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Cuando abres una web, tu ordenador habla con un servidor que puede estar en otro continente, a través de decenas de routers, cables de fibra y antenas, y la página llega en milisegundos. Funciona porque toda esa comunicación se organiza en capas, cada una con su protocolo y su responsabilidad. Entender las capas, las direcciones IP y las subredes es la base para programar aplicaciones en red, administrar sistemas o trabajar en ciberseguridad.

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Lo que vas a aprender

  • Los modelos OSI y TCP/IP, y la encapsulación.
  • Qué hacen Ethernet, IP, TCP y UDP.
  • Las direcciones IPv4, las máscaras y la notación CIDR.
  • Cómo calcular subredes.
  • Puertos, DNS, HTTP y NAT.
  • Por qué existe IPv6.

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Fundamentos teóricos

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Los modelos por capas

Encapsulación: al enviar, cada capa añade su cabecera a los datos de la capa de arriba (una petición HTTP va dentro de un segmento TCP, dentro de un paquete IP, dentro de una trama Ethernet). Al recibir, cada capa quita la suya.

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Capa de enlace: Ethernet y MAC

Cada tarjeta de red tiene una dirección MAC de 48 bits, como 3C:22:FB:1A:9E:04. Los switches reenvían tramas dentro de una red local según la MAC de destino. El protocolo ARP averigua qué MAC tiene una IP de la red local.

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Capa de red: direcciones IPv4

Una dirección IPv4 tiene 32 bits, escritos como cuatro números de 0 a 255: 192.168.1.10. Se divide en una parte de red y otra de host, según la máscara: Con hh bits de host hay 2h−22^h - 2 direcciones para equipos: la primera es la dirección de red y la última la de broadcast. El paso a binario se practica en el conversor de bases. Direcciones privadas (no se enrutan en Internet): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 y 192.168.0.0/16.

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Calcular la red de una dirección

Se hace la AND bit a bit entre la IP y la máscara (ver puertas lógicas). Atajo: en el octeto donde cambia la máscara, el tamaño del bloque es 256−valor de la maˊscara256 - \text{valor de la máscara}, y las redes empiezan en múltiplos de ese tamaño.

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Enrutamiento

Los routers unen redes distintas. Cada uno tiene una tabla de rutas que dice por dónde enviar cada destino; se elige la ruta con el prefijo más largo que coincida. Si nada coincide, se usa la puerta de enlace por defecto. Las tablas se construyen con protocolos como OSPF, que usa el algoritmo de Dijkstra, o BGP entre proveedores.

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Capa de transporte: TCP y UDP

Los puertos (16 bits) identifican la aplicación dentro de un equipo: 80 (HTTP), 443 (HTTPS), 22 (SSH), 53 (DNS), 25 (SMTP). Una conexión queda definida por IP y puerto de origen y de destino.

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Capa de aplicación

  • DNS: traduce nombres (simulab.es) a direcciones IP, consultando una jerarquía de servidores.
  • HTTP/HTTPS: peticiones (GET, POST…) y respuestas con un código de estado (200 OK, 404 No encontrado, 500 Error del servidor). HTTPS añade cifrado TLS.

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NAT

Un router doméstico tiene una IP pública y da IP privadas a los equipos de casa. Al salir a Internet, cambia la IP y el puerto de origen de cada paquete por los suyos y apunta la traducción para devolver la respuesta. Así, millones de redes comparten pocas direcciones públicas.

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IPv6

Con 32 bits solo hay unos 4300 millones de direcciones IPv4, y se agotaron. IPv6 usa 128 bits (unas 3,4⋅10383{,}4\cdot10^{38} direcciones), escritas en hexadecimal: 2001:db8::8a2e:370:7334. Elimina la necesidad de NAT y simplifica la cabecera.

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Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Datos de una subred

IP 192.168.10.77/26. La máscara es 255.255.255.192: bloques de 256−192=64256 - 192 = 64 en el último octeto.77 está en el bloque que empieza en 64:
  • Red: 192.168.10.64
  • Broadcast: 192.168.10.127
  • Hosts: de .65 a .126, 62 direcciones.
Se tiene 172.16.0.0/16 y se necesitan 50 subredes. Hacen falta 6 bits más (26=64≥502^6 = 64 \ge 50): prefijo /22.Cada subred tiene 32−22=1032 - 22 = 10 bits de host: 210−2=10222^{10} - 2 = 1022 equipos. Bloques de 4 en el tercer octeto: 172.16.0.0/22, 172.16.4.0/22, 172.16.8.0/22…
10.1.5.20/20 y 10.1.14.3/20. La máscara /20 deja bloques de 16 en el tercer octeto: el 5 está en el bloque 0–15 y el 14 también. Sí, las dos están en 10.1.0.0/20.Con 10.1.17.3 no: está en el bloque 16–31.
  1. DNS: el navegador pregunta la IP de apuntes.simulab.es.
  2. TCP: abre una conexión con el puerto 443 de esa IP (tres pasos).
  3. TLS: negocian el cifrado y se comprueba el certificado.
  4. HTTP: envía GET / y recibe el HTML.
  5. Por debajo, cada paquete IP salta de router en router, y en cada salto viaja en una trama Ethernet, wifi o de fibra distinta.

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Errores frecuentes

  • Contar la dirección de red y la de broadcast como hosts. Con hh bits de host hay 2h−22^h - 2 útiles.
  • Confundir la MAC con la IP. La MAC sirve dentro de la red local; la IP, de extremo a extremo.
  • Pensar que UDP es “peor”. Es más rápido y adecuado cuando un dato retrasado ya no sirve (vídeo en directo, juegos).
  • Olvidar que los switches trabajan en la capa 2 y los routers en la 3.
  • Elegir mal el prefijo: si hacen falta 50 subredes, 5 bits (25=322^5 = 32) no bastan.

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Preguntas frecuentes

OSI es un modelo de referencia teórico de la ISO, útil para enseñar y para hablar de “capa 2” o “capa 7”. TCP/IP es el que realmente se implementó y usa Internet, y agrupa las capas 5, 6 y 7 en una sola.
Es el tiempo que tarda un paquete en ir y volver. Depende de la distancia (la luz en la fibra recorre unos 200 km por milisegundo), del número de saltos y de las colas en los routers. En una videollamada o un juego importa más que el ancho de banda.

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Última modificación el 12 de octubre de 2026