Tarjetas de Red

Una de las capacidades de un computador es que se pueden conectar en red, con el propósito de transmitir información a otros usuarios. Cuando se hace la mención de «puertos y tarjetas de red» se hace referencia a que un puerto es la entrada del medio al sistema de computo; mientras que la tarjeta es el dispositivo que hace efectivo el envío, el procesamiento y recepción de datos.

Un puerto de red es una ranura que porta un computador personal. Esta ranura tiene la capacidad de que se le introduzca un cable de red con el cuál, el dispositivo se conectará con el dispositivo de red o computador.

Modelo OSI

El modelo OSI es quien se preocupa de la administración de los puertos y los establece en el encabezado de los segmentos en la capa de transporte o capa 4, administrando así el envío y reensamblaje de cada segmento enviado a la red haciendo uso del puerto especificado. Un puerto suele estar enumerado para de esta forma poder identificar la aplicación que lo usa. Decidir a qué programa entregará los datos recibidos. Esta asignación de puertos permite a una máquina establecer simultánemanente diversas conexiones con máquinas distintas, ya que todos los segmentos que se reciben tienen la misma dirección, pero van dirigidos a puertos diferentes.

Puertos

Los números de puerto se indican mediante una palabra de un procesador de 16 bits (2 bytes), por lo que existen 65536 puertos, numerados del 0 al 65535. Aunque podemos usar cualquiera de ellos para cualquier protocolo, existe una entidad, la IANA, encargada de su asignación, la cual creó tres categorías:

Puertos bien conocidos: Los puertos inferiores al 1024 son puertos reservados para el sistema operativo y usados por «protocolos bien conocidos» como por ejemplo HTTP (servidor web), POP3/SMTP (servidor de e-mail) y Telnet. Si queremos usar uno de estos puertos tendremos que arrancar el servicio que los use teniendo permisos de administrador.

Puertos registrados: Los comprendidos entre 1024 (0400 en hexadecimal) y 49151 (BFFF en hexadecimal) son denominados «registrados» y pueden ser usados por cualquier aplicación. Existe una lista pública en la web del IANA donde se pueden ver qué protocolo usa cada uno de ellos.

Puertos dinámicos o privados: Los comprendidos entre los números 49152 (C000 en hexadecimal) y 65535 (FFFF en hexadecimal) son denominados dinámicos o privados, normalmente se asignan en forma dinámica a las aplicaciones de clientes al iniciarse la conexión. Se usan en conexiones peer to peer (P2P).

Tarjeta de red cableada

Se le llama comúnmente también NIC «Net Interface Card». Es una tarjeta para expansión de capacidades que tiene la función de enviar y recibir datos por medio de cables en las redes de área local («LAN, Local Area Network», computadoras cercanas interconectadas entre sí), esto es entre redes de computadoras. La tarjeta de red se inserta dentro de las ranuras de expansión o «slots» integradas en la tarjeta principal (motherboard) y se atornilla al gabinete para evitar movimientos y por ende fallas. Todas las tarjetas de red cableadas integran uno o varios puertos para conectar los conectores de los cables.

Las tarjetas de red compiten actualmente en el mercado contra adaptadores USB-RJ45, tarjetas de red Wi-Fi y adaptadores USB-WiFi.

Características generales de la tarjeta de red cableada

• Están diseñadas para ciertos tipos de estándares de redes, por lo que tienen una velocidad máxima de transmisión en bits por segundo (bps) acorde al estándar.
• Tienen uno o varios puertos RJ45 ó combinados con BNC para la conexión de los cables hacia los concentradores ó hacia otras computadoras.
• Cuentan con un conector especial en su parte inferior que permite insertarlas en las ranuras de expansión de la tarjeta principal.
• Compiten actualmente contra las tarjetas de red inalámbricas, las cuales ofrecen muchas ventajas con respecto al uso de cables y puertos físicos.

