisión es la conexión física entre el transmisor y el receptor. Puede ser un cable, el aire, etc. Todos los medios de transmisión modifican la señal que lleva la información en su camino hacia el receptor debido a los fenómenos físicos que tienen lugar en él.

• El receptor: Se trata del elemento del sistema destinatario de la información. Debe recoger la señal transmitida del medio e intentar recuperar la información codificada en ella.

Aunque los componentes que acabamos de definir son los componentes básicos de cualquier sistema de comunicaciones, si es cierto, que se pueden distinguir algunos más:

• El transmisor se puede descomponer en dos elementos, la fuente y el transmisor. La fuente será el elemento que genera los datos, mientras que el transmisor será el encargado de codificar estos datos para que puedan ser enviados a través del medio de transmisión empleado. 

• La señal, como ya hemos comentado, será el fenómeno físico que porta la información sobre el medio de transmisión.

• El receptor tambien se puede descomponer en dos elementos, el receptor y el destino. El primero de ellos es el encargado de recibir la señal del medio y descodificar la información, mientras que el destino será el elemento al que va dirigida dicha información.

1.2 Redes de datos.

Las redes de datos son redes de comunicaciones pensadas para intercambiar datos empleando protocolos de comunicaciones. En este caso, los elementos fuente y destino de la información son dispositivos electrónicos, como ordenadores, móviles, etc...

Una red de datos esta formada por los siguientes componentes:

• Nodos: Reciben y procesan la información. Cada nodo por lo tanto es un dispositivo electrónico que es capaz de recibir la señal del medio de transmisión utilizado.

• Enlaces: Se encargan de conectar los nodos entre si permitiendo por lo tanto el envío y recepción de la información.

Para que los distintos nodos puedan entenderse, es decir, para que puedan intercambiar información deben establecerse una serie de acuerdos y reglas. Al conjunto de estos acuerdos y reglas se le denomina protocolo de comunicación. 

El empleo de redes de datos presenta las siguientes ventajas:

• Acceso a la información: Cualquier usuario puede acceder a la información almacenada en la red de manera remota.

• Procesamiento distribuido: Se pueden ejecutar aplicaciones repartiendo el trabajo en distintos nodos de manera transparente para el usuario.

• Uso de nuevas alternativas de comunicación: Cualquier usuario puede comunicarse con otro empleando aplicaciones informáticas diseñadas para estas tareas, por ejemplo; Google Suite.

1.3 Tipos de Redes

Las redes de datos pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios:

• Área de Distribución: En relación al tamaño de la red.

• Según su nivel de acceso o privacidad: Internet, Intranet y Extranet. 

• Según su relación funcional: Cliente-Servidor y Redes entre iguales o Peer to Peer (P2P). 

• Según el medio: Las redes pueden ser cableadas, inalámbricas o mixtas.

1.3.1 Área de Distribución

En esta clasificación podemos encontrar los siguientes tipos:

• PAN: se denomina red de área personal (Personal Area Network) a una red de nodos localizados cerca de una persona. Entre estos nodos podemos encontrar PDAs, teléfonos móviles, etc. El alcance de una PAN es muy limitado, generalmente de unos pocos metros. 

• LAN: se denomina red de área personal (Personal Area Network) a una red de comunicaciones que interconecta nodos localizados dentro de un mismo edificio o como mucho edificio contiguos.

• MAN: una red de área metropolitana (Metropolitan Area Network) es un concepto similar a LAN, pero cuya área de cobertura es mayor, cubriendo ciudades enteras.

• WAN: se consideran redes de área amplia (Wide Area Network) a todas las redes de comunicaciones que cubren un área geográfica extensa. Habitualmente, una WAN está compuesta por una serie de LAN conectadas a través de enlaces, ya sean cableados (normalmente fibra óptica) o inalámbricos.

1.3.2 Según su nivel de acceso o privacidad

• Internet: Es una red mundial de redes de ordenadores.

• Intranet: Es una red local que utiliza herramientas de Internet (web, correo, ftp, ....). Se puede considerar como una Internet privada que funciona dentro de una misma organización o empresa.

• Extranet: Es una red privada virtual, es decir, es parte de la intranet de una organización que se extiende a usuarios que estén fuera de ella. Es una conexión por internet para comunicaciones entre empresas, proveedores, de empresa a empresa y de empresas a consumidores. 

1.3.3 Según su relación funcional

• Cliente-Servidor: Los clientes utilizan los recursos compartidos y los servicios que proporcionan los servidores (ordenadores que centralizan los recursos y servicios): web, datos, impresión, etc..

• Redes entre iguales o Peer to Peer (P2P): Todos los dispositivos pueden actuar como clientes o servidores. Permiten el intercambio de archivos entre los ordenadores interconectados. 

1.3.4 Según el medio

Como hemos comentado anteriormente, según el medio las redes pueden ser cableadas, inalámbricas o mixtas:

• Redes Cableadas: En las redes cableadas existe un medio físico que comunica los diversos componentes entre sí: cobre o fibra óptica habitualmente. Estas redes son rápidas y seguras. Son las habituales en empresas.

• Redes inalámbricas: En las redes inalámbricas la comunicación entre equipos se lleva a cabo mediante ondas de radio o microondas. Las redes inalámbricas domésticas se denominan redes wifi (Wireless Fidelity). Estas redes son menos rápidas y seguras que las redes cableadas. No obstante, este tipo de redes son cada vez más habituales en hogares, restaurantes, hoteles, medios de transporte, ...

