¡Bienvenido al fascinante mundo de las redes! Este módulo es tu punto de partida para entender cómo los dispositivos se comunican entre sí y forman la infraestructura digital que usamos a diario. Desde tu conexión a Internet en casa hasta las gigantescas redes empresariales, todo se basa en estos principios.

• ¿Qué es una Red? Es una interconexión de dos o más dispositivos (llamados "nodos" o "hosts") que pueden intercambiar datos y compartir recursos. El objetivo principal es la comunicación eficiente y el uso compartido de hardware y software.
• Tipos de Redes por Alcance: La distancia geográfica que cubren define su categoría.
  • LAN (Local Area Network) 🏠: Red de área local. Cubre un espacio geográfico pequeño como una casa, oficina o edificio. Alta velocidad y bajo retardo. Ejemplos: la red Wi-Fi de tu casa.
  • WAN (Wide Area Network) 🌍: Red de área amplia. Conecta redes LAN en diferentes ubicaciones geográficas, a menudo a través de líneas telefónicas o enlaces satelitales. Es la base de Internet.
  • MAN (Metropolitan Area Network) 🏙️: Red de área metropolitana. Cubre una ciudad o un campus grande. A menudo es propiedad de una única organización o de un proveedor de servicios.
  • PAN (Personal Area Network) 🚶: Red de área personal. Conexiones de corto alcance para dispositivos personales (Bluetooth, USB).
• Topologías de Red: Se refiere a la disposición física o lógica de los dispositivos y sus conexiones.
  • Estrella ⭐: Todos los dispositivos se conectan a un punto central (hub o switch). Es la más común hoy en día por su facilidad de gestión y diagnóstico de fallos.
  • Bus 🚌: Todos los dispositivos comparten un único cable principal. Antigua y propensa a fallos si el cable se rompe.
  • Anillo 💍: Los dispositivos se conectan en un bucle cerrado. Los datos viajan en una dirección.
  • Malla 🕸️: Cada dispositivo está conectado a todos los demás, ofreciendo alta redundancia, pero es costosa de implementar en redes grandes.

Para gestionar la complejidad de la comunicación en red, se utilizan modelos que dividen las tareas en capas. Cada capa tiene responsabilidades específicas y se comunica solo con las capas adyacentes. Esto facilita el desarrollo, la resolución de problemas y la interoperabilidad.

• Modelo OSI (Open Systems Interconnection) 🏛️: Un modelo conceptual de 7 capas desarrollado por la ISO (Organización Internacional de Estandarización) como un estándar universal para la comunicación de red. Es fundamental para entender cómo funcionan las redes, aunque no se implementa directamente en la práctica como el TCP/IP.
  • 7. Aplicación: Interfaz con el usuario (HTTP, FTP, SMTP).
  • 6. Presentación: Formato y cifrado de datos (JPEG, ASCII, TLS).
  • 5. Sesión: Establece, mantiene y termina sesiones de comunicación.
  • 4. Transporte: Segmentación, control de flujo y errores (TCP, UDP).
  • 3. Red: Direccionamiento lógico y enrutamiento (IP).
  • 2. Enlace de Datos: Direccionamiento físico, control de acceso al medio (MAC, Ethernet).
  • 1. Física: Transmisión de bits a través del medio físico (cables, ondas).
• Modelo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 🌐: El modelo práctico y el estándar de facto de Internet. Es más sencillo y se compone de 4 o 5 capas (dependiendo de la interpretación), que agrupan funciones de las capas OSI.
  • 4. Aplicación: (OSI 5, 6, 7) Servicios de red a aplicaciones (HTTP, FTP, DNS).
  • 3. Transporte: (OSI 4) Comunicación de extremo a extremo (TCP, UDP).
  • 2. Internet: (OSI 3) Direccionamiento lógico y enrutamiento (IP).
  • 1. Acceso a la Red: (OSI 1, 2) Acceso al medio físico (Ethernet, Wi-Fi).
• Encapsulación 📦: Es el proceso por el cual los datos viajan desde la capa de aplicación hacia la capa física, y cada capa añade su propio "encabezado" con información de control. Al llegar al destino, se produce la "desencapsulación", donde cada capa retira su encabezado.

