Cuando te conectas a Internet desde el móvil, el portátil de casa o el ordenador de la oficina, todos esos datos que mandas y recibes viajan siguiendo un conjunto de reglas muy estrictas conocido como protocolo de Internet IP. Aunque no lo veas, cada web que visitas, cada correo que envías o cada videollamada que haces depende de él para que la información llegue (más o menos) a donde tiene que llegar.
Lejos de ser algo mágico, IP es un sistema muy bien pensado que combina direccionamiento, encaminamiento de paquetes y fragmentación de datos para que equipos diferentes, con sistemas operativos distintos y conectados por redes muy variadas, puedan hablar entre sí como si todo fuera una única red global. Vamos a destriparlo paso a paso para que entiendas qué hace, cómo lo hace y por qué es tan clave en la red actual.
Qué es el protocolo de Internet (IP) y qué función tiene
El protocolo de Internet, o simplemente IP (Internet Protocol), es el pilar de la familia de protocolos TCP/IP. Su misión es encargarse del envío de datos en forma de paquetes entre dispositivos interconectados, sin necesidad de establecer una conexión previa y sin garantizar que todo llegue perfecto.
En la práctica, IP actúa como una especie de “empresa de mensajería” de datagramas: recibe bloques de información (datagramas), les coloca una cabecera con datos de control (sobre todo direcciones de origen y destino) y se los pasa a la red para que vayan saltando de router en router hasta alcanzar la máquina destino, si todo va bien.
Una característica clave es que se trata de un protocolo no orientado a conexión y de mejor esfuerzo (best effort). Eso significa que no hay un diálogo previo entre origen y destino para “negociar” la comunicación y que IP hará lo posible por entregar los paquetes, pero sin prometer nada: pueden perderse, llegar duplicados, fuera de orden o dañados.
La fiabilidad, el control de flujo o la recuperación de errores no los proporciona IP, sino protocolos de nivel superior como TCP. IP se limita a ofrecer un servicio básico de entrega de datagramas sobre una red que puede ser muy heterogénea a nivel físico (fibra, WiFi, Ethernet, enlaces inalámbricos de todo tipo, etc.).
IP también oculta la complejidad de la red física, ofreciendo a los protocolos de capas superiores una visión unificada de “red virtual”. Gracias a eso, aplicaciones y servicios no necesitan saber si hay diez o cien routers entre el origen y el destino ni qué tecnología usa cada tramo.
IP dentro de TCP/IP y relación con otros protocolos
En Internet casi siempre se habla del conjunto TCP/IP, porque en muchísimos servicios se usan de la mano: IP en la capa de red y TCP en la capa de transporte. Sin embargo, la familia de protocolos de Internet es bastante más amplia: hay más de cien protocolos diferentes que conviven y se apoyan en IP.
IP está estandarizado como STD 5, especificación que incluye también ICMP (Internet Control Message Protocol, usado para mensajes de error y diagnóstico, como los de ping) e IGMP (Internet Group Management Protocol, para gestionar grupos multicast). Su estado es “requerido”, es decir, cualquier pila TCP/IP seria necesita implementarlo sí o sí.
Entre los documentos que definen IP destacan los RFC 791, 950, 919 y 922, con actualizaciones posteriores, por ejemplo en el RFC 1349 para el campo de tipo de servicio (TOS). Estos RFC describen el formato del datagrama, cómo se gestiona la fragmentación, qué significan los campos de la cabecera, etc.
Los protocolos de transporte más relevantes que se apoyan en IP son TCP (Transmission Control Protocol) y UDP (User Datagram Protocol). TCP ofrece un canal fiable y orientado a conexión, ideal para aplicaciones que necesitan integridad (como la web o el correo). UDP, en cambio, es ligero y sin control de errores a nivel de transporte, muy utilizado para aplicaciones en tiempo real (audio, vídeo, juegos en línea) o protocolos como DNS, y herramientas de medida como iperf3 en modo multi-thread permiten evaluar el rendimiento de la red.
Además de TCP y UDP, IP puede encapsular otros protocolos como SCTP (Stream Control Transmission Protocol), empleado en algunos contextos avanzados (por ejemplo, señalización o ciertos servicios de telecomunicaciones) y que también ofrece características de transporte fiables pero con capacidades multipath o multi-stream.
Versiones del protocolo IP: IPv4 e IPv6
La versión más conocida y extendida históricamente es IPv4, que utiliza direcciones de 32 bits. Esto permite algo más de cuatro mil millones de direcciones teóricas, número que se quedó corto hace ya años debido a la explosión de dispositivos conectados.
