Redes informáticas: Fundamentos

Redes informáticas

• Una red informática consta de dos o más dispositivos conectados para compartir recursos
• Las redes se caracterizan por:
  • Conectividad: capacidad de interconectar dispositivos para compartir recursos.
  • Escalabilidad: facilidad para expandir la red con más dispositivos.
  • Seguridad: protección de los datos compartidos en la red.
  • Optimización de costes: Ahorro derivado de compartir recursos.

Componentes de un sistema de comunicación

• Emisor: Dispositivo que envía la información.
• Receptor: Dispositivo que recibe la información.
• Canal: Medio por el cual se transmite la información.
• Protocolo de comunicación: Conjunto de reglas estandarizadas para la representación, señalización, autenticación y detección de errores al enviar información.
• Los sistemas pueden ser cableados o inalámbricos

Direccionalidad de la comunicación

• Simplex: Comunicación unidireccional.
• Semi-duplex: Comunicación bidireccional no simultánea.
• Dúplex: Comunicación bidireccional simultánea.

Sincronización

• Síncrona: Requiere una señal de reloj común para sincronizar la transmisión de datos.
• Asíncrona: No requiere una señal de reloj común, utiliza bits de inicio y fin para delimitar los datos.

Naturaleza de la señal

• Analógicas: Señales continuas que varían en amplitud o frecuencia.
• Digitales: Señales discretas representadas por valores binarios (0 y 1).

Ventajas de las redes de ordenadores

• Compartir recursos e información.
• Aumentar la colaboración.
• Facilitar la gestión centralizada.
• Reducir costes.
• Permitir la colaboración en la nube.

Clasificación de redes por alcance

• Red de área personal (PAN): Red que cubre un área limitada, como el espacio alrededor de una persona.
• Red de área local (LAN): Red que conecta dispositivos en un área geográfica pequeña, como una oficina o un hogar.
• Red de área de campus (CAN): Red que interconecta edificios en un campus universitario o empresarial.
• Red de área metropolitana (MAN): Red que cubre una ciudad o área metropolitana.
• Red de área amplia (WAN): Red que se extiende sobre una gran área geográfica, como un país o el mundo.

Clasificación de redes por función

• Redes de igual a igual (P2P): No hay un ordenador central que controle la red.
• Redes cliente-servidor: Uno o más servidores proveen servicios a los clientes.

Clasificación de redes por tipo de conexión

• Cableadas: Utilizan cables para transmitir datos.
• Inalámbricas: Utilizan ondas de radio para transmitir datos.

Clasificación de redes por grado de difusión

• Intranet: Red privada que no comparte sus recursos con otras redes.
• Internet: Red global descentralizada que utiliza los protocolos TCP/IP

Técnicas de conmutación en redes WAN

• Conmutación de circuitos: Establece un camino físico dedicado entre origen y destino durante la transmisión.
• Conmutación de mensajes: Los mensajes se transmiten de nodo a nodo, liberando el tramo anterior en cada paso.
• Conmutación de paquetes: Los mensajes se dividen en paquetes que se envían independientemente, utilizando datagramas y circuitos virtuales.

Pasos para la puesta en marcha de una red

• Creación de la red a nivel físico (cableado, hardware)
• Creación de la red a nivel lógico (configuración de direcciones IP, protocolos)
• Configuración de los routers

Arquitectura de red

• Define las capas, niveles y protocolos que permiten la comunicación entre ordenadores.
• Considera topologías de red, métodos de acceso y protocolos de comunicación.

Funcionamiento de una arquitectura basada en niveles

• Los datos pasan por cada capa de la pila de protocolos.
• Cada capa añade información de control a los datos antes de pasarlos a la siguiente capa.
• Cada nivel es independiente y se encarga de sus funciones gracias a las interfaces entre capas.

Protocolos necesarios para establecer una comunicación

• Identificación del emisor y receptor
• Definición del medio o canal de comunicación.
• Definición del lenguaje común, la estructura de los mensajes, la codificación y el encapsulamiento.
• Establecimiento de la velocidad y temporización de los mensajes.