La capa física es la base de toda comunicación en red, responsable de la transmisión de los bits puros (señales eléctricas, ópticas o de radio) a través de un medio físico. Es donde lo digital se convierte en una señal tangible.

• Función Principal: Define las especificaciones eléctricas, mecánicas, procedimentales y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas. Se encarga de cómo los 0s y 1s se convierten en señales físicas.
• Medios de Transmisión Guiados 📡: Eléctricos u ópticos, donde la señal viaja a lo largo de un camino físico.
  • Cable de Par Trenzado (UTP/STP) 🔗: El más común en redes Ethernet. Dos hilos de cobre trenzados para reducir la interferencia electromagnética. UTP (Unshielded Twisted Pair) es el más usado; STP (Shielded Twisted Pair) tiene un blindaje extra.
  • Cable Coaxial 📺: Consiste en un conductor central, un aislante, un blindaje de malla y una cubierta exterior. Usado en TV por cable y algunas redes antiguas.
  • Fibra Óptica ✨: Transmite datos mediante pulsos de luz a través de filamentos de vidrio o plástico. Ofrece altísimas velocidades, inmunidad a interferencias electromagnéticas y grandes distancias. Es el medio preferido para backbone de redes y conexiones de larga distancia.
• Medios de Transmisión No Guiados (Inalámbricos) 📶: La señal se transmite por el aire o el vacío.
  • Ondas de Radio: Utilizadas en Wi-Fi, Bluetooth, LTE, 5G.
  • Microondas: Para enlaces punto a punto de alta capacidad.
  • Infrarrojos: Corto alcance, como en controles remotos.
• Dispositivos de Capa Física:
  • Hubs: Dispositivos antiguos que simplemente repiten una señal a todos los puertos, creando dominios de colisión grandes e ineficientes.
  • Repetidores: Amplifican señales para extender el alcance de la red.
  • NIC (Network Interface Card) 💻: La tarjeta de red en cada dispositivo, es la interfaz física con el medio de red.

La capa de enlace de datos es crucial para establecer la comunicación directa y fiable entre dos dispositivos conectados físicamente. Se asegura de que los datos lleguen sin errores entre dos puntos de una misma red local.

• Función Principal: Controla el acceso al medio físico, maneja los errores de transmisión en un solo enlace y proporciona direccionamiento físico. Divide los bits de la capa física en "tramas" (frames).
• Subcapas: Se divide en dos subcapas:
  • LLC (Logical Link Control): Gestiona la comunicación con la capa de red superior y realiza el control de flujo y errores.
  • MAC (Media Access Control): Controla cómo se accede al medio físico (ej. si dos dispositivos intentan hablar al mismo tiempo). Define las direcciones MAC.
• Dirección MAC (Media Access Control) 🆔: Una dirección física única de 48 bits (6 bytes) grabada por el fabricante en cada tarjeta de red (NIC). Se representa típicamente en formato hexadecimal (ej. 00:1A:C2:7B:00:1E). Es como la "huella digital" de tu dispositivo en la red local.
• Tramas (Frames) 🖼️: La unidad de datos en esta capa. Contiene la dirección MAC de origen y destino, los datos de la capa de red (paquete) y un campo de control de errores (checksum).
• Switches (Conmutadores) 🔄: Son los dispositivos principales de la capa de enlace. A diferencia de los hubs, los switches "aprenden" las direcciones MAC de los dispositivos conectados a cada uno de sus puertos. Cuando reciben una trama, la envían solo al puerto de destino correspondiente, lo que mejora drásticamente la eficiencia y seguridad de la red.
• Protocolo Ethernet 🚀: El estándar dominante para redes LAN cableadas. Define las reglas para el direccionamiento MAC, la estructura de la trama y los métodos de acceso al medio (originalmente CSMA/CD).

La capa de red es el "cerebro" que permite que los datos viajen de una red a otra, a través de la vasta interconexión de Internet. Su función principal es el enrutamiento y el direccionamiento lógico.