• Redes mixtas: En estas redes existen equipos conectados con cable y equipos conectados de manera inalámbrica.

1.3.5 Interredes

Se llama interred a un conjunto de redes conectadas entre si. Lo más habitual es encontrar un conjunto de redes LAN conectadas mediante una red WAN.

La red de redes, como se suele llamar a Internet, está formada por la interconexión de multitud de redes diferentes. 

1.4 Estándares

Un estándar es un conjunto de normas, acuerdos y recomendaciones técnicas que regulan la transmisión de los sistemas de comunicación. Sin la existencia de los estándares sería muy difícil mantener conectado el mundo tal y como lo esta en la actualidad. En la siguiente tabla podemos consultar alguno de los organismos de estandarización más importantes. 

2. Elementos de las LAN (Dispositivos de Interconexión)

Para construir redes de área local debemos tener claro cuáles son los elementos que la componen. En una red de área local (LAN) encontraremos:

• Ordenadores personales: Se trata de la herramienta de trabajo de los distintos usuarios de la red.

• Periféricos: De los cuales los más comunes son las impresoras, los escáneres y los discos duros en red. 

En una LAN tambien es habitual encontrar máquinas que proporcionan ciertos servicios específicos a los usuarios de los ordenadores conectados en red. Estas máquinas se denominan servidores y suelen tener un propósito específico (Servidores Web, Servidores de Almacenamiento, Servidores de bases de datos, Servidores de correo electrónico, etc...).

Además de estos elementos, que son los que los usuarios utilizan habitualmente, es necesario usar una infraestructura adicional, que no tiene por qué ser conocida por los usuarios y que normalmente está compuesta por:

• Los medios de transmisión, que pueden ser cableados o inalámbricos, y que son los que conectan a los nodos de la red entre sí.

• Los adaptadores de red o las tarjetas de interfaz de red (NIC, Network Interface Card), que son dispositivos electrónicos que se instalan en los ordenadores para que estos puedan estar conectados a una red de área local.

• Los dispositivos de interconexión. Se trata del conjunto de dispositivos necesarios para poder diseñar la estructura de la LAN. 

Con la finalidad de aprovechar al máximo las capacidades de la red, es necesario el uso de distintos dispositivos electrónicos que sirven de punto de conexión dentro de la red. Dependiendo del número de ordenadores de nuestra LAN y del número de departamentos de la empresa, nos podrá interesar más utilizar uno u otro tipo de dispositivo.

2.1 Medios de transmisión

Debemos tener presente que cuando la información se desplaza, lo que realmente se está moviendo es energía que puede ser:

• En forma de energía eléctrica, cuando lo que usamos como medio de transmisión es un material conductor como por ejemplo el cobre.

• En forma de energía lumínica, cuando lo que usamos como medio de transmisión es un material que conduce la luz como por ejemplo la fibra óptica.

• En forma de energía electromagnética no guiada cuando lo que usamos como medio de transmisión es el aire como por ejemplo el uso de ondas de radio utilizadas por los medios de transmisión inalámbricos. 

2.2 Adaptadores de Red

Normalmente estos dispositivos suelen ir insertados en una ranura de la placa base del ordenador o vía USB. Destacamos los siguientes:

• Tarjetas internas: Estas tarjeta proporcionan hacia el exterior un puerto RJ45 ya que Ethernet es la tecnología más usual en redes de área local.  Tambien existen tarjetas Ethernet inalámbricas. 

• Adaptadores externos: En este caso, normalmente se conectan al ordenador a través de un puerto USB. 

Además, debes saber que....

• Un mismo nodo de una red puede tener varios adaptadores de red, incluso de diferentes tipos, para aumentar las posibilidades de conexión del mismo.

• Si hablamos de una tarjeta que cumple con el estándar Ethernet (la mayoría de ellas ya que Ethernet es la tecnología de redes de área local más usada en el mundo), debemos recordar que tiene un número de identificación único de 48 bits, en hexadecimal y llamado dirección MAC. Estas direcciones MAC se denominan direcciones hardware y son como el DNI de la tarjeta ya que son únicas. 

Una Dirección MAC es un identificador único de un dispositivo de red. Consta de un identificador hexadecimal de 6 bytes (48 bits). Cualquier dispositivo de red ( tarjeta ethernet, wifi, router, ....) tiene su propia MAC que es única en el mundo. 

2.3 Dispositivos de interconexión

Estos dispositivos nos permiten obtener el mayor aprovechamiento de las características de una red. Estos dispositivos son distintos para su uso en redes cableadas y en redes inalámbricas.

2.3.1 Dispositivos para redes cableadas

2.3.1.1 Repetidores o Hubs.

Estos dispositivos tienen como función aumentar la distancia alcanzada por la red permitiendo aumentar el número de equipos conectados a la red. Para ello, se conectan a la red en un punto y simplemente se encargan de regenerar las señales recibidas en dicho punto, no realizando ninguna operación adicional. 

2.3.1.2 Puentes

Los puentes nos permiten dividir la red de área local (LAN) en trozos. A este proceso se le denomina segmentación. En una red sin divisiones todos los equipos comparten la capacidad de transmisión que tenga la red, sin embargo, al dividir la red en segmentos más pequeños cada uno de ellos es independiente del otro desde el punto de vista de la transmisión (ancho de banda).

¿Qué ocurre si un equipo de un segmento quiere comunicarse con otro conectado a un segmento diferente?