Aspectos que los protocolos deben resolver

• Enrutamiento: Selección de la ruta para la comunicación.
• Direccionamiento: Identificación del destino y cómo llegar a él.
• Compartición del medio de comunicación.
• Saturación: Evitar que el receptor o los dispositivos intermedios se saturen.
• Control de errores.

Modelo OSI (Open Systems Interconnection)

• Es un modelo de referencia teórico para la interconexión de sistemas.
• Sirve para desarrollar arquitecturas de red.
• Define 7 capas:
  • Capa física: Conexiones físicas (cableado, tarjetas de red) para transmitir la señal.
  • Capa de enlace de datos: Empaquetamiento de datos, direccionamiento físico (MAC), control de enlace lógico (LLC) y detección de errores.
  • Capa de red: Divide los datos en paquetes, determina la ruta y define el direccionamiento lógico.
  • Capa de transporte: Asegura la secuencia adecuada de los datos e implementa el control de errores.
  • Capa de sesión: Mantiene y controla el enlace entre los extremos.
  • Capa de presentación: Define el formato de las comunicaciones y la información del protocolo.
  • Capa de aplicación: Define los protocolos utilizados por las aplicaciones de red.

Protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

• Es el modelo más utilizado en la comunicación en Internet.
• Niveles:
  • Capa de enlace de datos: Acceso al medio de transmisión, direcciones físicas (MAC), protocolo ARP (resolución de direcciones IP a MAC) y protocolo RARP (resolución de direcciones MAC a IP).
  • Capa de internet: Estructura la información en paquetes, determina la ruta, define el direccionamiento y utiliza el protocolo IP.
    • Funciones: Direccionamiento, conectividad, enrutamiento, control de gestión.
    • Protocolos: IP (enrutamiento de paquetes no orientado a conexión), ARP/RARP, ICMP (control y envío de mensajes).
    • OSPF: Busca el camino más corto entre dos nodos de la red.
    • RIP: Similar a OSPF, pero con diferentes técnicas.
  • Capa de transporte: Asegura la secuencia correcta y el control de errores.
    • Protocolos: TCP (orientado a la conexión, fiable) y UDP (no orientado a la conexión, no fiable)
    • Segmentos: Nombre que reciben los datos en esta capa
    • Puertos: Direcciones de transporte de 16 bits que identifican el proceso al que entregar el mensaje.
    • Tipos de puertos: Bien conocidos, registrados y privados.
    • Sockets: Conjunto de la dirección IP y el puerto (IP:Puerto).
  • Capa de aplicación: Protocolos de alto nivel relacionados con las aplicaciones de Internet.
    • FTP: Transferencia de ficheros.
    • DNS: Conversión de nombres de nodos de red en direcciones de red.
    • SMTP: Transferencia de correo electrónico.
    • POP: Recepción de correos electrónicos almacenados en el servidor.
    • SNMP: Administración de redes.
    • HTTP: Transferencia de hipertexto (páginas web).

Componentes de una red informática

• Cableado y conectores: Permiten la transmisión de la señal.
• Rack: Armario para alojar equipamiento electrónico, informático y de comunicaciones.
• Patch panel: Permite conectar y gestionar la fibra óptica y los cables LAN.
• Tarjetas de red: Permiten la conexión a Internet (cableada o inalámbrica).
• Conmutadores o switch: Conectan diferentes nodos entre sí.
• Enrutadores o routers: Conectan redes diferentes, también denominados encaminadores
• Puntos de acceso: Conectan equipos inalámbricos a una red local (Wi-Fi).
• Cortafuegos: Hardware o software que bloquea el acceso no autorizado a la red.
• Servidores: Ordenadores que proveen servicios específicos a la red.

Cableado y conectores

• El cable más utilizado en redes LAN es el par trenzado de ocho hilos, bajo el estándar IEEE 802.3 (Ethernet).
• El conector utilizado es el RJ-45 (macho y hembra).
• Cableado estructurado: Infraestructura de telecomunicaciones para conectar edificios, incluyendo cables y conducciones.

