Redes: modelo TCP/IP, direcciones IP, DNS y HTTP

Introducción

Cada vez que abres una página web, envías un mensaje o ves un vídeo, tu dispositivo se comunica con ordenadores que pueden estar al otro lado del mundo. Para que esa conversación funcione entre equipos de fabricantes y países distintos, todos siguen las mismas reglas, llamadas protocolos, organizadas por capas.

En este artículo aprenderás cómo se organiza una red (el modelo TCP/IP), cómo funcionan las direcciones IP y las máscaras de subred con ejercicios resueltos, la diferencia entre TCP y UDP, qué hace el DNS y cómo se comunican el navegador y el servidor con HTTP.

1. Qué es una red

Una red es un conjunto de dispositivos conectados para intercambiar información. Según su alcance se habla de LAN (red local: una casa, un instituto), WAN (red de área extensa que conecta redes locales) e Internet, la red de redes. Los elementos básicos son:

• Host o equipo final: ordenador, móvil, servidor, impresora...
• Switch: conecta equipos dentro de una misma red local.
• Router: conecta redes distintas y decide por dónde viaja cada paquete.
• Medio de transmisión: cable, fibra óptica u ondas (Wi-Fi, 4G/5G).

En la mayoría de servicios se usa el modelo cliente-servidor: el cliente (tu navegador) hace una petición y el servidor responde.

2. El modelo en capas TCP/IP

Para no resolver todo el problema de golpe, la comunicación se divide en capas, cada una con una función concreta y que solo habla con la inmediatamente superior e inferior. El modelo real de Internet es el TCP/IP, de cuatro capas:

Modelo TCP/IP: cada capa encapsula los datos de la anterior añadiendo su propia cabecera.

El modelo OSI, de siete capas, se usa sobre todo como referencia teórica y en los exámenes; TCP/IP es el que se implementa en la práctica.

3. Direcciones IP y máscaras de subred

Cada equipo conectado a una red IP necesita una dirección IP que lo identifique. En IPv4 son 32 bits que se escriben como cuatro números de 0 a 255 separados por puntos, como 192.168.1.130. IPv6 usa 128 bits para tener direcciones de sobra, porque las de IPv4 (unos 4.300 millones) se han agotado.

Una dirección tiene dos partes: la parte de red (la misma para todos los equipos de la red) y la parte de host (identifica al equipo). La máscara de subred indica cuántos bits son de red. Se escribe en decimal (255.255.255.0) o con la notación CIDR (/24, 24 bits de red).

• Dirección de red: la primera de la subred (todos los bits de host a 0); identifica la red, no se asigna a ningún equipo.
• Dirección de broadcast: la última (todos los bits de host a 1); sirve para enviar a todos los equipos de la subred.
• Hosts útiles: todas las direcciones intermedias. Con $h$ bits de host hay $2^h - 2$ direcciones asignables.

Ejemplo resuelto 1. Calcula la dirección de red, la de broadcast y el rango de hosts de 192.168.1.130/26.

1. La máscara /26 tiene 26 bits a 1: en binario, 11111111.11111111.11111111.11000000, es decir, 255.255.255.192.
2. Quedan $32 - 26 = 6$ bits de host: cada subred tiene $2^6 = 64$ direcciones y $64 - 2 = 62$ hosts útiles.
3. Los bloques empiezan en múltiplos de 64 en el último octeto: 0, 64, 128, 192. Como $130$ está entre 128 y 191, la dirección pertenece al bloque que empieza en 128.
4. Dirección de red: 192.168.1.128. Broadcast: 192.168.1.191 (128 + 63).
5. Hosts útiles: de 192.168.1.129 a 192.168.1.190 (62 hosts).

Ejemplo resuelto 2. Divide la red 192.168.10.0/24 en 4 subredes iguales.