Para solventar esa limitación se diseñó IPv6, sucesor de IPv4, que usa direcciones de 128 bits, un espacio gigantesco capaz de albergar un número prácticamente inagotable de nodos. IPv6 introduce, además, mejoras como autoconfiguración sin estado, un esquema de cabecera más simple y extensible, mejor soporte nativo para seguridad y nuevas capacidades de control de flujo y calidad de servicio.
En la historia de IP, las versiones de la 0 a la 3 se reservaron o no llegaron a desplegarse, mientras que la versión 5 se utilizó para un protocolo experimental. Otros números de versión se asignaron a proyectos de investigación, pero solo IPv4 e IPv6 se han generalizado como base de Internet.
Hoy en día conviven ambos: gran parte de la red global sigue funcionando con IPv4 apoyándose en trucos como NAT (Network Address Translation), mientras que IPv6 se despliega poco a poco, especialmente en operadores, grandes empresas y servicios en la nube.
Direcciones IP, tipos y conceptos relacionados
Una dirección IP es un identificador numérico asignado a cada interfaz de red de un dispositivo dentro de una red que usa el protocolo de Internet. No identifica al aparato entero, sino a la interfaz concreta: si un equipo tiene Ethernet y WiFi activas, cada una de esas interfaces tendrá su propia IP.
Es importante no confundir la IP con la dirección MAC. La MAC es un identificador físico, grabado por el fabricante en la tarjeta de red y que no suele cambiar en toda su vida útil. La IP, en cambio, es lógica y puede variar al cambiar de red, al reiniciar el router o al reconfigurar la infraestructura.
Las direcciones IP se suelen dividir en dos partes: porción de red y porción de host. La parte de red identifica a qué red pertenece el dispositivo (y qué protocolo de enlace comparten los equipos en ese medio físico), mientras que la parte de host distingue cada máquina dentro de esa red.
A nivel práctico, existen IP públicas e IP privadas. Una IP pública es la que se anuncia en Internet y permite que tu red doméstica o tu servidor sea localizable desde cualquier punto de la red global. Las IP privadas, en cambio, se usan dentro de redes locales (como tu casa o la red interna de una empresa) y no son enrutables por Internet directamente.
Además, una dirección puede ser estática o dinámica. Cuando en casa te conectas a Internet, lo habitual es que tu operador te asigne dinámicamente una IP pública mediante un protocolo como DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Esa IP puede cambiar entre reconexiones. En cambio, los servicios que deben estar siempre disponibles (servidores web, de correo, DNS, FTP públicos, etc.) suelen utilizar direcciones IP fijas o estáticas, lo que facilita que otros sistemas los encuentren sin sorpresas.
Para facilitar la vida a los humanos, que somos bastante malos recordando números largos, las direcciones IP pueden asociarse a nombres de dominio. El sistema DNS (Domain Name System) se encarga de traducir nombres como «ejemplo.com» a la IP correspondiente. Las máquinas solo necesitan el número; nosotros preferimos palabras fáciles de recordar.
Otro concepto relevante es la máscara de red: un valor que indica qué parte de la IP corresponde a la red y cuál al host. Con la máscara, los dispositivos pueden decidir si un paquete debe enviarse dentro de la red local o reenviarse a un router para llegar a una red externa.
En la propia máquina también existe la interfaz de bucle local (loopback), representada en IPv4 por la dirección 127.0.0.1. Sirve para que un equipo se comunique consigo mismo usando los mismos protocolos que emplearía para hablar con otros, muy útil para pruebas, desarrollo y depuración.
Cómo funciona IP: datagramas, fragmentación y encaminamiento
Cuando una aplicación quiere enviar datos a través de la red (por ejemplo, un navegador web), el protocolo de transporte que use, típicamente TCP, divide esa información en segmentos más pequeños y los pasa a la capa de red para que se empaqueten como datagramas IP.
IP define el formato del datagrama: una cabecera con múltiples campos de control y una zona de datos donde se incluyen los contenidos del protocolo de nivel superior (TCP, UDP, ICMP, etc.). A diferencia de otros protocolos, IP no necesita un intercambio previo de mensajes de control antes de enviar la “carga útil”.
Si el tamaño del datagrama es mayor que la MTU (Maximum Transmission Unit) admitida por el enlace físico por el que debe circular, IP puede fragmentar ese datagrama en varios trozos más pequeños. Cada fragmento viaja por la red con su propia cabecera IP, y en el destino final se reensamblan para reconstruir el datagrama original.
