Introducción a las Redes de Ordenadores

Juegos en Red - Grado en Diseño y Desarrollo de Videojuegos

Ruben Rodríguez

ruben.rodriguez@urjc.es

URJC

Natalia Madrueño

natalia.madrueno@urjc.es

URJC

Mario Manzano

mario.manzano@urjc.es

URJC

2026-09-09

¿Qué es Internet?

Etimología: “Interconnected Networks”

Red global de redes interconectadas
Sistema descentralizado
Múltiples capas jerárquicas

Características principales:

Arquitectura distribuida
Resiliencia a fallos
Escalabilidad natural
Sin control centralizado

graph LR
    G1["🌐 Google A"]
    F1["📘 Facebook"]
    G2["🌐 Google B"]
    A1["🛒 Amazon"]
    N1["📺 Netflix"]
    U1["👤 Usuario"]
    
    %% Conexiones normales
    G1 ---|"✅"| F1
    F1 ---|"✅"| G2
    G1 ---|"✅"| A1
    A1 ---|"✅"| N1
    N1 ---|"✅"| G2
    U1 ---|"✅"| G1
    
    %% Conexiones rotas
    G2 -.-|"❌ ROTO"| U1
    A1 -.-|"❌ ROTO"| F1
    
    %% Rutas alternativas
    U1 ---|"🔄 Alt"| F1
    F1 ---|"🔄 Alt"| N1
    N1 ---|"🔄 Alt"| G2
    
    classDef server fill:#4ecdc4,stroke:#00b894,stroke-width:2px,color:#fff
    classDef user fill:#fd79a8,stroke:#e84393,stroke-width:2px,color:#fff
    
    class G1,F1,G2,A1,N1 server
    class U1 user

Jerarquía de Redes

graph LR
    PAN["📱 PAN (Personal Area Network)<br>Smartphone ↔ Smartwatch"]
    LAN["🏠 LAN (Local Area Network)<br>Home/Office/Building Network"]
    WLAN["📡 WLAN (Wireless LAN)<br>Wi-Fi Implementation of LAN"]
    CAN["🏫 CAN (Campus Area Network)<br>Multiple LANs in Campus"]
    MAN_ISP["🏙️ MAN (Metropolitan Area Network)<br>ISP Network"]
    MAN_MOBILE["📶 MAN (Metropolitan Area Network)<br>5G/4G Mobile Network"]
    WAN["🌍 WAN (Wide Area Network)<br>Between Cities or Countries"]
    INTERNET["🌐 Internet<br>Global Interconnected WANs"]
    VPN["🔐 VPN (Virtual Private Network)<br>Secure Tunnel over Internet"]
    
    %% Traditional wired path
    PAN --> LAN
    WLAN -.-> LAN
    LAN -->|Multiple LANs| CAN
    CAN --> MAN_ISP
    LAN -->|Multiple LANs| MAN_ISP
    
    %% Mobile path
    PAN --> MAN_MOBILE
    
    %% Both MANs connect to WAN
    MAN_ISP -->|Multiple MANs| WAN
    MAN_MOBILE -->|Multiple MANs| WAN
    WAN -->|Multiple WANs| INTERNET
    VPN --> INTERNET
    
    style WLAN fill:#e1f5fe
    style VPN fill:#f3e5f5
    style MAN_MOBILE fill:#fff3e0

PAN: Red personal entre dispositivos cercanos.
LAN: Red local de casa/oficina/edificio.
WLAN: LAN inalámbrica (Wi-Fi).
CAN: Red de campus - conecta múltiples LANs.
MAN: Red metropolitana - cubre una ciudad, incluye redes de ISP y móviles (4G/5G)
WAN: Red de área amplia - conecta ciudades o países.
Internet: Red global - interconexión de todas las WANs del mundo

Ejemplo: Mensaje Madrid → Tokio

Smartphone María (WiFi) en Madrid -> Takeshi LAN en la Universidad de Tokio

Origen LAN Madrid: Smartphone → Router WiFi
Router local → MAN: ISP local → MAN Madrid
MAN → WAN nacional: MAN Madrid → WAN España
WAN → Internet global: España → Backbone internacional
Llegada a Japón: WAN Japón → MAN Tokio
MAN → CAN: MAN Tokio → Universidad
CAN → LAN: Campus → LAN específica
Destino final: LAN → Dispositivo de Takeshi

Un caso un poco más real

Probad a ejecutar en vuestras terminales traceroute www.google.es (tracert www.google.es en Windows)
¿Qué información estáis obteniendo?
Comparadla con vuestros compañer@s. ¿Es la misma?

