¿Qué es la computación en red?

La conexión en red, o interconexión informática, implica conectar dos o más dispositivos informáticos (por ejemplo, computadoras de escritorio, computadoras portátiles, dispositivos móviles, routers, 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 comerciales 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 on premises como en entornos de nube virtualizados.

Antes de las prácticas de redes contemporáneas, los ingenieros informáticos tenían que mover físicamente las computadoras para compartir datos entre dispositivos, lo cual era una tarea ardua en un momento en que las computadoras eran grandes y difíciles de manejar.

Para simplificar el proceso (especialmente para los trabajadores del gobierno), el Departamento de Defensa financió la creación de la primera red informática en funcionamiento (que finalmente se llamó ARPANET) a fines 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 admiten infraestructuras y servicios de aplicaciones distribuidos globalmente.

Desde entonces, las prácticas de trabajo en red y los sistemas informáticos que las impulsan han evolucionado enormemente. Las redes informáticas actuales facilitan la comunicación entre dispositivos a gran escala para cualquier propósito comercial, de entretenimiento o de investigación. Internet, la búsqueda en línea, el correo electrónico, el intercambio de audio y video, el comercio en línea, la transmisión en tiempo real y las redes sociales existen debido a los avances en las redes informáticas.

En entornos empresariales, este progreso provocó modelos de red más flexibles centrados en la infraestructura de la nube. Las organizaciones confían cada vez más en estrategias de red de nube híbrida y multinube, donde las aplicaciones y los datos fluyen perfectamente entre la infraestructura local y los entornos de nube proporcionados por los proveedores de servicios en la nube. Algunos proveedores conocidos son AWS, Microsoft Azure, IBM® Cloud  y Google Cloud Platform. Esta estrategia de redes en la nube permite a las empresas escalar los recursos dinámicamente, reducir los costos de infraestructura y acceder a servicios avanzados sin mantener hardware físico.

Hoy en día, la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (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 escribe el correo electrónico y luego presiona el botón "enviar". Cuando el usuario presiona "enviar", un protocolo SMTP o POP3 emplea el wifi del remitente para dirigir el mensaje desde el nodo emisor a través de los conmutadores de red. Aquí se comprime y se divide en segmentos cada vez más pequeños (y finalmente en bits, o cadenas de unos y ceros).

Las entradas 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 a la computadora del destinatario, los mismos protocolos dirigen los datos del correo electrónico a través de los conmutadores de red en la red del receptor. En el proceso, la red reconstruye el mensaje original hasta que el correo electrónico llega en forma legible para los humanos 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 consiste en las direcciones IP tanto de los dispositivos de envío como de recepción.

• 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, una computadora, impresora, módem, puente o conmutador) que puede reconocer, procesar y transmitir información a otro nodo de red. Cada nodo requiere algún tipo 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 routers analizan los datos dentro de los paquetes para determinar la ruta de transmisión óptima y utilizan sofisticados algoritmos de enrutamiento para reenviar paquetes de datos hasta que llegan a su nodo de destino previsto.
  

• Interruptores: Un conmutador es un dispositivo que conecta dispositivos de red y gestiona la comunicación de nodo a nodo a través de una red, lo que garantiza 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 dentro de una red.

  Por lo tanto, la "conmutación" se refiere a la manera en que se transfieren los datos entre dispositivos en 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 completo esté disponible durante cada transmisión.

  • La conmutación de mensajes envía mensajes completos desde el nodo de origen al nodo de destino, y el mensaje viaja de un conmutador a otro hasta que llega al destino.

  • Laconmutación de paquetes implica descomponer los datos en componentes independientes para que la transmisión de datos sea menos exigente para los recursos de red. Con la conmutación de paquetes, los paquetes, en lugar de flujos de datos completos, viajan a través de la red hasta su destino final.

     

• Puertos: un puerto indica una conexión específica entre dispositivos de red, y cada puerto está identificado por un número único. Si una dirección IP es análoga a la dirección de un hotel, los puertos son los números de suites y habitaciones. Las computadoras utilizan números de puerto para determinar a qué aplicación, servicio o proceso deben enviarse los mensajes específicos.

• Puertas de enlace: las puertas de enlace son dispositivos de hardware que facilitan la comunicación entre dos redes diferentes. Los enrutadores, cortafuegos y otros dispositivos de puerta de enlace emplean convertidores de velocidad, traductores de protocolos y otras tecnologías para facilitar la comunicación entre redes entre dispositivos que de otro modo serían incompatibles.
  

Si bien los componentes de red tradicionales (por ejemplo, routers, switches, puertos, gateways) siguen siendo fundamentales para las Operaciones de red, los entornos de nube han transformado la forma en que se despliegan y administran 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 la nube abstraen la complejidad subyacente sin dejar de confiar en los mismos principios fundamentales de redes, 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 redes 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): lasnubes privadas virtuales proporcionan entornos de red aislados dentro de una infraestructura de nube pública.

• Puertas de enlace de API: las puertas de enlace de API gestionan, enrutan y protegen el tráfico entre aplicaciones y sus interfaces de programación mediante el uso de APIs, lo que garantiza una comunicación segura y confiable.

• 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 de servicio a servicio en aplicaciones modernas basadas en microserviciosy manejan tareas como equilibrio de carga, enrutamiento de tráfico y seguridad.

