Networking

¿Qué es una red?

Una red son dos o más dispositivos (computadoras, celulares, televisores, consolas…) conectados entre sí para compartir información. Tu Wi-Fi de casa es una red. La red de tu trabajo es otra. Internet es simplemente “la red de las redes”: millones de redes conectadas entre sí en todo el planeta.

Toda la información que viaja por una red (un mensaje, una foto, una película) termina convertida en ceros y unos. Para que esos ceros y unos lleguen de un lugar a otro hacen falta tres cosas:

1. Algo que los genere y los procese: los transistores.
2. Un camino por donde viajar: ondas por el aire, cables de cobre o fibra óptica.
3. Reglas para que nadie se pierda: direcciones IP y protocolos.

Esta guía recorre esas tres cosas, en ese orden.

Transistores

Video: ¿Cómo funcionan los transistores? · HRom · 11 min

Un transistor es un interruptor diminuto, sin partes móviles, que se prende o se apaga con electricidad. Prendido = 1, apagado = 0.

Lo más importante

Están en todo. Celulares, computadoras, routers, cámaras: cualquier aparato con un procesador tiene miles de millones de transistores, cada uno del tamaño de unos pocos nanómetros (miles de veces más fino que un pelo).

Por qué cada vez son más potentes. Cada pocos años se logra meter el doble de transistores en el mismo espacio (esto se conoce como Ley de Moore). Por eso el celular que llevás en el bolsillo es muchísimo más potente que las computadoras gigantes que llevaron al Apolo 11 a la Luna en 1969.

De qué están hechos. Del silicio, un material al que se le “mezclan” pequeñas cantidades de otros elementos (esto se llama dopaje):

• Si se le agrega algo que deja electrones de sobra, se llama material tipo N (negativo).
• Si se le agrega algo que deja huecos (le faltan electrones), se llama material tipo P (positivo).

El diodo: una calle de una sola mano. Si juntás un trozo tipo P con uno tipo N obtenés un diodo, que deja pasar la corriente en un solo sentido. Un LED es justamente un diodo que, además, emite luz.

El transistor: un “diodo doble” con un botón. Tiene tres patas: colector, base y emisor. Si por la base no entra corriente, el transistor está “cerrado” (no pasa nada). Si entra una pequeña corriente por la base, se “abre” y deja pasar una corriente mucho más grande entre colector y emisor.

¿Para qué sirve esto?

• Como interruptor: combinando transistores se arman puertas lógicas, y con ellas se hacen cálculos y memorias. Así funciona cualquier procesador.
• Como amplificador: si por la base entra una señal débil (por ejemplo, la música de un celular), por el otro lado sale la misma señal, pero mucho más fuerte. Así funcionan los parlantes amplificados.

En el video se arman dos circuitos caseros: un detector de corriente (un LED que se enciende al acercarlo a un cable con electricidad) y un amplificador de sonido para un parlante.

Ondas electromagnéticas

Video: Entiende TODO el espectro electromagnético (Rayos X, Wi-Fi, Microondas, La Luz) · HRom · 19 min

La luz, el Wi-Fi, la radio, los rayos X y las microondas son la misma cosa (ondas electromagnéticas); lo único que cambia entre ellas es su frecuencia, es decir, qué tan rápido vibran.

El espectro, en una tabla

Lo más importante

Todas viajan a la misma velocidad: la de la luz (unos 300.000 km por segundo). A esa velocidad podrías dar siete vueltas y media a la Tierra en un segundo.

Frecuencia y tamaño van al revés. Una onda que vibra muy rápido es muy “corta”; una que vibra lento es muy “larga”. A ese tamaño se le llama longitud de onda.

• El Wi-Fi de casa (2,4 GHz) vibra 2.400 millones de veces por segundo y cada onda mide unos 12,5 cm.
• La luz verde mide unos 0,0005 mm. ¡Muchísimo más chica!

¿Por qué el Wi-Fi atraviesa paredes? Porque es una onda “larga” y lenta: los átomos de la pared casi no se enteran de que pasa. Eso sí, cuantas más paredes, más se debilita.

¿Por qué los rayos X nos atraviesan? Por lo contrario: tienen tanta energía que pasan igual. Atraviesan fácil la piel, pero les cuesta mucho más atravesar los huesos (por eso se ven en la radiografía).