• Función Principal: Proporcionar servicios para intercambiar segmentos de datos individuales entre dispositivos finales a través de redes interconectadas (inter-redes). Decide la mejor ruta (path) para los datos.
• Direccionamiento IP (Internet Protocol) 📍: La dirección lógica que identifica de forma única a un dispositivo en una red. A diferencia de la MAC, la IP puede cambiar y es jerárquica.
  • IPv4: La versión más utilizada. Direcciones de 32 bits representadas en cuatro octetos decimales (ej. 192.168.1.1). Su espacio de direcciones es limitado y se está agotando.
  • IPv6: La nueva generación de direcciones IP. Utiliza 128 bits, lo que proporciona un espacio de direcciones prácticamente ilimitado, necesario para la explosión de dispositivos conectados (IoT). Se representa en grupos hexadecimales (ej. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).
• Paquetes (Datagramas IP) ✉️: La unidad de datos en esta capa. Cada paquete contiene la dirección IP de origen y destino.
• Routers (Enrutadores) 🌐: Los dispositivos clave de la capa de red. Interconectan diferentes redes IP. Su función es examinar la dirección IP de destino de cada paquete y, basándose en su tabla de enrutamiento, determinar la mejor ruta para reenviar el paquete hacia su destino. Son esenciales para el funcionamiento de Internet.
• Subnetting (Subredes): Proceso de dividir una red IP grande en redes más pequeñas y manejables, lo que mejora la eficiencia y la seguridad.
• NAT (Network Address Translation): Un mecanismo utilizado por los routers para traducir direcciones IP privadas (usadas internamente en una red local) a una dirección IP pública (visible en Internet), y viceversa. Permite que múltiples dispositivos en una LAN compartan una única dirección IP pública.

La capa de transporte es el corazón de la comunicación de extremo a extremo entre aplicaciones. Garantiza que los datos de una aplicación en un host lleguen correctamente a la aplicación correspondiente en otro host.

• Función Principal: Proporciona servicios de comunicación entre procesos (aplicaciones) que se ejecutan en diferentes hosts. Se encarga de la segmentación de datos, el control de flujo y la detección de errores a nivel de aplicación.
• Protocolos Principales:
  • TCP (Transmission Control Protocol) ✅: Es un protocolo orientado a la conexión y fiable.
    • Orientado a la conexión: Establece una "conversación" (handshake de tres vías) antes de enviar datos y la cierra al finalizar.
    • Fiable: Garantiza que todos los datos lleguen al destino, en el orden correcto y sin errores, utilizando acuses de recibo (ACKs) y retransmisiones.
    • Control de flujo: Evita que un emisor rápido sature a un receptor lento.
    • Control de congestión: Adapta la velocidad de transmisión para evitar saturar la red.
    • Ejemplos: Navegación web (HTTP/HTTPS), correo electrónico (SMTP, POP3, IMAP), transferencia de archivos (FTP).
  • UDP (User Datagram Protocol) 🚀: Es un protocolo sin conexión y no fiable.
    • Sin conexión: No establece una sesión previa; simplemente envía los datagramas.
    • No fiable: No garantiza la entrega, el orden o la ausencia de errores. Es un protocolo de "mejor esfuerzo" (best-effort).
    • Rápido y ligero: Menos sobrecarga (overhead) que TCP.
    • Ejemplos: Streaming de video y audio, VoIP (llamadas por Internet), juegos en línea, consultas DNS. Se usa cuando la velocidad es más crítica que la fiabilidad total, y la aplicación maneja sus propios mecanismos de control de errores si los necesita.
• Puertos 🚪: Son números de 16 bits que identifican una aplicación o servicio específico que se ejecuta en un host. Permiten que múltiples aplicaciones compartan la misma dirección IP.
  • Puertos Bien Conocidos (0-1023): Asignados a servicios comunes (ej. 80 para HTTP, 443 para HTTPS, 21 para FTP, 23 para Telnet).
  • Puertos Registrados (1024-49151): Usados por aplicaciones de usuario.
  • Puertos Dinámicos/Privados (49152-65535): Asignados temporalmente por los sistemas operativos.
• Segmentos (TCP) / Datagramas (UDP): Las unidades de datos en esta capa.