Hay muchos tipos de redes que proporcionan diferentes clases de servicios. En el transcurso de un día, una persona puede hacer una llamada telefónica, mirar un programa de televisión, escuchar la radio, buscar algo en Internet e incluso jugar un videojuego con alguien que se encuentra en otro país. Todas estas actividades dependen de redes sólidas y confiables. Las redes tienen la capacidad de conectar personas y equipos sin importar en qué lugar del mundo se encuentren. Las personas utilizan redes sin pensar en cómo funcionan o cómo sería el mundo si las redes no existieran.
Esta imagen de un aeropuerto muestra personas que están usando redes para compartir información, utilizar recursos y comunicarse con otras personas. En la escena se muestran varios tipos de redes. ¿Cuántas puede encontrar?

La tecnología de comunicación en la década de los noventa, y antes, requería redes independientes y dedicadas para la transmisión de voz, vídeo y datos informáticos. Cada una de estas redes requería un tipo diferente de dispositivo para poder tener acceso a la red.
Los teléfonos, los televisores y las computadoras utilizaban tecnologías específicas y diversas estructuras de redes dedicadas para comunicarse. Pero ¿qué pasaría si los usuarios desearan tener acceso a todos estos servicios de red de manera simultánea y posiblemente mediante un único dispositivo?
Las nuevas tecnologías crean una nueva clase de red que proporciona más que un único tipo de servicio. A diferencia de las redes dedicadas, estas nuevas redes convergentes pueden proporcionar servicios de voz, vídeo y datos por el mismo canal de comunicación o la misma estructura de red.
Los nuevos productos que entran al mercado aprovechan las capacidades de las redes de información convergentes. Ahora es posible ver transmisiones de vídeo en directo en la computadora, hacer llamadas telefónicas a través de Internet o realizar búsquedas en Internet mediante un televisor. Las redes convergentes lo hacen posible.
En este curso, el término «red» hace referencia a estas nuevas redes de información convergentes que sirven para varios propósitos.

Hay redes de todo tamaño. Pueden ir desde redes simples, compuestas por dos computadoras, hasta redes que conectan millones de dispositivos. Las redes instaladas en oficinas pequeñas, hogares y oficinas hogareñas se conocen como redes SOHO (Small Office/Home Office). Las redes SOHO permiten compartir recursos, por ejemplo impresoras, documentos, imágenes y música, entre algunas computadoras locales.
En las empresas, es posible utilizar redes grandes para publicitar y vender productos, hacer pedidos de insumos y comunicarse con los clientes. La comunicación a través de una red normalmente es más eficaz y económica que las formas de comunicación tradicionales, como puede ser el correo estándar o las llamadas telefónicas de larga distancia. Las redes permiten una comunicación rápida, por ejemplo, mediante el correo electrónico y la mensajería instantánea, y proporcionan consolidación, almacenamiento y acceso a la información que se encuentra en los servidores de una red.
Las redes empresariales y SOHO con frecuencia proporcionan una conexión compartida a Internet. Internet es considerada la «red de redes» porque literalmente está compuesta por miles de redes conectadas entre sí.
Los siguientes ejemplos muestran otros usos de las redes e Internet:
Compartir archivos de música y vídeo
Investigar y aprender en línea
Conversar con amigos
Planificar vacaciones
Comprar regalos e insumos
¿Se le ocurre alguna otra manera en la que se pueden usar las redes e Internet en la vida cotidiana?

Hay muchos componentes que pueden formar parte de una red, por ejemplo computadoras personales, servidores, dispositivos de networking y cables. Estos componentes se pueden agrupar en cuatro categorías principales:
Hosts
Periféricos compartidos
Dispositivos de networking
Medios de networking
Los componentes de red más conocidos son los hosts y los periféricos compartidos. Los hosts son dispositivos que envían y reciben mensajes directamente a través de la red.
Los periféricos compartidos no están conectados directamente a la red, sino a los hosts. Por lo tanto, el host es responsable de compartir el periférico a través de la red. Los hosts tienen software configurado a fin de permitir que los usuarios de la red utilicen los dispositivos periféricos conectados.
Los dispositivos de red, así como los medios de networking, se utilizan para interconectar hosts.
Algunos dispositivos pueden cumplir más de una función, según la manera en la que estén conectados. Por ejemplo: una impresora conectada directamente a un host (impresora local) es un periférico. Una impresora que está conectada directamente a un dispositivo de red y participa de forma directa en las comunicaciones de red es un host.

