Pro­to­co­los de red, la base de la tra­n­s­mi­sión ele­c­tró­ni­ca de datos

Ima­gi­ne­mos una situación que sucede más fre­cue­n­te­me­n­te de lo deseado: enciendes el ordenador y abres el navegador, pero, en lugar de la página de inicio, aparece una página de error que informa de que no se pudo es­ta­ble­cer la conexión con Internet. Al comprobar el router y el cable de conexión no se observan irre­gu­la­ri­da­des y solo llevando a cabo un dia­g­nó­s­ti­co de errores se encuentra dónde radica el problema: uno de los pro­to­co­los de red del equipo, como mínimo, está de­fe­c­tuo­so. En muchos casos basta la re­pa­ra­ción au­to­má­ti­ca y el defecto se corrige re­ini­cia­n­do la co­mpu­tado­ra, pero también ocurre que, a menudo, el mismo protocolo vuelve a fallar tra­n­s­cu­rri­do un tiempo. Entre las causas más comunes se en­cue­n­tran un co­n­tro­la­dor obsoleto o co­m­pli­ca­cio­nes con el antivirus o el co­r­ta­fue­gos. Ahora bien, ¿por qué in­te­r­vie­nen de forma tan relevante los pro­to­co­los de red en el es­ta­ble­ci­mie­n­to de la conexión con Internet? Para en­te­n­de­r­lo, echemos un vistazo a los distintos tipos de pro­to­co­los de red y a sus funciones.

Parecería que para integrar un equipo a una red de or­de­na­do­res bastaría con in­te­r­co­ne­c­tar­los entre sí con ayuda de un cable de LAN, pero los sistemas in­fo­r­má­ti­cos no tienen la capacidad de in­te­r­ca­m­biar paquetes de datos sin ayuda, y no pueden, por ello, es­ta­ble­cer ninguna conexión de datos. Esta tarea le co­rre­s­po­n­de a los pro­to­co­los de red, que, en conjunto con sus re­s­pe­c­ti­vas familias de protocolo, actúan en la llamada capa de mediación o de red, el nivel 3 en el modelo OSI y es­ta­ble­cen una serie de acuerdos para el in­te­r­ca­m­bio de datos, regulando, así, las co­n­di­cio­nes para el tra­n­s­po­r­te, el di­re­c­cio­na­mie­n­to, el en­ru­ta­mie­n­to (camino del paquete) y el control de fallos. Esto significa que, para que dos or­de­na­do­res se puedan comunicar entre sí, han de utilizar los mismos pro­to­co­los de red, de forma que acuerdan las mismas co­n­di­cio­nes para la tra­n­s­mi­sión, que se añaden al paquete en el en­ca­be­za­do o como anexo:

• Tamaño del paquete o de los paquetes de datos
• Tipo de paquete
• Emisor y de­s­ti­na­ta­rio
• Otros pro­to­co­los im­pli­ca­dos

No todas las co­ne­xio­nes de datos entre sistemas de or­de­na­do­res están cortadas por el mismo patrón. No es lo mismo in­te­r­co­ne­c­tar dos or­de­na­do­res en una red doméstica que conectar un ordenador a Internet, formando parte de una unión gi­ga­n­te­s­ca de co­mpu­tado­ras y enviando datos a varios de­s­ti­na­ta­rios. De igual forma, las je­ra­r­quías de los pa­r­ti­ci­pa­n­tes también juegan un papel destacado en la co­mu­ni­ca­ción, lo que origina que se den distintos pro­to­co­los de red para cada una de las formas de co­mu­ni­ca­ción, di­fe­re­n­cia­dos entre sí en función de los si­guie­n­tes aspectos y es­ce­na­rios posibles de apli­ca­ción:

1. Número de pa­r­ti­ci­pa­n­tes en la co­mu­ni­ca­ción: los pro­to­co­los de red se di­fe­re­n­cian por el número de or­de­na­do­res que puede pa­r­ti­ci­par de la conexión. Si los datos que se tra­n­s­mi­ten solo tienen un de­s­ti­na­ta­rio, esta tra­n­s­fe­re­n­cia se conoce como unicast, si el in­te­r­ca­m­bio se produce entre dos o más sistemas se habla entonces de co­ne­xio­nes multicast, y si el envío de paquetes de datos implica a todos los pa­r­ti­ci­pa­n­tes se denomina broa­d­ca­s­ti­ng, un tipo de conexión típico de la emisión de radio y de te­le­vi­sión.