Estándares básicos para redes de datos cableadas

Se reifiere a las convenciones y protocolos que se acordó utilizar para el correcto funcionamiento entre redes de datos. Se muestra a continuación los estándares básicos de acuerdo a su mayor uso:

10 Gigabit Ethernet

También llamado XGbE o 10GbE es el más reciente (año 2003) y más rápido de los estándares Ethernet. IEEE 802.3ae define su versión de Ethernet con una velocidad nominal de 10 Gbps, diez veces más rápido que Gigabit Ethernet.

El estándar 10 Gigabit Ethernet contiene siete tipos de medios para LAN, MAN y WAN. Ha sido especificado en el estándar suplementario IEEE 802.3ae, y será incluido en una futura revisión del estándar IEEE 802.3.

Hay diferentes estándares para el nivel físico (PHY) . La letra X significa codificación 8B/10B y se usa para interfaces de cobre. La variedad óptica más común se denomina LAN PHY, usada para conectar routers y switches entre sí. Aunque se denomine como LAN se puede usar con 10GBase-LR y 10GBase-ER hasta 80 km. LAN PHY usa una velocidad de línea de 10.3 Gbit/s y codificación 66B (1 transición cada 66 bits al menos). WAN PHY (marcada con una W) encapsula las tramas Ethernet para la transmisión sobre un canal SDH/SONET STS-192c.

• 10GBASE-SR (short range, corto alcance). Diseñada para funcionar en distancias cortas sobre cableado de fibra óptica multimodo, permite una distancia entre 26 y 82 m dependiendo del tipo de cable. También admite una distancia de 300 m sobre una nueva fibra óptica multimodo de 2000 MHz/km (usando longitud de onda de 850nm).
• 10GBASE-CX4. Interfaz de cobre que usa cables InfiniBand CX4 y conectores InfiniBand 4x para aplicaciones de corto alcance (máximo 15 m), tales como conectar un conmutador a un enrutador. Es la interfaz de menor coste pero también el de menor alcance. 2.5 Gbps por cada cable.
• 10GBASE-LX4. Usa multiplexión por división de longitud de onda para distancias entre 240 m y 300 m sobre fibra óptica multimodo. También admite hasta 10 km sobre fibra monomodo. Usa longitudes de onda alrededor de los 1310 nm.
• 10GBASE-LR (long range, largo alcance). Este estándar permite distancias de hasta 10 km sobre fibra monomodo (usando 1310nm).
• 10GBASE-ER (extended range, alcance extendido). Este estándar permite distancias de hasta 40 km sobre fibra monomodo (usando 1550nm). Recientemente varios fabricantes han introducido interfaces enchufables de hasta 80-km.
• 10GBASE-LRM.10 Gbit/s sobre cable de FDDI- de 62.5 µm.
• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW y 10GBASE-EW. Estas variedades usan el WAN PHY, diseñado para interoperar con equipos OC-192/STM-64 SONET/SDH usando una trama ligera SDH/SONET. Se corresponden en el nivel físico con 10GBASE-SR, 10GBASE-LR y 10GBASE-ER respectivamente, y por ello usan los mismos tipos de fibra y permiten las mismas distancias. No hay un estándar WAN PHY que corresponda al 10GBASE- LX4.
• 10GBASE-T (802.3an – 2007)
  • UTP-6 o UTP-7.
  • Distancia < 100 m.
  • PAM-16.

Gigabit Ethernet

IEEE 802.3ab y 802.3z, consigue una capacidad de transmisión de 1 Gbps, correspondiente a unos 1000 Mbps de rendimiento contra unos 100 Mbps de Fast Ethernet. También llamado 100BASE-TX.

Fast Ethernet

IEEE 802.3u, con velocidades de entre 10, 100, 10,000 Mbps.

Ethernet

IEEE 802.3, con velocidad de 10 Mbps.

Token Ring

IEEE 802.5 con velocidades de entre 4 a 16 Mbps.

Partes que componen la tarjeta de red

los componentes son visibles, ya que no cuentan con cubierta protectora; son básicamente los siguientes:

• Conectores para la ranura: es el encargado de transmitir datos entre los puertos de la tarjeta y la tarjeta principal (motherboard).
• Tarjeta: es la placa plástica sobre el cuál se encuentran fijos todos los chips y circuitos.
• Puertos: permiten la conexión del cable de red con la tarjeta y su respectiva comunicación con la tarjeta principal.
• Placa de sujeción: es metálica y permite soportar los puertos así como la sujeción hacia el chasis del gabinete.

