¿Qué son las redes informáticas?

La conexión en red, o interconexión informática, implica la conexión de dos o más dispositivos informáticos (por ejemplo, ordenadores de sobremesa, portátiles, dispositivos móviles, enrutadores, aplicaciones) para permitir la transmisión y el intercambio de información y recursos.

Los dispositivos en red se basan en protocolos de comunicación (reglas que describen cómo transmitir o intercambiar datos a través de una red), lo que les permite compartir información a través de conexiones físicas o inalámbricas.

Las redes informáticas forman la columna vertebral de casi todas las experiencias digitales, desde la comunicación personal y el entretenimiento hasta las operaciones empresariales nativas de la nube y la infraestructura global. Diseñadas para la escalabilidad, la velocidad y la seguridad de TI, las redes actuales admiten flujos de datos dinámicos tanto en sistemas en las instalaciones como en entornos de nube virtualizados.

Antes de las prácticas contemporáneas de creación de redes, los ingenieros informáticos tenían que mover físicamente los ordenadores para compartir datos entre dispositivos, una tarea ardua en una época en la que los ordenadores eran grandes y poco manejables.

Para simplificar el proceso (especialmente para los trabajadores de la Administración), el Departamento de Defensa financió la creación de la primera red informática operativa (que acabó llamándose ARPANET) a finales de la década de 1960. Este hito sentó las bases no solo para Internet, sino también para las redes en la nube, que hoy en día soportan infraestructuras y servicios de aplicaciones distribuidos globalmente.

Desde entonces, las prácticas de conexión en red y los sistemas informáticos que las impulsan han evolucionado de forma considerable. Las redes informáticas actuales facilitan la comunicación a gran escala entre dispositivos con fines empresariales, de ocio y de investigación. Internet, las búsquedas en línea, el correo electrónico, el intercambio de audio y vídeo, el comercio en línea, las retransmisiones en directo y las redes sociales existen gracias a los avances de las redes informáticas.

En el entorno empresarial, este progreso provocó modelos de red más flexibles centrados en la infraestructura de nube. Las organizaciones confían cada vez más en las estrategias de cloud híbrido y multinube de red, donde las aplicaciones y los datos fluyen entre la infraestructura en las instalaciones y los entornos de nube proporcionados por los proveedores de servicio cloud. Algunos proveedores conocidos son AWS, Microsoft Azure, IBM® Cloud  y Google Cloud Platform. Esta estrategia de redes que prioriza la nube permite a las empresas escalar los recursos de forma dinámica, reducir los costes de infraestructura y acceder a servicios avanzados sin mantener el hardware físico.

Hoy en día, la inteligencia artificial (IA) y el machine learning (ML) están transformando aún más las redes al permitir sistemas más inteligentes y adaptables. Estas tecnologías ayudan a automatizar la gestión de la red, mejorar la seguridad mediante la detección de anomalías y optimizar el rendimiento al predecir y responder a los patrones de tráfico en tiempo real.

Utilizando el correo electrónico como ejemplo básico, así es como se mueven los datos a través de una red.

Cuando un usuario quiere enviar un correo electrónico, primero lo escribe y luego pulsa el botón "enviar". Cuando el usuario presiona "enviar", un protocolo SMTP o POP3 utiliza el wifi del remitente para dirigir el mensaje desde el nodo remitente a través de los conmutadores de red. Aquí se comprime y se descompone en segmentos cada vez más pequeños (y, en última instancia, en bits o cadenas de unos y ceros).

Las pasarelas de red dirigen el flujo de bits a la red del destinatario, convirtiendo los datos y los protocolos de comunicación según sea necesario. Cuando el flujo de bits llega al ordenador del destinatario, los mismos protocolos dirigen los datos del correo electrónico a través de los conmutadores de la red del receptor. En el proceso, la red reconstruye el mensaje original hasta que el correo electrónico llega en forma legible para el ser humano a la bandeja de entrada del destinatario (el nodo receptor).