Internet simplificado

Componentes Clave

Router

Conecta diferentes redes
Usa direcciones IP
Enrutamiento “hop by hop”
Opera entre redes distantes

Switch

Conecta dispositivos en misma red
Usa direcciones MAC
Entrega local inteligente
Opera dentro de la LAN

En nuestras casas

Entonces… ¿Esto que es?

Identificadores en Red

Dirección IP

“Dirección postal”
Localiza en la red
Ejemplo: 192.168.1.100
Puede cambiar

Dirección MAC

“DNI del dispositivo”
Única y permanente
Asignada por fabricante
No cambia nunca

Protocolo ARP

“Directorio telefónico”
Traduce IP ↔︎ MAC
Permite entrega final
Opera localmente

Ejercicio

Prueba a ejecutar ifconfig en tu terminal MacOS/Linux o ipconfig en Windows. ¿Qué ves?

Protocolos de Red

Protocolo: Serie de pasos bien definidos que especifican cómo intercambiar información entre dispositivos

Analogía del tráfico urbano

Sin protocolos: Caos total, pérdida de información
Con protocolos: Flujo ordenado, comunicación efectiva

Historia de Internet

Línea temporal de Internet

timeline
    title Evolución de Internet: De ARPANET a la Era Digital
    
    section Era ARPANET (1969-1983)
        1969 : Nace ARPANET
             : 4 nodos iniciales (UCLA, Stanford, UC Santa Bárbara, Utah)
             : Implementación de conmutación de paquetes
        
        1973 : Primera conexión internacional
        
        1983 : Adopción oficial de TCP/IP
             : División de ARPANET (creación de MILNET)
             : Nace el término "Internet"

    section Nacimiento de la Web (1989-1995)
        1989-1990 : Tim Berners-Lee inventa la World Wide Web
                  : Desarrollo de HTTP, HTML y URLs
        
        1991 : Primer sitio web público

    section Era Comercial (1995-2000)
        1995 : Eliminación de restricciones comerciales
             : Primeros ISPs comerciales (AOL)
             : Aparecen Amazon y eBay
        
        1998 : Fundación de Google
        
        2000-2001 : Explosión de la burbuja punto-com

    section Web 2.0 y Redes Sociales (2003-2010)
        2003-2006 : Redes sociales
        2007 : Lanzamiento del iPhone

    section Era Moderna (2010-2025)
        2010s : Computación en la nube, Internet de las cosas
        
        2020s : Inteligencia Artificial
              : Tecnología 5G

ARPANET se creó con fines militares
Se creó y publicó el primer sitio web (CERN)
Burbuja punto com
Creación de las Redes sociales.
Inteligencia Artificial Generativa.
De ~4 dispositivos (1969) a >20.000 millones (2025) en más de 50 años.

Infraestructura de Red

Sistemas Terminales (End Systems)

Hosts (End systems): Son los dispositivos que usan Internet como PCs, smartphones, IoT, servidores. Ejecutan aplicaciones de red.

Clasificación

Clientes: Solicitan servicios
Servidores: Proporcionan servicios
Roles dinámicos (P2P)

---
title: Cliente - Servidor 
---
graph TD
    S["🖥️ Servidor<br/>Centralizado"]
    C1["💻 Cliente 1"]
    C2["📱 Cliente 2"]
    C3["🖥️ Cliente 3"]
    
    C1 <--> S
    C2 <--> S
    C3 <--> S
    
    classDef server fill:#ff6b6b,stroke:#d63031,stroke-width:3px,color:#fff
    classDef client fill:#74b9ff,stroke:#0984e3,stroke-width:2px,color:#fff
    
    class S server
    class C1,C2,C3 client

---
title: Peer to peer 
---
graph LR
    P1["💻 Peer 1"]
    P2["📱 Peer 2"]
    P3["🖥️ Peer 3"]
    P4["💻 Peer 4"]
    
    P1 <--> P2
    P1 <--> P3
    P2 <--> P3
    P2 <--> P4
    P3 <--> P4
    
    classDef peer fill:#00b894,stroke:#00a085,stroke-width:2px,color:#fff
    
    class P1,P2,P3,P4 peer

Redes de Acceso

Redes de acceso: Es la red en la que se conectan los host con el router de borde.