El primer equipo realizará la comunicación (transmisión) y el puente se encargará de retransmitirla unicamente al segmento en el que se encuentra conectado el equipo receptor. De esta forma el puente NO inyectará tráfico de red en un segmento para el que no va dirigido el mensaje.

2.3.1.3 Hub (Concentrador)

Un Hub o concentrador es un equipo de redes que permite conectar entre sí otros equipos y retransmite los paquetes que recibe desde cualquiera de los puertos a todos los demás. Los hubs han dejado de ser utilizados, debido al gran nivel de colisiones y tráfico de red que propician.

2.3.1.4 Switch (Conmutador)

Los switches o conmutadores son puentes que tienen la posibilidad de dividir la red en muchos segmentos y que retransmiten a mayor velocidad. Además, permiten que varios segmentos puedan trabajar a velocidades diferentes que otros. 

La principal diferencia entre el hub y el switch es que los switches toman decisiones basándose en las direcciones MAC y los hubs NO toman ninguna decisión. Los switches encaminan los datos hacia el puerto al cual está conectado el host destino mientras que los hubs envían los datos a través de todos los puertos. Por este motivo, los switches hacen que la LAN sea mucho más eficiente y los hubs hacen que sea más lenta.

2.3.1.5 Router 

Los routers son dispositivos que permiten segmentar la red y elegir la ruta óptima que deben seguir los mensajes enviados desde un equipo a otro. Al igual que los dispositivos anteriores, puentes y switches, los routers dividen la red en segmentos denominados subredes. 

Además de dividir la red, los routers permiten determinar la ruta que deben seguir los mensajes hasta el siguiente router, teniendo en cuenta el destino de la información. Para ello, analizan los diferentes caminos posibles y eligen la mejor opción en cada momento. Existen routers tanto cableados como inalámbricos. 

2.3.1.6 Servidor

Un servidor en informática o computación es un ordenador en el que se ejecuta un programa ( o varios) que realiza alguna tarea en beneficio de otras aplicaciones llamadas clientes. Suelen estar dotados de varios discos duros para poder almacenar gran cantidad de información.

Algunos servidor habituales son los servicios de archivos, que permiten a los usuarios almacenar y acceder a los archivos de una computadora y los servicios de aplicaciones, que realizan tareas en beneficio directo del usuario final. Es posible que un ordenador cumpla simultáneamente las funciones de cliente y servidor.

2.4 Curioseando

Sabias que antes de las redes locales, la única posibilidad de compartir información era copiándola en un diskette y transportarlo a la máquina destino. En esos tiempos era frecuente ver a los trabajadores de una empresa pasearse con un monto de diskettes desde su puesto de trabajo hasta el lugar donde se encontraba la impresora para imprimir sus informes. 

Por otro lado, las redes locales son uno de los principales focos de localización de gusanos (virus).

2.5 Red Informática en un Hogar

En el siguiente esquema vemos los distintos dispositivos que hoy en día pueden convivir en la red informática de nuestro hogar.

3. Topologías de Red

Como ya hemos comentado, una red local está formada por distintos equipos (a los que hemos llamado nodos), como ordenadores, impresoras, etc.. unidos entre sí mediante líneas de comunicación. A las distintas formas de conectar los componentes de una red local se les llama topología. O lo que es lo mismo, la topología define la estructura de la red.

A la hora de elegir la topología de una red hay que tener en cuenta factores como el número de nodos que formarán parte de la red, el tipo de acceso, etc. La topología de red que finalmente se elija para una red local influirá en su funcionamiento y en su rendimiento. 

El concepto de topología se puede definir a través de dos ideas:

• La topología física indica la disposición física de los elementos de la red.

• La topología lógica que nos indica la forma en que los datos viajan por la red.

3.1 Topologías Física

La topología física representa la forma que tiene la red. Los diferentes tipos de topologías físicas que veremos en este tema son los siguientes:

Topología en Bus

Se trata de la topología más sencilla. En las redes que utilizan esta tipología todos los nodos están conectados directamente a un canal de comunicaciones común llamado bus (suele ser un cable coaxial).

En los extremos del bus debe existir un dispositivo terminador que se encarga de eliminar las señales de retorno evitando de esta forma que las señales reboten y seán recibidas nuevamente por todos los nodos conectados al bus.

En esta topología la información que se envía al bus llega a todos los nodos conectados. Por este motivo cuando un nodo envía información al bus todos los demás nodos de la red pueden ver dicha información. Cada nodo tendrá que comprobar si la información enviada iba para él o no, es decir, cada nodo comprobará si la dirección destino del mensaje es la suya o no. 

Ventajas

• La sencillez de las redes en bus hace que su montaje sea fácil así como las tareas de mantenimiento de añadir o eliminar un nodo de la red.

• No es necesario que todos los nodos estén en funcionamiento para el correcto funcionamiento de la red.

Inconvenientes

• El diagnóstico de errores y el aislamiento de los problemas pueden resultar complejos.

• Si se rompe el cable del bus todos los nodos quedan incomunicados.

• Al compartir todos los nodos el mismo medio se pueden producir problemas de tráfico y colisiones. Se dice que ha habido una colisión cuando varios nodos de una red envíen datos simultáneamente. Si esto ocurre, los datos enviados se pierden y habrá que enviarlos de nuevo. Digamos que es algo parecido a lo que ocurre cuando varias personas hablan a la vez y no se puede entender lo que dice ninguna de ellas. 

