Conceptos elementales sobre protocolos y servicios en Internet
El modelo OSI y la arquitectura TCP/IP
La comunicación en Internet se organiza en capas de abstracción. El modelo OSI (Open Systems Interconnection) define siete capas: Física, Enlace de datos, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación. En la práctica, Internet utiliza el modelo TCP/IP, que agrupa esas capas en cuatro: Acceso a la red, Internet, Transporte y Aplicación.
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) es el conjunto de protocolos que sustenta Internet. IP se encarga del direccionamiento y enrutamiento de paquetes; TCP proporciona una comunicación fiable, orientada a conexión, con control de errores y reordenación de paquetes.
Protocolos de transporte: TCP y UDP
TCP (Transmission Control Protocol) establece una conexión mediante el «saludo en tres pasos» (SYN, SYN-ACK, ACK) antes de transmitir datos. Garantiza la entrega ordenada y sin errores. Se usa en HTTP, correo electrónico, FTP y cualquier aplicación donde la integridad de los datos es crítica.
UDP (User Datagram Protocol) es un protocolo sin conexión y sin garantía de entrega. Es más rápido y ligero que TCP, ideal para streaming de vídeo, videollamadas, juegos online y DNS, donde la velocidad prima sobre la fiabilidad.
Direcciones IP: IPv4 e IPv6
Una dirección IPv4 se compone de 32 bits, representados como cuatro grupos de números decimales separados por puntos (ej. 192.168.1.1). Permite aproximadamente 4 300 millones de direcciones únicas, un número insuficiente ante el crecimiento de Internet.
IPv6 utiliza 128 bits, expresados en ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales separados por dos puntos (ej. 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334). Ofrece un espacio de direcciones prácticamente ilimitado (3,4 × 10³⁸ direcciones).
Rangos reservados en IPv4: 10.x.x.x, 172.16-31.x.x y 192.168.x.x son direcciones privadas (no enrutables en Internet); 127.0.0.1 es la dirección de loopback (localhost).
Puertos y sockets
Un puerto es un número de 16 bits (0-65535) que identifica un servicio específico dentro de un host. Los puertos bien conocidos (0-1023) están reservados para servicios estándar. Un socket es la combinación de dirección IP y puerto que identifica unívocamente un extremo de una comunicación.
Puertos más importantes:
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20/21 – FTP (datos/control)
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22 – SSH
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23 – Telnet
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25 – SMTP
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53 – DNS
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80 – HTTP
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110 – POP3
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143 – IMAP
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443 – HTTPS
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587 – SMTP con autenticación (STARTTLS)
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993 – IMAPS
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995 – POP3S
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3389 – RDP
DNS (Domain Name System)
El DNS traduce nombres de dominio legibles por humanos (www.ejemplo.es) en direcciones IP (93.184.216.34). Funciona de forma jerárquica: servidores raíz → servidores TLD (Top-Level Domain: .es, .com, .org) → servidores autoritativos del dominio.
El proceso de resolución: el cliente consulta su servidor DNS recursivo (normalmente el del ISP o uno público como 8.8.8.8 de Google o 1.1.1.1 de Cloudflare), que recorre la jerarquía hasta obtener la respuesta. Los resultados se almacenan en caché según el TTL (Time To Live) del registro.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
DHCP asigna automáticamente parámetros de red a los dispositivos: dirección IP, máscara de subred, puerta de enlace predeterminada y servidores DNS. Opera en el puerto UDP 67 (servidor) y 68 (cliente). Sin DHCP, cada dispositivo requeriría configuración manual.
Protocolos de aplicación web: HTTP y HTTPS
HTTP (HyperText Transfer Protocol) es el protocolo de la World Wide Web. Funciona mediante solicitudes y respuestas: el cliente envía una petición (GET, POST, PUT, DELETE, HEAD, OPTIONS) y el servidor responde con un código de estado y el contenido.
Códigos de estado HTTP más relevantes:
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1xx – Informativos (100 Continue)
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2xx – Éxito (200 OK, 201 Created, 204 No Content)
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3xx – Redirecciones (301 Moved Permanently, 302 Found, 304 Not Modified)
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4xx – Errores del cliente (400 Bad Request, 401 Unauthorized, 403 Forbidden, 404 Not Found)
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5xx – Errores del servidor (500 Internal Server Error, 503 Service Unavailable)
HTTPS (HTTP Secure) cifra la comunicación mediante TLS (Transport Layer Security), la evolución de SSL (Secure Sockets Layer). TLS garantiza confidencialidad, integridad y autenticación del servidor mediante certificados digitales. El navegador verifica que el certificado sea válido, esté firmado por una autoridad de certificación (CA) de confianza y corresponda al dominio accedido.
