1 Bachillerato SA2 Internet y redes de ordenadores
1. Introducción a Internet
Internet es una red de redes que interconecta millones de dispositivos en todo el mundo, permitiendo la comunicación y el intercambio de información a través de distintos protocolos. Su origen se remonta a ARPANET, una red creada en los años 60 por el Departamento de Defensa de EE.UU. para garantizar la comunicación entre computadoras en caso de fallos en la infraestructura.
Hoy en día, Internet es una herramienta indispensable en la sociedad, utilizada para la educación, el comercio, el entretenimiento y muchas otras actividades. Su crecimiento ha dado lugar a avances en la tecnología, como el desarrollo de redes 5G, la computación en la nube y la inteligencia artificial aplicada a la web.
2. Arquitectura Básica
La arquitectura básica de las redes de comunicación es esencial para comprender cómo los sistemas interactúan entre sí y cómo se manejan las operaciones de transmisión de datos. Esta arquitectura se construye sobre una estructura modular, basada en protocolos que aseguran la transmisión confiable de la información a través de diferentes tecnologías y capas de red.
Los servicios en internet son las aplicaciones y funcionalidades que facilitan la comunicación y la transferencia de datos entre los usuarios. Algunos de los servicios más importantes son:
Correo Electrónico (Email): Es uno de los servicios más antiguos y utilizados de internet. A través de él, los usuarios pueden enviar y recibir mensajes de texto, imágenes, archivos adjuntos, entre otros, entre dispositivos conectados a la red. Los principales protocolos que permiten este servicio son SMTP (para el envío de correos) y POP3 o IMAP (para la recepción de correos).
World Wide Web (WWW): Es un sistema de distribución de documentos de hipertexto que están interconectados entre sí a través de enlaces, accesibles mediante navegadores web. Utiliza el protocolo HTTP para transmitir los datos y HTTPS cuando la seguridad es prioritaria. A través de la web se accede a una amplia gama de servicios, desde redes sociales hasta aplicaciones de banca en línea.
FTP (File Transfer Protocol): Este protocolo permite la transferencia de archivos entre sistemas conectados a una red. FTP se utiliza ampliamente para subir y bajar archivos desde y hacia servidores, especialmente en el contexto de desarrollo web o distribución de software.
VoIP (Voice over Internet Protocol): Es la tecnología que permite la transmisión de voz a través de la red IP. Usada principalmente en aplicaciones como Skype, WhatsApp o Zoom, VoIP ha transformado la forma en que las personas se comunican, permitiendo realizar llamadas de voz y videollamadas a bajo costo a nivel global.
Redes Sociales y Mensajería Instantánea: Servicios como Facebook, Twitter, WhatsApp y Telegram, entre otros, permiten la comunicación instantánea entre usuarios, compartir contenido multimedia y participar en interacciones sociales en tiempo real.
Estos servicios operan sobre la infraestructura de internet, utilizando diferentes protocolos y tecnologías para permitir que los usuarios interactúen de manera eficiente.
La arquitectura TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) es el modelo de referencia que describe cómo se deben organizar y transmitir los datos en una red. Este modelo se divide en varias capas que permiten modularizar y organizar las funciones de comunicación. Las cuatro capas principales son:
Capa de Aplicación: Es la capa superior del modelo TCP/IP y es donde residen los protocolos utilizados para servicios de red que interactúan directamente con el usuario. Aquí encontramos protocolos como HTTP (para la navegación web), FTP (para transferencia de archivos) y SMTP (para correo electrónico). La capa de aplicación se encarga de proporcionar la funcionalidad de las aplicaciones que los usuarios finales usan para acceder a los servicios de la red.
Capa de Transporte: Esta capa se encarga de la entrega confiable de los datos entre dos sistemas, gestionando la segmentación, el control de errores y el control de flujo. El protocolo más utilizado en esta capa es TCP (Transmission Control Protocol), que asegura que los datos lleguen completos y en el orden correcto. Otro protocolo en esta capa es UDP (User Datagram Protocol), que ofrece una entrega más rápida pero sin garantía de fiabilidad.