Topología en Anillo

En esta topología cada nodo está conectado con sus nodos adyacentes por enlaces denominados punto a punto, formando una especie de anillo cerrado por el que viaja la información. Es habitual el uso de fibra óptica como medio físico. 

En este tipo de redes la información circula de un nodo al siguiente y en un único sentido. Para ello, cada nodo del anillo tiene un receptor y un transmisor que hacer la función de repetidor pasando la información al siguiente nodo. En cada momento, solo uno de los nodos que forman el anillo tienen permiso para hablar. Este permiso se denomina testigo o token y se va pasando de un nodo al siguiente. De esta manera se evitan las colisiones en esta topología de red. (Ejemplo: Como si de una carrera de relevos se tratase....).

Ventajas

• En las redes en anillo se simplifica el acceso al medio.

Inconvenientes

• La tarea de añadir nodos a la red requiere romper el anillo en un punto. Esto implica que mientras se añaden nodos la red NO puede funcionar.

• Si uno de los nodos deja de funcionar la red también fallará. Sin embargo, actualmente existen conectores especiales que permiten la desconexión del nodo averiado para que el sistema pueda seguir funcionando. 

Topología en Estrella

En esta topología existe un nodo central, enlazado directamente con todos los demás, que controla el tráfico de datos por la red, reenviando los datos a su destino. Cada nodo tiene un enlace punto a punto con el nodo central. Cuando un nodo quiere enviar datos a otro, los envía a través del nodo central que es quien los reenvía a su destino. 

El nodo central puede ser un switch o un hub al que se conectan los otros nodos. Se dice que puede ser activo o pasivo. Es activo cuando regenera la señal recibida antes de reenviarla y pasivo cuando simplemente proporciona una conexión entre los dispositivos conectados sin regenerar la señal.

Si se envían los datos solo al destino o a todas las estaciones, dependerá de si el concentrador es un hub o un switch.  

Ventajas

• Es una topología fácil de diseñar, instalar y mantener.

• Si un nodo que no sea el central falla, la red sigue funcionando.

• La detección y reparación de fallos es más sencilla.

Inconvenientes

• Como toda la información que circula por la red debe pasar por el nodo central, este se convierte en el cuello de botella de la red, ya que todos los mensajes deben pasar por él.

Topología en Árbol

También llamada topología jerárquica, la mayoría de los nodos están conectados a concentradores secundarios. Estos concentradores secundarios, así como algunos otros nodos, estarán conectados a un concentrador primario o central, que puede ser un switch o un hub. 

Realmente esta topología puede verse como un conjunto de redes en estrella interconectadas a un bus central. Por lo tanto presenta características de las topologías en estrella y en bus.

Ventajas

• Esta topología facilita el crecimiento de la red.

Inconvenientes

• El fallo de un nodo implica la interrupción de las comunicaciones en toda la rama del árbol que cuelga de ese nodo.

Topología en Malla

En esta topología cada nodo se conecta a todos los demás de forma que los datos pueden viajar del nodo origen al destino siguiendo distintas rutas de comunicación.

Ventajas

• Como cada nodo está conectado fisicamente a los demás, si algún enlace falla los datos siempre encontrarán una ruta alternativa para llegar a su destino. Por este motivo, este tipo de red se instala para intentar garantizar que la comunicación nunca se pierda. 

• La red NO es vulnerable al fallo de un nodo.

Inconvenientes

• El número de nodos que soporta es bastante limitado, pues de lo contrario el número de enlaces se dispararía.

Topologías Mixtas

Las topologías mixtas son mezclas de las ya vistas anteriormente. Por ejemplo:

3.2 Topología Lógica

La topología lógica indica la forma en la que viaja la información. De esta forma, sobre una misma topología física podemos implementar distintas topologías lógicas. Veamos algunos ejemplos:

• Topología física en estrella y topología lógica en bus.

• Topología física en estrella y topología lógica en anillo.

4. Medios de transmisión

El medio físico por el que se propaga la señal que contiene la información puede clasificarse de la siguiente forma:

• Medios Guiados: Los medios guiados son aquellos compuestos por un material físico sólido que se encarga de transportar la señal de la información sin que esta sobrepase las fronteras físicas del medio. Medios de este tipo pueden transportar señales formadas por ondas electromagnéticas como el par trenzado, el cable coaxial o la guía onda; o bien por señales ópticas, como la fibra óptica. 

En este tema veremos los medios más importantes en el ámbito de las redes locales.

4.1 Par trenzado

Un cable de par trenzado está formado por dos conductores, normalmente hilos de cobre. Cada conductor posee un aislamiento de plástico que lo recubre. Ambos hilos se trenzan de acuerdo a un número de vueltos por centímetro para garantizar que ambos hilos tengan el mismo tamaño. El uso de tipo de cable esta muy extendido en la red telefónica.

El principal éxito de este tipo de cable proviene de dos características muy ventajosas. Por un lado, el reducido coste de su fabricación y por otro la facilidad de instalación. Estas características han hecho que sea el principal medio de transmisión para el acceso telefónico a redes de voz y datos (redes de área local).

Tipos

Si el cable posee más de un par trenzado se denomina multipar. Existen en el mercado diferentes tipos de cables multipares: de 4, 8, 100, 300 e incluso más hilos (hasta un máximo de 2200 pares). Sin embargo, en las redes locales los más comunes son los de 4 pares, 8 hilos. 