Tarjeta de red inalámbrica

También llamada tarjeta de red WiFi, son las tarjetas de expansión de capacidades que sirven para enviar y recibir datos sin la necesidad de cables en las redes inalámbricas de área local (WLAN «Wireless Local Area Network»), entre redes inalámbricas de computadoras. La tarjeta de red se inserta dentro de las ranuras de expansión o «slots» integradas en la tarjeta principal y se atornilla al gabinete para evitar movimientos y por ende falle. Todas las tarjetas de red inalámbricas integran una antena de recepción para las señales.

Compiten actualmente en el mercado contra los adaptadores USB-WiFi, tarjetas para red LAN y adaptadores USB-RJ45.

Características generales de la tarjeta de red inalámbrica

• Están diseñadas para ciertos tipos de estándares de redes inalámbricas, por lo que tienen una velocidad máxima de transmisión de datos en bits por segundo (bps) acorde al estándar.
• Tienen una antena que permite la buena recepción de datos de la red, así como para su envío.
• Cuentan con conector PCI en su parte inferior que permite insertarlas en las ranuras de expansión del mismo tipo de la tarjeta principal.
• Pueden coexistir con la tarjetas de red integradas en la tarjeta principal, se puede tener acceso a redes de manera independiente, no hay límite de tarjetas de red conectadas en una computadora.
• Compiten actualmente contra los adaptadores USB para redes inalámbricas, las cuales ofrecen muchas ventajas con respecto a la portabilidad, la facilidad de uso y tamaño.

Estándares básicos para redes de datos inalámbricas

Se refiere a las convenciones y protocolos que se acordó utilizar para el correcto funcionamiento entre redes de datos inalámbricas. Se muestran los estándares básicos de acuerdo a su uso:

Wireless N

Protocolo IEEE 802.11n, con velocidad de hasta 600 Mbps. Utiliza la tecnología MIMO (Multiple Input-Mulitple Output), que por medio de múltiples antenas trabaja en dos canales (frecuencia 2.4 GHz y 5 GHz).

Wireless G

Protocolo IEEE 802.11g, con velocidad de 11, 22, 54, 125 Mbps. Trabaja en la banda de frecuencia de 2.4 GHz solamente.

Partes que componen la tarjeta de red

Los componentes son visibles, ya que no cuentan con cubierta protectora; son básicamente los siguientes:

• Conector para la ranura: es el encargado de transmitir datos entre los puertos de la tarjeta y la tarjeta principal.
• Tarjeta: es la placa plástica sobre la cual se encuentran fijos y soldados todos los chips y circuitos.
• Placa de sujeción: es metálica y permite soportar los puertos así como la sujeción hacia el chasis del gabinete.
• Antena receptora: permite recibir y enviar las ondas de radio para la red inalámbrica.

Novedades en Wi-Fi

El término «Wi-Fi» fue creado por Wi-Fi Alliance, una organización sin fines de lucro, y hace referencia a un grupo de protocolos de redes inalámbricas que se basan en el estándar de redes IEEE 802.11. El Wi-Fi existe desde finales de los 90, pero ha mejorado drásticamente en la última década.

Para hacer más evidente las diferencias entre cada generación, Wi-Fi Alliance adoptó recientemente una convención de nomenclatura más tradicional, suprimiendo la designación 802.XX para un sufijo numérico simplificado. Este esquema numérico simplificado (Wi-Fi6 vs. 802.11ax) hace que sea más fácil conocer cuál generación de la tecnología se está utilizando y determinar la compatibilidad con los dispositivos que soportan esa versión.

• Wi-Fi 6 (802.11ax), en frecuencias 2.4 y 5 GHz, con velocidades 600-9608 Mbps, año 2019.
• Wi-Fi 5 (802.11ac), en frecuencia 5 GHz, con velocidades de 433-6933 Mbps, año 2014.
• Wi-Fi 4 (802.11n), en frecuencias 2.4 y 5 GHz, con velocidades de 72-600 Mbps, año 2009.

