Fundamentos de Redes Informáticas: Conceptos Esenciales y Dispositivos Clave

Conceptos Fundamentales de Redes Informáticas

Direccionamiento IP: Identificadores de Red y Estación

Las direcciones IP se clasifican en diferentes categorías para organizar la asignación de identificadores de red y de estación (o host). Tradicionalmente, se distinguen cinco clases principales:

• Clase A: Utilizada para redes muy grandes. Reserva el primer octeto para el identificador de red y los tres octetos restantes para los identificadores de los equipos (hosts).
• Clase B: Destinada a redes de tamaño mediano a grande. Asigna los dos primeros octetos al identificador de red y los dos últimos a los identificadores de los equipos.
• Clase C: Empleada para redes pequeñas. Dedica los tres primeros octetos al identificador de red y el último octeto al identificador de los equipos.
• Clase D: Reservada para direcciones de multidifusión (multicast), utilizadas para enviar datos a un grupo específico de destinatarios.
• Clase E: Reservada para investigación y desarrollo, no se utiliza en redes públicas.

Es importante destacar que, en el contexto de las direcciones IP, las direcciones de red (donde la parte de host es todo ceros) y las direcciones de difusión (broadcast, donde la parte de host es todo unos) son direcciones especiales y no se asignan a equipos individuales.

Puertas de Enlace (Gateways Predeterminados)

Una Puerta de Enlace, o Gateway, actúa como un intermediario esencial entre un equipo de una subred local y redes externas, como Internet. Para que un equipo pueda comunicarse fuera de su subred, la dirección IP de la puerta de enlace predeterminada debe configurarse en el software de red del equipo, junto con su propia dirección IP y la máscara de subred.

Redes y Subredes: Segmentación Lógica

En entornos empresariales, es común que, aunque todos los equipos puedan acceder a Internet a través de un enrutador (router) con su puerta de enlace predeterminada, los diferentes departamentos operen de forma independiente. Los equipos de cada departamento suelen formar una subred dentro de la red general de la empresa. Para lograr esta segmentación y aislar lógicamente los equipos de un departamento de los demás, se utiliza la combinación de direcciones IP y máscaras de subred.

Una máscara de subred posee un formato similar al de una dirección IP: cuatro números decimales (entre 0 y 255) separados por puntos. Todos los equipos que pertenecen a la misma subred deben compartir la misma máscara de subred. La interacción entre la dirección IP de un equipo y su máscara de subred permite determinar qué porción de la dirección corresponde al identificador de red (ID de red) y cuál al identificador del propio equipo (ID de host).

Grupos de Trabajo: Colaboración sin Servidor Central

Un Grupo de Trabajo es una agrupación sencilla de estaciones (equipos) en una misma red que no depende de un servidor centralizado para la gestión de recursos. Su propósito principal es facilitar el intercambio y la compartición de archivos y recursos entre sus miembros. Si en una misma red coexisten varios grupos de trabajo, los usuarios de un grupo no tendrán acceso directo a todos los recursos y datos de los otros grupos. Sin embargo, la comunicación y el intercambio de información entre usuarios de diferentes grupos de trabajo dentro de la misma red sí son posibles.

Infraestructura Física: Cableado y Conectores

Las Redes de Área Local (LAN) suelen emplear cables económicos para su interconexión. El tipo de cable más extendido es el par trenzado no apantallado (UTP), que consta de cuatro pares de hilos trenzados y utiliza conectores RJ-45. En entornos industriales o donde se requiere mayor resistencia a interferencias electromagnéticas, es común el uso de cables apantallados (STP o FTP).

Topologías de Red: Estructuras de Conexión

Las topologías de red definen la disposición física o lógica de los dispositivos en una red. Las más utilizadas históricamente y en la actualidad incluyen:

• Topología en Bus: Comúnmente asociada con cable coaxial, aunque su uso ha disminuido.
• Topología en Estrella: La más prevalente hoy en día, donde todos los dispositivos se conectan a un punto central (como un hub o switch) utilizando cable de pares trenzados UTP.
• Topología en Árbol: Una extensión de la topología en estrella, combinando múltiples estrellas.

En el ámbito industrial, las topologías en bus (como las utilizadas en redes de campo como Profibus o DeviceNet) aún mantienen una presencia significativa debido a su robustez y facilidad de implementación en ciertos escenarios.