2. Modo de tra­n­s­mi­sión de los datos: la dirección en la que circulan los datos también permite di­fe­re­n­ciar los pro­to­co­los de red entre sí. Los pro­to­co­los con tra­n­s­fe­re­n­cia símplex (sx) o uni­di­re­c­cio­nal solo admiten la co­mu­ni­ca­ción uni­la­te­ral, en la cual un ordenador funciona úni­ca­me­n­te como emisor y el otro como receptor, en la tra­n­s­mi­sión semi-dúplex (half-duplex, hdx) ambos or­de­na­do­res in­te­r­ca­m­bian los roles de emisor y receptor pero no si­mu­l­tá­nea­me­n­te y, por último, el modo dúplex completo (full-duplex, fdx) permite el envío de datos en ambas di­re­c­cio­nes si­mu­l­tá­nea­me­n­te.


3. Jerarquía de los pa­r­ti­ci­pa­n­tes: ciertos tipos de conexión como el modelo cliente-servidor se basan en unas es­tru­c­tu­ras je­rá­r­qui­cas cla­ra­me­n­te definidas. En este caso concreto varios clientes pueden iniciar la conexión con un único servidor, el cual procesa las so­li­ci­tu­des. La forma opuesta de esta co­mu­ni­ca­ción asi­mé­tri­ca la co­n­s­ti­tu­ye la simétrica, también de­no­mi­na­da red entre iguales o peer to peer. En esta conexión todos los or­de­na­do­res están en igualdad de co­n­di­cio­nes y pueden pro­po­r­cio­nar servicios y uti­li­zar­los.


4. Si­n­cro­ni­za­ción de la co­mu­ni­ca­ción: la tra­n­s­mi­sión de datos también se puede di­fe­re­n­ciar en función de si se si­n­cro­ni­zan los bits entre emisor y receptor (co­mu­ni­ca­ción síncrona) o no (co­mu­ni­ca­ción asíncrona).


5. Tipo de conexión: por último, los pro­to­co­los de red se pueden dividir en aquellos orie­n­ta­dos a la conexión y aquellos que no lo están. Los primeros requieren una conexión entre emisor y receptor durante la tra­n­s­mi­sión e intentan ga­ra­n­ti­zar que los paquetes lleguen a su destino en un orden de­te­r­mi­na­do y que, en caso de entrega fallida, se envíen nue­va­me­n­te. Los segundos no es­ta­ble­cen ni in­te­rru­m­pen una conexión, por lo que los paquetes que se envían contienen bastante menos in­fo­r­ma­ción adicional, aunque pueden llegar en una secuencia ar­bi­tra­ria al de­s­ti­na­ta­rio y no se vuelven a enviar en caso de una tra­n­s­mi­sión fallida.

Aparte de las co­n­si­de­ra­cio­nes de índole técnica, la gran di­ve­r­si­dad de pro­to­co­los de red existente resulta, asimismo, de que muchos fa­bri­ca­n­tes de­sa­rro­lla­ron en el pasado sus propios pro­to­co­los para sus di­s­po­si­ti­vos.

Para la capa de red, de la misma forma que para el resto de capas, también se da una serie de pro­to­co­los es­ta­n­da­ri­za­dos y pro­pie­ta­rios, indicados para diversos ámbitos de apli­ca­ción y en parte re­s­tri­n­gi­dos a ciertos sistemas ope­ra­ti­vos y di­s­po­si­ti­vos, algunos ya, incluso, obsoletos. Muchos de estos pro­to­co­los de red ya no se usan a día de hoy, como co­n­se­cue­n­cia, sobre todo, de la creciente expansión de la familia de pro­to­co­los de Internet, un conjunto de más de 500 pro­to­co­los entre los que también se incluye el más im­po­r­ta­n­te y popular protocolo de red IP o Internet Protocol, que co­n­s­ti­tu­ye el fu­n­da­me­n­to de Internet.