¿Qué es Wi-Fi 6?

Velocidades más rápidas

Un Wi-Fi más rápido implica mejores velocidades de carga y descarga (o rendimiento) debido al mayor ancho de banda que ofrece Wi-Fi 6. Esto cobra más importancia a medida que el tamaño de los archivos aumenta junto con la gran demanda de datos para la transmisión de videos de alta calidad y para los juegos en línea que requieren una continua comunicación. Transmitir a Twitch mientras se juega un juego multijugador requiere una gran cantidad de ancho de banda, y una conexión fiable y estable.

Debido a esto, muchos jugadores o creadores de contenido todavía se conectan directamente a los enrutadores o conmutadores de red a través de cables de Ethernet en lugar de aprovechar la flexibilidad que proporciona la red inalámbrica. Wi-Fi 6 acerca las señales cableadas e inalámbricas a la paridad, liberando a más usuarios de las limitaciones de estar conectados por cable a sus módems.

Entonces, ¿cuánto más rápido es Wi-Fi 6? Si bien es importante conextualizar estos números, Wi-Fi 6 es capaz de lograr un rendimiento máximo de 9,6 Gbps a través de múltiples canales, en comparación con los 3,5 Gbps de Wi-Fi 5. Sin embargo, estos son máximos teóricos; en situaciones del mundo real, el ancho de banda no llegará a estas velocidades de forma loca, y la velocidad general de su conexión a Internet se determina por su conexión de banda ancha. Dicho esto, los dispositivos con Wi-Fi 6 pueden disfrutar de velocidades significativamente más rápidas ya que ese máximo se comparte entre varios dispositivos.

Si se utiliza un enrutador Wi-Fi con un solo dispositivo, las velocidades máximas posibles deberían ser de hasta un 40% más altas con Wi-Fi 6, en comparación con Wi-Fi 5. Wi-Fi 6 logra estas altas velocidades de transferencia de datos a través de una variedad de técnicas, comenzando con una codificación de datos más eficiente y, gracias a procesadores más potentes, un uso inteligente del espectro inalámbrico.

Wi-Fi 6 también mejora la velocidad al gestionar grandes cantidades de tráfico de red de manera más eficiente. Para los jugadores, esto significa descargas de juegos más rápidas, mejores velocidades de carga para la transmisión de juegos, hasta un 75% menos de latencia y capacidades de multiárea de medios más fiable.

Menor latencia y mayor alcance

Con WiFi 6 la latencia será mucho mejor gracias a la tecnología OFDMA; uno de los pilares fundamentales del nuevo WiFi. El OFDMA o «Acceso múltiple por división de frecuencia ortogonáles» permite que múltiples usuarios con diferentes anchos de banda puedan conectarse a la red de manera simultánea. Los usuarios notarán ese cambio sobre todo en espacios públicos de alta densidad.

El WiFi 6 también ofrece un mayor alcance que su antecesor, el WiFi 5. Se recuerda que este último ofrecía más velocidad que el WiFi de 2.4 GHz, pero, veía meramada su cobertura al afrontar distancias grandes o al tener que atravesar demasiadas paredes. El WiFi 6 aumenta la velocidad sin renunciar al alcance tan bueno de las redes 2.4 GHz.

Con respecto a optimización de tráfico, OFDMA funciona al subdividir los canales en subportadoras y permitir la transmisión a múltiples puntos finales (dispositivos) al mismo tiempo. Un enrutador WiFi 6 puede enviar diferentes señales en la misma ventana de transmisión. Esto da lugar a que una sola transmisión del enrutador pueda comunicarse con múltiples dispositivos, en lugar de que cada dispositivo tenga que esperar su turno mientras el enrutador envía los datos a través de la red.

Menos interferencia y más eficiencia energética

Color BSS (OBSS) es una nueva tecnología también presente en el WiFi 6. Asigna un color diferente a cada enrutador, de manera que estos pueden identificarse de una manera mucho más fácil y rápida. Funciona asignando un «color» diferente a los paquetes de datos, dependiendo del dispositivo para el que vaya dirigido. De esta manera, el enrutador será capaz de saber qué paquetes de datos que circulan por el aire en estos momentos son para él; si no es así, puede ignorarlos y no perder el tiempo en ellos.