Capa de Internet: Es la capa encargada de enrutar los paquetes de datos desde el origen hasta el destino a través de una serie de dispositivos intermedios. El protocolo más importante en esta capa es IP (Internet Protocol), que se encarga de direccionar y enrutar los paquetes. Existen dos versiones de IP: IPv4 (utiliza direcciones de 32 bits) y IPv6 (utiliza direcciones de 128 bits).
Capa de Enlace de Datos: Esta capa se ocupa de la transmisión de datos a través de los medios físicos (como cables de cobre o fibra óptica) y asegura que los paquetes se envíen de forma correcta entre dispositivos dentro de una red local. Protocolos como Ethernet o Wi-Fi funcionan en esta capa, y se encargan de gestionar la dirección MAC (Media Access Control) y la comunicación entre dispositivos dentro de una red.
La arquitectura TCP/IP ha sido fundamental en el desarrollo de internet, permitiendo la interoperabilidad entre diferentes tipos de redes y sistemas.
El modelo cliente/servidor es un paradigma de comunicación en redes en el que los roles de los participantes están claramente definidos. El servidor es el que proporciona un servicio o recurso, mientras que el cliente es el que solicita el servicio o recurso.
En un servidor web, por ejemplo, el servidor almacena páginas web, imágenes y otros contenidos, mientras que el cliente (el navegador web) realiza solicitudes para recibir esos contenidos. Este modelo se caracteriza por:
Escalabilidad: Los servidores pueden atender a múltiples clientes simultáneamente. La capacidad de respuesta del servidor puede aumentar a medida que se incrementa la carga mediante hardware más potente o tecnologías como balanceadores de carga.
Descentralización: El cliente y el servidor pueden operar en máquinas distintas, lo que permite distribuir las cargas de trabajo y los recursos de forma más eficiente.
Interacción asíncrona: En muchos casos, el cliente y el servidor no interactúan de manera continua, sino que el cliente realiza una solicitud, y el servidor responde de forma independiente.
Este modelo es ampliamente utilizado en todos los servicios de internet y es la base de la mayoría de las aplicaciones en línea modernas.
3. Nivel Físico y de Enlace de Red
El nivel físico y de enlace de red se refiere a la infraestructura y los dispositivos necesarios para transmitir datos a través de medios físicos. El nivel físico se encarga de la transmisión de bits a través de un medio de comunicación, mientras que el nivel de enlace se asegura de que los datos sean enviados de manera eficiente y libre de errores a través de las redes locales.
El nivel físico es responsable de la transmisión y recepción de señales a través de medios de comunicación. Estos pueden ser cables, ondas de radio o señales ópticas. En esta capa, los datos se transforman en señales eléctricas, ópticas o de radiofrecuencia. Ejemplos de tecnologías de transmisión incluyen:
Ethernet: Un protocolo ampliamente utilizado en redes cableadas locales (LAN). Opera sobre cables de cobre o fibra óptica, y ofrece alta velocidad y fiabilidad.
Wi-Fi: Utiliza ondas de radiofrecuencia para transmitir datos de manera inalámbrica a corta distancia, comúnmente en redes domésticas y comerciales.
Fibra Óptica: Utiliza luz para transmitir datos a través de fibras de vidrio o plástico, ofreciendo una alta capacidad de transmisión a larga distancia.
La capa de enlace de datos organiza los bits transmitidos en tramas, gestiona el control de acceso al medio (quién puede transmitir en un momento dado) y controla los errores. Algunos protocolos de enlace de datos incluyen Ethernet, Wi-Fi y PPP (Point-to-Point Protocol).
Las redes cableadas utilizan cables físicos para conectar dispositivos. Los más comunes son:
Ethernet (cables de cobre o fibra óptica): Utilizados principalmente en redes LAN y en conexiones de alta velocidad, como las de oficinas y hogares.