Tecnologías host → router

WiFi 6: 200-400 Mb/s
Ethernet: 10 Gb/s
4G LTE: 50/15 Mb/s
5G: 300/50 Mb/s

Características

Alcance limitado
Velocidades variables
Medios compartidos vs dedicados

Tecnologías WAN

Router de borde: Router que conecta la red de acceso con el núcleo de la red.

Tecnologías comunes:

Tecnología	Velocidad típica	Estado 2025
DSL/VDSL	50/15 Mb/s	En declive
Cable HFC	300/30 Mb/s	Estable
FTTH PON	1000/1000 Mb/s	En expansión
FTTH P2P	10000/10000 Mb/s	Premium
Satelital	100/20 Mb/s	Nicho

Núcleo de la Red: ISPs

ISP (Internet Service Providers): Son los componentes del núcleo de la red y proporcionan interconexión entre diferentes redes.

graph LR
    T1A["Tier 1<br/>🌍 Cogent"]
    T1B["Tier 1<br/>🌍 Lumen"]
    
    T2A["Tier 2<br/>🇪🇸 Movistar"]
    T2B["Tier 2<br/>🇪🇸 Vodafone"]
    
    T3A["Tier 3<br/>🏠 Lowi"]
    T3B["Tier 3<br/>🏠 Pepephone"]
    
    
    %% Tier 1 peering
    T1A <-.->|"Peering Gratuito"| T1B
    
    %% Tier 2 comprando de Tier 1
    T1A -->|"Tránsito (€€€)"| T2A
    T1B -->|"Tránsito (€€€)"| T2B
    
    %% Tier 3 comprando de Tier 2
    T2A -->|"Tránsito (€€)"| T3A
    T2B -->|"Tránsito (€€)"| T3B

    T2A  <-.->|"Peering Gratuito"| T2B
    
    %% Styling
    classDef tier1 fill:#ff6b6b,stroke:#d63031,stroke-width:3px,color:#fff
    classDef tier2 fill:#4ecdc4,stroke:#00b894,stroke-width:2px,color:#fff
    classDef tier3 fill:#fdcb6e,stroke:#e17055,stroke-width:2px,color:#2d3436
    classDef users fill:#a29bfe,stroke:#6c5ce7,stroke-width:2px,color:#fff
    
    class T1A,T1B tier1
    class T2A,T2B tier2
    class T3A,T3B tier3
    class U1,U2 users

Tier 1

Cobertura global
Peering gratuito
AT&T, Telefónica
10-100 Gb/s

Tier 2

Cobertura regional/nacional
Pagan tránsito a Tier 1
Peering selectivo

Tier 3

Acceso local
Última milla
Usuarios finales
Sin peering

Modelos de Referencia

Arquitecturas por Capas

Cada capa = responsabilidad específica
Servicios a capa superior
Usa servicios de capa inferior
Desarrollo independiente

graph TD
    C1["🌐 Capa 1<br/>Frontend<br/><small>Javascript, HTML, CSS</small>"]
    C2["⚡ Capa 2<br/>API/Backend<br/><small>Node.js, Express</small>"]
    C3["💾 Capa 3<br/>Base de Datos<br/><small>MongoDB, PostgreSQL</small>"]
    
