How does internet infrastructure work?

La infraestructura de Internet es un sistema complejo pero bellamente orquestado que permite una comunicación global y un intercambio de información sin fisuras. Desde su fundación en 1969, Internet ha crecido desde cuatro sistemas principales a decenas de millones. De hecho, cada dispositivo conectado a Internet es parte de la red, incluso los dispositivos en tu hogar. ¿Qué compone la estructura básica subyacente de Internet? Desde los servidores de nombres, pasando por los puntos de acceso a la red, hasta las redes troncales, el sistema de transferencia de datos e información de Internet ocurre a través de lo que llamamos su infraestructura: los bloques de construcción de Internet. Primero, necesitas saber cómo se conecta tu computadora a otras computadoras. También lee: ¿Qué es la infraestructura de Internet? Jerarquía de redes informáticas. Cada dispositivo conectado a Internet es parte de la red, incluso los dispositivos en tu hogar. Por ejemplo, tu computadora puede estar conectada a un proveedor de servicios de Internet (ISP) mediante un módem de cable o fibra óptica. En el trabajo, tu dispositivo puede ser parte de una red de área local (LAN), pero tu conexión a Internet es proporcionada por el ISP de tu empleador. Una vez que conectas tu computadora, se convierte en parte de la red de tu empleador. El ISP puede luego conectarse a una red más grande. Internet es simplemente una red de redes. Las grandes empresas de comunicaciones tienen su propia red troncal dedicada, conexiones a Internet siempre activas con suficiente ancho de banda para permitir que muchas personas usen la conexión al mismo tiempo. En cada región, la empresa tiene una oficina local que conecta hogares y negocios locales a su red principal. Sorprendentemente, no hay una red centralizada. El tráfico se transmite de un punto a otro, y si una computadora sale de la red, los paquetes que componen el archivo digital se enrutan hacia la otra computadora. Los archivos llegan como se espera y nunca notarás un cambio en los patrones de tráfico. Aquí tienes un ejemplo de una red de Internet: Imagina que la Empresa A es una pequeña empresa con una red de oficina configurada con servidores e impresoras en red. Supón que la Empresa B es un ISP empresarial. La Empresa B construye o alquila espacio de oficinas en las principales ciudades para almacenar sus servidores y equipos de enrutamiento. La Empresa B es tan grande que opera sus propias líneas de fibra óptica entre edificios para que todos estén conectados entre sí. En esta disposición, todos los clientes de la Empresa A pueden comunicarse entre sí y todos los clientes de la Empresa B pueden comunicarse entre sí, pero las redes de las dos empresas no están vinculadas. Ambas empresas pueden comunicarse internamente, pero ninguna puede comunicarse con la otra. Por lo tanto, tanto la Empresa A como la Empresa B acuerdan conectarse al punto de acceso a Internet o IXP en cada ciudad. Las redes de las dos empresas ahora pueden conectarse entre sí a través de Internet, así como con otras organizaciones. Este ejemplo muestra cómo las redes de dos empresas se comunican entre sí, pero las dos empresas son solo un ejemplo de cómo sus dos redes se unen a la vasta Internet. Para una vista panorámica de cómo podrían verse estas redes interconectadas, echa un vistazo al proyecto Opte de Barrett Lyon, que trabaja para crear un mapa en constante evolución de la plomería de Internet. Función de los enrutadores de Internet. Todas estas redes dependen de IXP, redes troncales y enrutadores para comunicarse entre sí. Lo increíble de este proceso es que un mensaje puede salir de una computadora, viajar por medio mundo a través de varias redes diferentes y llegar a otra computadora en una fracción de segundo. El enrutador determina a dónde se envía la información de una computadora a otra. Los enrutadores son dispositivos dedicados que envían mensajes tuyos y de otros usuarios de Internet que se aceleran a lo largo de miles de rutas hacia sus destinos. Los enrutadores tienen dos trabajos separados pero relacionados: 1. Asegura que la información no vaya a donde no es necesaria. Esto es esencial para evitar que grandes cantidades de datos obstruyan las conexiones de “espectadores inocentes”. 