Estructura de una URL
Una URL (Uniform Resource Locator) identifica de forma única un recurso en Internet y sigue el formato:
protocolo://usuario:contraseña@dominio:puerto/ruta?parámetros#fragmento
Ejemplo: https://www.ejemplo.es:443/pagina/articulo?id=5&lang=es#seccion1
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Esquema/Protocolo: https
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Dominio: www.ejemplo.es
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Puerto: 443 (implícito en HTTPS)
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Ruta: /pagina/articulo
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Parámetros (query string): id=5&lang=es
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Fragmento (ancla): seccion1
Protocolo FTP
FTP (File Transfer Protocol) permite transferir archivos entre cliente y servidor. Usa el puerto 21 para control y el puerto 20 para datos. FTPS añade cifrado TLS. SFTP (SSH File Transfer Protocol) es un protocolo distinto que cifra toda la sesión sobre SSH (puerto 22).
Protocolos de correo electrónico
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SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, puerto 25/587): envío de correo entre servidores y desde clientes al servidor.
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POP3 (Post Office Protocol v3, puerto 110/995): descarga el correo al cliente y lo elimina del servidor (por defecto).
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IMAP (Internet Message Access Protocol, puerto 143/993): sincroniza el correo entre servidor y múltiples dispositivos; los mensajes permanecen en el servidor.
VPN y servidores proxy
Una VPN (Virtual Private Network) crea un túnel cifrado entre el dispositivo del usuario y un servidor remoto, ocultando la dirección IP real y cifrando el tráfico. Se usa para acceso seguro a redes corporativas y para preservar la privacidad.
Un servidor proxy actúa como intermediario entre el cliente e Internet. Puede cachear contenido, filtrar accesos, anonimizar al usuario o controlar el ancho de banda. El proxy inverso (reverse proxy) se sitúa delante de los servidores web para distribuir carga y añadir seguridad.
Computación en la nube (cloud computing)
La nube ofrece recursos informáticos bajo demanda a través de Internet. Los modelos de servicio son:
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IaaS (Infrastructure as a Service): infraestructura virtualizada (servidores, almacenamiento, redes). Ej.: AWS EC2, Azure VMs.
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PaaS (Platform as a Service): plataforma para desarrollar y desplegar aplicaciones. Ej.: Google App Engine, Heroku.
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SaaS (Software as a Service): aplicaciones completas accesibles vía navegador. Ej.: Gmail, Microsoft 365, Dropbox.
Los modelos de despliegue son: nube pública, nube privada, nube híbrida y multinube.
Ancho de banda y latencia
El ancho de banda es la capacidad máxima de transmisión de datos de una red, expresado en bits por segundo (bps, Kbps, Mbps, Gbps). La latencia es el tiempo que tarda un paquete en llegar desde el origen al destino, medida en milisegundos. La latencia se mide con el comando ping. El jitter es la variación de la latencia, especialmente relevante en comunicaciones en tiempo real.
Servicios web y APIs REST
Un servicio web expone funcionalidades a través de HTTP/HTTPS para que otras aplicaciones puedan consumirlas. La arquitectura REST (Representational State Transfer) utiliza los métodos HTTP estándar (GET, POST, PUT, PATCH, DELETE) y trabaja con recursos identificados por URL. Las respuestas se sirven habitualmente en formato JSON o XML. Las APIs (Application Programming Interfaces) son la interfaz que define cómo interactuar con un servicio.
Servicios clásicos de Internet: Telnet e IRC
Además de los protocolos web y de correo, Internet ofrece servicios «clásicos» que conviene conocer:
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Telnet: es un servicio de conexión remota con otro host. Permite que el ordenador cliente actúe como terminal virtual del ordenador servidor, de modo que el usuario maneja la máquina remota como si estuviera sentado físicamente ante ella. Opera sobre TCP en el puerto 23. Su gran inconveniente es que transmite los datos (incluidas las credenciales) en texto plano, sin cifrar, por lo que en la práctica ha sido sustituido por SSH (puerto 22), que ofrece la misma funcionalidad de acceso remoto pero con la sesión cifrada.
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IRC (Internet Relay Chat): es un sistema de conversación (chat) en tiempo real a través de redes de ordenadores. Los usuarios se conectan a un servidor IRC y conversan dentro de canales temáticos (salas) o mediante mensajes privados. Fue uno de los primeros sistemas de mensajería instantánea masiva de Internet. No debe confundirse con FTP (transferencia de archivos) ni con Telnet (terminal virtual remota).
