Introducción a las Redes de Computadoras: Tipos, Topologías y Protocolos

Redes de Computadoras

Introducción

Las redes de computadoras son sistemas que permiten la interconexión de dispositivos para compartir información y recursos. Este documento proporciona una introducción a los conceptos básicos de redes, incluyendo tipos de redes, topologías, protocolos y modelos de referencia.

Tipos de Redes

• PAN (Personal Area Network): Redes de corto alcance, generalmente de unos pocos metros, que conectan dispositivos personales como teléfonos, computadoras portátiles y tabletas. Ejemplo: Bluetooth.
• LAN (Local Area Network): Redes que cubren un área geográfica limitada, como una casa, oficina o edificio. Son las redes más comunes en entornos domésticos y empresariales.
• MAN (Metropolitan Area Network): Redes que abarcan un área metropolitana, como una ciudad. Suelen ser utilizadas por organizaciones que necesitan conectar varias ubicaciones dentro de una misma ciudad.
• WAN (Wide Area Network): Redes que se extienden a grandes distancias, incluso a nivel mundial. Internet es el ejemplo más conocido de una WAN.

Topologías de Red

La topología de una red describe la forma en que se conectan los dispositivos (nodos). Existen dos categorías principales:

Enlaces Punto a Punto

Cada enlace conecta únicamente dos nodos. Este tipo de conexión es simple y eficiente para conectar un número reducido de dispositivos.

Enlaces Multipunto

Una única línea de comunicación es compartida por todos los nodos. Esta topología es más económica que la punto a punto, pero puede ser menos eficiente si hay mucho tráfico en la red.

Enlaces y Comunicación

La comunicación en una red puede ser:

• Simplex: La información fluye en un solo sentido. Ejemplo: transmisión de radio.
• Semi-duplex: La información fluye en ambos sentidos, pero no simultáneamente. Ejemplo: walkie-talkie.
• Full-duplex: La información fluye en ambos sentidos simultáneamente. Ejemplo: telefonía.

Conmutación

La conmutación es el proceso que permite establecer un camino para la comunicación entre dos nodos en una red. Existen tres tipos principales:

• Conmutación de circuitos: Se establece un camino físico dedicado entre los nodos durante la comunicación. Es eficiente para transmisiones largas y continuas, pero puede ser ineficiente si la comunicación es intermitente.
• Conmutación de mensajes: El mensaje completo se envía de nodo a nodo hasta llegar al destino. Es flexible, pero puede generar retrasos si los nodos intermedios están ocupados.
• Conmutación de paquetes: El mensaje se divide en paquetes que se envían de forma independiente a través de la red. Es eficiente y flexible, y es la base de Internet.

Protocolo de Red

Un protocolo de red es un conjunto de reglas que define cómo se comunican los dispositivos en una red. Especifica cómo se formatean los mensajes, cómo se direccionan y cómo se interpretan.

Decisiones de Diseño

El diseño de una red implica tomar decisiones sobre varios aspectos, incluyendo:

• Identificación y encaminamiento de dispositivos.
• Modos de transmisión de datos.
• Control de errores.
• Control del orden de recepción de los paquetes.
• Control de flujo y congestión.
• Tamaño de los paquetes.
• Multiplexación y demultiplexación.

Modelos de Referencia

Los modelos de referencia proporcionan un marco para entender la arquitectura de las redes. Los dos modelos más importantes son:

Modelo OSI (Open Systems Interconnection)

Desarrollado por ISO, es un modelo teórico que divide la comunicación en siete capas. Cada capa tiene una función específica y se comunica con las capas adyacentes.

Modelo TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol)

Utilizado en Internet, es un modelo más práctico que se basa en la suite de protocolos TCP/IP. Tiene cuatro capas principales.

Niveles del Modelo OSI

Nivel 1 (Nivel Físico)

Se encarga de la transmisión de bits a través del medio físico. La unidad de transmisión es el bit.

Nivel 2 (Nivel de Enlace)

Se encarga de la transmisión de tramas entre nodos adyacentes. La unidad de transmisión es la trama.

Nivel 3 (Nivel de Red)

Se encarga del enrutamiento de paquetes a través de la red. La unidad de transmisión es el paquete.

Nivel 4 (Nivel de Transporte)

Se encarga de la comunicación extremo a extremo entre aplicaciones. La unidad de transmisión es el segmento.

Nivel 5 (Nivel de Sesión)

Se encarga de la gestión de sesiones entre aplicaciones. Permite abrir, mantener y cerrar sesiones, así como controlar el diálogo entre aplicaciones.

Nivel 6 (Nivel de Presentación)

Se encarga de la traducción de datos entre diferentes formatos. Permite que las aplicaciones se comuniquen sin importar el formato de datos que utilicen.

Nivel 7 (Nivel de Aplicación)

Es el nivel más alto y proporciona servicios a las aplicaciones del usuario. Permite que las aplicaciones accedan a la red de forma transparente.

Protocolos y Capas TCP/IP

Capa de Aplicaciones

Contiene los protocolos que utilizan las aplicaciones para acceder a la red. Ejemplos: HTTP, FTP, SMTP.

Capa de Transporte

Proporciona servicios de transporte de datos entre aplicaciones. Ejemplos: TCP, UDP.

Capa de Internet

Se encarga del direccionamiento y enrutamiento de paquetes. Ejemplo: IP.

Capa de Interfaz de Red

Se encarga de la transmisión de datos en el medio físico. Ejemplos: Ethernet, Wi-Fi.

Cables de Red y Fibra Óptica

Tipos de Cables

UTP (Unshielded Twisted Pair)

Cable de pares trenzados sin blindaje. Es económico, flexible y fácil de instalar, pero es susceptible a interferencias.

STP (Shielded Twisted Pair)

Cable de pares trenzados con blindaje. Es más resistente a interferencias que el UTP, pero es menos flexible y más caro.

Fibra Óptica

Monomodo

Utiliza un núcleo estrecho y un láser para transmitir la luz en un único modo. Permite transmisiones a larga distancia y alta velocidad.

Multimodo

Utiliza un núcleo más ancho y múltiples fuentes de luz. Permite transmisiones a distancias más cortas que el monomodo, pero es más económico.