Todas las computadoras conectadas a una red que participan directamente en las comunicaciones de la red se clasifican como hosts. Los hosts pueden enviar y recibir mensajes a través de la red. En las redes modernas, las computadoras que son hosts pueden actuar como clientes, servidores o ambos. El software instalado en la computadora determina cuál es la función que cumple la computadora.
Los servidores son hosts con software instalado que les permite proporcionar información, por ejemplo correo electrónico o páginas Web, a otros hosts de la red. Cada servicio requiere un software de servidor diferente. Por ejemplo: para proporcionar servicios Web a la red, un host necesita un software de servidor Web.
Los clientes son computadoras host que tienen instalado un software que les permite solicitar información al servidor y mostrar la información obtenida. Un explorador Web, como Internet Explorer, es un ejemplo de software cliente.

Una computadora con software de servidor puede prestar servicios a uno o varios clientes simultáneamente.
Además, una sola computadora puede ejecutar varios tipos de software de servidor. En una oficina pequeña u hogareña, puede ser necesario que una computadora actúe como servidor de archivos, servidor Web y servidor de correo electrónico.
Una sola computadora también puede ejecutar varios tipos de software cliente. Debe haber un software cliente por cada servicio requerido. Si un host tiene varios clientes instalados, puede conectarse a varios servidores de manera simultánea. Por ejemplo: un usuario puede leer su correo electrónico y ver una página Web mientras utiliza el servicio de mensajería instantánea y escucha la radio a través de Internet.

El software de servidor y el de cliente normalmente se ejecutan en computadoras distintas, pero también es posible que una misma computadora cumpla las dos funciones a la vez. En pequeñas empresas y hogares, muchas computadoras funcionan como servidores y clientes en la red. Este tipo de red se denomina red peer-to-peer.
La red peer-to-peer más sencilla consiste en dos computadoras conectadas directamente mediante una conexión por cable o inalámbrica.
También es posible conectar varias PC para crear una red peer-to-peer más grande, pero para hacerlo se necesita un dispositivo de red, como un hub, para interconectar las computadoras.
La principal desventaja de un entorno peer-to-peer es que el rendimiento de un host puede verse afectado si éste actúa como cliente y servidor a la vez.
En empresas más grandes, en las que el tráfico de red puede ser intenso, con frecuencia es necesario tener servidores dedicados para poder responder a la gran cantidad de solicitudes de servicio. En una red simple, compuesta por sólo algunas computadoras, es sencillo visualizar cómo se conectan los diferentes componentes. A medida que las redes crecen, es más difícil recordar la ubicación de cada componente y cómo está conectado a la red. Las redes conectadas por cable requieren mucho cableado y varios dispositivos de red para proporcionar conectividad a todos los hosts de la red.
Cuando se instala una red, se crea un mapa de la topología física para registrar dónde está ubicado cada host y cómo está conectado a la red. El mapa de la topología física también muestra dónde están los cables y las ubicaciones de los dispositivos de networking que conectan los hosts. En estos mapas de la topología, se utilizan íconos para representar los dispositivos físicos reales. Es muy importante mantener y actualizar los mapas de la topología física para facilitar futuras tareas de instalación y resolución de problemas.
Además del mapa de la topología física, a veces es necesario tener también una representación lógica de la topología de red. Un mapa de la topología lógica agrupa los hosts según el uso que hacen de la red, independientemente de la ubicación física que tengan. En el mapa de la topología lógica se pueden registrar los nombres de los hosts, las direcciones, la información de los grupos y las aplicaciones.
Los gráficos ilustran la diferencia entre los mapas de topología lógica y física

El propósito principal de toda red es proporcionar un método para comunicar información. Desde los primeros seres humanos primitivos hasta los científicos más avanzados de la actualidad, compartir información con otros es crucial para el avance de la humanidad.
Toda comunicación comienza con un mensaje, o información, que debe enviarse de una persona a otra o de un dispositivo a otro. Los métodos utilizados para enviar, recibir e interpretar mensajes cambian a medida que la tecnología avanza.
Todos los métodos de comunicación tienen tres elementos en común. El primero de estos elementos es el origen del mensaje, o emisor. El origen de un mensaje puede ser una persona o un dispositivo electrónico que necesite comunicar un mensaje a otros individuos o dispositivos. El segundo elemento de la comunicación es el destino, o receptor, del mensaje. El receptor recibe el mensaje y lo interpreta. El tercer elemento, llamado canal, proporciona el camino por el que el mensaje viaja desde el origen hasta el destino.

