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Tema 7. Redes de ordenadores, hosts, subredes. Topologías de red más comunes. Arquitectura TCP/IP: direccionamiento, niveles, PDU, servicios y protocolos. Funciones de los equipos electrónicos típicos que participan en una red. Las redes de ordenadores son un conjunto de dispositivos electrónicos q...

Tema 7. Redes de ordenadores, hosts, subredes. Topologías de red más comunes. Arquitectura TCP/IP: direccionamiento, niveles, PDU, servicios y protocolos. Funciones de los equipos electrónicos típicos que participan en una red. Las redes de ordenadores son un conjunto de dispositivos electrónicos que se conectan entre sí para intercambiar datos y recursos. Estos dispositivos pueden incluir computadoras, servidores, routers, switches, impresoras y otros dispositivos de red. Un host es cualquier dispositivo conectado a una red de ordenadores que tiene una dirección IP única y puede enviar o recibir datos a través de la red. Dentro de una red un host será inicio y final de transferencia de datos. Los hosts pueden ser computadoras, servidores, impresoras, y otros dispositivos de red. Las subredes son divisiones de redes más grandes que se utilizan para segmentar una red en secciones más pequeñas y manejables. Ventajas de utilizar Subredes: - - [Aumenta las opciones de seguridad]: Toda red tiene elementos más sensibles y de especial cuidado. Si esos elementos están en una red común, desde todos los sitios se puede acceder y \"atacar\". Separar las partes vitales en subredes especiales, permite implementar medidas de seguridad especiales, como cortafuegos (firewalls). Los cortafuegos se configuran para que sólo las subredes autorizadas tengan acceso a los servidores que contienen esas partes sensibles del sistema. - [Simplifica la administración]:  Es mejor agrupar en subredes los nodos con características similares para poder administrar sus accesos desde la subred y no nodo a nodo. - [Controla el crecimiento]: Las empresas cambian y, lo ideal, es que crezcan a lo largo del tiempo. Las subredes nos ayudan a hacer este crecimiento escalable. **Topologías de red más comunes** Las topologías de red más comunes incluyen: 1. [Topología de bus]: En una topología de bus, todos los dispositivos están conectados a un cable común llamado bus. Los datos se transmiten en ambos sentidos a lo largo del bus, y cada dispositivo en la red recibe los datos y decide si debe procesarlos. Ventajas - Facilidad de implementación y crecimiento. - Simplicidad en la arquitectura. - Coste reducido. - Altas pérdidas en la transmisión debido a colisiones entre mensajes. - Un problema en el canal usualmente degrada toda la red. - Hay un límite de equipos a medida que la red crece, puede producirse degradación de la señal. - Complejidad de reconfiguración y aislamiento de fallos. 2. Topología de anillo: En una topología de anillo, cada dispositivo está conectado a otro dispositivo en un círculo cerrado. Cada estación tiene una única conexión de entrada y otra de salida de anillo. Los datos fluyen en una sola dirección y cada estación recibe los datos y los retransmite al siguiente equipo.  Ventajas  - Red muy ordenada donde cada dispositivo tiene acceso al token y la oportunidad de transmitir - No se producen embotellamientos en la red. - Arquitectura sencilla. Desventajas  - El retraso en la comunicación dependerá de la cantidad de estaciones por la que tenga que pasar la información. - Si falla el canal, falla toda la red. - Una estación de trabajo defectuosa puede crear problemas para toda la red - Modificar agregando, quitando o sustituyendo dispositivos afectará a toda la red. 3. [Topología de estrella]: Una red en estrella es una red de computadoras donde las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se hacen necesariamente a través de ese punto (conmutador, repetidor o concentrador). Ventajas - Posee un sistema que permite agregar nuevos equipos fácilmente. - Reconfiguración rápida. - Fácil de prevenir daños y/o conflictos, ya que no afecta a los demás equipos si ocurre algún fallo. - Fácil de encontrar fallos Desventajas - El número de equipos conectados a la red dependerá del tamaño permitido por el swich o el hub. - Si el [hub](https://apuntesjulio.com/diccionario-informatica/) (repetidor) o [switch](https://apuntesjulio.com/diccionario-informatica/) central falla, toda la red deja de transmitir. - Es costosa, ya que requiere más cables que las topologías en bus o anillo. 