2. Asegura que la información llegue a su destino previsto. Al realizar estos dos trabajos, un enrutador es muy útil cuando se trata de dos redes informáticas separadas. Conecta dos redes, pasando información de una red a la otra. También protege las interacciones de red, evitando que el tráfico de una red se derrame innecesariamente a otra. Sin importar cuántas redes estén conectadas, el funcionamiento básico y la funcionalidad del enrutador sigue siendo la misma. Dado que Internet es una vasta red de innumerables redes más pequeñas, es necesario que utilice enrutadores. Troncal de Internet. La National Science Foundation (NSF) creó la primera red troncal de alta velocidad en 1986. Llamada NSFNET, es una línea T1 que conecta 170 redes más pequeñas y funciona a 1,5 Mbps (millones de bits por segundo). IBM, MCI y Merit trabajaron con la NSF para crear la troncal, y al año siguiente desarrollaron la troncal T3 (45 Mbps). La troncal es la conexión a Internet que permite mucho más tráfico que la conexión desde tu hogar a la oficina central de la esquina. En los primeros días de Internet, solo las empresas de telecomunicaciones más grandes tenían la capacidad de manejar este ancho de banda. Hoy en día, cada vez más empresas operan sus propias redes troncales de alta capacidad, todas las cuales están interconectadas en una variedad de IXP en todo el mundo. De esta manera, todos en Internet, sin importar dónde estén o qué proveedor utilicen, pueden hablar con todos los demás en el planeta. Todo Internet es un enorme y masivo protocolo para la comunicación libre entre personas. Protocolo de Internet: dirección IP. Cada máquina en Internet tiene un número de identificación único llamado dirección IP. IP significa Protocolo de Internet, que es uno de los dos protocolos que las computadoras usan para comunicarse a través de Internet. El otro es el Protocolo de Control de Transmisión, y los dos a menudo se mencionan juntos en la frase TCP/IP. Un protocolo es una forma predefinida para que las personas que quieren usar un servicio se conecten a ese servicio. “Alguien” puede ser una persona, pero más a menudo es un programa informático, como un navegador web. Una dirección IP versión 4 (IPv4) típica se ve así: 216.27.61.137. Para comodidad de nuestra memoria humana, las direcciones IP generalmente se representan en formato decimal como números decimales punteados, como se muestra en la figura anterior. Pero las computadoras se comunican en forma binaria. Vea el archivo binario de la misma dirección IPv4: 11011000.00011011.00111101.10001001. Cada secuencia de números en una dirección IPv4 se llama octeto porque cada secuencia de números tiene ocho posiciones cuando se ve en forma binaria. Si sumas todas las posiciones, obtienes 32, porque las direcciones IPv4 se tratan como números de 32 bits. Dado que cada una de las ocho ubicaciones puede tener dos estados diferentes (1 o 0), el número total de combinaciones posibles para cada octeto es 2^8 o 256. Por lo tanto, cada octeto puede contener cualquier valor entre 0 y 255. ¡Combina cuatro octetos y obtienes 2^32 o posiblemente 4.294.967.296 valores únicos! De los casi 4.300 millones de combinaciones posibles en direcciones IPv4, ciertos valores están restringidos para usar como direcciones IP típicas. Por ejemplo, la dirección IP 0.0.0.0 está reservada para computadoras en la red local, y la dirección 255.255.255.255 se usa para transmisión. Aunque 4.300 millones de direcciones parece mucho, Internet está creciendo tan rápido que se necesita un sistema de direcciones actualizado de 128 bits para reemplazar IPv4. A fines de 1998, expertos del Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) comenzaron a desarrollar un nuevo sistema. IP Versión 6 (IPv6), lanzada oficialmente el 6 de junio de 2012, tiene 340 sextillones de direcciones (espacio de 3,4 x 10^38), por lo que deberíamos dejar mucho espacio para todos los dispositivos. (Por ahora. Para que conste, IPv5 nunca fue adoptado formalmente como estándar). Como es de esperar, las direcciones IPv6 se ven ligeramente diferentes a las IPv4, que se crearon en la década de 1970. Cada segmento en una dirección IPv6 utiliza cuatro números, separados por dos puntos. El ejemplo es el siguiente: ba5a:9a72:4aa5:522e:b893:78dd:a6c4:f033. Debido a que IPv6 usa notación hexadecimal, es necesario representar 16 números separados. Así que, además de los números del 0 al 9, también se incorporaron las letras A-F para representar dos dígitos. Actualmente atascados con IPv4, el propósito del