En cualquier conversación entre dos personas hay muchas reglas, o protocolos, que los dos participantes deben respetar para que el mensaje se transmita y se comprenda correctamente. Entre los protocolos necesarios para una comunicación humana satisfactoria, se encuentran:
Identificación del emisor y el receptor
Medio o canal de comunicación acordado (en persona, teléfono, carta, fotografía)
Modo de comunicación adecuado (hablado, escrito, ilustrado, interactivo o de una vía)
Idioma común
Gramática y estructura de las oraciones
Velocidad y momento de entrega

Los protocolos son específicos de las carácterísticas del origen, el canal y el destino del mensaje. Las reglas utilizadas para comunicarse a través de un medio (por ejemplo, una llamada telefónica) no son necesariamente las mismas que las que se utilizan para comunicarse a través de otro medio (por ejemplo, una carta).
Los protocolos definen los detalles de la transmisión y la entrega de mensajes. Entre estos detalles se incluyen los siguientes aspectos:
Formato de mensaje
Tamaño del mensaje
Sincronización
Encapsulación
Codificación
Patrón estándar del mensaje
Muchos de los conceptos y las reglas que hacen que la comunicación humana sea confiable y comprensible también se aplican a la comunicación entre computadoras.

Uno de los primeros pasos para enviar un mensaje es codificarlo. Las palabras escritas, las imágenes y los idiomas orales utilizan un conjunto único de códigos, sonidos, gestos o símbolos para representar las ideas que se desea compartir. La codificación es el proceso que consiste en convertir ideas en el idioma, los símbolos o los sonidos necesarios para poder efectuar la transmisión. La decodificación revierte este proceso para interpretar la idea.
Imagine que una persona está mirando el atardecer y luego llama a otra persona para contarle la belleza de la puesta del sol. Para comunicar el mensaje, el emisor primero debe convertir en palabras, o codificar, sus ideas y percepciones acerca del atardecer. Las palabras se articulan a través del teléfono utilizando los sonidos y las inflexiones del lenguaje oral que transmiten el mensaje. En el otro extremo de la línea telefónica, la persona que está escuchando la descripción recibe los sonidos y los decodifica para visualizar la imagen del atardecer descrita por el emisor.
En la comunicación entre computadoras también hay codificación. La codificación entre hosts debe tener el formato adecuado para el medio. El host emisor, primero convierte en bits los mensajes enviados a través de la red. Cada bit se codifica en un patrón de sonidos, ondas de luz o impulsos electrónicos, según el medio de red a través del cual se transmitan los bits. El host de destino recibe y decodifica las señales para interpretar el mensaje.

Cuando se envía un mensaje desde el origen hacia el destino, se debe utilizar un formato o estructura específico. Los formatos de los mensajes dependen del tipo de mensaje y el canal que se utilice para entregar el mensaje.
La escritura de cartas es una de las formas más comunes de comunicación humana por escrito. Durante siglos, el formato aceptado para las cartas personales no ha cambiado. En muchas culturas, una carta personal contiene los siguientes elementos:
Un identificador del destinatario
Un saludo
El contenido del mensaje
Una frase de cierre
Un identificador del emisor
Además de tener el formato correcto, la mayoría de las cartas personales también debe colocarse, o encapsularse, en un sobre para la entrega. El sobre tiene la dirección del emisor y la del receptor, cada una escrita en el lugar adecuado del sobre. Si la dirección de destino y el formato no son correctos, la carta no se entrega.
El proceso que consiste en colocar un formato de mensaje (la carta) dentro de otro formato de mensaje (el sobre) se denomina encapsulación. Cuando el destinatario revierte este proceso y quita la carta del sobre se produce la desencapsulación del mensaje.