Cuadro resumen para no confundir servicios:
| Servicio | Definición | Función principal |
|---|---|---|
| FTP | File Transfer Protocol | Transferencia / intercambio de archivos cliente-servidor |
| Telnet | Terminal remota | Conexión con otro host: el cliente hace de terminal virtual del servidor |
| IRC | Internet Relay Chat | Chat en tiempo real (conversación) en redes de ordenadores |
| HTTP/HTTPS | Web | Navegación y consulta de páginas web |
Modos de conexión del FTP: activo y pasivo
El protocolo FTP permite dos modos de conexión: activo y pasivo. La diferencia está en quién inicia la conexión de datos (recuérdese que FTP usa dos canales: el de control en el puerto 21 y el de datos, normalmente en el puerto 20).
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Modo activo: el cliente abre el canal de control hacia el puerto 21 del servidor e informa de un puerto propio; a continuación es el servidor quien inicia la conexión de datos hacia el cliente (tradicionalmente desde su puerto 20). Este modo da problemas cuando el cliente está detrás de un cortafuegos o NAT, porque la conexión entrante desde el servidor suele quedar bloqueada.
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Modo pasivo: para resolver lo anterior, es el cliente quien inicia ambas conexiones (control y datos). El servidor, en lugar de conectarse al cliente, abre un puerto y se lo comunica para que el cliente se conecte a él. Es el modo más compatible con cortafuegos y NAT, y el habitual en navegadores y clientes modernos.
En resumen: FTP admite dos modos de conexión, activo y pasivo (no «sincrónico/asincrónico» ni «ordenado/paralelo/secuencial»).
Modos de transmisión: simplex, half-duplex y full-duplex
Según el sentido en que pueden circular los datos por un canal de comunicación, se distinguen tres modos:
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Simplex: la comunicación es unidireccional; los datos viajan siempre en un único sentido (emisor → receptor), sin posibilidad de respuesta por el mismo canal. Ejemplo clásico: la radiodifusión o la televisión.
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Half-duplex (semidúplex): la comunicación es bidireccional, pero no simultánea; ambos extremos pueden emitir y recibir, pero por turnos, nunca a la vez. Ejemplo clásico: un walkie-talkie.
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Full-duplex (dúplex completo): la comunicación es bidireccional y simultánea; ambos extremos pueden emitir y recibir al mismo tiempo. Ejemplo clásico: la conversación telefónica.
Por tanto, la comunicación bidireccional y simultánea se denomina full-duplex.
| Modo | Sentido | ¿Simultáneo? | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Simplex | Unidireccional | No (solo un sentido) | Radio, TV |
| Half-duplex | Bidireccional | No (por turnos) | Walkie-talkie |
| Full-duplex | Bidireccional | Sí | Teléfono |
Señal analógica y señal digital
La información puede transmitirse mediante dos tipos de señal:
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Señal analógica: varía de forma continua en el tiempo, pudiendo tomar infinitos valores intermedios (por ejemplo, una onda senoidal). Es sensible al ruido y a la atenuación, que degradan progresivamente la señal y resultan difíciles de eliminar.
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Señal digital: representa la información mediante valores discretos (típicamente dos niveles, 0 y 1). Es más robusta frente al ruido (puede regenerarse) y permite cifrado, compresión y corrección de errores con facilidad.
Ventajas de la señal digital frente a la analógica: mayor inmunidad al ruido, posibilidad de regeneración sin pérdida, facilidad de procesamiento, cifrado y multiplexación.
Principal desventaja de la señal digital frente a la analógica: la digitalización (muestreo y codificación de la señal) requiere un mayor ancho de banda para transmitir la misma información, ya que cada valor analógico se traduce en múltiples bits. (No es cierto que genere más ruido ni que sufra más atenuación por meteorología; precisamente es más resistente al ruido.)
El bit y la representación binaria
El bit (binary digit) es la unidad mínima de información en informática. Al ser binario, un solo bit solo puede encontrarse en dos estados posibles: 0 o 1. Por tanto, la cantidad máxima de valores distintos que puede representar un solo bit es 2 (representados en binario como 0 y 1).
De forma general, con n bits se pueden representar 2ⁿ valores distintos: 1 bit → 2 valores; 2 bits → 4 valores; 8 bits (1 byte) → 256 valores (de 0 a 255). Esta es la base de la codificación digital de toda la información que circula por las redes.
El bit y su representación en binario
Un bit (binary digit) es la unidad mínima de información y solo puede tomar dos valores: 0 o 1. Por tanto, la cantidad máxima de valores que puede representar un solo bit es 2 (en decimal).
Si ese número —2— se expresa en base binaria, se escribe «10» (porque 1×2¹ + 0×2⁰ = 2). Así, cuando se pregunta «en binario» por el número de valores que representa un bit, la respuesta correcta es 10 (no «2», que es la cifra en decimal).