Para comprender completamente las redes informáticas, es esencial revisar los componentes de red y su funcionalidad, que incluyen:

• Dirección IP: una dirección IP es un número único asignado a cada dispositivo de red en una red de Internet Protocol (IP). Cada dirección IP identifica la red host del dispositivo y su ubicación en la red. Cuando un dispositivo envía datos a otro, los datos incluyen un “encabezado” que consta de las direcciones IP de los dispositivos emisor y receptor.

• Nodos: un nodo es un punto de conexión de red que puede recibir, enviar, crear o almacenar datos. Es esencialmente cualquier dispositivo de red (por ejemplo, un ordenador, una impresora, un módem, un puente o un conmutador) que puede reconocer, procesar y transmitir información a otro nodo de red. Cada nodo requiere alguna forma de identificación (como una dirección IP o MAC) para recibir acceso a la red.

• Enrutadores: Un enrutador es un dispositivo físico o virtual que envía “paquetes” de datos entre redes. Los enrutadores analizan los datos que contienen los paquetes para determinar la ruta de transmisión óptima y utilizan sofisticados algoritmos de enrutamiento para reenviar los paquetes de datos hasta que llegan al nodo de destino previsto.
  

• Conmutadores: un conmutador es un dispositivo que conecta dispositivos de red y gestiona la comunicación de nodo a nodo a través de una red, asegurándose de que los paquetes de datos lleguen a sus destinos previstos. A diferencia de los enrutadores, que envían información entre redes, los conmutadores envían información entre nodos de una misma red.

  Por lo tanto, "conmutación" se refiere a cómo se transfieren los datos entre los dispositivos de una red. Las redes se basan en tres tipos principales de conmutación:

  • La conmutación de circuitos establece una ruta de comunicación de datos dedicada entre los nodos de una red, de modo que ningún otro tráfico pueda atravesar la misma ruta. La conmutación de circuitos garantiza que el ancho de banda total esté disponible durante cada transmisión.

  • La conmutación de mensajes envía mensajes enteros desde el nodo de origen al nodo de destino, de manera que el mensaje viaja de conmutador en conmutador hasta llegar al destino.

  • La conmutación de paquetes consiste en dividir los datos en componentes independientes para que la transmisión de datos exija menos recursos de la red. Con la conmutación de paquetes, los paquetes, en lugar de flujos de datos completos, viajan por la red hasta su destino final.

     

• Puertos: un puerto indica una conexión específica entre dispositivos de red, con cada puerto identificado por un número único. Si una dirección IP es análoga a la dirección de un hotel, los puertos son las suites y los números de habitación. Los ordenadores utilizan los números de puerto para determinar qué aplicación, servicio o proceso debe recibir qué mensajes.

• Pasarelas: las pasarelas son dispositivos de hardware que facilitan la comunicación entre dos redes diferentes. Los enrutadores, firewalls y otros dispositivos de pasarela utilizan convertidores de velocidad, traductores de protocolos y otras tecnologías para facilitar la comunicación entre redes de dispositivos que, de otro modo, serían incompatibles.
  

Si bien los componentes de red tradicionales (por ejemplo, enrutadores, conmutadores, puertos, pasarelas) siguen siendo fundamentales para las operaciones de red, los entornos en la nube han transformado la manera en que se implementan y gestionan estos elementos.

En entornos de nube, muchos de estos componentes tradicionales se virtualizan y se ofrecen como servicios gestionados, lo que permite a las organizaciones crear infraestructuras de red sólidas sin necesidad de mantener hardware físico. Los proveedores de servicios en la nube abstraen la complejidad subyacente sin dejar de basarse en los mismos principios fundamentales de red, pero con mayor escalabilidad, flexibilidad y alcance global.

Las redes modernas dependen cada vez más de componentes nativos de la nube que amplían y mejoran las capacidades de red tradicionales. Estos componentes incluyen:

• Equilibradores de carga: los equilibradores de carga distribuyen el tráfico entrante entre varios servidores o servicios.