El tipo de par trenzado más utilizado en comunicaciones se denomina cable de par trenzado sin blindaje (UTP- Unshielded Twisted Pair). Por otro lado, existe tambien un par trenzado con blindaje (STP-Shielded Twisted Pair). Este último posee una envoltura metálica que aísla al cable de ruidos e interferencias externas.  Dentro del tipo STP pueden encontrarse varias formas de apantallamiento. 

Dada la gran cantidad de parámetros que entran en juego en la construcción de un cable de par trenzado, los principales fabricantes de equipos electrónicos tuvieron la necesidad de ponerse de acuerdo mediante un estándar con el fin de poder fabricar equipos compatibles entre las distintas marcas. 

La Alianza de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Alliance) recogió esta idea y desarrolló una serie de estándares. La EIA establece siete categorías de cable de par trenzado, mediante las cuales se determina la calidad del cable, siendo 1 la menor y 7 la mayor. En la siguiente tabla vemos un resumen de estas categorías.

Los conectores más comúnmente utilizados para UTP son los denominados RJ. En la siguiente figura podemos ver un RJ45 utilizado para redes de área local y un RJ-11 utilizado para líneas telefónicas. El conector tiene una única forma correcta de conexión para evitar de esta forma errores en la conexión.  

Crimpadores

El crimpador es una herramienta que permite la fijación de un cable a su conector. En la siguiente figura vemos la forma de un crimpador para RJ-45.

Asignación de Pines a Pares en el Conector RJ-45

En la siguiente tabla vemos la asignación de los pines del conector RJ-45 en base a los distintos estándares que existen.

La única diferencia existente entre T568A y T568B es que los pares 2 y 3 (Naranja y Verde) están alternados. Ambos estándares conectan los cables directamente, es decir, los pines 1 a 8 de cada extremo se conectan con los pines 1 a 8, respectivamente en el otro extremo. 

4.2 Cable coaxial

El cable coaxial al igual que el par trenzado esta compuesto por dos hilos conductores pero están estructurados dentro del cable de forma distinta. En el cable coaxial, uno de los hilos es sólido y se encuentra en el centro del cable. Este hilo se recubre de material dieléctrico, que se rodea, a su vez por una malla de hilos. Externamente el cable se termina con un recubrimiento de plástico que sirve de aislante frente a contactos eléctricos e influencia de la humedad. 

El cable coaxial transporta señales con rangos de frecuencia más altos que los cables de pares trenzados. Puede considerarse que este cable es económico, aunque más caro que el par trenzado. Además sus características hacen que sea fácilmente instable. 

Se suele utilizar el cable coaxial de banda ancha como medio de transmisión de la señales de televisión.

4.3 Fibra Óptica

La fibra óptica es un medio de comunicaciones guiado constituido por plástico o cristal y su finalidad es la de transportar señales ópticas. Este medio se recubre de una cubierta que protege a la fibra de roturas ante golpes y lo apantalla para evitar las influencias de otras fuentes luminosas. 

La fibra óptica ofrece diversas ventajas frente a otros tipos de cables:

• La fibra no se ve afectada por campos electromagnéticos externos.

• Posee un alto ancho de banda y por lo tanto permite velocidades de transmisión elevadas.

• Es idónea para largas distancias.

Algunos inconvenientes están asociados con su elevado coste y tambien con el elevado coste de los materiales de adaptación necesarios para los equipos finales donde queremos que llegue la fibra óptica.

La fibra óptica se utiliza para conectar distintos continentes (instalada en el fondo marino) e incluso hoy en día ya llega a nuestros hogares.

Conectores

Los tipos de conectores disponibles para la fibra óptica son muy variados, entre ellos, destacamos los siguientes:

• FC: Se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.

• FDDI: Se usa para redes de fibra óptica.

• LC y MT-Array: Son utilizados en transmisiones de alta densidad de datos.

• SC y SC-Dúplex: Se utilizan para la transmisión de datos.

• ST o BFOC: Se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.

4.4 Medios inalámbricos

Los medios inalámbricos son medios no guiados que basan su funcionamiento en la radiación de energía electromagnética. Esa energía es transmitida por un emisor y recibida por un receptor. Se pueden considerar cuatro tecnologías:

• Ondas de radio.

• Microondas.

• Infrarrojos.

• Láser.

5. Funcionamiento de Internet

Internet conecta millones y millones de aparatos de todo el mundo. Hay una gran variedad de dispositivos conectados; ordenadores, teléfonos, tabletas, videoconsolas, televisores, discos duros, vehículos, navegadores GPS, etc...

Cada uno de estos dispositivos utilizan diferentes versiones de distintos sistemas operativos: Windows, Mac OS, Linux, iOS, Guadalinex, Android...

Y además usan distintas tecnologías de comunicación; fibra óptica, ADSL, banda ancha, internet móvil (4G, 5G).

Para que esta comunicación sea posible son necesarias algunas normas que determinan cómo se transmiten los datos.

Se denomina protocolo al conjunto de normas que regulan una comunicación con el objetivo de que se entiendan los dispositivos involucrados.

5.1 Protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP permite la comunicación entre ordenadores u otros aparatos electrónicos con diferentes sistemas operativos y de tipos muy distintos a través de redes de comunicación de características muy dispares. Se trata del protocolo primario que regula las comunicaciones en internet. Realmente es un conjunto de protocolos que incluye entre otros a los protocolos TCP e IP:

• TCP: Transmission Control Protocol (protocolo de control de la transmisión). Se encarga de dividir los mensajes en pequeñas porciones, los empaqueta, los númera y añade información con el fin de que, cuando los paquetes de datos lleguen al equipo receptor, este sepa cómo organizarlos y además compruebe si se ha producido alguna pérdida o deterioro de la información. 

