Redes de Computadoras y Dispositivos

Informática Básica: Bloque 4 - Redes de Ordenadores

• El bloque 4 se centra en las redes de ordenadores.
• El curso (Informática Básica) es impartido por la Universidad de la Coruña.
• El curso se imparte durante el año académico 2024/25.
• Se mencionan diversos profesores y sus datos de contacto para temas teóricos y/o laboratorios.

Profesores

• Ehsan Noshahri: [email protected] (Teoría + Laboratorio, grupo de Inglés)
• Félix Montañés Pazos: [email protected] (Teoría)
• Lara Pallas Quintela: [email protected] (Laboratorio)
• Marco Antonio González Álvarez: [email protected] (Laboratorio)
• Xabier Pérez Couto: [email protected] (Laboratorio)
• Alfonso Castro Martínez: [email protected] (Laboratorio)

Bibliografía

• Ariganello Ernesto (2014): Redes Cisco. Guía de estudio para la certificación CCNA Routing y Switching.
• Lammle Todd (2013): CCNA Routing and Switching Study Guide: Exams 100-101, 200-201, and 200-120. (Editorial Sybex).
• Stallings, W. (2004): Comunicaciones y Redes de Computadores. (Editorial Pearson - Prentice Hall).
• Meyers, M. (2009): Redes. Administración y mantenimiento (M. J. Pinilla Machado, Traducción): Anaya.
• Odom Wendell (2013): CCNET/CCNA ICND1 100-101 Official Cert Guide. Cisco Press

Multimedia

• Vídeo sobre funcionamiento de redes: Warriors of the Net (vídeo en inglés): http://youtu.be/2kezQTo57yM

Calentamiento (Preguntas de repaso)

• En una vivienda, ¿qué conceptos de redes no están presentes? (Lista de conceptos, como Socket, FTP, HTTPS, MAN, Switch, IO, Internet, SSH, LAN, Ethernet, PAN, Rj45, Route, WiFi, DHCP, HTTP, Bridge, Servidor, TCP, UDP, WAN, DNS, Modem, SMTP, e Internet).

Objetivos Principales

• Entender qué es una red de ordenadores.
• Clasificar una red por su extensión.
• Identificar y comprender el funcionamiento de los componentes habituales de una red.
• Definir y comprender qué es un protocolo de red.
• Comprender los protocolos de red más habituales.
• Conocer el modelo OSI.

Conceptos Básicos

• Una red informática es un conjunto de dos o más ordenadores conectados por un medio físico (cable o inalámbrico) a través de una tarjeta de red.
• Su objetivo es compartir recursos e información.

Esquema de Comunicación

• El esquema de comunicación muestra el emisor, el canal y el receptor, con los protocolos que facilitan la comunicación.

Componentes de una Red

• Dispositivos finales ("hosts"): ordenadores, portátiles, tabletas, smartphones.
• Dispositivos de interconexión (activos): hubs, switches, routers, firewalls, puntos de acceso.
• Elementos pasivos (medios de transmisión): cables coaxial, fibra óptica, cable de par trenzado.

Clasificación por Extensión

• Red de Área Local (LAN): edificios, oficinas, hogares.
• Red de Área Metropolitana (MAN): ciudades, municipios. -Red de Área Extensa (WAN): países, continentes, mundo.
• Red de Área Personal (PAN): dispositivos cercanos (por ejemplo, un teléfono, un ratón).

Clasificación Según Topología

• Arquitectura de red y tecnologías: infraestructura de red, protocolos de transmisión de datos.
• Topología física: conexiones físicas entre dispositivos.
• Topología lógica: conexiones virtuales entre dispositivos.
• Cuatro características básicas: tolerancias a fallos, escalabilidad, calidad de servicio (QoS), seguridad.

Un Primer Vistazo al Modelo OSI

• Simplificación de las capas de red de comunicaciones.
• Capas con funciones específicas para la interacción entre niveles.

Modelo OSI

• Capas, como la de Aplicación, Presentación, Sesión, Transporte, Red, Enlace y Física.

Medios de Transmisión

• Cable coaxial (RG58): conector BNC.
• Cable de cobre STP y conector RJ45 (UTP)
• Fibra óptica (multimodo y monomodo).
• Espectro radioeléctrico: infrarrojos, microondas, onda corta, onda media, onda larga.