La persona que escribe la carta utiliza un formato aceptado para asegurarse de que la carta se entregue y de que el destinatario la comprenda. De la misma manera, un mensaje que se envía a través de una red de computadoras sigue reglas de formato específicas para que pueda ser entregado y procesado. De la misma manera en la que una carta se encapsula en un sobre para la entrega, los mensajes de las computadoras también deben encapsularse. Cada mensaje de computadora se encapsula en un formato específico, llamado trama, antes de enviarse a través de la red. Una trama actúa como un sobre: proporciona la dirección del destino y la dirección del host de origen.
El formato y el contenido de una trama están determinados por el tipo de mensaje que se envía y el canal que se utiliza para enviarlo. Los mensajes que no tienen el formato correcto no se pueden enviar al host de destino o no pueden ser procesados por éste.

Imagine cómo sería leer este curso si todo el contenido apareciera como una sola oración larga; no sería fácil de comprender. Cuando las personas se comunican, los mensajes que envían, normalmente, están divididos en fragmentos más pequeños u oraciones. El tamaño de estas oraciones se limita a lo que el receptor puede procesar por vez. Una conversación individual puede estar compuesta por muchas oraciones más pequeñas para asegurarse de que cada parte del mensaje sea recibida y comprendida.
De manera similar, cuando se envía un mensaje largo de un host a otro a través de una red, es necesario separarlo en partes más pequeñas. Las reglas que controlan el tamaño de las partes, o tramas que se comunican a través de la red, son muy estrictas. También pueden ser diferentes, de acuerdo con el canal utilizado. Las tramas que son demasiado largas o demasiado cortas no se entregan.
Las restricciones de tamaño de las tramas requieren que el host de origen divida un mensaje largo en fragmentos individuales que cumplan los requisitos de tamaño mínimo y máximo. Cada fragmento se encapsula en una trama separada con la información de la dirección y se envía a través de la red. En el host receptor, los mensajes se desencapsulan y se vuelven a unir para su procesamiento e interpretación.
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El método de acceso determina en qué momento alguien puede enviar un mensaje. Estas reglas de sincronización se basan en el contexto. Por ejemplo: tal vez usted pueda hablar cada vez que quiera decir algo. En este contexto, una persona debe esperar hasta que nadie más esté hablando antes de comenzar a hablar. Si dos personas hablan a la vez, se produce una colisión de información, y es necesario que ambos se detengan y vuelvan a comenzar. Estas reglas garantizan que la comunicación sea satisfactoria. De manera similar, las computadoras deben definir un método de acceso. Los hosts de una red necesitan un método de acceso para saber cuándo comenzar a enviar mensajes y cómo responder cuando se produce algún error.
Control del flujo
La sincronización también afecta la cantidad de información que se puede enviar y la velocidad con la que puede entregarse. Si una persona habla demasiado rápido, la otra persona tendrá dificultades para escuchar y comprender el mensaje. La persona que recibe el mensaje debe solicitar al emisor que disminuya la velocidad. En las comunicaciones de redes, un host emisor puede transmitir mensajes a una velocidad mayor que la que puede recibir y procesar el host de destino. Los hosts de origen y destino utilizan el control del flujo para negociar la sincronización correcta a fin de que la comunicación sea exitosa.
Tiempo de espera de la respuesta
Si una persona hace una pregunta y no escucha una respuesta antes de un tiempo aceptable, la persona supone que no habrá ninguna respuesta y reacciona en consecuencia. La persona puede repetir la pregunta o puede continuar la conversación. Los hosts de las redes también tienen reglas que especifican cuánto tiempo deben esperar una respuesta y qué deben hacer si se agota el tiempo de espera para la respuesta.
En algunos casos, una persona desea comunicar información a un solo individuo. Otras veces, esa persona puede necesitar enviar información a un grupo de personas simultáneamente o, incluso, a todas las personas de un área. Una conversación entre dos personas es un ejemplo de un patrón de comunicación de uno a uno. Cuando es necesario que un grupo de destinatarios reciba un mismo mensaje de manera simultánea, se necesita un patrón de mensaje de uno a varios o de uno a todos.
También puede ocurrir que el emisor de un mensaje necesite asegurarse de que el mensaje se haya entregado correctamente al destino. En estos casos, es necesario que el receptor envíe una confirmación al emisor. Si no se necesita ninguna confirmación, se dice que el patrón del mensaje es «sin confirmación».
Los hosts de una red utilizan patrones de mensajes similares para comunicarse.
Los patrones de mensajes de uno a uno se denominan unicast, que significa que el mensaje tiene sólo un destinatario.
Si un host necesita enviar mensajes mediante un patrón de uno a varios, éste se denomina multicast. Multicasting es el envío de un mismo mensaje a un grupo de hosts de destino de manera simultánea.
Si es necesario que todos los hosts de la red reciban el mensaje a la vez, se utiliza el método de broadcast. El broadcasting representa un patrón de mensaje de uno a todos. Además, los hosts tienen requisitos para los mensajes con confirmación que son diferentes de los requisitos para los mensajes sin confirmación.