octeto no es simplemente separar números. Se utilizan para crear clases de direcciones IP que pueden asignarse a empresas, gobiernos u otras entidades específicas según el tamaño y la necesidad. El octeto se divide en dos partes: red y host. El primer octeto identifica la red a la que pertenece la computadora. Un host (a veces llamado nodo) identifica la computadora real en la red. El último octeto muestra el segmento del host. Hay cinco clases de IP y algunas direcciones especiales. Cuando Internet estaba en su infancia, consistía en un pequeño número de computadoras conectadas a módems y líneas telefónicas. Solo podías establecer una conexión proporcionando la dirección IP de la computadora con la que querías establecer un enlace. Por ejemplo, una dirección IP típica podría ser 216.27.22.162. Esto estaba bien cuando solo había unos pocos hosts, pero a medida que más sistemas se conectaban, se volvió difícil de manejar. La primera solución a este problema fue un simple archivo de texto mantenido por el Centro de Información de Red (NIC) llamado tabla de hosts, que asigna nombres a direcciones IP. Pronto, este archivo de texto se volvió tan grande que se volvió demasiado engorroso de gestionar. En noviembre de 1983, Paul Mockapetris presentó dos solicitudes de comentarios al Grupo de Trabajo de Red Internacional. RFC 882 describe el concepto del Sistema de Nombres de Dominio (DNS), que asigna automáticamente nombres de texto a direcciones IP. RFC 883 propone un método para implementar este sistema. Gracias a sus esfuerzos y los de muchos otros, de esta manera solo tienes que recordar www.howstuffworks.com, por ejemplo, en lugar de una serie de números y signos de puntuación para la dirección IP de HowStuffWorks.com. También lee: ¿Cómo puedo proteger mi dirección IP como un profesional? URL: Localizador Uniforme de Recursos. Cuando usas la Web o envías un correo electrónico, puedes usar un nombre de dominio para hacerlo. Por ejemplo, el localizador uniforme de recursos (URL) “https://www.howstuffworks.com” incluye el nombre de dominio howstuffworks.com. Lo mismo ocurre con esta dirección de correo electrónico: un punto de contacto público publicado. Cada vez que se usa un nombre de dominio, los servidores DNS de Internet convierten un nombre de dominio legible por humanos en una dirección IP legible por máquina. Consulta cómo funcionan los servidores de nombres para obtener más información sobre DNS. Los dominios de nivel superior, también conocidos como dominios de nivel 1, incluyen.com,.org,.net,.edu y.gov. Dentro de cada dominio de nivel superior, hay una enorme lista de dominios de segundo nivel. Por ejemplo, en el dominio de nivel.com, están: HowStuffWorks, Yahoo, Microsoft. Cada nombre en el dominio de nivel superior.com debe ser único. La parte más a la izquierda (como “www”) es el nombre del host. Especifica el nombre del directorio en una computadora específica con una dirección IP específica en el dominio. Un dominio dado puede contener millones de nombres de host, siempre que todos sean únicos dentro del dominio. Los servidores DNS aceptan solicitudes de programas y otros servidores de nombres para traducir nombres de dominio a direcciones IP. Cuando llega una solicitud, el servidor DNS puede hacer una de cuatro cosas: 1. Puede responder a la solicitud con una dirección IP porque ya conoce la dirección IP del dominio solicitado. 2. Puede contactar a otro servidor DNS e intentar encontrar la dirección IP del nombre solicitado. Puede que tenga que hacer esto varias veces. 3. Puede decir: “No sé la dirección IP del dominio que está solicitando, pero esta es la dirección IP de un servidor DNS que conozco mejor que yo”. 4. Puede devolver un mensaje de error porque el nombre de dominio solicitado no es válido o no existe. DNS: Supongamos que escribes la URL www.howstuffworks.com en tu navegador. El navegador contacta al servidor DNS para obtener la dirección IP. El servidor DNS comienza la búsqueda de una dirección IP contactando a uno de los servidores raíz DNS. El servidor raíz conoce las direcciones IP de todos los servidores DNS que manejan los dominios de nivel superior (.com,.net,.org, etc.). Tu servidor DNS le pregunta a la raíz por www.howstuffworks.com, y la raíz dice: “No sé la dirección IP de www.howstuffworks.com, pero esta es la dirección IP del servidor DNS de.COM”. Luego, tu servidor de nombres va al servidor DNS de.COM y