El protocolo de Internet tiene la misión de tra­n­s­po­r­tar los paquetes de datos de un emisor a un receptor a través de varias redes. Con esta finalidad, este protocolo fija las di­re­c­tri­ces de di­re­c­cio­na­mie­n­to y de en­ru­ta­mie­n­to, es decir, del iti­ne­ra­rio que han de seguir los paquetes de datos. IP no es solo el protocolo de red estándar para redes WAN (Wide Area Network), las únicas redes globales que in­te­r­co­ne­c­tan Internet, sino también para redes locales. Todos los fa­bri­ca­n­tes y sistemas ope­ra­ti­vos soportan el protocolo de Internet, aunque presupone contar con la ex­pe­rie­n­cia técnica necesaria en co­n­fi­gu­ra­ción, así como con el hardware (router) adecuado.

La siguiente tabla muestra una visión general de los pro­to­co­los de red hi­s­tó­ri­ca­me­n­te más re­le­va­n­tes:

Una vez es­ta­ble­ci­da la base de la co­mu­ni­ca­ción por parte de los pro­to­co­los de la capa de enlace, se requieren otros pro­to­co­los que permitan que los paquetes de datos lleguen a las apli­ca­cio­nes co­rre­s­po­n­die­n­tes. Partiendo del modelo OSI, este proceso se lleva a cabo en la capa de tra­n­s­po­r­te o capa 4. Para ello, cada pila posee también sus propios pro­to­co­los. Para la familia de pro­to­co­los de Internet estos son, en especial:

• TCP (Tra­n­s­mi­s­sion Control Protocol) o protocolo de control de la tra­n­s­mi­sión
• UDP (User Datagram Protocol) o protocolo del datagrama del usuario

TCP, al igual que IP, también es co­n­si­de­ra­do el estándar para las co­ne­xio­nes de red, por lo menos desde el gran éxito de Internet, y, en la mayoría de los casos, se construye sobre IP di­re­c­ta­me­n­te, lo que origina que se hable a menudo de redes TCP/IP. Como protocolo orientado a la conexión, TCP presupone una conexión existente entre los pa­r­ti­ci­pa­n­tes para poder tra­n­s­po­r­tar el paquete de datos, ga­ra­n­ti­za­n­do la tra­n­s­mi­sión fiable de los datos en tanto que los paquetes llegan íntegros y en el orden correcto al de­s­ti­na­ta­rio. Para hacer esto posible, el protocolo añade a los paquetes de datos in­fo­r­ma­ción adicional como un número de secuencia o una suma de ve­ri­fi­ca­ción (checksum), además de otro tipo de datos.

UDP es su equi­va­le­n­te en la familia de pro­to­co­los de Internet para la tra­n­s­mi­sión simple y rápida de paquetes pequeños sin conexión. Aunque las co­ne­xio­nes UDP no ga­ra­n­ti­zan que el paquete llegue a su de­s­ti­na­ta­rio, la reducción de los datos de gestión (in­fo­r­ma­ción adicional en el en­ca­be­za­do) otorga una mayor velocidad a aquellas tra­n­s­fe­re­n­cias de datos en las cuales se pueda tolerar algún error de tra­n­s­mi­sión. Es por este motivo que UDP se utiliza en el streaming de vídeo y audio, en pe­ti­cio­nes al DNS, así como en co­ne­xio­nes VPN (Virtual Private Network).

Como la familia de pro­to­co­los de Internet, hay otras pilas de protocolo que también cuentan con pro­to­co­los de tra­n­s­mi­sión es­pe­cí­fi­cos co­n­s­trui­dos sobre sus pro­to­co­los de red y que, en gran parte, se asemejan mucho a TCP. Las redes Novell, por ejemplo, ofrecen el protocolo SPX en la capa de tra­n­s­po­r­te. En el caso de la pila de AppleTalk, la tra­n­s­mi­sión de los paquetes tiene lugar con ayuda del ATP (AppleTalk Tra­nsac­tion Protocol).