¿Qué es la radiación ionizante? Es la que tiene tanta energía que puede romper el ADN de las células. Solo los rayos gamma, los rayos X y los ultravioleta lo son. El resto (Wi-Fi, celular, radio) no tiene energía suficiente para hacerlo.

Curiosidades que muestra el video

El horno microondas calienta agitando las moléculas de agua de la comida. Funciona en la misma frecuencia que el Wi-Fi (2,4 GHz), por eso cuando está prendido el Wi-Fi puede andar peor.

Por eso los routers tienen una red de 5 GHz: está menos saturada y suele ser más rápida, aunque atraviesa peor las paredes y llega menos lejos. Ojo: el “5 GHz” del Wi-Fi no tiene nada que ver con el “5G” de los celulares (ahí la G significa “generación”).

La rejilla de la puerta del microondas tiene agujeritos lo bastante grandes para dejar pasar la luz (y que veas la comida), pero demasiado chicos para las microondas, que rebotan y se quedan adentro.

Una jaula de Faraday casera: si envolvés un celular en papel de aluminio, queda totalmente sin señal: ni llamadas, ni Wi-Fi, ni GPS.

¿El 5G causa cáncer? No. Su frecuencia está lejísimos de las radiaciones ionizantes. Además, las antenas emiten muy por debajo de los límites que fija la Organización Mundial de la Salud.

Antenas

Video: ¿Cómo funciona una antena? · Sabin Ingeniería Civil · 9 min

Una antena es un traductor: transforma una señal eléctrica en una onda que viaja por el aire cuando transmite, y una onda en señal eléctrica cuando recibe.

Lo más importante

El secreto: cargas que van y vienen. Si hacés que cargas eléctricas positivas y negativas se muevan de un lado a otro muy rápido, generan una onda electromagnética que se desprende y viaja por el espacio. A ese arreglo de dos cargas se lo llama dipolo.

La antena más simple es una varilla de metal cortada al medio. Se le aplica un voltaje que cambia con el tiempo: los electrones se amontonan de un lado, después del otro, y así se produce la onda. La onda sale con la misma frecuencia que la señal eléctrica que la generó.

Funciona en los dos sentidos. Cuando una onda llega a la antena, mueve sus electrones y genera una pequeña señal eléctrica. Así es como recibe.

El tamaño importa. Para funcionar bien, la antena debe medir aproximadamente la mitad de la longitud de onda que quiere enviar o recibir. Por eso cada tecnología tiene antenas de tamaños distintos.

Tipos de antenas que aparecen en el video

Dentro del LNB de una antena satelital suele haber dos sondas en lugar de una: así se puede usar el mismo espacio de frecuencias dos veces, enviando ondas “horizontales” y “verticales”.

Fibra óptica

Video: Cables de fibra óptica, ¿cómo funcionan? · Sabin Ingeniería Civil · 9 min

La fibra óptica es un hilo de vidrio, tan fino como un pelo, por donde la información viaja en forma de pulsos de luz que rebotan por dentro sin poder escaparse.

Lo más importante

La luz se dobla. Cuando la luz pasa de un material a otro (por ejemplo, del aire al agua), cambia de velocidad y se desvía. Por eso un lápiz parece quebrado dentro de un vaso de agua. Esto se llama refracción.

El truco de la fibra: el rebote perfecto. Si la luz choca contra el borde con el ángulo justo, en vez de salir rebota por completo hacia adentro. Esto se llama reflexión interna total. Así, la luz puede avanzar kilómetros y kilómetros aunque el cable haga curvas.

Cómo está construida:

• Núcleo: el vidrio central por donde viaja la luz.
• Revestimiento: otra capa de vidrio, ligeramente distinta, que hace que la luz rebote hacia adentro.
• Capa protectora: el plástico de afuera que la cuida.

La señal se va debilitando. Después de unos 100 km la luz pierde fuerza (a esto se le llama atenuación). Por eso, cada cierta distancia, se colocan amplificadores que la “reaniman”.

Cómo se convierte un mensaje en luz: tu mensaje “Hola” se transforma en ceros y unos. Simplificando mucho: un 1 es un destello de luz y un 0 es sin luz.

¿Por qué la fibra es mejor que el cobre?

La fibra óptica se usó primero en medicina, en las cámaras de endoscopía, y recién después en las telecomunicaciones.

