Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC): Fundamentos, Redes e Internet

Concepto de TIC

Se denominan Tecnologías de la Información y la Comunicación, en adelante TIC, al conjunto de tecnologías que permiten la adquisición, producción, almacenamiento, tratamiento, comunicación, registro y presentación de informaciones, en forma de voz, imágenes y datos, contenidas en señales de naturaleza acústica, óptica o electromagnética. Las TIC incluyen la electrónica como tecnología base que soporta el desarrollo de las telecomunicaciones, la informática y el audiovisual.

Clases de fuentes de información

• Voz: mecanismo primario para la comunicación humana. Es de naturaleza acústica.
• Imágenes: al igual que la voz, es un mecanismo fundamental para la comunicación humana. La información contenida en una imagen es notoriamente más compleja que la contenida en la voz. De hecho, uno de los mayores logros del cerebro humano es su capacidad para el procesado de la información visual. Es de naturaleza óptica.
• Datos: información en forma alfanumérica o simbólica. Evidentemente, cualquier información puede ser del tipo datos. Sin embargo, existen fuentes que poseen intrínsecamente este formato, como la información contenida en una base de datos o la proveniente del registro de un sismógrafo. Originalmente pueden tener cualquier naturaleza, pero siempre se puede disponer de ellos en forma electromagnética tras el adecuado proceso de conversión.

El mundo analógico vs. el mundo digital

Cada uno de estos 3 tipos básicos de información puede presentarse y utilizarse en formato analógico o digital. La información analógica se representa mediante infinitos valores, mientras que la información digital solo puede tomar 2 valores, "0" o "1". Cada uno de estos valores o estados digitales es lo que constituye un bit. La cantidad mínima de información...

El mundo material es fundamentalmente analógico para la mayor parte de las cuestiones prácticas. Por ello, las magnitudes que describen fenómenos físicos como un sonido (intensidad, duración, timbre, tono, …) o una imagen (luminosidad, color, contraste, brillo, …) son analógicas. Entonces, ¿qué sentido tiene hablar de información digital para un mundo analógico? Evidentemente, existen ventajas en la forma digital.

Digitalización

Se denomina digitalización al proceso de conversión de una señal analógica en digital. Hay que decir que la señal es la representación electromagnética de la magnitud física. Las principales ventajas del proceso de digitalización son:

• Calidad y fidelidad: la información analógica se corrompe fácilmente. En cambio, la señal digital solo puede tener valores definidos.
• Independencia de la fuente de información: la información, una vez digitalizada, es completamente similar y tiene los mismos valores.
• Flexibilidad: la información digital, al estar constituida por bits, admite la incorporación de cualquier otro conjunto de bits.
• Procesado: los ordenadores pueden manejar muy sencillamente la información digital para efectuar operaciones complejas sobre ella, como pueden ser la compresión, el cifrado o el almacenamiento.

Requisitos de la información analógica y digital

Todas las clases de información mencionadas (voz, datos e imágenes), en formato analógico o digital, presentan diferentes requisitos para las funciones que las TIC pueden efectuar sobre ellas. Su característica básica es la cantidad de información que incorporan por unidad de tiempo. La medida de la cantidad viene dada por la anchura de banda y la velocidad de transmisión que requiere su transporte. La anchura de banda es la mayor restricción con que se encuentran actualmente las TIC.

La información multimedia

Etimológicamente, multimedia sería la compuesta por 2 o más clases diferentes de información. En este sentido, una señal de televisión convencional sería multimedia, ya que está compuesta por audio y vídeo. Sin embargo, ha sufrido una evolución derivada de la convergencia tecnológica y de marca. Así, para que la información se considere auténticamente multimedia debe ser digital y tener la capacidad de manejar simultáneamente audio, vídeo y datos.

Componentes básicos de las TIC

Factores más importantes para la convergencia de la electrónica, la informática y las telecomunicaciones en las TIC:

• Soporte físico común, como es la microelectrónica.
• Componente de software incorporado a cualquiera de los productos.
• Uso intensivo de infraestructuras de comunicaciones para la deslocalización de los distintos elementos de proceso de la información.

La microelectrónica

La unidad fundamental de tratamiento de la información es el microprocesador, exponente por excelencia del potencial de desarrollo tecnológico del hardware. El microprocesador es el subsistema electrónico que interpreta las órdenes contenidas en el software, las procesa y genera una respuesta.