Esta fragmentación puede producirse en distintos puntos del camino, no solo en el origen. Cada router que encuentre un enlace con MTU más reducida puede volver a fragmentar, respetando la información de identificación y el desplazamiento (offset) de fragmento. El reensamblado, sin embargo, se realiza únicamente en el host destino para evitar sobrecargar de trabajo intermedio a los routers.
Si se pierde uno de los fragmentos, el datagrama completo se considera perdido, ya que IP no implementa reconocimientos ni retransmisiones. Será el protocolo de transporte (habitualmente TCP) el que detecte los huecos en la secuencia de datos y pida de nuevo la información que falte.
Durante todo este viaje, cada datagrama IP atraviesa múltiples redes intermedias y se encuentra con routers (enrutadores). Estos dispositivos están especializados en recibir paquetes por una interfaz, mirar la dirección IP de destino y reenviarlos por la mejor interfaz de salida disponible, en función de su tabla de encaminamiento.
Cabecera de un datagrama IP y campos principales
El datagrama IP incluye una cabecera de tamaño mínimo de 20 bytes en la que se codifica toda la información necesaria para que los routers y el host destino puedan tratarlo correctamente. Algunos de los campos más importantes son:
- Versión: indica si el datagrama es IPv4 o IPv6.
- Longitud de cabecera: especifica cuántas palabras de 32 bits ocupa la cabecera, sin contar los datos.
- Tipo de servicio (TOS) / DSCP: sirve para expresar las necesidades de calidad de servicio (retardo, rendimiento, fiabilidad, coste, etc.) del tráfico.
- Longitud total: longitud completa del datagrama (cabecera + datos) en bytes.
- Identificación: un número que permite agrupar fragmentos pertenecientes al mismo datagrama.
- Banderas (flags) y offset de fragmento: controlan si se permite o no la fragmentación y en qué posición se sitúa cada fragmento.
- Tiempo de vida (TTL): contador que se decrementa en cada salto de router para evitar que los paquetes circulen indefinidamente.
- Protocolo: indica a qué protocolo de nivel superior deben entregarse los datos (TCP, UDP, ICMP, OSPF, etc.).
- Checksum de cabecera: suma de comprobación que verifica la integridad de la propia cabecera.
- Direcciones IP de origen y destino: identifican al emisor y al receptor previstos del datagrama.
- Opciones y relleno: campo opcional de longitud variable para funcionalidades avanzadas, seguido de bytes de relleno hasta alinear la cabecera a 32 bits.
El campo de protocolo es el que permite a IP entregar el contenido al módulo adecuado en la capa de transporte o de control. Por ejemplo, el valor 6 se reserva para TCP, el 17 para UDP, el 1 para ICMP, el 89 para OSPF (Open Shortest Path First) y así sucesivamente, según el listado oficial de números de protocolo asignados.
El checksum de la cabecera se calcula como el complemento a uno de la suma de todas las palabras de 16 bits de la cabecera, asumiendo que el propio campo de checksum vale cero durante el cálculo. Si al recibir un datagrama el resultado no cuadra, se asume que al menos un bit de la cabecera está corrupto y se descarta el paquete.
El TTL, aunque formalmente representa segundos de vida máxima, en la práctica se gestiona como un contador de saltos: cada router lo decrementa en uno y, si llega a cero, desecha el paquete y suele enviar un mensaje ICMP de error al origen. Esto impide que un bucle de encaminamiento mal configurado inunde la red de tráfico eterno.
Las opciones de IP permiten extender el protocolo sin cambiar su estructura básica. Cada opción tiene un formato con tipo, longitud y datos, y pueden controlar aspectos como el registro de ruta, la marca de tiempo, la seguridad o el tratamiento especial de ciertos paquetes. No todos los sistemas generan opciones, pero todos deben ser capaces de procesarlas si aparecen.
Encaminamiento, tablas de rutas y métrica
Cada host y cada router que participa en una red IP mantiene una tabla de enrutamiento, donde se registran las correspondencias entre redes de destino y el siguiente salto (next hop) necesario para llegar a ellas. Esta tabla puede contener:
- Rutas directas: redes a las que el equipo está conectado físicamente.
- Rutas indirectas: redes a las que se llega a través de uno o más routers intermedios.
- Ruta por defecto: salida genérica para cualquier destino que no coincida con las rutas anteriores.
El proceso de elegir por dónde enviar un datagrama se denomina encaminamiento o ruteo. Cada vez que un equipo tiene que reenviar un paquete, mira la dirección de destino, consulta su tabla de rutas y decide cuál es la mejor opción disponible.