Dispositivos Esenciales de Red

Tarjetas de Red (NIC - Network Interface Card)

La Tarjeta de Red, o Network Interface Card (NIC), es la interfaz de hardware que permite a un equipo conectarse a una red. Su función principal es enviar y recibir los datos que se intercambian entre los equipos a través del medio de transmisión de la red. Cada tarjeta de red posee una dirección física única, grabada por el fabricante, conocida como Dirección MAC (Media Access Control). Esta dirección es un identificador de 48 bits. Los estándares de conexión más comunes para tarjetas de red en ordenadores personales han evolucionado desde ISA a PCI y, actualmente, PCI Express (PCIe).

Hub o Concentrador

Un Hub, o Concentrador, es un dispositivo de red básico que conecta múltiples ordenadores entre sí, formando una topología de estrella física. Opera en la capa física (Capa 1 del modelo OSI). Su funcionamiento es simple: cuando un ordenador envía información a un puerto del hub, este retransmite esa información a todos los demás puertos, haciendo que llegue a todas las tarjetas de red conectadas. El hub no procesa ni direcciona la información; simplemente la "repite". Algunos hubs incluyen un puerto adicional, denominado uplink, para conectar con otro hub o un switch.

Switch o Conmutador

El Switch, o Conmutador, realiza funciones similares a las de un hub, pero con una inteligencia superior. Opera en la capa de enlace de datos (Capa 2 del modelo OSI). A diferencia del hub, el switch es capaz de "aprender" las direcciones MAC de los dispositivos conectados a sus puertos y, basándose en la dirección MAC de destino de un paquete, lo reenvía únicamente al puerto correspondiente. Esto permite transmisiones simultáneas entre múltiples pares de dispositivos, mejorando significativamente la eficiencia y el rendimiento de la red. Gracias a su abaratamiento y a sus superiores prestaciones, los switches han reemplazado casi por completo a los hubs en las redes modernas.

Bridge o Puente

Un Bridge, o Puente, es un dispositivo que permite conectar dos segmentos de red (o subredes) que operan en el mismo nivel de red (Capa 2). Su principal capacidad es reconocer las direcciones MAC de los dispositivos en cada segmento, lo que le permite filtrar el tráfico y reenviar solo los paquetes que necesitan cruzar el puente, mejorando así el rendimiento de la red al reducir el tráfico innecesario en cada segmento.

Router o Enrutador

El Router, o Enrutador, es un dispositivo fundamental para la interconexión de redes. Su función principal es unir redes de área local (LAN) y, de manera crucial, interconectar redes LAN a través de redes de área extensa (WAN), como Internet. Los routers operan en la capa de red (Capa 3 del modelo OSI) y emplean diversos protocolos de comunicación, siendo TCP/IP el más común. El protocolo TCP (Transmission Control Protocol) se encarga de la transmisión fiable de datos, dividiendo la información en segmentos y asegurando su entrega ordenada. El protocolo IP (Internet Protocol) es responsable del direccionamiento lógico de los datos entre los equipos y de la determinación de la mejor ruta para los paquetes.

Gateway o Pasarela (en su sentido más amplio)

En su definición más estricta, un Gateway, o Pasarela, es un dispositivo que interconecta redes que utilizan protocolos de comunicación completamente diferentes, realizando la traducción entre ellos. Aunque los routers modernos a menudo incorporan funcionalidades de gateway (actuando como la "puerta" de salida de una red local), un gateway puro se enfocaría en la conversión de protocolos a nivel de aplicación o presentación. Su uso como dispositivo independiente es menos común hoy en día, ya que muchas de sus funciones han sido absorbidas por routers y firewalls.

Módem (Modulador-Demodulador)

Un Módem es un dispositivo de red que permite a un ordenador conectarse a Internet a través de una línea de comunicación analógica (como una línea telefónica, cable coaxial o fibra óptica). Su nombre proviene de su función: modula las señales digitales del ordenador a señales analógicas para su transmisión y demodula las señales analógicas recibidas de la red a señales digitales para el ordenador. A través de un módem, y con la ayuda de funciones como el Compartir Conexión a Internet (ICS) en un PC o un router integrado, se pueden conectar múltiples dispositivos a Internet.

Firewall o Cortafuegos

Un Firewall, o Cortafuegos, es un sistema de seguridad que actúa como una barrera protectora entre dos redes, típicamente una red interna privada y una red externa pública (como Internet). Su propósito es controlar el tráfico de red entrante y saliente basándose en un conjunto de reglas de seguridad predefinidas. Los firewalls son esenciales para la seguridad de los usuarios y organizaciones conectadas a Internet, ya que impiden accesos no autorizados desde el exterior a los datos y recursos internos, protegiendo contra amenazas y ataques cibernéticos.