La tecnología microelectrónica estudia cómo dotar a un circuito o asociación de circuitos agrupados (encapsulados en un chip, unidad mínima de procesamiento de información) de una mayor velocidad de proceso, ocupando el mínimo volumen y con un coste aceptable, con ciertos compromisos de consumo energético. Se habla de la escala de integración como medida del número de circuitos que un chip incorpora en su interior por unidad de superficie. La velocidad de proceso se define como el número de operaciones que puede realizar un circuito por unidad de tiempo.

Los chips se construyen con materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. En los semiconductores existen dos estados: el de conducción y el de no conducción, lo que es similar al sistema de numeración binario o digital.

Hemos introducido el concepto de circuito, indicando que consiste en la asociación de componentes electrónicos discretos, la unidad mínima de procesamiento de que dispone la electrónica. Estos componentes realizan funciones muy sencillas y especializadas. En primera instancia, los componentes se clasifican como activos o pasivos, según requieran de alimentación externa para funcionar. Como componentes pasivos tenemos las resistencias, condensadores, inductancias y diodos. Como componentes activos tenemos toda la familia de los transistores y sus variantes. De esta manera, surge el componente básico de la microelectrónica: el transistor. El transistor realiza 3 funciones básicas:

• Conmutación: procesamiento de un conjunto de dígitos o bits.
• Amplificación: convertir una tensión a mayor valor.
• Memorización.

La combinación de estos componentes y el concurso de otras tecnologías, en particular las magnéticas para el almacenamiento y recuperación de información, y las ópticas, con amplias aplicaciones, permite construir el hardware de los equipos y sistemas electrónicos que se dirigen a distintos segmentos de mercado, de los que destacan cuatro:

• Hardware informático
• Hardware de comunicaciones: componentes electrónicos y circuitos integrados para transmisores, receptores, equipos de comunicaciones y de conmutación, etc.
• Hardware de la electrónica de consumo
• Hardware de electrónica profesional: hacia aplicaciones específicas, según las especificaciones de un cliente profesional.

El software

El software o soporte lógico es el conjunto de instrucciones escritas en lenguajes de programación y traducidas posteriormente a dígitos binarios para que sean entendidas por el hardware.

Clasificación de los lenguajes en que se pueden dar las instrucciones a los microprocesadores:

• Código binario o máquina: las instrucciones se expresan como combinación de 0s y 1s, o bien en código hexadecimal.
• Lenguaje ensamblador: es el siguiente paso en abstracción. El programador escribe en ensamblador y, con un programa, el ensamblador, se convierte a código máquina.
• Lenguajes de alto nivel: son lenguajes independientes del modelo de procesador y que aíslan por completo al programador de cómo el microprocesador ejecuta sus tareas.

El balance para decidir qué clase de lenguaje se utiliza depende de:

1. Eficiencia del código máquina final generado.
2. Grado de abstracción logrado.
3. Interacción del programa con el exterior.
4. Realización de tareas complejas en máquinas de propósito específico.

Criterios de decisión para la arquitectura de una aplicación en entornos empresariales

Sistema operativo, entorno de ejecución, apertura al exterior, acceso a datos mediante la interfaz de usuario.

Los distintos componentes básicos del software son:

• Sistemas operativos: conjunto de programas que gestionan los recursos hardware del ordenador, proporcionando las funciones básicas para el resto de aplicaciones desarrolladas.
• Lenguajes de programación y herramientas para la ingeniería del software: utilizan las funciones proporcionadas por el sistema operativo para procesar la información y satisfacer los requisitos de la aplicación.
• Programas de aplicación: una vez programada la aplicación en un lenguaje de programación, el resultado es un programa.
• Bases de datos: acceso y tratamiento de datos almacenados en la memoria, realizado por otros programas especializados en ello.

Redes de comunicaciones

Los 4 elementos clave que caracterizan a las redes de comunicaciones, y que serían deseables en las infraestructuras globales de información (como se denominan en EE. UU.) o red universal de información, son: conmutación, capacidad de transmisión, contenido digitalizado y bidireccionalidad.

Clasificación de las redes de telecomunicación

Red telefónica básica

Este tipo de red se configura en 2 tramos diferenciados: la red de acceso y la red de tránsito, que, en definitiva, permiten que un cliente de telefonía básica se interconecte con otro distante.

• Red de acceso: permite la conexión física del equipo del cliente con la central de conmutación local, que le da entrada a las diferentes redes conmutadas, a través del denominado bucle de abonado.
• Red de tránsito: está compuesta por las centrales de conmutación de enlaces y por los cables y equipos de transmisión que se utilizan para interconectarlas entre sí y con la red de acceso, con el fin de transportar el tráfico hacia su destino.