Para evaluar lo “buena” que es una ruta, los protocolos de enrutamiento utilizan el concepto de métrica. Según el protocolo, esa métrica puede basarse en la distancia (número de saltos), el retardo, el coste, el ancho de banda disponible, la fiabilidad de los enlaces o una combinación ponderada de varios factores.
El objetivo ideal es lograr un encaminamiento óptimo, es decir, seleccionar caminos que minimicen la métrica elegida (distancia, coste, retardo…). En la práctica, la red está en constante cambio y los protocolos de enrutamiento (como RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, etc.) se encargan de intercambiar información entre routers para adaptar las tablas de rutas a las condiciones reales.
Todo este proceso es interactivo: cada router por el que pasa un datagrama vuelve a aplicar el algoritmo de enrutamiento sobre la IP destino y toma una nueva decisión de reenvío, hasta que el paquete llega finalmente a su host objetivo, donde se entrega a la capa de transporte o a la aplicación correspondiente.
Conexión sin estado, encapsulamiento y servicio best effort
IP se considera un protocolo sin estado (stateless). Eso quiere decir que la red no mantiene información persistente sobre “sesiones” o “conexiones” entre dos extremos: cada paquete se trata de manera independiente, únicamente con la información contenida en su cabecera.
Gracias a ese diseño sin estado, IP escala muy bien: no hay que guardar contexto por cada comunicación, lo que reduce memoria y complejidad en routers y equipos intermedios. El precio que se paga es que la responsabilidad de ordenar, asegurar y validar los datos recae en capas superiores.
IP proporciona un servicio de best effort (mejor esfuerzo): intenta entregar los paquetes, pero sin garantías de éxito, de orden ni de no duplicación. Puede haber pérdidas, errores, retrasos variables… Por eso los protocolos de transporte como TCP se encargan de añadir acuses de recibo, control de flujo, retransmisión de segmentos perdidos, etc.
Otra característica clave del modelo de capas es el encapsulamiento. Los datos generados por una aplicación se encapsulan primero en unidades de la capa de transporte (segmentos TCP o datagramas UDP), que a su vez se encapsulan dentro de datagramas IP; estos se incluyen en tramas de la capa de enlace (por ejemplo, Ethernet), y finalmente se convierten en señales físicas en la capa más baja.
Ese mecanismo de encapsulamiento permite que routers solo se preocupen de la cabecera IP para tomar decisiones de encaminamiento, sin tener que entender qué aplicación hay detrás ni qué protocolo de transporte se está usando. Cada capa se centra en sus propias responsabilidades, lo que hace el sistema modular y más fácil de evolucionar.
IP, movilidad y soporte a servicios modernos
La ubicuidad del protocolo IP lo ha convertido en la base de servicios tan diversos como la navegación web, el correo electrónico, la VoIP, el streaming o la mensajería instantánea. HTTP y HTTPS se montan sobre TCP/IP para servir páginas web; SMTP, IMAP o POP3 manejan el correo; SIP y RTP encapsulan audio y vídeo sobre IP para llamadas y videoconferencias; XMPP, WebSocket o el protocolo MQTT permiten mensajería en tiempo real.
En el mundo actual, donde los dispositivos cambian constantemente de red (móvil, WiFi de casa, WiFi de la oficina…), IP también integra mecanismos y protocolos complementarios que facilitan la movilidad. Entre ellos, Mobile IP (MIP), técnicas de traducción de direcciones como NAT, o protocolos de descubrimiento de vecinos y gestión de direcciones en IPv6 como NDP, y operadores que integran 5G e IoT para servicios avanzados.
Adicionalmente, algunos mecanismos y protocolos (como SCTP o determinadas extensiones de IPv6) permiten cambiar de ruta o de interfaz manteniendo las conexiones activas, lo que mejora la experiencia de usuario en dispositivos móviles y escenarios con múltiples enlaces.
La seguridad también ha ido ganando peso: extensiones como IPsec proporcionan autenticación, integridad y cifrado a nivel de red, mientras que las capacidades de control de flujo y marcado de tráfico en IPv6 ayudan a dar mejor calidad de servicio a comunicaciones sensibles al retardo, como voz o vídeo.
En definitiva, el protocolo IP ha evolucionado desde un diseño sencillo y poco fiable pero muy flexible, hasta convertirse en una infraestructura robusta, ampliable y fundamental que da soporte a prácticamente todas las comunicaciones digitales modernas, desde las más críticas en empresas y centros de datos hasta las más cotidianas en nuestros hogares.