Estándares de Transmisión Inalámbricas

• WiFi (IEEE 802.11): tecnologías de LAN inalámbrica (2.4 GHz/5 GHz).
• Bluetooth (IEEE 802.15): tecnología PAN inalámbrica.
• WiMAX (IEEE 802.16): acceso inalámbrico de banda ancha.

Tarjeta de red (NIC)

• Conexión física a la red, cableada o inalámbrica.
• Creación y recepción de información en forma de señales adecuadas.

Nivel Físico de la Tarjeta de Red

• Transmisión de bits a través de medios de red por señales.
• Codificación de datos para la transmisión de información.
• Representación de bits en medios físicos (eléctricos, luminosos, ondas de radio).

Dirección MAC

• Identificador único de cada tarjeta de red.
• Identificador compuesto por 48 bits.
• Notación hexadecimal.

Cómo se Transmiten los Datos (Datagrama de Nivel de Enlace)

• Encabezado, datos y cola en la transmisión de datos, para su transporte confiable.

Tecnologías de Red: Ethernet

• Ethernet Standard, como CSMA/CD, para comunicación entre dispositivos.
• Tipos: Ethernet legacy y Ethernet conmutado.

Tecnologías de Red: Legacy Ethernet

• Implementación más antigua de Ethernet, centrada en resolver problemas de cables coaxiales.
• Dominio de colisión, conjunto de dispositivos que comparten un medio físico para transmitir.
• Dispositivos intermedios: repetidores de red (hub) para ampliar la señal.

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutada

• Puente (bridge) dispositivo de interconexión de redes basándose en direcciones MAC.
• Tabla de direcciones con relación de MAC y puertos.
• Dominios de colisión múltiples.

Tecnología Ethernet Conmutada: Cómo Funciona

• Actualización de tabla, basándose en direcciones MAC.
• Manejo de tramas de origen a destino.

Tecnología Ethernet Conmutada: Cómo Funciona, 2

• Envío de tramas por tabla según dirección MAC, eliminando el envio innecesario a otros puertos.
• Split horizon

Tecnología Ethernet Conmutada: Problemas de los puentes (bridges)

• Incremento de latencia en el procesamiento de tramas.
• No se puede concentrar una gran cantidad de dispositivos, el número de puertos es limitado.

Tecnología Ethernet Conmutada: Solución; Switches o Conmutadores

• Switches o conmutadores son la solución para resolver los problemas de los bridges.
• Funcionamiento mediante hardware.

Tecnología Ethernet Conmutada: Switches o Conmutadores, 2

• Tabla CAM para obtener direcciones rápidamente.
• Conexión entre diferentes redes, mediante selección de los puertos y conmutación de tramas.

Tecnología Ethernet Conmutada: Escenario Actual y VLAN

• En una LAN, generalmente está conectado un Host por puerto.
• Uso de VLAN para particionar dominios de broadcast y mejorar el rendimiento.

Tecnologías de Red: Ethernet Conmutada, Conclusiones

• Es necesario mantener los dominios broadcast lo más pequeños que sea posible. VLAN para solucionar este problema.

Protocolo IP

• Jerarquía, o jerarquías, plana y escalabilidad en las direcciones MAC requieren un protocolo unificador.
• Protocolo IP (Internet Protocol) en la capa de red.

Direcciones IP

• Secuencias de 32 bits que identifican un dispositivo en una red.
• Jerarquía en las direcciones, divididas en ID de red e ID de host.
• Se escriben comúnmente en formato decimal punteado, ej.: 193.144.40.10

Funcionamiento IP

• Identificación de la LAN a través de dirección IP.
• Interconexión de redes mediante routers.
• Mecanismos para identificar si el paquete es para la red local o otra red.

ID de Red en las Direcciones IP

• Cada dispositivo en una red tiene el mismo ID de red.
• ID de host o dirección local para diferenciar hosts en una red lógica.

Interconexión de Redes

• Las LANs se organizan en redes mayores mediante routers.
• Los routers necesitan una IP en cada red a la que están conectados para direccionar paquetes.

Router

• Dispositivo que une dos o más redes.
• Funciones: enrutamiento de paquetes por la ruta adecuada, conmutación para el envío correcto.
• Tabla de enrutamiento para asociar direcciones.