4. [Topología de malla]: En una topología de malla, cada dispositivo está conectado directamente a todos los demás dispositivos en la red. Esta topología proporciona una alta redundancia y tolerancia a fallos, pero puede ser costosa y difícil de administrar. La comunicación entre dos nodos cualesquiera de una red en malla puede llevarse a cabo incluso si uno o más nodos se desconectan de ésta de forma imprevista, o si alguno de los enlaces entre dos nodos adyacentes falla, ya que el resto evitarán el paso por ese punto ---los nodos adyacentes a un nodo o enlace fallido propagarán un cambio en la tabla de rutas, notificando a nodos contiguos del cambio en la red, y así sucesivamente.  Ventajas - Mayor redundancia, pues existen múltiples caminos para que el paquete llegue a su destino. (Si falla una conexión o un nodo, se encontrará un camino alternativo). - Resulta muy confiable. Desventajas - Resultan caras de instalar, pues requiere forzosamente la interconexión de cada nodo con los nodos vecinos (aumentando el número de [interfaces](https://es.wikipedia.org/wiki/Interfaces) de las que debe disponer cada nodo) y el coste de la infraestructura --[cableado](https://es.wikipedia.org/wiki/Cable_de_par_trenzado), [switches](https://es.wikipedia.org/wiki/Switch)/puentes, repetidores de señal, puntos de acceso, etcétera-- de toda la red. - Puede dificultar la nueva conexión de dispositivos. Si se añade uno nuevo, el resto de equipos hay que conectarlos a este nuevo y este nuevo a todos los demás. 5. [Topología en árbol]: es una combinación de topologías en bus y en estrella. La topología de red de árbol se considera la topología más simple de todas las topologías que tiene una única ruta entre dos nodos de la red. Se utiliza en redes WAN. Ventajas - Fácil de escalar para crecer. - Si un nodo falla el resto no se ven afectados, si lo hace el hub o swich se verán afectados los elementos de ese segmento. - Es confiable y segura. - Facilidad de mantenimiento y de resolución de problemas. Desventajas - Como los datos deben viajar desde el cable central, esto crea un tráfico de red denso. - Difícil de configurar. - La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado. - Si se cae el segmento principal todo el segmento también cae. - Si se llegara a desconectar un nodo, todos los que están conectados a él se desconectan también. **Arquitectura TCP/IP: direccionamiento, niveles, PDU, servicios y protocolos** La arquitectura TCP/IP es el conjunto de protocolos de comunicación que se utilizan en Internet. El direccionamiento en la arquitectura TCP/IP se realiza mediante las direcciones IP. Destacan dos versiones del protocolo IP: IPv4 y la versión IPv6. La versión IPv4 es la que más extendida y conocida hoy en día, aunque la versión IPv6 viene a suplir los problemas de la versión 4 y poco a poco. En IPv4 una dirección IP está formado por 32 bits dividido en 4 octetos. Se usa como identificador lógico y jerárquico en redes IP para identificar uno de los siguientes elementos: - Host o equipo. Es lo más habitual, identifica un solo host en una red. Por ejemplo, una interfaz de red de un ordenador o de un teléfono móvil. - Red o subred. Una dirección IP puede identificar a toda una red de ordenadores. - Difusión o broadcast. Identifica a todos los equipos de una red o subred. Se trata de un **identificador lógico** puesto que no tiene por qué ser fija. Es decir, un equipo puede tener asignada una dirección IP u otra dependiendo de necesidades de la red o si se conecta a varias redes distintas. Por ejemplo, un teléfono móvil o un portátil. En contraposición la dirección física o MAC de una interfaz de red es una dirección que está asociada físicamente a la interfaz de red y no se puede cambiar. Es una **dirección jerárquica** porque permite identificar la red a la que pertenece. Las direcciones IP están dividas en dos partes: parte