• IP: Internet Protocol (protocolo de internet). Dirige los paquetes por las distintas redes que forman internet e identifica los equipos. Para ello emplea las direcciones IP de los servidores, de los clientes o de los dispositivos de red. 

Podríamos resumir el envío de información que se produce al redactar y enviar un mensaje por internet en los siguientes pasos:

PASO 1: Construir el Mensaje

Escribir y enviar el mensaje

PASO 2: Formatear el Mensaje

En la primera etapa del viaje desde la computadora al destino, el mensaje instantáneo se convierte en un formato que puede transmitirse en la red. Todos los tipos de mensajes tienen que ser convertidos a bits, señales digitales codificadas en binario, antes de ser enviados a sus destinos. Esto es así sin importar el formato del mensaje original: texto, video, voz o datos informáticos. Una vez que el mensaje instantáneo se convierte en bits, está listo para ser enviado a la red para su remisión.

PASO 3: Envío de la Información

Para comenzar a entender la solidez y complejidad de las redes interconectadas que forman Internet, es necesario empezar por lo más básico. Pero una computadora es sólo un tipo de dispositivo que puede enviar y recibir mensajes por una red. Además de la computadora, hay muchos otros componentes que hacen posible que nuestros mensajes instantáneos sean direccionados a través de kilómetros de cables, cables subterráneos, ondas aéreas y estaciones de satélites que puedan existir entre los dispositivos de origen y de destino.

PASO 4: El router

Uno de los componentes críticos en una red de cualquier tamaño es el router. Un router une dos o más redes, como una red doméstica e Internet, y pasa información de una red a otra. Los routers en una red funcionan para asegurar que el mensaje llegue al destino de la manera más rápida y eficaz.

PASO 5: La Red Local

Para enviar el mensaje instantáneo al destino, la computadora debe estar conectada a una red local inalámbrica o con cables. Las redes locales pueden instalarse en casas o empresas, donde permiten a computadoras y otros dispositivos compartir información y utilizar una conexión común a Internet.

Las redes inalámbricas permiten el uso de dispositivos con redes en cualquier parte, en una oficina, en una casa e inclusive al aire libre. Fuera de la casa o la oficina, la red inalámbrica está disponible en zonas activas públicas como cafés, empresas, habitaciones de hoteles y aeropuertos.

PASO 6: Llegando al destino

El mensaje llega a la red de datos y a medida que los bits se acercan a su destino,pasan una vez mas por los dispositivos locales.

PASO 7: En Destino

El mensaje llega a la red de datos y el dispositivo de destino lee los bits y los convierte nuevamente en un mensaje legible para los humanos. Y llega el mensaje al destinatario.

La arquitectura TCP/IP organiza las tareas en capas de forma que las entidades de una determinada capa ofrecen servicios a las entidades de la capa superior. Veamos el siguiente esquema:

• Acceso a la red: Esta capa define las características de la interfaz física entre el nodo y el medio de transmisión. Se encarga de definir aspectos como el tipo de señales, la velocidad de transmisión, etc. Por otra parte, es la responsable del intercambio de datos entre el sistema final y la red. Entre otras tareas, realiza la traducción de direcciones de nivel de red (IP) a direcciones físicas, genera las tramas de datos a enviar y se encarga de integrar dichas tramas de datos en la señal física. Ejemplos de protocolos de esta capa son ARP, IEEE 802, PPP, etc.

• Internet: Esta capa proporciona los mecanismos necesarios para realizar el encaminamiento de los datos. Cuando dos nodos conectados a redes diferentes quieran intercambiar datos, es necesario determinar el camino empleado para transportar dichos datos, atravesando las distintas redes interconectadas. Es el protocolo IP quien define los mecanismos necesarios para llevar a cabo esta tarea. Esta capa ofrece servicios al nivel de transporte y usa los servicios del nivel de acceso a la red.

• Transporte: Esta capa proporciona un servicio de comunicación de datos para que estos sean recibidos en el destino. Existen dos tipos de protocolos de este nivel, atendiendo al tipo de servicio ofrecido; orientado a la conexión (TCP) o no orientado a la conexión (UDP).

• Aplicación: Se encarga de ofrecer mecanismos que permitan el intercambio de datos entre las aplicaciones, ya sea como un flujo continuo de datos o como secuencia de mensajes individuales. Ejemplos de protocolos de este nivel son: SMTP, POP3, IMAP, HTTP, Telnet, SSH, DNS,etc.

5.2 Direcciones IP

El nivel de red del modelo TCP/IP también recibe el nombre de Nivel de Internet, y se encarga del direccionamiento y de guiar los datos a través de la red desde la máquina origen a la destino.

Para que dos máquinas puedan comunicarse a través de internet deben poder identificarse y localizarse entre sí, esta es la finalidad de la dirección IP. Cada máquina que esté conectada a una red tendrá una dirección IP única. 

Una dirección IP es un número que identifica un equipo dentro de una red que utilice el protocolo IP. No debe confundirse la dirección IP con la dirección MAC, que es un número fijo que es asignado a la tarjeta de red por el fabricante y no se puede cambiar, mientras que la dirección IP si se puede cambiar. 