Red digital de servicios integrados (RDSI)

La idea que subyace tras la RDSI es convertir las señales de audio analógicas en señales digitales que, por tanto, puedan integrarse con el tráfico de datos dentro de la misma red conmutada. Ofrece mayor velocidad y mayor capacidad de transmisión.

ADSL

ADSL al igual que el resto de soluciones xDSL no tiene la necesidad de reemplazar los cables existentes, y convierte el par de cobre que va desde la central telefónica hasta el usuario en un medio para la transmisión de aplicaciones multimedia.

Dificultades: limitación de ancho de banda por el cable telefónico y las interferencias que se generan.

Redes de datos

Redes constituidas mediante circuitos punto a punto (circuitos alquilados). Redes públicas de datos.

Redes públicas de datos

Son redes diseñadas exclusivamente para comunicaciones de datos mediante la conmutación de paquetes. La conmutación de paquetes consiste en estructurar la información en pequeños bloques, denominados paquetes, encaminando su transmisión. La información se obtiene en el receptor, juntando los diferentes paquetes en los que se dividió la información original en el emisor. La arquitectura de esta red consiste en un conjunto de nodos o conmutadores unidos entre sí mediante enlaces de transición configurados jerárquicamente. Los nodos de los niveles de tránsito se unen en forma de malla, a la vez que están conectados a los nodos o concentradores de la red de acceso.

Redes de ordenadores

LAN, MAN, WAN

Las redes de área local (LAN) son redes privadas de ordenadores que cubren... Las redes de área metropolitana (MAN)... Las redes de área extensa (WAN)...

Internet

Desde el punto de vista técnico, Internet son redes de ordenadores interconectadas. Se requieren 2 requisitos técnicos para estar en Internet: utilizar los protocolos de comunicaciones de Internet (protocolos TCP/IP) y tener una dirección Internet (dirección IP). Sistema universal de comunicaciones.

Redes móviles

Básicamente existen 5 tipos de redes móviles:

• Mensajería electrónica (paging): sistema unidireccional de aviso y mensaje vía radio.
• Radiotelefonía en grupo cerrado (trunking): telefonía móvil sin conexión a la red telefónica conmutada, para un grupo limitado.
• Dedicadas a telefonía celular.
• Servicios móviles a través de sistemas de satélite.
• Nuevos sistemas de acceso inalámbrico a centrales de conmutación locales.

Redes de comunicaciones móviles por satélite (MSS)

Clasificación: GEO, LEO y MEO. Las ventajas posibles de los sistemas globales por satélite de banda ancha son:

• Cobertura completa de una región.
• Facilidad de instalación.
• Menor coste.

Inconvenientes: necesidad de uso de frecuencias elevadas, satélites no disponibles actualmente, tecnología no madura, número de usuarios muy grande simultáneamente.

Funcionamiento de Internet

¿Qué es Internet? Internet es un conjunto de redes de comunicación interconectadas con extensión mundial.

¿Qué significa exactamente formar parte de Internet? Puede decirse que una máquina está en Internet si:

• Emplea los protocolos TCP/IP.
• Tiene una dirección IP que la identifique en la red.
• Puede enviar paquetes IP de información a otras máquinas conectadas a Internet.

De este modo, por ejemplo, el mero hecho de que un ordenador pueda enviar o recibir correo electrónico no es suficiente para considerarlo, desde un punto de vista técnico, como parte de Internet. Cuando un ordenador personal se conecta a un Proveedor de Servicios Internet (ISP) a través de un módem, el ISP le asigna una dirección IP temporal, que será utilizada para intercambiar (entre sus máquinas y la del usuario) los paquetes IP de datos necesarios para que el usuario pueda, por ejemplo, leer o enviar correo. En este caso, el ordenador solo formó parte de Internet, rigurosamente hablando, mientras estuvo conectado al ISP.

Tampoco formaría parte de Internet un ordenador de una empresa que, aun manejando los protocolos TCP/IP para comunicarse con el resto de ordenadores de la misma empresa, no pudiera hacerlo con cualquier otro fuera de este ámbito. Es importante notar que esta Internet privada, o Intranet, puede tener sus propios esquemas de gestión de numeración y nombres (dominios).

A efectos de este tema, se considerará la red Internet como un conjunto integrado de redes (subredes) a las que se conectan sistemas. Estos sistemas pueden estar dedicados, bien a dar servicios Internet a los usuarios finales (hosts), bien a unir las subredes entre sí para que la información pueda transmitirse de una a otra (routers); a veces, incluso, ambas cosas.