envía una consulta preguntando si conoce la dirección IP de www.howstuffworks.com. El servidor DNS del dominio.com conoce las direcciones IP de los servidores de nombres que manejan el dominio www.howstuffworks.com, por lo que devuelve esas direcciones. Luego, tu servidor de nombres contactará al servidor DNS para obtener www.howstuffworks.com y preguntará si conoce la dirección IP de www.howstuffworks.com. Lo hace, así que devuelve la dirección IP a tu servidor DNS, que la devuelve al navegador, que luego contacta al servidor de www.howstuffworks.com para obtener la página web. Una de las claves para que esto funcione es la redundancia. Hay múltiples servidores DNS en cada nivel, por lo que si un servidor falla, hay otros para manejar la solicitud. Otra clave es el almacenamiento en caché. Después de resolver la solicitud, el servidor DNS almacena en caché la dirección IP recibida. Una vez que emite alguna solicitud al servidor DNS raíz para el dominio.COM, sabrá manejar la dirección IP del servidor DNS del dominio.COM, por lo que no tiene que volver a preguntarle al servidor DNS raíz esa información. El servidor DNS puede hacer esto para cada solicitud, y esta caché ayuda a evitar que las cosas se ralenticen. Aunque son completamente invisibles, los servidores DNS manejan miles de millones de solicitudes todos los días, y son esenciales para el buen funcionamiento de Internet. El hecho de que esta base de datos distribuida funcione tan bien y de manera invisible día tras día es un testimonio de su diseño. Servidores y clientes de Internet. Cada máquina en Internet es o bien un servidor o un cliente. Una computadora que proporciona servicios a otras computadoras es un servidor. La computadora que se utiliza para conectarse a estos servicios es el cliente. Hay servidores web, servidores de correo electrónico, servidores FTP, etc., para satisfacer las necesidades de los usuarios de Internet en todo el mundo. Cuando te conectas a www.howstuffworks.com para leer una página, eres un usuario sentado en una computadora cliente. Estás accediendo al servidor web de HowStuffWorks. La computadora servidor encontrará la página que solicitaste y te la enviará. El cliente que accede a la computadora servidor tiene una intención específica, por lo que el cliente dirige sus solicitudes a un software de servidor específico que se ejecuta en la computadora servidor. Por ejemplo, si ejecutas un navegador web en tu computadora, intentará comunicarse con el servidor web en la computadora servidor en lugar de con el servidor de correo electrónico. El servidor tiene una dirección IP estática que no cambia. Por otro lado, una computadora doméstica que se conecta a través de un módem generalmente tiene una dirección IP asignada por el ISP para cada inicio de sesión. Esta dirección IP es única para tu sesión y puede ser diferente la próxima vez que te conectes. De esta manera, el ISP solo necesita una dirección IP por dispositivo, en lugar de una dirección IP por cliente. Puertos y HTTP. Cualquier servidor proporciona sus servicios utilizando un puerto numerado, es decir, un puerto para cada servicio disponible en el servidor. Por ejemplo, si la computadora servidor está ejecutando un servidor web y un servidor de Protocolo de Transferencia de Archivos (FTP), el servidor web generalmente está disponible en el puerto 80 y el servidor FTP está disponible en el puerto 21. El cliente se conecta al servicio con una dirección IP específica y un número de puerto específico. Una vez que un cliente se conecta a un servicio en un puerto específico, accede a ese servicio utilizando un protocolo específico. El protocolo simplemente describe cómo el cliente y el servidor se comunicarán entre sí. Todos los servidores web en Internet cumplen con el Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP). Puedes aprender más sobre servidores de Internet, puertos y protocolos leyendo cómo funcionan los servidores web. También lee: ¿Qué propósitos tiene el cifrado en los servidores de Internet? Redes, enrutadores, NAP, ISP, DNS y servidores potentes hacen posible Internet. Cuando te das cuenta de que toda esta información se envía alrededor del mundo en milisegundos, estos componentes son extremadamente importantes en la vida moderna; sin ellos, no habría Internet. Sin Internet, muchas de nuestras vidas serían muy diferentes. Ver también: El registro de miembros desaparecido de AfriNIC.