Todas las comunicaciones, tanto humanas como informáticas, están regidas por reglas preestablecidas o protocolos. Estos protocolos están determinados por las carácterísticas del origen, el canal y el destino. En función del origen, el canal y el destino, los protocolos definen los detalles relacionados con el formato del mensaje, el tamaño del mensaje, la sincronización, la encapsulación, la codificación y el patrón estándar del mensaje.
Las computadoras, al igual que los seres humanos, utilizan reglas o protocolos para comunicarse.
Los protocolos son sumamente importantes en una red local. En un entorno conectado por cables, una red local se define como un área en donde todos los hosts deben «hablar el mismo idioma» o, en términos informáticos, «compartir un mismo protocolo».
Si todas las personas de una misma sala hablaran idiomas diferentes, no podrían comunicarse. De manera similar, si los dispositivos de una red local no utilizaran los mismos protocolos, no podrían comunicarse.
El conjunto de protocolos más frecuente en las redes locales conectadas por cable es Ethernet.
El protocolo Ethernet define muchos aspectos de la comunicación a través de la red local, entre ellos: formato del mensaje, tamaño del mensaje, sincronización, codificación y patrones del mensaje.

En los comienzos del networking, cada fabricante utilizaba sus propios métodos para la interconexión de los dispositivos de red y los protocolos de networking. Los equipos de un fabricante no podían comunicarse con los equipos de otro fabricante.
A medida que se generalizó el uso de las redes, se desarrollaron estándares que definían las reglas con las que operaban los equipos de red de los diferentes fabricantes. Los estándares resultan beneficiosos para las redes de muchas maneras:
Facilitan el diseño
Simplifican el desarrollo de productos
Promueven la competencia
Proporcionan interconexiones coherentes
Facilitan la capacitación
Proporcionan más opciones de fabricantes a los clientes
No hay un protocolo oficial estándar para las redes locales, pero con el tiempo, una tecnología, Ethernet, se volvíó más habitual que las demás. Se convirtió en un estándar de hecho.

El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) lleva un control de los estándares de networking, incluidos los estándares Ethernet e inalámbricos. Los comités del IEEE son responsables de aprobar y mantener los estándares para conexiones, requisitos de medios y protocolos de comunicación. A cada estándar de tecnología se le asigna un número que hace referencia al comité que es responsable de aprobar y mantener el estándar. El comité responsable de los estándares de Ethernet es el 802.3.
Desde la creación de Ethernet en 1973, los estándares han evolucionado para especificar versiones más rápidas y flexibles de la tecnología. Esta capacidad que tiene Ethernet de evolucionar con el paso del tiempo es una de las principales razones por las que se ha popularizado. Cada versión de Ethernet tiene un estándar asociado. Por ejemplo: 802.3 100BASE-T representa los estándares Ethernet de 100 Megabits que utilizan cables de par trenzado. La notación del estándar se traduce de la siguiente manera:
100 es la velocidad en Mbps.
BASE significa transmisión de banda base.
La T representa el tipo de cable, en este caso par trenzado.
Las primeras versiones de Ethernet eran relativamente lentas, con una velocidad de 10 Mbps. Las últimas versiones de Ethernet funcionan a 10 Gigabits por segundo e incluso más rápido. Imagine cuánto más rápidas son estas nuevas versiones que las redes Ethernet originales.

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