• Redes de entrega de contenido (CDN): lasredes de entrega de contenido almacenan en caché el contenido web estático y dinámico más cerca de los usuarios, lo que reduce la latencia y mejora el rendimiento de las aplicaciones.

• Nubes privadas virtuales (VPC): las nubes privadas virtuales proporcionan entornos de red aislados dentro de una infraestructura de nube pública.

• Pasarelas de API: las pasarelas de API gestionan, enrutan y protegen el tráfico entre las aplicaciones y sus interfaces de programación mediante el uso de API, lo que garantiza una comunicación segura y fiable.

• Middleware: el middleware actúa como puente entre aplicaciones, servicios y bases de datos, facilitando la comunicación, el intercambio de datos y la integración en entornos distribuidos o nativos de la nube.

• Mallas de servicio: las mallas de servicio gestionan la comunicación interna entre servicios en aplicaciones modernas basadas en microservicios, gestionando tareas como el equilibrio de carga, el enrutamiento del tráfico y la seguridad.

Por lo general, las áreas geográficas definen las redes informáticas. Una red de área local (LAN) conecta ordenadores dentro de un espacio físico definido, mientras que una red de área amplia (WAN) puede conectar ordenadores a través de continentes. Sin embargo, las redes también se definen por los protocolos que utilizan para comunicarse, la disposición física de sus componentes, cómo gestionan el tráfico de red y el propósito que tienen en sus respectivos entornos.

Los tipos de redes informáticas más comunes y más utilizados se dividen en tres categorías generales:

• Tipos de redes por zonas geográficas

• Tipos de red por medio de transmisión

• Tipos de red por tipo de comunicación

Los tipos de red de esta categoría se distinguen por la zona geográfica que cubre la red.

Los nodos de red pueden enviar y recibir mensajes mediante enlaces (conexiones) alámbricos o inalámbricos.

Las redes informáticas pueden transmitir datos mediante el uso de una serie de dinámicas de transmisión, entre ellas: 

La arquitectura de redes informáticas establece el marco teórico de una red informática, que abarca los principios de diseño y los protocolos de comunicación.

Los principales tipos de arquitecturas de red incluyen:

• Arquitecturas peer-to-peer (P2P)

• Arquitecturas cliente-servidor

• Arquitecturas híbridas

En una arquitectura P2P, dos o más ordenadores están conectados como “pares”, lo que significa que tienen la misma potencia y privilegios en la red. Una red P2P no necesita un servidor central para coordinarse. En su lugar, cada ordenador de la red actúa como cliente (un ordenador que necesita acceder a un servicio) y como servidor (un ordenador que proporciona servicios a los clientes). 

Cada ordenador de la red pone algunos de sus recursos a disposición de otros dispositivos de la red, compartiendo almacenamiento, memoria, ancho de banda y capacidad de procesamiento a través de la red.

Dentro de una organización de investigación intensiva, por ejemplo, los miembros del equipo podrían usar un sistema descentralizado de intercambio de archivos para intercambiar grandes conjuntos de datos directamente entre sus estaciones de trabajo, eliminando la necesidad de un servidor central.

En una red cliente-servidor, un servidor central (o grupo de servidores) administra los recursos y presta servicios a los dispositivos cliente de la red. Los clientes en esta arquitectura no comparten sus recursos e interactúan solo a través del servidor. Las arquitecturas cliente-servidor a menudo se denominan arquitecturas escalonadas debido a sus múltiples capas.

Por ejemplo, en un entorno corporativo que utiliza una arquitectura cliente-servidor, los empleados (clientes) suelen tener acceso a un sistema central de recursos humanos (servidor). Este servidor les permite gestionar datos personales, enviar solicitudes de licencia y ver documentos internos.

Las arquitecturas híbridas incorporan elementos de los modelos P2P y cliente-servidor. Muchas empresas requieren servicios centralizados (como la autenticación de usuarios) y capacidades punto a punto (como el uso compartido de archivos locales) para optimizar el rendimiento y el uso de recursos.