    C1 <--> C2
    C2 <--> C3
    
    classDef frontend fill:#e3f2fd,stroke:#1976d2,stroke-width:2px
    classDef backend fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:2px
    classDef database fill:#e8f5e8,stroke:#388e3c,stroke-width:2px
    
    class C1 frontend
    class C2 backend
    class C3 database

Encapsulación

Cada capa añade headers
Datos superiores = payload
No modifica contenido interno

graph TD
    subgraph L1 ["⚡ Capa 1: Enlace - Header Ethernet"]
        subgraph L2 ["🌐 Capa 2: Red - Header IP"]
            subgraph L3 ["📦 Capa 3: Transporte - Header TCP"]
                subgraph L4 ["📧 Datos Originales"]
                    DATA["Mensaje del usuario"]
                end
            end
        end
    end
    
    classDef datalink fill:#f3e5f5,stroke:#7b1fa2,stroke-width:3px
    classDef network fill:#e3f2fd,stroke:#1976d2,stroke-width:3px
    classDef transport fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:3px
    classDef original fill:#e8f5e8,stroke:#388e3c,stroke-width:3px
    
    class L1 datalink
    class L2 network
    class L3 transport
    class L4 original

Encapsulación + Arquitectura por capas

---
title: Encapsulación 
---
graph LR
  APP["📧 Email"]
  
  subgraph TCP ["TCP"]
      APP2["📧 Email"]
  end
  
  subgraph IP ["IP"]
      subgraph TCP2 ["TCP"]
          APP3["📧 Email"]
      end
  end
  
  subgraph ETH ["Ethernet"]
      subgraph IP2 ["IP"]
          subgraph TCP3 ["TCP"]
              APP4["📧 Email"]
          end
      end
  end
  
  APP --> TCP
  TCP --> IP
  IP --> ETH
    
  classDef app fill:#e8f5e8,stroke:#388e3c,stroke-width:2px
  classDef transport fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:2px
  classDef network fill:#e3f2fd,stroke:#1976d2,stroke-width:2px
  classDef datalink fill:#f3e5f5,stroke:#7b1fa2,stroke-width:2px
  
  class APP,APP2,APP3,APP4,APP5,APP6,APP7,APP8 app
  class TCP,TCP2,TCP3,TCP4,TCP5,TCP6 transport
  class IP,IP2,IP3,IP4 network
  class ETH,ETH2 datalink

---
title: Desencapsulación 
---
graph LR
    
    DAPP["📧 Email"]
    
    subgraph DTCP ["TCP"]
        DAPP2["📧 Email"]
    end
    
    subgraph DIP ["IP"]
        subgraph DTCP2 ["TCP"]
            DAPP3["📧 Email"]
        end
    end
    
    subgraph DETH ["Ethernet"]
        subgraph DIP2 ["IP"]
            subgraph DTCP3 ["TCP"]
                DAPP4["📧 Email"]
            end
        end
    end
    
    DTCP --> DAPP
    DIP --> DTCP
    DETH --> DIP
    
    classDef app fill:#e8f5e8,stroke:#388e3c,stroke-width:2px
    classDef transport fill:#fff3e0,stroke:#f57c00,stroke-width:2px
    classDef network fill:#e3f2fd,stroke:#1976d2,stroke-width:2px
    classDef datalink fill:#f3e5f5,stroke:#7b1fa2,stroke-width:2px

    class DAPP,DAPP2,DAPP3,DAPP4,DAPP5,DAPP6,DAPP7,DAPP8 app
    class DTCP,DTCP2,DTCP3,DTCP4,DTCP5,DTCP6 transport
    class DIP,DIP2,DIP3,DIP4 network
    class DETH,DETH2 datalink

Modelos OSI vs TCP/IP

OSI: 7 capas, modelo teórico
TCP/IP: 4 capas, usado en Internet

⚠️ Nota: TCP/IP no es un protocolo, hace referencia a una pila de protocolos. Además, no tiene por qué utilizar necesariamente TCP, podría ser UDP.

TCP/IP es superior a OSI porque es simple, práctico y probado. Mientras OSI tiene 7 capas teóricas diseñadas en comités académicos, TCP/IP usa solo 4 capas que realmente se necesitan y ha funcionado en Internet durante más de 50 años. TCP/IP es más eficiente (menos overhead), más flexible (se adapta fácilmente), y tiene adopción masiva con ecosistemas completos de hardware y software. OSI llegó tarde al mercado cuando TCP/IP ya dominaba, y sus capas extra (como Sesión y Presentación) añaden complejidad innecesaria para la mayoría de aplicaciones reales. En resumen: OSI es el modelo perfecto para estudiar redes, pero TCP/IP es lo que realmente mueve Internet.