Las redes inalámbricas, por otro lado, utilizan ondas de radio para transmitir datos sin necesidad de cables. Los estándares más comunes incluyen:
Wi-Fi: Utilizado para la conexión de dispositivos a internet o redes locales dentro de un rango determinado.
Bluetooth: Usado para la transmisión de datos a corta distancia entre dispositivos como teléfonos móviles, computadoras y accesorios.
Redes móviles (4G, 5G): Utilizadas por dispositivos móviles para acceder a internet y hacer llamadas.
Los dispositivos de interconexión permiten la comunicación entre diferentes segmentos de red o entre diferentes redes. Algunos de los dispositivos más importantes son:
Switches: Conectan múltiples dispositivos dentro de una red local y operan en la capa de enlace de datos. Dirigen los datos a la dirección correcta dentro de la red, basándose en las direcciones MAC de los dispositivos.
Routers (Enrutadores): Actúan en la capa de Internet y se encargan de encaminar los paquetes de datos entre diferentes redes, como una red LAN y la internet. Analizan las direcciones IP de los paquetes y deciden la mejor ruta para enviarlos.
Puntos de Acceso (Access Points): Permiten la conexión de dispositivos inalámbricos a una red cableada, facilitando la conexión de smartphones, laptops y otros dispositivos a redes Wi-Fi.
4. El Protocolo de Internet (IP)
El Protocolo de Internet (IP) es el conjunto de reglas que gobiernan cómo se direccionan, encaminan y transmiten los paquetes de datos a través de las redes. El protocolo IP es crucial para la operación de Internet y otros sistemas de comunicación basados en redes.
Los enrutadores (routers) son dispositivos esenciales en las redes, ya que se encargan de determinar el mejor camino para que los datos lleguen desde su origen hasta su destino a través de la red. Un enrutador opera en la capa de Internet del modelo TCP/IP y toma decisiones de encaminamiento basándose en la dirección IP de los paquetes de datos.
Los enrutadores examinan las direcciones IP de los paquetes para decidir la ruta más eficiente para su entrega. Para ello, utilizan tablas de enrutamiento, que contienen información sobre las rutas a seguir en función de la red de destino.
Los enrutadores permiten que los datos viajen entre diferentes redes, como entre una red local (LAN) y la red global (Internet), o entre diferentes subredes dentro de una red empresarial. También pueden realizar funciones de seguridad, como cortafuegos (firewalls) y filtrado de tráfico, y optimizar el tráfico mediante técnicas como NAT (Network Address Translation) y VPN (Virtual Private Network).
El direccionamiento IP es el proceso mediante el cual se asigna una dirección única a cada dispositivo en una red. Existen dos tipos de direcciones IP:
IPv4 (Protocolo de Internet versión 4): Usa direcciones de 32 bits, lo que permite un total de 4.3 mil millones de direcciones únicas. Aunque todavía es el sistema más utilizado, su capacidad de direccionamiento es insuficiente para las crecientes demandas de dispositivos conectados.
IPv6 (Protocolo de Internet versión 6): Utiliza direcciones de 128 bits, lo que permite una cantidad prácticamente ilimitada de direcciones IP únicas, resolviendo los problemas de escasez de direcciones en IPv4.
Las direcciones IP son fundamentales para garantizar que los datos lleguen al dispositivo correcto en una red. Existen dos formas principales de asignar direcciones IP a los dispositivos:
Direccionamiento estático: Las direcciones IP se asignan manualmente a los dispositivos y no cambian a lo largo del tiempo.
Direccionamiento dinámico: Las direcciones IP se asignan automáticamente a los dispositivos a través de un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), lo que facilita la administración de redes grandes.
El Protocolo de Control de la Transmisión (TCP) es uno de los protocolos más importantes en la capa de transporte del modelo TCP/IP. TCP se asegura de que los datos se transmitan de forma confiable y en el orden correcto entre los dispositivos que se comunican en la red.