Mientras que la arquitectura representa el marco teórico de una red, la topología se refiere a la aplicación práctica de ese marco. La topología de red describe la disposición física y lógica de los nodos y enlaces en una red. Incluye todo el hardware (por ejemplo, enrutadores, conmutadores, cables), software (por ejemplo, aplicaciones, sistemas operativos) y medios de transmisión (por ejemplo, conexiones por cable e inalámbricas).

Las topologías de red más comunes incluyen:

• Topología de red de bus

• Topología de red en anillo

• Topología de red en estrella

• Topología de red de malla

En una topología de bus , cada nodo de la red está conectado directamente a un cable principal.

En una topología de red en anillo, los nodos están conectados en un bucle, por lo que cada dispositivo tiene exactamente dos vecinos. Los pares adyacentes se conectan directamente, y los pares no adyacentes se conectan indirectamente a través de nodos intermedios. 

Las topologías de red en estrella se caracterizan por un único núcleo central a través del cual se conectan indirectamente todos los nodos.

Las topologías de malla son más complejas y se definen por la superposición de conexiones entre los nodos. Existen dos tipos de redes de malla: malla completa y malla parcial.

En una topología de malla completa, cada nodo de red se conecta a cualquier otro nodo de red, lo que proporciona el máximo nivel de resiliencia de la red. En una topología de malla parcial, solo se conectan algunos nodos de red, normalmente aquellos nodos que intercambian datos con mayor frecuencia.

Las topologías de red de malla completa pueden ser caras y llevar mucho tiempo, por lo que suelen reservarse para redes que requieren mucha redundancia. Sin embargo, la malla parcial proporciona menos redundancia, pero es más rentable y más sencilla de ejecutar.

Independientemente del subtipo, las redes de malla tienen capacidades de autoconfiguración y autoorganización, y automatizan el proceso de enrutamiento, de modo que la red encuentra la ruta de datos más rápida y fiable.

Ya sea la suite de Internet Protocol (IP), Ethernet, LAN inalámbrica (WLAN) o estándares de comunicación celular, todas las redes informáticas siguen protocolos de comunicación. Estos protocolos son conjuntos de reglas que cada nodo de la red debe seguir para compartir y recibir datos.

El IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos), que establece los estándares mundiales para las tecnologías de red, desarrolla y gestiona muchos de estos protocolos, incluidos Ethernet (IEEE 802.3) y wifi (IEEE 802.11). Los protocolos de red también se basan en pasarelas que permiten la comunicación entre dispositivos incompatibles (por ejemplo, un ordenador Windows que intenta acceder a servidores Linux).

Muchas redes modernas funcionan con modelos TCP/IP, que incluyen cuatro capas de red:

• Capa de acceso a la red: también llamada capa de enlace de datos o capa física, la capa de acceso a la red de una red TCP/IP incluye la infraestructura de red necesaria para interactuar con el medio de red. Esta capa gestiona la transmisión física de datos, mediante Ethernet y protocolos como el protocolo de resolución de direcciones (ARP), entre dispositivos de la misma red.

• Capa de Internet: la capa de Internet es responsable del direccionamiento lógico, el enrutamiento y el reenvío de paquetes. Se basa principalmente en el protocolo IP y el Protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP), que gestiona el direccionamiento y el enrutamiento de paquetes a través de diferentes redes.

• Capa de transporte: la capa de transporte TCP/IP permite la transferencia de datos entre las capas superior e inferior de la red. Al utilizar los protocolos TCP y UDP, también proporciona mecanismos para la comprobación de errores y el control de flujo. El TCP (Protocolo de control de transmisión) es un protocolo basado en conexión que es más lento pero más fiable que el UDP. El UDP (Protocolo de datagramas de usuario) es un protocolo sin conexión que es más rápido que el TCP pero no ofrece transferencia garantizada. Los protocolos UDP facilitan la transmisión de paquetes para aplicaciones sensibles al tiempo (como el streaming de vídeo y las plataformas de juegos) y las búsquedas en el Sistema de Nombres de Dominio (DNS).

