4 Conceptos Básicos de redes de computadoras

4.1 Introducción a las Redes de Computadoras

Según Tanenbaum y Wetherall, una red de computadoras es un conjunto de dispositivos (hosts, estaciones, servidores) interconectados mediante medios físicos o inalámbricos para compartir información y recursos. Estas redes pueden variar ampliamente en tamaño, arquitectura y alcance; desde una pequeña red doméstica hasta la Internet, que abarca el planeta entero.

Las redes de computadoras permiten la comunicación entre dispositivos y aplicaciones, facilitando el intercambio de datos, la colaboración en tiempo real y el acceso remoto a servicios y recursos. De acuerdo con Beekman y Quinn, sin estas redes la interconectividad actual —en la que se basan operaciones comerciales, gubernamentales, académicas y personales— no sería posible de la misma forma.

4.2 Tipos de Redes

Aunque existen diversas clasificaciones, tres tipos de redes destacan por su relevancia y alcance: LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network) e Internet.

4.2.1 LAN (Local Area Network)

Una LAN conecta dispositivos que se encuentran en una área geográfica reducida, como una oficina, un edificio o un campus universitario. Sus características incluyen:

Altas velocidades de transmisión y baja latencia, porque las distancias físicas son cortas.

Facilidad de instalación y configuración, pues se utilizan conexiones cableadas (Ethernet) o inalámbricas (Wi-Fi). Escalabilidad limitada, generalmente orientada a decenas o cientos de dispositivos en un mismo espacio.

Las LAN son la base de muchas organizaciones, ya que permiten a los empleados compartir impresoras, archivos y recursos internos de manera eficiente.

4.2.2 WAN (Wide Area Network)

Las WAN abarcan áreas geográficas más extensas, que pueden involucrar múltiples ciudades, países o continentes. Conectan varias LAN entre sí, utilizando enlaces de larga distancia (líneas dedicadas, redes satelitales, cables submarinos de fibra óptica, etc.). Sus características principales son:

Cobertura extensa: Permiten que organizaciones con sedes en distintas ubicaciones operen como si estuvieran en una sola gran red.

Costes más elevados y velocidades más variables que en las LAN, pues implican infraestructura especializada y múltiples proveedores.

Protocolos de enrutamiento complejos, diseñados para mantener la conectividad aun cuando se producen fallas en parte de la red.

4.2.3 Internet

La Internet se entiende como la red de redes más grande del mundo. Integra un vasto número de redes WAN y LAN utilizando protocolos comunes, como TCP/IP. De acuerdo con Tanenbaum y Wetherall, sus características son:

Universalidad: Permite la comunicación y el intercambio de datos entre usuarios de todo el planeta.
Escalabilidad: Maneja un crecimiento constante de usuarios, servicios y dispositivos.
Descentralización: No está controlada por una sola entidad; se compone de numerosos proveedores y organizaciones que operan con estándares abiertos.

4.3 Componentes Básicos de una Red

Para comprender el funcionamiento de las redes, es útil conocer los dispositivos que forman parte de su infraestructura. Tres de los más relevantes son routers, switches y firewalls.

4.3.1 Router

El router (o encaminador) es el dispositivo encargado de enrutar paquetes de datos entre redes diferentes. Funciona en la capa de red del modelo OSI (Open Systems Interconnection), examinando la dirección de destino de cada paquete y seleccionando la ruta más eficiente para su envío.

Ejemplo: Un router doméstico conecta la red local (LAN) de una casa con el proveedor de servicios de Internet (ISP), permitiendo que varios dispositivos compartan la misma conexión a Internet.

4.3.2 Switch

Un switch (o conmutador) opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI (habitualmente la capa 2) y permite interconectar dispositivos dentro de una misma LAN.

Funcionamiento: Envía los datos solo al puerto asociado a la dirección MAC de destino (conmutación), reduciendo el tráfico innecesario en la red. Importancia: Mejora el rendimiento y la seguridad al aislar la comunicación entre dispositivos, evitando colisiones y congestionamientos propios de tecnologías más antiguas como los hubs.

4.3.3 Tarjetas de red

Una tarjeta de red, también conocida como adaptador de red o NIC (del inglés Network Interface Card), es un componente de hardware que permite a una computadora conectarse a una red informática. Facilita la comunicación y el intercambio de datos entre dispositivos en una red, ya sea mediante conexiones cableadas, como Ethernet, o inalámbricas, como Wi-Fi.

Las tarjetas de red se encargan de preparar, transferir y controlar la información o datos que se envían a otros equipos conectados en la misma red, incluyendo dispositivos como impresoras y discos duros externos.