Normalmente, las áreas geográficas definen las redes informáticas. Una red de área local (LAN) conecta computadoras dentro de un espacio físico definido, mientras que una red de área amplia (WAN) puede conectar computadoras en todos los 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 cumplen en sus respectivos entornos.

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

• Tipos de red por área geográfica

• Tipos de red por medio de transmisión

• Tipos de red por tipo de comunicación

Los tipos de red en esta categoría se distinguen por el área geográfica que cubre la red.

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

Las redes informáticas pueden transmitir datos mediante el uso de una gama de dinámicas de transmisión, que incluyen: 

La arquitectura de redes de computadoras establece el marco teórico para 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 computadoras están conectadas como “pares”, lo que significa que tienen la misma potencia y privilegios en la red. Una red P2P no requiere un servidor central para coordinarse. En su lugar, cada equipo de la red actúa tanto como un cliente (un equipo que necesita acceder a un servicio) como un servidor (un equipo que brinda servicios a los clientes). 

Cada par en la red pone algunos de sus recursos a disposición de otros dispositivos de red, compartiendo almacenamiento de información, memoria, ancho de banda y potencia de procesamiento en toda la red.

En una organización de investigación intensiva, por ejemplo, los miembros del equipo podrían emplear 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 de 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) a menudo tienen acceso a un sistema central de recursos humanos (servidor). Este servidor les permite administrar datos personales, enviar solicitudes de licencia y ver documentos internos.

Las arquitecturas híbridas incorporan elementos de los modelos P2P y cliente-servidor. Muchas compañías necesitan tanto servicios centralizados (como la autenticación de usuarios) como capacidades de igual a igual (como el uso compartido de archivos locales) para optimizar el rendimiento y los Recursos.

Mientras que la arquitectura representa la infraestructura de una red, la topología se refiere a la implementación práctica de esa infraestructura. La topología de red describe la disposición física y lógica de 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 cableadas e inalámbricas).

Las topologías de red 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 red está conectado directamente a un cable principal.

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

Las topologías de redes en estrella cuentan con un único centro a través del cual todos los nodos están conectados indirectamente.

Las topologías de malla son más complejas, definidas por conexiones superpuestas entre nodos. Hay dos tipos de redes de malla: malla completa y malla parcial.

En una topología de malla completa, cada nodo de red se conecta a todos los demás nodos de red, lo que proporciona el nivel más alto de resiliencia de la red. En una topología de malla parcial, sólo se conectan algunos nodos de red, generalmente aquellos nodos que intercambian datos con mayor frecuencia.

Las topologías de malla completa pueden ser costosas y requerir mucho tiempo de ejecución, por lo que a menudo se reservan para redes que requieren alta redundancia. Sin embargo, la malla parcial proporciona menos redundancia, pero es más rentable y más sencilla de gestionar.

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

Ya se trate de Internet Protocol suite, 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 estándares globales para tecnologías de redes, desarrolla y gestiona muchos de estos protocolos, incluidos Ethernet (IEEE 802.3) y wifi (IEEE 802.11). Los protocolos de red también dependen de las pasarelas para permitir que los dispositivos incompatibles se comuniquen (por ejemplo, una computadora con Windows que intenta acceder a servidores Linux).

Muchas redes modernas se ejecutan en 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 maneja la transmisión de datos físicos, mediante Ethernet y protocolos como el protocolo de resolución de dirección (ARP), entre dispositivos en 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. Mediante los protocolos TCP y UDP, también proporciona mecanismos para la comprobación de errores y el control de flujo. TCP (Protocolo de control de transmisión) es un protocolo basado en conexión que es más lento pero más confiable que UDP. UDP (Protocolo de datos de usuario) es un protocolo sin conexión que es más rápido que TCP pero no proporciona transferencia garantizada. Los protocolos UDP facilitan la transmisión de paquetes para aplicaciones sensibles al tiempo (como plataformas de Streaming de video y juegos) y búsquedas del sistema de nombres de dominio (DNS).

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

Si bien TCP/IP es la suite 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 brutos por cable 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 entre diversos sistemas. Aunque OSI en sí no es un conjunto de protocolos que se empleen en la práctica, su modelo sigue siendo fundamental para entender cómo funcionan juntas las distintas tecnologías de red.

Desde empresas globales hasta 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 en la nube, 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 optimizado

• Gestión automatizada de la red y detección de amenazas

• Fuerte seguridad de red

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

Sin redes, las organizaciones tendrían que almacenar datos en repositorios de datos individuales, lo cual es 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 comunes de almacenamiento basado en red incluyen redes de área de almacenamiento (SAN) y almacenamiento conectado a la red. SAN ofrece almacenamiento en bloques de alta velocidad , que generalmente se utiliza 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 versus NAS.

Los usuarios, 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 aplicar y recuperar, 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 aspecto empresarial, lo que facilita 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 el monitoreo de la red, el análisis del tráfico, la detección de anomalías y la respuesta a incidentes, la reducción de la intervención manual y el fortalecimiento general de la seguridad de la red.

Por ejemplo, muchas organizaciones en industrias como las telecomunicaciones, los servicios financieros y la fabricación dependen de un centro de operaciones de red (NOC) para monitorear y administrar constantemente el rendimiento, la disponibilidad y la seguridad de la red.

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