Durante el desarrollo del WiFi 6 también se tuvo en cuenta algo muy importante para los usuarios: la eficiencia. Por esa razón, el WiFi 6 integra la tecnología Target Wake Time (TWT), que hace que los dispositivos se conecten a la red solo cuando sea necesario y no todo el tiempo. Así, consigue que los dispositivos ahorren energía y su autonomía aumente.

Beamforming

Este método de transmisión de datos de sonido que parece tan futurista es en realidad, bastante simple. En lugar de transmitir datos hacia todas las direcciones, el enrutador detecta dónde se encuentra el dispositivo que los solicita y transmite un flujo de datos más localizado hacia esa dirección. Beamforming no es algo nuevo para Wi-Fi 6, pero su eficacia ha sido mejorada en esta generación. Al trabajar en conjunto con otras tecnologías integradas como OFDMA y OBSS, Beamforming ayuda a lograr que el Wi-Fi 6 sea más rápido.

Seguridad mejorada Protocolo WPA 3

El acceso protegido Wi-Fi (WPA) es un protocolo de seguridad normal de Wi-Fi que utiliza contraseñas para el cifrado. El WPA entra en acción cada vez que se requiere una contraseña para entrar en una red Wi-Fi. El WPA 2 fue el estándar por mucho tiempo pero Wi-Fi 6 ha cambiado eso.

Una de las grandes mejoras es la implementación de una mayor seguridad de las contraseñas a través del sistema de intercambio de claves de Dragonfly, también llamado SAE o autenticación simultánea de iguales. Este método de autenticación ayuda a que las contraseñas sean más difíciles de descifrar ya que utiliza un método más sofisticado de establecer el acuerdo de intercambio con la red Wi-Fi. Esta capa de seguridad adicional junto con un cifrado más fuerte, significa que el Wi-Fi tendrá opciones de seguridad más sólidas.

Esta capa extra de seguridad es un gran ejemplo de cómo Wi-Fi 6 cambia las cosas para mejor, sin impactar de forma negativa en la experiencia del usuario.

Conclusión

La función de los puertos y tarjetas de red es de enviar, recibir, asimilar y reenviar la información. Es por eso que las tarjetas de red son placas electrónicas capacitadas para dicho propósito. El módelo OSI juega un papel muy importante en la administración de los puertos, y los establece en el encabezado de los segmentos de capa 4 (capa de transporte), administrando así el envío y reensamblaje de cada segmento enviado a la red haciendo uso del puerto especificado. Un puerto suele estar enumerado para de esta forma poder identificar la aplicación que lo usa y decidir a qué programa entregará los datos recibidos.

Existe una asignación de puertos numerados de 0 a 65535. Aunque podemos usar cualquiera de ellos para cualquier protocolo, existe una entidad, la IANA, encargada de su asignación, la cual creó tres categorías: Puertos bien conocidos, registrados y dinámicos o privados.

La actividad humana que necesitan cubrir las redes informáticas son la transmisión de grandes cantidades de datos y la movilidad. Debido a esto es que las redes se han acondicionado según estas dos necesidades, y por eso es que existen redes alambradas e inalambradas. Partiendo de las redes alámbricas existe variedad de diseños, topologías, arquitecturas, protocolos y técnicas para conectar dispositivos; lo mismo para las redes inalámbricas, y muchas de estas, son viables para las dos clases de redes. De lo que si no pueden prescindir en las redes, es de este elemento llamado tarjeta de red (NIC), tanto así que, se meciona muchas veces que una red es la interconexión de estas tarjetas.

Las tarjetas de red son dispositivos de capa física y capa de enlace de datos ya que proporcionan acceso físico a un medio de red y, para IEEE 802 y redes similares, proporciona un sistema de direccionamiento de bajo nivel mediante el uso de la dirección MAC que se asignan exclusivamente a las tarjetas de red.