Para tener 4 subredes hacen falta 2 bits más de red ($2^2 = 4$), así que la nueva máscara es $/24 + 2 = /26$. Cada subred tiene 64 direcciones y 62 hosts útiles:

4. Puertos y protocolos de transporte: TCP y UDP

Una IP identifica a un equipo, pero en él se ejecutan muchos programas a la vez. El puerto (un número de 0 a 65535) identifica cada servicio dentro del equipo. La pareja IP + puerto indica exactamente a qué programa va un mensaje. Algunos puertos bien conocidos:

En la capa de transporte hay dos protocolos principales:

5. DNS: de un nombre a una dirección IP

Las personas recordamos nombres (pontealdiaconmaria.com) y las máquinas necesitan direcciones IP. El DNS (Domain Name System) es la «agenda» de Internet que traduce unos en otros. Cuando escribes un nombre:

1. El navegador y el sistema operativo miran en su caché: si ya conocen la IP, no preguntan.
2. Si no, preguntan a un servidor DNS recursivo (normalmente el de tu operador).
3. Este consulta a un servidor raíz, que le indica quién gestiona el dominio de nivel superior (.com, .es...).
4. Después pregunta al servidor del dominio de nivel superior, que lo remite al servidor autoritativo del dominio.
5. El servidor autoritativo responde con la IP, y la respuesta se guarda en caché para la próxima vez.

6. HTTP y HTTPS

HTTP es el protocolo de la web: el cliente envía una petición y el servidor devuelve una respuesta. Una petición sencilla tiene este aspecto:

GET /publico/articulos HTTP/1.1
Host: pontealdiaconmaria.com
Accept: text/html

Y la respuesta empieza con un código de estado, seguido de cabeceras y del contenido:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Length: 15230

<!DOCTYPE html>
<html lang="es">...

• Métodos: GET (pedir datos), POST (enviar datos, p. ej. un formulario), PUT (actualizar), DELETE (borrar).
• 2xx, éxito: 200 OK. 3xx, redirección: 301 (movido permanentemente).
• 4xx, error del cliente: 404 Not Found (no existe), 403 (prohibido). 5xx, error del servidor: 500.

HTTPS es HTTP dentro de un canal cifrado con TLS: nadie que intercepte el tráfico (por ejemplo, en una wifi pública) puede leer el contenido, y el certificado del servidor demuestra que eres quien dices que eres. Debes fijarte en el candado del navegador antes de introducir contraseñas o datos de pago.

7. Todo junto: qué ocurre al escribir una dirección web

1. DNS: el navegador obtiene la IP del servidor a partir del nombre.
2. TCP: abre una conexión con esa IP en el puerto 443 (saludo de tres pasos).
3. TLS: negocian el cifrado y el servidor presenta su certificado.
4. HTTP: el navegador envía la petición GET y el servidor responde con la página.
5. El navegador interpreta el HTML y hace nuevas peticiones para las imágenes, hojas de estilo y scripts.

8. Errores frecuentes

• ⚠️ Asignar a un equipo la dirección de red o la de broadcast. No son direcciones de host: la primera y la última de cada subred están reservadas. Por eso hay $2^h - 2$ hosts útiles
• ⚠️ Confundir máscara y dirección IP. La máscara no identifica a ningún equipo; solo indica qué parte de la IP es de red
• ⚠️ Pensar que Internet y la web son lo mismo. La web (HTTP) es solo un servicio que funciona sobre Internet; el correo o los juegos usan otros protocolos
• ⚠️ Creer que UDP es «peor» que TCP. Simplemente tiene otra función: para una videollamada, perder un paquete es mejor que esperar a que se reenvíe
• ⚠️ Fiarse de una web sin HTTPS al enviar datos. Sin cifrado, la información viaja en claro y puede ser leída por terceros

9. 📌 En 30 segundos

1. TCP/IP tiene cuatro capas: aplicación, transporte, internet y acceso a red; cada una encapsula a la anterior.
2. Una IPv4 son 32 bits; la máscara indica cuántos son de red. Con $h$ bits de host hay $2^h - 2$ hosts útiles.
3. TCP es fiable y con conexión (web, correo); UDP es rápido y sin conexión (streaming, juegos, DNS).
4. DNS traduce nombres a IPs; HTTP es el protocolo de la web y HTTPS lo cifra con TLS.
5. Códigos HTTP: 200 éxito, 301 redirección, 404 no encontrado, 500 error del servidor.

Para seguir estudiando

• Representación de la información: texto, imágenes y sonido
• Bases de datos relacionales y no relacionales
• Sistemas de numeración: binario y hexadecimal