Cables submarinos

Video: Cómo funciona internet: los cables submarinos que conectan al mundo · Un Mundo Inmenso · 7 min

Aunque solemos imaginar que internet va por el aire o por satélites, casi todo viaja por más de un millón de kilómetros de cables de fibra óptica tendidos en el fondo de los océanos.

Lo más importante

¿Por qué cables y no satélites? Por la distancia. Entre Japón y Estados Unidos hay unos 9.000 km de cable. En cambio, un satélite de comunicaciones está a 36.000 km de altura, y los datos tienen que subir y bajar. Los satélites quedan para lugares muy aislados.

Son finos, pero bien protegidos. Las fibras tienen el grosor de un pelo y están cubiertas por varias capas de protección. Cerca de la costa los cables son más gruesos, porque ahí hay más peligros (anclas, redes de pesca).

Son rapidísimos. El cable MAREA, que une Bilbao (España) con Virginia (EE. UU.) desde 2018, transmite 160 terabits por segundo. Ya se desarrollaron cables que llegan a 1 petabit por segundo.

Cómo se instalan: un barco va desenrollando el cable de punta a punta. Cerca de la orilla se entierra, y se eligen playas de arena, lejos de puertos muy transitados.

Un poco de historia

Curiosidades de América Latina: todos los cables internacionales de Argentina llegan a Las Toninas, un pequeño pueblo costero elegido por sus playas de arena y por estar lejos del puerto de Buenos Aires. Brasil tiene un cable directo a Angola, para que la comunicación con África no tenga que pasar por Europa.

Cuando algo sale mal

• 2006: un terremoto rompió ocho cables cerca de Taiwán. Once barcos tardaron 49 días en repararlos.
• 2011: Armenia se quedó sin internet porque una persona, buscando cobre, cortó un cable con una pala.
• 2019: una tormenta dejó a Tonga desconectado del mundo; ni siquiera se podían usar tarjetas de crédito.

Podés ver el mapa de todos los cables en submarinecablemap.com.

El caso BRUSA

Video: Viaje al interior de un cable submarino · BlogThinkBig (Telefónica) · 8 min

Un caso real que muestra la llegada a una playa de Brasil de BRUSA, un cable de más de 11.000 km que une Brasil con Estados Unidos. Es parte del recorrido que hace el paquete del globo de la portada.

Lo más importante

• La ruta: Río de Janeiro y Fortaleza (Brasil), San Juan (Puerto Rico) y Virginia (EE. UU.), una de las zonas con más centros de datos del mundo.
• Su capacidad: hasta 138 terabits por segundo, y podría duplicarse en el futuro con mejor tecnología.
• Más chico de lo que imaginás: en alta mar, el cable mide poco más de 1 cm de diámetro. Cerca de la playa es el doble de grueso para protegerlo de la pesca y las anclas.
• Muy profundo: puede apoyarse en el fondo del mar a hasta 8.000 metros de profundidad (casi la altura del Everest).
• Larga vida: estos cables duran más de 20 años.

Cables vs. satélites, según el video

• El 99 % de los datos internacionales viaja por cables submarinos.
• Un solo cable equivale a entre 2.000 y 3.000 satélites en capacidad.
• El satélite es complementario: llega a lugares remotos, pero es más lento en responder (tiene más latencia, es decir, más demora).

¿De quién son los cables? De grandes empresas de telecomunicaciones, de algunos gobiernos y, cada vez más, de gigantes de internet como Google, Microsoft o Facebook (Meta). Hay en total unos 366 sistemas de cables, que suman alrededor de 1.100.000 km: como ir a la Luna, volver y volver a ir.

¿Cómo funciona internet?

Video: ¿Cómo funciona internet? · Sabin Ingeniería Civil · 10 min

Cuando mirás un video, este viaja desde un centro de datos a miles de kilómetros, cortado en pequeños paquetes que recorren cables de fibra óptica hasta llegar a tu pantalla.

Los protagonistas

Centro de datos y servidor. El video está guardado en el disco de un servidor: una computadora potente cuyo trabajo es entregarte contenido cuando lo pedís. Los servidores viven en edificios enormes llamados centros de datos.

Dirección IP: la dirección postal de cada dispositivo. Todo lo que se conecta a internet (tu celular, tu notebook, un servidor) tiene un número que lo identifica, por ejemplo 142.250.78.14. Funciona como la dirección de tu casa: es la forma de saber a dónde entregar cada cosa. La IP de tu casa la asigna tu proveedor de internet.