Rigid Foundation: X11’s network-based protocol became unchangeable due to backward compatibility, preventing modern optimizations
Performance Bottlenecks: Every graphics operation had to go through multiple layers (app → toolkit → X11 → server), creating unnecessary overhead for local applications
Hardware Evolution Mismatch: When GPUs emerged, X11’s software-rendering architecture couldn’t efficiently utilize new hardware acceleration
Extension Hell: Adding modern features required bolt-on extensions (Composite, GLX, XRender) rather than clean integration, creating complexity
Layer Lock-In: Applications built on X11 assumptions were hard to migrate to better architectures, requiring complete rewrites (hence Wayland’s slow adoption)

Nivel de Aplicación

Es el nivel en que desarrollamos aplicaciones.

OSI (Capas 7, 6, 5)

Aplicación: HTTP, FTP, DNS
Presentación: Cifrado, compresión
Sesión: Control de diálogos

TCP/IP

Una sola capa integrada
Protocolos: HTTP/HTTPS, SMTP, FTP, DNS
Más práctico

Nivel de Transporte

Gestiona la comunicación extremo a extremo entre aplicaciones.

Capa 4 (OSI) y 3 (TCP/IP)

TCP

Comunicación confiable
Control de flujo
Entrega ordenada
Corrección de errores

UDP

Comunicación rápida
Sin garantías
Ideal para tiempo real
Menor overhead

Nivel de Red/Internet

Se encarga de encontrar el mejor camino para enviar datos a través de múltiples redes. En otras palabras, se encarga del enrutamiento de paquetes.

Capa 3 OSI / Capa Internet TCP/IP

Protocolos:

IP: Protocolo principal
ICMP: Control y errores
ARP: Resolución de direcciones
OSPF, BGP: Protocolos de enrutamiento

Ejercicio

Prueba a ejecutar ping www.google.es en tu terminal. ¿Qué ves?

Nivel de Acceso Físico

Controla cómo los datos se transmiten físicamente a través del medio de comunicación.

OSI (Capas 2 y 1)

Enlace: Control de errores, MAC
Física: Señales, voltajes

TCP/IP

Capa de Acceso a Red
Combina ambas funciones
Ethernet, WiFi, etc.

Rendimiento en Redes

Métricas Principales

Latencia

Tiempo que tarda un paquete en llegar a su destino.
“Velocidad del vehículo”
Medida en ms

Throughput (Tasa de Transferencia Efectiva)

Datos enviados por cantidad de tiempo.
“Número de carriles”
Medido en Mb/s o Gb/s

⚠️ Nota: 1 MB/s = 8 Mb/s

Throughput vs Bandwidth

Bandwidth

Capacidad máxima teórica
Límite físico del canal
Condiciones ideales

Throughput

Transferencia real
Limitado por el componente más lento
Condiciones reales

Latencia vs Throughput

Comparativa del efecto de la latencia y throughput en el tiempo para enviar una cantidad de datos.

viewof settings = Inputs.form({
  "Tamaño total": Inputs.range([50, 5000], {value: 200, step: 10, label: "Tamaño total"},),
  "Latencia A": Inputs.range([1, 50], {value: 1, step: 0.1, label: "Latencia (A)"}),
  "Throughput A": Inputs.range([1, 50], {value: 10, step: 1, label:"Throughput (A)"}),
  "Latencia B": Inputs.range([1, 50], {value: 2, step: 0.1, label:"Latencia (B)"}),
  "Throughput B": Inputs.range([1, 50], {value: 20, step: 1, label:"Throughput B"})
})

// Extraemos variables del formulario
totalData = settings["Tamaño total"]
latencyA = settings["Latencia A"]
throughputA = settings["Throughput A"]
latencyB = settings["Latencia B"]
throughputB = settings["Throughput B"]

function progress(t, latency, throughput, total) {
  if (t < latency) return 0;
  return Math.min(100, ((t - latency) * throughput / total) * 100);
}