• Capa de aplicación: la capa de aplicación de TCP/IP utiliza protocolos como HTTP (Protocolo de transferencia de hipertexto), FTP (Protocolo de transferencia de archivos), POP3 (Protocolo de oficina de correos 3), SMTP (Protocolo simple de transferencia de correo), DNS y SSH (Secure Shell). Estos protocolos se utilizan para proporcionar servicios de red directamente a las aplicaciones. También gestiona todos los protocolos que dan soporte a las aplicaciones de usuario.

Aunque TCP/IP es el conjunto de protocolos utilizado en la mayoría de las redes actuales, el modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) es un marco estandarizado que define cómo se mueven los datos a través de una red en siete capas.

Cada capa tiene una función específica, desde el envío de bits sin procesar a través de cables en la capa física hasta la gestión de aplicaciones de usuario en la capa superior. Este enfoque por capas ayuda a los ingenieros de redes a diseñar, solucionar problemas y estandarizar la comunicación en diversos sistemas. Aunque OSI en sí no es un conjunto de protocolos utilizados en la práctica, su modelo sigue siendo fundamental para comprender cómo funcionan juntas las diferentes tecnologías de red.

Desde las empresas globales hasta los usuarios cotidianos, las redes informáticas sustentan prácticamente todas las experiencias digitales, conectando dispositivos, aplicaciones de datos y usuarios de todo el mundo. En los negocios, respaldan las operaciones, permitiendo servicios cloud, colaboración en tiempo real e intercambio seguro de datos. Estos son algunos de los casos de uso de redes informáticas más comunes:

• Transferencia de datos eficiente

• Más almacenamiento de datos

• Intercambio de conocimientos racionalizado

• Gestión automatizada de la red y detección de amenazas

• Fuerte seguridad de red

Las redes permiten todas las formas de comunicación digital: correo electrónico, mensajería, intercambio de archivos, videollamadas y streaming. Las redes conectan todos los servidores, interfaces y medios de transmisión que hacen posible la comunicación empresarial.

Sin las redes, las organizaciones tendrían que almacenar los datos en depósitos individuales, lo que resulta insostenible en la era del big data. Las redes informáticas ayudan a los equipos a mantener almacenes de datos centralizados que sirven a toda la red, liberando una valiosa capacidad de almacenamiento para otras tareas.

Las soluciones de almacenamiento basadas en red más comunes incluyen storage area network (SAN) y almacenamiento adjunto de red. SAN ofrece almacenamiento en bloques de alta velocidad, generalmente utilizado para aplicaciones de misión crítica como bases de datos y virtualización, mientras que NAS proporciona almacenamiento de archivos accesible a través de una red estándar.

Leer más sobre SAN vs. NAS.

Tanto los usuarios como los administradores de red y los desarrolladores se benefician de cómo las redes simplifican el intercambio de recursos y conocimientos. Los datos en red son más fáciles de solicitar y obtener, por lo que los usuarios y clientes obtienen respuestas más rápidas de los dispositivos de red. Los datos en red también proporcionan beneficios en el lado empresarial, facilitando que los equipos colaboren y compartan información a medida que evolucionan las tecnologías y las empresas.

La IA y los algoritmos ayudan a automatizar tareas complejas, como la monitorización de la red, el análisis del tráfico, la detección de anomalías y la respuesta a incidentes, la reducción de la intervención manual y el refuerzo general de la seguridad de la red.

Por ejemplo, muchas organizaciones de sectores como las telecomunicaciones, los servicios financieros y la fabricación confían en un centro de operaciones de red (NOC) para monitorizar y gestionar constantemente el rendimiento, la disponibilidad y la seguridad de la red.

Las soluciones de red bien construidas no solo son más resilientes, sino que también ofrecen a las empresas más opciones de ciberseguridad y seguridad de red. La mayoría de los proveedores de redes ofrecen protocolos de cifrado y controles de acceso integrados (como la autenticación multifactor) para proteger los datos confidenciales y mantener a los ciberdelincuentes fuera de la red.