Nombres de dominio y DNS: la agenda de contactos de internet. Nadie recuerda números como 142.250.78.14, así que usamos nombres como youtube.com. El DNS es un servicio que traduce esos nombres a su dirección IP, igual que buscar a alguien en la agenda para obtener su número de teléfono.

ICANN: la organización que coordina a nivel mundial la asignación de direcciones IP y nombres de dominio (más detalles al comienzo de ¿Quién pone las reglas?).

El recorrido paso a paso

1. Escribís “youtube.com” en el navegador.
2. El navegador le pregunta al DNS: “¿cuál es la IP de youtube.com?”.
3. Con esa IP, el navegador le pide el video al servidor.
4. El servidor corta el video en paquetes y los envía.
5. Los paquetes viajan como pulsos de luz por la fibra óptica (a veces cruzando océanos).
6. Llegan a tu casa: el router convierte la luz en electricidad (o la antena de celular la convierte en ondas).
7. Tu dispositivo junta los paquetes en orden y te muestra el video.

¿Por qué no se usan satélites? Porque están a unos 36.000 km de altura y la señal tendría que subir y bajar, lo que agrega mucha latencia (demora). Para casi todo lo que hacemos en internet, esa demora sería inaceptable.

Los paquetes: la gran idea de internet

En lugar de mandar el video entero de una vez, se corta en pequeños pedazos llamados paquetes. Cada paquete lleva un pedacito del video, un número de orden y la IP de quién lo envía y de quién lo recibe.

Cada paquete puede tomar un camino diferente, el que esté más libre en ese momento. Al llegar, tu dispositivo los reordena. Si falta alguno, lo vuelve a pedir.

Es como mandar un libro por correo arrancando las páginas y enviándolas en sobres separados, cada uno numerado. No importa qué camión lleve cada sobre: al final, quien lo recibe ordena las páginas y arma el libro.

¿Y quién pone orden? Los protocolos: reglas que todos los dispositivos respetan para armar los paquetes, ponerles las direcciones y decidir por dónde enviarlos. Las próximas secciones explican justamente eso.

¿Quién pone las reglas?

Internet no tiene un dueño, pero sí necesita que alguien coordine y que las reglas estén escritas en algún lado. De eso se encargan, entre otros, la ICANN y los documentos llamados RFC.

Modelos OSI y TCP/IP

Video: Modelos OSI y TCP (Explicado) · Gabriel Marcano (Academia Cisco) · 16 min

Enviar un mensaje por una red involucra muchísimas tecnologías distintas; para entenderlo y organizarlo, se lo divide en capas, donde cada capa se ocupa de una sola parte del trabajo.

¿Por qué capas? Porque así cada fabricante puede desarrollar su parte (cables, placas de red, aplicaciones…) de forma estándar y compatible con las demás. Y porque es mucho más fácil estudiar el proceso por partes.

Al enviar, el mensaje baja por las capas, de la más alta (la aplicación que usás) a la más baja (el cable o la señal). Al recibir, hace el mismo camino al revés y sube por las capas hasta llegar a la aplicación.

Es como una mudanza: para enviar algo, lo metés en una caja, la caja en otra más grande con la dirección, y esa en un contenedor para el camión. Cada capa agrega su propio envoltorio con información (a esto se le llama encapsulamiento). Al llegar, se abren los envoltorios en orden inverso (desencapsulamiento).

El modelo OSI es el modelo de referencia, ideal para estudiar. El modelo TCP/IP es el que realmente usa internet: nació en los años 70, en ARPANET, la red antecesora de internet, y junta las tres capas de arriba del OSI en una sola (Aplicación) y las dos de abajo en otra (Acceso a red).

Ejemplo del video: entrar a una página web

1. Aplicación: el navegador arma el pedido usando el protocolo HTTP.
2. Transporte: el protocolo TCP lo corta en segmentos.
3. Internet: el protocolo IP convierte cada segmento en un paquete con las direcciones de origen y destino.
4. Acceso a red: cada paquete se convierte en una trama y se envía como bits por el cable (por ejemplo, con Ethernet).
5. El servidor hace el camino inverso, lee el pedido y responde enviando la página por el mismo proceso.