// Reloj animado
time = {
  let t0 = Date.now();
  while (true) {
    yield (Date.now() - t0) / 100; // en décimas de segundo
    await Promises.tick(50);
  }
}

// Tiempo máximo
maxTime = Math.max(latencyA + totalData/throughputA, latencyB + totalData/throughputB)

// Progresos
progA = progress(time % maxTime, latencyA, throughputA, totalData)
progB = progress(time % maxTime, latencyB, throughputB, totalData)

// Gráfico con Plot
Plot.plot({
  y: {domain: [0, 100], label: "% completado"},
  x: {label: "Tiempo (s)"},
  color: {legend: true, domain: ["A", "B"], range: ["blue", "red"]},
  marks: [
    Plot.line(d3.range(0, maxTime, 0.1).map(t => ({t, y: progress(t, latencyA, throughputA, totalData), series: "A"})), {x: "t", y: "y", stroke: "series"}),
    Plot.line(d3.range(0, maxTime, 0.1).map(t => ({t, y: progress(t, latencyB, throughputB, totalData), series: "B"})), {x: "t", y: "y", stroke: "series"}),
    Plot.dot([{t: time % maxTime, y: progA, series: "A"}], {x: "t", y: "y", fill: "series", r: 5}),
    Plot.dot([{t: time % maxTime, y: progB, series: "B"}], {x: "t", y: "y", fill: "series", r: 5})
  ]
})

Componentes de la Latencia

d_{total} = \textcolor{red}{d_{proc}} + \textcolor{blue}{d_{queue}} + \textcolor{green}{d_{prop}} + \textcolor{orange}{d_{trans}}

dproc: Procesamiento en router (microsegundos)
dqueue: Espera en buffer (variable con tráfico)
dprop: Propagación por el medio (d/s)
dtrans: Transmisión de datos (L/R)

RTT

RTT (Round trip time): Tiempo total que tarda un paquete en ir desde el origen hasta el destino y volver de vuelta (ida + vuelta).

La latencia no tiene por qué ser simétrica.
Generalmente la descarga es más rápida que la subida.
Por lo tanto, el RTT es un valor muy importante en aplicaciones interactivas.

Comparación: Fibra vs 5G

Factor	Fibra Óptica	5G
Propagación	67% velocidad luz	100% velocidad luz
Procesamiento	~0.1ms/salto	~4ms (estación radio)
Cola	Baja congestión	Alta congestión
Transmisión	Hasta 10 Gb/s	< 1 Gb/s

Resultado: Fibra generalmente más rápida y estable

Jitter: Variabilidad de Latencia

Jitter: Variación en el tiempo de llegada de los paquetes que causa inconsistencia en la comunicación.

Ejemplo comparativo

Escenario 1 (Bajo jitter):

Paquetes: 50, 52, 48, 51 ms
Promedio: 50.25 ms
Variación: 1.48 ms ✅

Escenario 2 (Alto jitter):

Paquetes: 28, 68, 43, 62 ms
Promedio: 50.25 ms
Variación: 15.82 ms ❌

Impacto: Voz entrecortada, saltos en video, degradación en juegos

Requisitos para Videojuegos

RTT máximo tolerado

Género	Tolerancia	Ejemplo
Fighting	16-50ms	Street Fighter
FPS Competitivo	20-50ms	Counter-Strike
Racing	50-100ms	Gran Turismo
RTS	100-200ms	StarCraft
MMORPG	Variable	World of Warcraft
Turn-based	500ms+	Civilization

Pérdida de Paquetes

Causas principales

Congestión: Buffers llenos en routers
Corrupción: Interferencias electromagnéticas
Radiación cósmica: ~1 error/256MB/día

Soluciones

Protocolos de capas superiores (TCP)
Retransmisión automática
Códigos de corrección de errores
Interpolar la información

Resumen

Internet es un sistema distribuido y descentralizado
Evolución desde 4 hosts (1969) a >20.000 millones de dispositivos (2025)
Infraestructura jerárquica: PAN → LAN → MAN → WAN → Internet
Modelos de capas: OSI (teórico) vs TCP/IP (práctico)
Rendimiento: Balance entre latencia y throughput
Aplicaciones críticas: Videojuegos requieren <50ms para competitivo