La dirección IP está formada por la concatenación de dos campos, que crean una dirección única para cada dispositivo conectado a la red. Estos campos son:

• Identificador de red: Esta parte de la dirección IP es única en toda internet y la gestiona IANA (Internet Assigned Numbers Authority, Autoridad de números asignados en Internet).

• Identificador de la máquina dentro de esa red. 

La longitud de cada uno de esos campos depende de la clase de dirección IP, esto lo veremos más adelante en este tema.

Una dirección IPv4 es una secuencia de 32 bits que, para mayor comodidad y facilidad de uso, suelen representarse como una secuencia de cuatro números entre 0 y 255 separados por puntos. Esta forma de escribir la dirección IPv4 se conoce como formato decimal punteado. La siguiente figura muestra un ejemplo de dirección IPv4.

IPv4 con sus 32 bits permite 4.294.967.296 direcciones de red diferentes lo cual, aunque parezca mentira, limita el crecimiento de internet. Esta limitación provocó que IETF (Internet Engineering Task Force, Grupo de Trabajo en Ingeniería de Internet) propusiera IPv6. Este protocolo permite trabajar con 128 bits para la gestión de direcciones. 

5.2.1 Clases IP

Existen cinco clases de direcciones IPv4, tal y como muestra la siguiente figura.

• Las direcciones de clase A se asignan a las redes de gran tamaño ya que podrían tener más de 16 millones de hosts. Las direcciones 0.X.X.X y 127.X.X.X no se utilizan ya que están reservadas para funciones de test. La dirección 127.0.0.1 identifica al host local ( es decir, la dirección de la propia máquina). Los routers o las máquinas locales pueden utilizar esta dirección para enviar paquetes hacia ellos mismos.

• Las direcciones de clase B se asignan a las redes de tamaño medio, de hasta unos 65.534 hosts.

• Las direcciones de clase C se asignan a las redes pequeñas, de hasta 254 hosts. 

• Las direcciones de clase D están reservadas para multicasting, que se suele utilizar para direccionar grupos de hosts en un área limitada. Esto permite que una máquina envíe paquetes a múltiples receptores.

• Las direcciones de clase E las reserva el IETF para investigación.

En cualquier clase, NO está permitido el utilizar como número de host las combinaciones formadas por todos los bits a 0 o a 1. Si el número de host está formada por bits a 0 nos estamos refiriendo a la red en sí, mientras que si está formado íntegramente por bits a 1 se trata de una dirección Broadcast, es decir, que hace referencia a todos los equipos de la red. De esta manera, por ejemplo, la dirección 194.32.56.255 es la dirección de Broadcast de la red clase C 194.32.56.0.

La siguiente tabla nos muestra un resumen del número de redes y su tamaño para cada una de las clases de dirección:

5.2.2 Subredes y Máscaras de Red

Mediante el uso de dispositivos físicos de interconexión podemos dividir una red tipo A, B o C en partes o segmentos más pequeños para incrementar su eficacia. Los segmentos de red separados por routers reciben el nombre de subredes.

Siempre que se crea una subred es necesario identificarla. Ya hemos visto que una dirección IP esta formada por dos partes: 

• La primera que identifica a la red.

• La segunda que identifica un nodo dentro de dicha red.

Según lo anterior, podemos afirmar que dos nodos cuyo identificador de red sea el mismo estarán en la misma red.

Para identificar a las subredes se toman prestados algunos de los bits más significativos (es decir, más a la izquierda) del identificador del nodo y se añaden al identificador de red de la dirección IP, esto nos da el identificador de la subred.

El número de bits que se tomarán del identificador de nodo lo determina la máscara de red (tambien llamada máscara de subred). Los nodos que comparten el mismo identificador de subred pertenecen por lo tanto a la misma subred.

La máscara de red es un patrón formado por cuatro bytes que determinan qué parte de la dirección IP identificarán a la subred y qué parte al nodo dentro de dicha subred. Los bits de la mascara de red que están a 1 determinan qué parte de la dirección IP identifica a la subred, mientras que los bits a 0 determinan el identificador del nodo.

Ejemplo: Supongamos que una gran organización tiene una red tipo B cuya dirección es 190.214.0.0. Supongamos tambien que dicha red está dividida en 254 subredes más pequeñas para los distintos departamentos de dicha compañia. Estas subredes van desde la 190.214.1.0 a la 190.214.254.0. Todas estas subredes tienen el mismo número de red (190.214) y es el tercer byte el que las distingue a unas de otras. Para conseguir esto, la máscara de red tendría que ser 255.255.255.0. Si nos dijeran que un nodo tiene una dirección 190.214.35.49 podríamos saber la siguiente información:

• Que pertenece a una red tipo B, mirando el primer octeto de la dirección.

• Que el identificador de red es el 190.214, ya que sabeos que las redes tipo B utilizan los dos primeros bytes para identificar la red.

• Que el identificador de subred es 190.214.35, obtenido al aplicar a la dirección IP dada la máscara de red 255.255.255.0.

• Que el identificador de nodo es 49, que es la parte de la dirección IP correspondiente a los bits a 0 dada la máscara de red 255.255.255.0.

5.3 Nombres de Dominio

Como hemos visto, las direcciones IP identifican los equipos en una red, pero las personas recordamos mejor los nombres que grupos de números. ¿Qué recordarás mejor, www.google.com o 172.217.168.174? Por este motivo se emplea el sistema de nombres de dominio o DNS (Domain Name System).