Trabajando con IP

• Determinar si dos direcciones IP están en la misma red.
• Utilizar el direccionamiento IPv4 para identificar los dispositivos o la red a la que pertenecen.

Clases de Direcciones IPv4

• Categorías de direcciones (Clase A, B, C, D, E) basándose en los bits iniciales y que se utilizan para determinar el tamaño de la red y el número posible de hosts.
• Rango de direccionamiento y cantidad de dispositivos que puede soportar cada clase.

Clases de Direcciones IPv4: Ejemplos de Identificadores de red

• Identificadores de red (bits de red) para direcciones IP.

Direcciones IPv4: Problemas (y Solución)

• Agotamiento de las direcciones IP; solución mediante Subnetting and CIDR.

Direccionamiento IPv4

• Introduciendo un tercer nivel: dirección de subred, para la asignación de bits para el identificar la subred a la que pertenecen los hosts y la dirección local para identificar el propio host.

Máscara de red

• Indicar los bits para el campo de subred y el de host.
• Cadena de bits formada por unos y ceros, representados en formato decimal punteado.

Máscara de red: Ejemplos

• Ejemplos de máscaras de red (255.255.255.0).

Clases de Direcciones IPv4

• Clasificación de direcciones IPv4 según sus bits iniciales.

Máscara de red: Ejemplos

• Determinación del número de bits utilizados para la máscara de red.

Cómo Funciona IP con la Máscara: Ejemplos

• Ejemplo 1: comunicación entre dos dispositivos en la misma red.
• Ejemplo 2: comunicación entre dos dispositivos en distintas redes.

ARP (Address Resolution Protocol)

• Protocolo para obtener la dirección MAC de un dispositivo, basándose en su dirección IP.

ARP: Funcionamiento

• Broadcast para solicitar la dirección MAC.
• Respuesta con la dirección MAC.
• Almacenamiento en caché para futuras consultas.

ARP (Address Resolution Protocol): Consideraciones adicionales

• Proceso de consulta a todos los equipos de la LAN; tiempo y tráfico consumidos.
• Cache ARP para optimizar consultas y reducir el tráfico innecesario.

Direcciones IP Estáticas y Dinámicas

• Configuración de direccionamiento IP: estática e implícita en cada dispositivo, o dinámicamente por DHCP.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

• Procedimiento de asignación dinámica de una dirección IP.
• Comunicación entre cliente y servidor de DHCP.

Direcciones IP Especiales

• Enlace local (169.254.0.0/16).
• Direcciones APIPA.
• Loopback (127.0.0.1).
• Direcciones privadas (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16): rango de direcciones no accesibles por Internet, reservadas para redes privadas.

NAT (Network Address Translation)

• Mecanismo usado para acceder a Internet mediante un conjunto reducido de direcciones IP públicas al combinar direcciones privadas con puertos.

IPv6

• Soluciones a los problemas de IPv4 (jerarquización geográfica, prioridad en el tráfico, escasez de direcciones).
• Cambio de 32 bits a 128 bits.
• Características importantes: unicast, multicast y anycast, (sin broadcast).

Protocolos de Transporte

• Protocolo TCP (Protocolo de Control de Transmisión).
• Protocolo UDP (Protocolo de Datagrama de Usuario).

Puertos

• Identificadores de procesos en un equipo; (rango de puertos: 0-65535).
• Puertos conocidos (0-1024). Protocolos TCP y UDP

Nombres de Dominio y DNS

• Los nombres de dominio (ej. www.google.com) se traducen en direcciones IP (ej. 72.14.235.104) para identificar los servidores.
• Servidores DNS: mapean nombres de dominio a direcciones IP.

Modelo OSI (7 Capas)

• Resumen de las 7 capas del modelo OSI, su función y unidad de intercambio (PDU).

Transmisión Real vs Teórica

• Diferencias entre la transmisión de datos en un modelo teórico versus en la realidad.

Modelo TCP/IP vs. Modelo OSI

• Comparación entre los dos modelos de referencia de comunicación en redes de datos.

Modelos TCP/IP vs. OSI – Elementos hardware

• Funciones de los elementos hardware en una red (Switch, Router, Firewall, Proxy).