Subsistemas del cableado estructurado

• Cableado de campus o de interconexión de edificios.
• Entrada de edificio: Punto de conexión entre cables exteriores e interiores.
• Sala de equipamiento: Distribución de conexiones del edificio.
• Cableado troncal o backbone: Distribución vertical entre plantas.
• Armarios de distribución: Confluyen cables y se montan equipos de interconexión.
• Cableado horizontal: Cableado de planta.
• Área de trabajo.
• Estándar ANSI/EIA/TIA 568 A y B: Define la distribución de colores en la conexión de cables de par trenzado con conectores RJ-45.
• Fibra óptica: Hilo fino de vidrio o plástico que transmite pulsos de luz (datos) a alta velocidad y distancia.
  • Tipos: Multimodo y monomodo.
  • Conectores: FC, FDDI, entre otros.

Elementos de interconexión (Taxonomía basada en el modelo OSI)

• Nivel físico:
  • Tarjetas de red (cableadas o inalámbricas).
  • Concentradores (hubs).
  • Repetidores: Regeneran y/o amplifican la señal.
• Nivel de enlace de datos:
  • Conmutadores o switches: Conectan nodos de manera más eficiente que un concentrador.
  • Puentes o bridges: Conectan subredes.
• Nivel de red:
  • Enrutadores o routers: Conectan redes diferentes, permitiendo la conexión a Internet.
• Niveles superiores:
  • Pasarelas o gateways: Conectan redes diferentes y traducen protocolos.

Tarjetas de red

• Adaptador o interfaz que permite la comunicación entre dispositivos y compartir recursos.
• Graba los protocolos necesarios para la conexión a la red.
• Incluyen la dirección MAC (única) que identifica la tarjeta a nivel de enlace de datos.
• Se conectan al equipo mediante buses internos (PCI), externos (USB) o integradas en la placa.
• Determinan la velocidad de transmisión, la cantidad de información, los protocolos y los parámetros físicos de la transmisión.

Configuración de tarjetas de red

• Requieren una dirección IP, una máscara de red y una puerta de enlace.

Conmutador (switch)

• Elemento de interconexión en la capa de enlace de datos.
• Permite conectar dos o más segmentos de red.
• Almacena las direcciones MAC de los dispositivos conectados.
• Ventajas:
  • Altas velocidades de conexión.
  • Múltiples transmisiones simultáneas.
• Desventaja:
  • Solo conecta redes con la misma topología.

Enrutadores (routers)

• Equipo de interconexión de redes en la capa 3 (capa de red).
• Dirige el tráfico de red buscando la mejor ruta.
• Trabaja con paquetes que contienen información de las direcciones IP de origen y destino.
• Cada interfaz se conecta a una red diferente, requiriendo al menos dos direcciones IP.
• Funciones: Filtrado, traslación de direcciones, enlaces, actúa como conmutador.
• Utiliza una tabla de enrutamiento para guardar información sobre las redes a las que puede acceder.

Tipos de enrutamiento

• Rutas estáticas: Información de enrutamiento permanente y sin cambios.
• Rutas dinámicas: El enrutador recaba información de la red para elegir la mejor ruta.

Funcionamiento de los enrutadores

• Deben configurarse adecuadamente.
• Los proveedores de servicios de Internet suelen configurarlos.
• Router neutro: Une dos redes locales.
• Router: Permite conectar a Internet.
• Utilizan NAT (Network Address Translation) para intercambiar paquetes entre redes con direcciones incompatibles.

Redes inalámbricas (802.11)

• Red donde los nodos se conectan sin necesidad de una conexión física.
• Ventajas:
  • Movilidad: Conexión de dispositivos estáticos y móviles.
  • Escalabilidad: Fácil ampliación.
  • Flexibilidad: Alto grado de conectividad.
  • Menor tiempo de instalación.
• Desventajas:
  • Seguridad: Difícil de garantizar.
  • Interferencias: Pueden ser afectadas por otros dispositivos que operan en las mismas frecuencias.