Direcciones IPv4 y subredes

Video: Direccionamiento IPv4 y Subredes (Explicado) · Gabriel Marcano (Academia Cisco) · 18 min

Una dirección IP tiene dos partes: una que dice en qué red está el dispositivo y otra que dice qué dispositivo es dentro de esa red, como la calle y el número de una casa.

Para la computadora, una dirección IP es un número de 32 ceros y unos (32 bits). Para que los humanos podamos leerla, se divide en 4 grupos de 8 bits y cada grupo se escribe como un número del 0 al 255, separados por puntos. Ejemplo: 192.168.1.10.

Pensá en 192.168.1.10 como “Calle 192.168.1, casa número 10”: la parte de red es la calle, que comparten todos los vecinos, y la parte de host es el número de la casa, que cada dispositivo tiene propio.

¿Cómo se sabe dónde termina la calle y empieza el número? Con la máscara de red. Hay dos formas de escribirla, que significan exactamente lo mismo:

Las clases de direcciones (el sistema antiguo)

Al principio, el primer número de la IP definía automáticamente su tamaño:

Este sistema de clases ya no se usa en la práctica (hoy las redes se dividen con total libertad usando la máscara), pero sigue siendo útil para aprender.

Direcciones especiales dentro de cada red

• La primera dirección (la que termina en “todo ceros”) identifica a la red misma. Ejemplo: 192.168.1.0.
• La última (la que termina en “todo unos”) es la de difusión o broadcast: un mensaje enviado ahí le llega a todos los de esa red. Ejemplo: 192.168.1.255.
• Las del medio son las que se asignan a los dispositivos.

¿Qué son las subredes?

Imaginá que te asignan una red con lugar para 254 dispositivos, pero solo tenés 10. Las otras 244 direcciones quedan desperdiciadas. La solución es dividir la red en redes más chicas, llamadas subredes, como cuando un edificio enorme se divide en departamentos más chicos, cada uno con su propia puerta.

Cómo se hace: se “le piden prestados” algunos bits a la parte de host y se los suma a la parte de red. Cada bit que se pide prestado duplica la cantidad de subredes:

En el ejemplo del video, con 3 bits prestados (máscara 255.255.255.224), las subredes empiezan en .0, .32, .64, .96… y así de 32 en 32. Por ejemplo, en la subred 192.168.168.224:

• 192.168.168.224: la dirección de la subred.
• 192.168.168.225 a .254: los dispositivos.
• 192.168.168.255: la dirección de difusión (broadcast).

TCP vs UDP

Video: TCP vs UDP · Bournemouth · 8 min, en inglés, en forma de cortometraje medieval

Al enviar datos hay dos estrategias: TCP, que es lento pero se asegura de que todo llegue completo y en orden, y UDP, que es rapidísimo pero no garantiza nada.

La historia del video: dos clanes de caballeros, TCP y UDP, se enfrentan. Cada uno tiene un espía que descubre la debilidad del enemigo y debe hacérsela llegar a su caballero.

El espía TCP primero pide permiso y espera respuesta antes de hablar. Después envía el mensaje en partes numeradas. Cuando falta una (“¡falta la 35!”), tiene que volver a pedirla… y se le acaba el tiempo.

El espía UDP manda todo de golpe, lo más rápido posible, sin confirmar nada. Pero el mensaje llega incompleto y no se entiende.

Resultado: ambos caballeros mueren. La moraleja: cada protocolo tiene ventajas y desventajas, y hay que elegir según lo que se necesite.

TCP, en simple

• Antes de enviar nada, establece una conexión con un saludo de tres pasos (three-way handshake):
  • SYN: “¿Hablamos?”
  • SYN-ACK: “¡Sí, hablemos!”
  • ACK: “Perfecto, empiezo.”
• Corta el mensaje en partes numeradas, el receptor las reordena y, si falta alguna, la vuelve a pedir.
• Analogía: es como una llamada telefónica o una carta certificada con acuse de recibo.

UDP, en simple

• No establece conexión: simplemente envía.
• No numera, no confirma y no reenvía lo perdido.
• Analogía: es como hablar por radio o gritar un aviso en la calle: sale rápido, pero no sabés si todos lo escucharon.

¿Cuándo se usa cada uno?

El viaje de un video

Y todo ocurre en fracciones de segundo, gracias a que todos los equipos del mundo siguen las mismas reglas escritas en los RFC y a que la ICANN se asegura de que cada nombre y cada dirección sean únicos.