Además, cada tarjeta de red posee una dirección única denominada dirección MAC (Media Access Control), asignada por el fabricante, que la diferencia de las demás tarjetas de red en el mundo.

4.3.4 Módem

Un módem es un dispositivo electrónico que realiza dos funciones clave en las comunicaciones de datos: la modulación y la demodulación. El dispositivo electrónico que consume internet trabaja con información digital (ceros y unos) mientras que las líneas telefónicas trabajan normalmente de forma analógica (diferentes amplitudes y frecuencias de onda). La modulación es el proceso por el cual una señal digital en transformada a analógica, mientras que la demodulación es el proceso inverso.

4.3.5 Medios de transmisión

Los medios de transmisión son los canales físicos o inalámbricos que permiten el flujo de señales en la red. De acuerdo con Tanenbaum y Wetherall [1], podemos agruparlos en dos grandes categorías:

4.3.5.1 Medios guiados

Cables de Par Trenzado (UTP, STP): Muy comunes en LAN. Tienen un coste relativamente bajo y permiten velocidades de 100 Mbps, 1 Gbps o más, según la categoría del cable (CAT5e, CAT6, CAT6a, etc.).
Cable Coaxial: Antiguamente usado para redes locales; en la actualidad, se emplea sobre todo en sistemas de televisión por cable y algunos tipos de conexiones a Internet.
Fibra Óptica: Utiliza pulsos de luz en lugar de señales eléctricas. Destaca por su alto ancho de banda, gran alcance (decenas de kilómetros) y muy baja atenuación. Ideal para redes troncales (backbones) y enlaces de larga distancia.

4.3.5.2 Medios no guiados (Inalámbricos)

Wi-Fi: Permite movilidad dentro de un área limitada (oficinas, cafeterías, campus). La calidad de la señal depende de obstáculos, interferencias y distancia al punto de acceso.
Bluetooth: Diseñado para interconectar dispositivos a corta distancia (teclados, mouse, auriculares), con un ancho de banda relativamente bajo.
Enlaces Celulares (3G, 4G, 5G): Ofrecen cobertura amplia mediante estaciones base de telefonía móvil. Resultan fundamentales para la conectividad de smartphones y dispositivos IoT.
Enlaces Satelitales: Se emplean en zonas rurales o marítimas donde no hay infraestructura terrestre. Presentan mayor latencia, pero pueden cubrir grandes distancias.

4.4 Conceptos Básicos de Seguridad en Redes

La seguridad en redes se refiere al conjunto de políticas, procedimientos y tecnologías diseñadas para proteger las redes informáticas de accesos no autorizados, ataques, daños o robos. Su objetivo principal es asegurar que los datos que circulan a través de la red estén protegidos contra amenazas internas y externas.

4.4.1 Principios Fundamentales

Confidencialidad: Garantizar que la información solo sea accesible para las personas autorizadas.
Integridad: Asegurar que los datos no sean alterados de manera no autorizada.
Disponibilidad: Mantener los sistemas y datos accesibles cuando se necesiten.

4.4.2 Amenazas Comunes en Redes

Malware: Software malicioso como virus, gusanos y troyanos que pueden dañar sistemas o robar información.
Phishing: Técnicas de ingeniería social para engañar a los usuarios y obtener información sensible.
Ataques DDoS (Denegación de Servicio Distribuida): Intentos de sobrecargar una red para que los servicios no estén disponibles.
Intercepción de Datos: Acceso no autorizado a la información que circula por la red.

4.4.3 Medidas de Seguridad en Redes

Firewalls: Actúan como una barrera entre una red confiable y otra no confiable, controlando el tráfico entrante y saliente basado en reglas de seguridad predefinidas.
Sistemas de Detección y Prevención de Intrusiones (IDS/IPS): Monitorean el tráfico de la red en busca de actividades sospechosas y pueden tomar medidas para prevenir posibles intrusiones.
Encriptación: Transforma los datos en un formato ilegible para proteger la información durante la transmisión. Protocolos como SSL/TLS son ampliamente utilizados para asegurar comunicaciones en línea.
Autenticación y Control de Acceso: Garantizan que solo los usuarios autorizados puedan acceder a recursos específicos de la red. Métodos comunes incluyen contraseñas, autenticación de dos factores y certificados digitales.
Actualizaciones y Parches: Mantener el software y los sistemas operativos actualizados es crucial para protegerse contra vulnerabilidades conocidas que pueden ser explotadas por atacantes.