Las características principales de TCP incluyen:
Establecimiento de conexión: Antes de comenzar a enviar datos, TCP establece una conexión confiable entre el dispositivo emisor y el receptor a través de un proceso llamado «handshake» o saludo en tres pasos (three-way handshake). Este proceso asegura que ambas partes estén listas para recibir y enviar datos.
Control de flujo: TCP controla la cantidad de datos que se envían entre el emisor y el receptor para evitar la congestión de la red y garantizar que el receptor pueda procesar los datos correctamente.
Control de errores: TCP incluye mecanismos para detectar y corregir errores en los datos transmitidos. Si un paquete de datos se pierde o se corrompe, TCP se encarga de retransmitirlo.
Ordenamiento de paquetes: Los datos enviados a través de la red pueden llegar en un orden diferente al que fueron enviados. TCP asegura que los paquetes se reordenen en el receptor para que la información llegue en el orden correcto.
TCP es fundamental para aplicaciones que requieren una transmisión fiable, como la navegación web (HTTP/HTTPS), la transferencia de archivos (FTP) y la transmisión de correos electrónicos.
5. Protocolos de Transferencia de Hipertexto (HTTP y HTTPS)
El Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP) y su versión segura, HTTPS (HTTP Secure), son los protocolos utilizados para la comunicación entre los navegadores web y los servidores web.
HTTP: Es el protocolo básico utilizado para cargar páginas web en el navegador. HTTP funciona de manera simple: el navegador realiza una solicitud a un servidor web para obtener los recursos (como páginas HTML, imágenes, archivos CSS y JavaScript), y el servidor responde enviando los datos. Sin embargo, HTTP no proporciona ningún tipo de cifrado, lo que significa que los datos se transmiten de manera no segura, y pueden ser interceptados por terceros.
HTTPS: Es la versión segura de HTTP, donde los datos se cifran utilizando SSL (Secure Sockets Layer) o TLS (Transport Layer Security). HTTPS asegura que la información transmitida entre el navegador y el servidor esté protegida contra escuchas y manipulaciones, lo que es especialmente importante en transacciones en línea, como compras o servicios bancarios.
HTTPS no solo mejora la seguridad, sino que también es un factor importante para el posicionamiento en buscadores, ya que Google y otros motores de búsqueda prefieren sitios web que utilicen HTTPS.
6. Sistema de Nombres de Dominio (DNS)
El Sistema de Nombres de Dominio (DNS) es un sistema jerárquico y distribuido que se utiliza para traducir los nombres de dominio legibles por los humanos (por ejemplo, www.ejemplo.com) en direcciones IP numéricas (por ejemplo, 192.0.2.1) que son entendidas por los dispositivos de la red.
El DNS opera de la siguiente manera:
Resolución de nombres: Cuando un usuario ingresa un nombre de dominio en su navegador, el sistema DNS consulta la base de datos distribuida para encontrar la dirección IP asociada a ese dominio.
Servidor DNS: Existen servidores DNS que almacenan las bases de datos con las asociaciones entre nombres de dominio y direcciones IP. Un servidor DNS puede ser local (como el que proporciona un proveedor de servicios de internet) o público (como los de Google o Cloudflare).
Jerarquía DNS: El sistema DNS tiene una estructura jerárquica con varios niveles. En la parte superior, encontramos los servidores de nombres raíz, que dirigen la consulta hacia los servidores que manejan los dominios de nivel superior (como .com, .org, .net, etc.). Luego, se consulta el servidor específico para ese dominio, que finalmente devuelve la dirección IP.
Además de realizar la traducción de nombres a direcciones, el DNS también tiene funciones adicionales, como la gestión de subdominios y la distribución de cargas a través de técnicas como el balanceo de carga.
La importancia del DNS es enorme, ya que es la base para que los usuarios puedan acceder a recursos de internet de manera fácil y rápida, sin tener que recordar direcciones IP complicadas.