Estándar IEEE 802.11

• Define el uso del nivel físico y de enlace de datos del modelo OSI para redes de área local inalámbricas.
• Versiones: IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, entre otras.

Canal de una red 802.11

• Las redes Wi-Fi utilizan frecuencias en las bandas de 2,4 GHz o 5 GHz, subdivididas en canales, que varían según la legislación de cada país. En Europa, los estándares b y g pueden usar 13 canales.
• Se recomienda usar canales no solapados para evitar interferencias entre routers contiguos.

SSID (Service Set Identifier) de una red 802.11

• Cadena alfanumérica de 32 caracteres que identifica una red inalámbrica.
• Permite a los dispositivos inalámbricos saber a qué red pertenecen y con qué dispositivos pueden comunicarse.

Configuración del SSID

• En redes ad-hoc se configura en cada ordenador.
• En redes de infraestructura se configura en el punto de acceso.
  • BSSID (Basic Service Set Identifier) o SSID básico: Redes ad-hoc.
  • ESSID (Extended Service Set Identifier) o SSID extendido: Redes de infraestructura.
• Para extender la cobertura, se pueden conectar múltiples BSS formando un ESS (conjunto extendido de servicios).

Seguridad en redes 802.11

• Ocultar el SSID dificulta la conexión, pero no proporciona seguridad real.
• Métodos más eficaces incluyen el cifrado de la información, utilizando:
  • WEP (Wired Equivalent Privacy): Cifrado con claves preconfiguradas (obsoleto debido a su debilidad).
  • WPA (Wi-Fi Protected Access): Cifrado con claves de entre 64 y 256 bits y generación dinámica de claves (más seguro que WEP).
• WPA2: Versión mejorada de WPA, más robusta y difícil de descifrar.

Tipos de encriptación WPA

• WPA-PSK: Utiliza el protocolo TKIP para cambiar la clave dinámicamente (vulnerable en la primera conexión).
• Cifrado con servidores de encriptación (Radius): Utiliza protocolos de autenticación y autorización (más seguro, pero más costoso).

Filtrado de direcciones MAC

• Consiste en configurar el punto de acceso o router para permitir solo el acceso a dispositivos con direcciones MAC autorizadas.

Componentes principales de una red inalámbrica

• El autenticador: Punto de acceso que recibe la información del cliente y la traslada al servidor Radius.
• El solicitante: Software del cliente que proporciona la información de las claves y permisos.
• El servidor de autenticación: Servidor RADIUS que verifica los permisos y claves de los usuarios.

Seguridad de redes inalámbricas

• Mantener la seguridad completa es difícil y costoso.
• Combinar técnicas permite aumentar la seguridad sin un gasto excesivo.

Redes de comunicación móvil

• Evolucionan desde la primera generación (1G) hasta la quinta (5G) y sexta (6G).
• Se han mejorado con el tiempo.

NAT (Network Address Translation)

• Permite conectar múltiples equipos a Internet utilizando una única dirección IP pública.
• Utiliza direcciones IP privadas en los equipos.
• SNAT (Source NAT): Altera la dirección de origen del paquete, cambiando el lugar de donde viene la conexión.
  • El enmascaramiento es una forma especializada de SNAT
• DNAT (Destination NAT): Altera la dirección de destino del paquete, cambiando la dirección a donde se dirige la conexión. Port Forwarding, el balanceo de carga y el proxy transparente son formas de DNAT

Tipos de NAT

• NAT estático: Asocia de forma permanente una dirección pública a una dirección IP privada (ideal para servidores en una DMZ).
• NAT dinámico: Asigna direcciones IP públicas de un conjunto disponible según el orden de llegada.
• PAT (Port Address Translation): Asocia dinámicamente todas las conexiones originadas en la LAN con una única IP pública, identificando cada sesión con un puerto (el tipo más común en routers domésticos). Multiplexa las conexiones en un rango de 65.536 puertos.

Port Forwarding

• Redireccionamiento de puertos
• Permite que un usuario externo acceda a un puerto en una dirección IP privada (dentro de una LAN) desde el exterior a través de un router con NAT activado.