Arquitectura TCP/IP

Un usuario de un sistema conectado a Internet percibe que realmente lo está por el hecho de disfrutar de los servicios Internet que este le ofrece: correo electrónico, WWW, etc. El usuario no tiene que preocuparse por cómo viaja la información en el seno de Internet, ni por cómo se entienden las máquinas entre ellas. Por otra parte, el modo de comunicarse físicamente entre los sistemas debería ser siempre indiferente al contenido de dicha comunicación.

Por este motivo, la tecnología TCP/IP se diseñó según una arquitectura con una serie de niveles, en la que cada nivel se encarga de hacer su labor, apoyándose en el servicio que le ofrece el nivel inmediatamente anterior, para, a su vez, servir de apoyo al nivel inmediatamente superior. Estos niveles son los siguientes:

Nivel de subred

Se conoce por subredes a todas las que integran el conjunto de Internet, cada una de las cuales puede basarse en una tecnología distinta. El nivel de subred está implementado, en cada caso, por los protocolos propios de la tecnología de subred empleada (Ethernet, X.25, ATM, etc.), que utilizan hosts y routers para comunicarse físicamente entre ellos.

Nivel de Internet

Se apoya sobre el nivel de subred y está implementado por el protocolo IP (Internet Protocol). Este protocolo, que por decisión de diseño es no fiable y no orientado a conexión, se encarga de que los paquetes de información (datagramas IP) que intercambian los sistemas viajen por la red desde su origen hasta su destino, es decir, se encarga de su encaminamiento. Su principal finalidad es ocultar la heterogeneidad de las distintas subredes que integran Internet, ofreciendo un servicio independiente de ellas.

Nivel de transporte

Se apoya sobre el nivel de inter-red y está implementado por dos protocolos alternativos:

• TCP: recoge la información proveniente del nivel de aplicación para dividirla convenientemente y colocarla (encapsularla) en los datagramas que maneja el IP, volver a juntarla en la recepción y reenviar aquellos datagramas que pudieran perderse en el camino, reordenando los recibidos en el orden correcto. Cumple, por tanto, con los requisitos de fiabilidad y de ser orientado a conexión, pero su principal inconveniente es la complejidad.
• UDP: utiliza el IP para transportar la información entre sistemas, agregando la capacidad de distinguir entre varias aplicaciones destino dentro de un mismo sistema. Es no orientado a conexión y no fiable, pero es más sencillo que el TCP y puede resultar más útil cuando se trabaja en entornos de alta fiabilidad en la transmisión de los mensajes.

Nivel de aplicación

Se apoya sobre el nivel de transporte e incluye los protocolos propios de las aplicaciones con las que interactúa el usuario: WWW, correo electrónico, transferencia de archivos, acceso remoto, etc.

Direcciones IP

Como ya se ha señalado, Internet está formado por un conjunto de subredes unidas mediante routers o encaminadores, a las cuales se conectan hosts que intercambian información entre sí, tanto dentro como fuera del ámbito de la subred a la que están conectados. Para que esta información llegue siempre al destino correcto, es crucial un sistema de direccionamiento adecuado a este tipo de arquitectura, que permita acceder a las distintas subredes que componen Internet, y a los hosts y routers conectados a ellas, independientemente de la tecnología que presente cada una de las subredes. Este sistema lo proporciona el protocolo IP.

Las direcciones IP tienen una longitud de 32 bits, lo que teóricamente permite la utilización de más de 4000 millones de direcciones diferentes (2³²). Sin embargo, como se verá más adelante, muchas de ellas se pierden debido a la forma de asignarlas. Los 32 bits se dividen en dos campos: subred y sistema.

Tipos de IP

Dirección IP de Clase A

[Descripción según el original.]

Dirección IP de Clase B

El campo subred se corresponde con los dos primeros octetos y el de sistema con los dos últimos. Esta clase es la ideal para subredes de tamaño medio (hasta 65 536 sistemas conectados). Estas direcciones han de tener su primer bit a 1 y el segundo a 0.

Dirección IP de Clase C

El campo subred se corresponde con los tres primeros octetos y el de sistema con el último. Esta clase de direcciones está pensada para subredes pequeñas, con pocos equipos (no más de 256). En este caso, los tres primeros bits han de ser 110.

Dirección IP de Clase D

Esta clase está pensada para direcciones de multicast (multidifusión o multidestino). La idea es definir un conjunto de sistemas al que se asocia una dirección de este tipo, de tal manera que, enviando información a esa única dirección, les llegue a todos ellos, sin tener que mandar la misma información varias veces a distintas direcciones. Los cuatro primeros bits de estas direcciones han de ser 1110.

Clase E

Las direcciones de esta clase están reservadas para usos futuros. No obstante, se ha definido que sus primeros bits sean 11110.