El DNS consiste en una base de datos alojada en distintos ordenadores distribuidos por todo el mundo que permite convertir las direcciones IP en nombres de dominio y viceversa.

El sistema de nombres de dominio por lo tanto asocia nombres a direcciones IP. Los nombres están formados por palabras separadas por puntos. Por ejemplo, www.google.es. El último bloque identifica en parte la página web. Por ejemplo, ".es" corresponde a España. Hay otras letras para otros países y tambien expresiones que identifican la actividad propia de la página web. Por ejemplo, ".com" para empresas. 

La ICANN (Corporación para la Asignación de Nombres de Dominio en Internet) es la organización que regula el registro de los nombres de dominio. Su labor se coordina con las actividades llevadas a cabo en los distintos países. En España el portal de dominios http://www.dominios.es se encarga de asignar los nombres de dominio.

5.4 La tecnología Wi-Fi

La tecnología Wi-Fi se encarga del envío de información mediante el uso de ondas de radio. Las redes Wi-Fi operan en una banda de frecuencia de 2,4 Ghz con una velocidad de hasta 11 Mbps (para la especificación 802.11b), 54 Mbps (para la 802.11g) y 150 Mbps (para la 802.11n).

La última señal Wi-Fi llega a alcanzar 450 Mbps en la banda de 2,4 GHz y 450 en la banda de 5GHz. Existen varios dispositivos que nos permiten conectarnos mediante Wi-Fi:

• Puntos de acceso: Se utilizan en lugares donde la señal Wi-Fi del router no tiene suficiente alcance (Por ejemplo: Es habitual utilizarlos en casas de dos o tres plantas ya que la señal del router llega con muy poco fuerza a las últimas plantas). Tambien se pueden emplear en instalaciones donde el router no dispone de tecnología Wi-Fi y se necesita disponer de ella en la instalación.

• Routers Wi-Fi: Una vez que reciben la señal procedente del operador de telefonía se encarga de emitir la seña mediante la tecnología Wi-Fi para que esta pueda ser captada por los receptores que se encuentran a su alcance.

Los dispositivos de recepción pueden ser de tres tipos: tarjetas Wi-Fi integradas en las placas base de los ordenadores, tarjetas de red PCI y tarjetas USB.

6. Conceptos Básicos

Durante este tema hemos comentado una serie de conceptos básicos que resumimos a continuación.

• Comunicación: es el proceso que lleva un mensaje de un emisor a través de un canal a un receptor. En una red, los ordenadores son emisores y receptores al mismo tiempo. El canal es el medio por el que circulan los datos: cables, fibra, etc.

• Protocolo: Es el lenguaje y el conjunto de reglas por las que emisor y receptor se comunican. El protocolo más utilizado es el de internet: TCP/IP

• Dirección IP privada: Identifica a cada dispositivo en la red. Está formado por 4 números separados por puntos, con valores del 0 al 255. La IP de un equipo no trasciende en Internet, ya que es el router mediante su IP externa el que se identifica en las peticiones.

• Dirección IP Pública: Se denomina IP pública a aquella dirección IP que es visible desde Internet. Suele ser la que tiene el router o modem. Es la que da “la cara” a Internet. Esta IP suele ser proporcionada por el ISP (Empresa que te da acceso a internet: Orange, Movistar, etc.).

• Puerta de enlace: Es la dirección IP por la que la red local sale al exterior, ya sea otra red o internet. Suele ser la IP del router (192.168.1.1). Es la misma para todos los equipos que comparten el router.

• Máscara de red: Se asemeja a la dirección IP, pero determina qué parte de la dirección IP especifica al equipo y qué parte a la subred a la que pertenece. Se usa para crear subredes. La máscara más común en redes pequeñas es 255.255.255.0 y nos indica que los tres primeros paquetes de 8 bits de la IP están destinados a identificar la red y sólo el cuarto a identificar al equipo por lo que nos ofrece un máximo teórico de 253 equipos ya que el 0 es la dirección identificadora de red, el 1 es por defecto para el router y el 255 para difusión por lo que estos valores ya no se pueden utilizar.

• Grupo de trabajo: Los equipos se agrupan en subredes para facilitar su uso. Para que los equipos de una misma red puedan comunicarse han de estar en el mismo grupo de trabajo.

• DNS (Sistema de Nombres por Dominio): Las direcciones IP son difíciles de recordar. Por ello se utiliza el DNS que traducen las direcciones IP en nombres fáciles para nosotros (Ejemplo: www.google.es). Los servidores DNS utilizados por defecto son los proporcionados por el ISP con el que se contrata el servicio (Yoigo, Vodafone, etc.). También hay DNS libres como las nuevas DNS libres de Google 8.8.8.8 y 8.8.8.4 que pueden sustituir a las DNS de nuestros proveedores en el caso de tener problemas de navegación.

• Tarjeta de red: Es un elemento de hardware cuya función es enviar y recibir información al resto de ordenadores. Puede estar integrado en la placa base o conectarse en una ranura de expansión. Cada tarjeta tiene un identificador único que se denomina dirección MAC, consta de un identificador hexadecimal de 6 bytes (48 bits). Los 3 primeros bytes, llamados OUI, indican el fabricante y los otros 3 sirven para diferenciar las tarjetas producidas por el mismo. Por ejemplo: 00-80-5A-39-0F-DE.

• Puerto: Interfaz para comunicarse con un programa a través de la red. Ejemplo: el servicio http utiliza el puerto 80.