La NIC implementa los circuitos electrónicos necesarios para comunicarse sobre una red de computadoras, ya sea utilizando cables como Token Ring, Ethernet, Fibra Óptica (FO), o sin cables como Wi-Fi.

En su momento, token ring fue el diseño de red más usado en las redes LAN, que son las habituales para conectar ordenadores de empresas e instituciones. Eso fue posible a que su gran impulsor, IBM, también era el inventor del PC. Pero, con el paso del tiempo, fue quedando desfasado, y su lugar lo vino a ocupar ethernet, la tecnología que hoy en día domina las conexiones de oficina. Token Ring fue superado en términos de velocidad. Habitalmente Token Ring permitía transmisiones de 4 a 16 Mbps, que excepcionalmente podían llegar a 100 Mbps con FO. El IEEE autorizó un estándar de token ring a 1000 Mbps, pero ni un solo producto salió al mercado. Mientras tanto, ethernet en poco tiempo fue capaz de ofrecer 100 Mbps y más tarde ha hecho realidad velocidades de 1 Gbps (Gigabit Ethernet) e incluso de hasta 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet).

Otro problema que tuvo token ring frente a ethernet es de índole económico. La tecnología ethernet, desarrollada originalmente en los 70s, empezó a ganar popularidad con el paso de los años gracias al apoyo de Intel y Xerox, dos grandes del momento. Además, IBM, que había dado de alta el estándar de token ring, cometió un error: puso un precio de licencia tan alto por el uso de esta tecnología que impidió al resto de la industria lanzar productos competitivos al mercado. Los despliegues tendían a ser más caros que los ethernet a velocidades similares. Es necesario hacer esta aclaración, para entender el avance con respecto a las tecnologías de transmisión de datos.

Las redes inalámbricas fueron la innovación en lo que respecta a redes, dando así, una solución efectiva para la necesidad de movilidad, al principio, dentro de la red local, para después dar lugar a la idea de movilidad fuera de la red local. Cada tarjeta de red inalámbrica, tiene un número identificador único que asignan los fabricantes legales del hardware, este número es denominado MAC (Media Access Control) ó control de acceso al medio, también conocido como dirección física, que es independiente al protocolo de red que se utilice. No se debe confundir la MAC con el N/S o número de serie, ya que este último es un número que está asociado al proceso de fabricación en serie de las tarjetas de red. Todos los dispositivos que se interconectan en una red, tanto alámbrica como inalámbrica mediante la NIC, están configurados con una dirección IP, que es un identificador de un equipo dentro de la red, y que se pueden asignar de forma estática o dinámica con DHCP.

Los avances que se han dado en las tecnologías de transmisión han sido escenciales, para que la red inalámbrica sea eficaz a la hora de transferir cantidades grandes de datos, dando así la última actualización de Wi-Fi, llamado Wi-Fi 6 (con descripción en el estándar 802.11ax), lanzado por la IEEE.

Wi-Fi 6 es el sucesor de Wi-Fi 5 (estándar IEEE 802.11ac) y tendrá un impacto drástico en la forma en que interactuamos con nuestros dispositivos inalámbricos. Entre las velocidades más rápidas, la mejor priorización del tráfico y la seguridad adicional, Wi-Fi 6 es un avance importante en la tecnología de redes inalámbricas.

Ya sea que se esté jugando, trabajando o simplemente transmitiendo un video en vivo, vale la pena considerar la actualización a Wi-Fi 6 en su debido tiempo, ya que por ser una tecnología nueva, en el año 2019, la implementación fue efectiva en redes inalámbricas empresariales, para así, poderse implementar en el hogar dentro de pronto.

Las actualizaciones que han tenido las redes inalámbricas y alambradas han afectado las tarjetas de red, para adaptarlas a las necesidades, tanto de los usuarios, como de las empresas ; claro está que los avances en materia de redes se implementan primero en redes de producción, para luego ser aplicadas en hogares y pequeñas oficinas, y como ejemplo de ello tenemos a Wi-Fi 6. Se hizo mención de estándares de Ethernet con respecto a transferencia de datos, pero se entiende que las tarjetas de red se tuvieron que adaptar a dichos estándares para el correcto funcionamiento de las redes en general.