de red y parte de host. La parte de red se utiliza para hacer llegar el paquete a la red en la que se encuentra el destinatario. La parte de host permite identificar al destinatario concreto dentro de la red. Existen cinco clases de direcciones IP v4, aunque las más utilizadas son las tres primeras clases. La máscara de red se trata de un número de 32 bits que permite conocer que parte de la dirección IP representa a la red a la que pertenece y que parte identifica al host en la red. Está asociada a una dirección IP. La máscara tendrá los bits de red a 1 y los bits de host a 0. **Las direcciones IPv6 está formada por 128 bits**, lo que corresponde a 32 dígitos hexadecimales. Una dirección IPv6 tiene ocho agrupaciones de cuatro números hexadecimales. En IPv6, se representa mediante ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales, cada grupo representando 16 bits (dos octetos) cada grupo de 4 dígitos está separado por dos puntos: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 IPv6 no utiliza la notación decimal punteada de máscara de subred. La longitud de prefijo indica la porción de red de una dirección IPv6 mediante el siguiente formato:  - Dirección IPv6 /Longitud de prefijo IPv6 - La longitud de prefijo puede ir de 0 a 128. - La longitud de prefijo típica es /64. Para mejorar la eficiencia de la comunicación, tanto IPv4 como IPv6 admiten diferentes tipos de direcciones para que un dispositivo se pueda comunicar con varios dispositivos de una red simultáneamente. IPv4 admite el direccionamiento: - [uno a uno (unidifusión):] La transmisión de unidifusión se refiere a un dispositivo que envía un mensaje a otro dispositivo en comunicaciones uno a uno. - [uno a todos (transmisión o broadcast):] La transmisión de difusión se refiere a un dispositivo que envía un mensaje a todos los dispositivos en una red en comunicaciones de uno a todos. La dirección de broadcast utiliza la dirección más alta en el rango de la red. Ésta es la dirección en la cual los bits de la porción de host son todos 1. Todos 1 en un octeto en forma binaria es igual al número 255 en forma decimal. - [uno a muchos (multidifusión o multicast):] La transmisión de multidifusión reduce el tráfico al permitir que un host envíe un único paquete a un conjunto seleccionado de hosts que se suscriben a un grupo de multidifusión. Un paquete de multidifusión es un paquete con una dirección IP de destino que es una dirección de multidifusión. IPv4 ha reservado las direcciones 224.0.0.0 a 239.255.255.255 como un rango de multidifusión. IPv6 admite el direccionamiento de - [uno a uno (unidifusión):] igual que Ipv4 - [multidifusión (multicast):] Las direcciones IPv6 de multidifusión se usan para enviar un único paquete IPv6 a varios destinos y tienen el prefijo FFxx::/8 son todas direcciones que inician con los dos primeros dos byte en unos (1111 1111 = FF) son una dirección Multicast. - FF02: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1 (ff02::1): Dirección de todos los nodos del ámbito local. - FF02: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 2 (ff02::2): Dirección de todos los routers del ámbito local. - [difusión por proximidad]: Una dirección IPv6 de difusión por proximidad es cualquier dirección IPv6 de unidifusión que puede asignarse a varios dispositivos. **Niveles** Se divide en cuatro niveles o capas, cada uno con sus propias funciones y protocolos. 1. Capa de Acceso a la Red (o Capa de Enlace de Datos): Es la capa más baja de la arquitectura TCP/IP, encargada de la transmisión de datos entre dispositivos en la misma red local. Es dependiente de características físicas de la red. Los protocolos que se utilizan en esta capa son el Ethernet IEEE 802.2 y Protocolo punto a punto (PPP), Frame Relay\... 2. Capa de Internet: Esta capa se encarga de la transmisión de datos entre redes diferentes y la segmentación de paquetes. Esta capa ya es independiente de las características físicas de la red. Protocolos: Protocolo de Internet (IPv4, IPv6), el protocolo de resolución de direcciones (ARP) y el protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP). 3. Capa de Transporte: Esta capa se encarga de la comunicación extremo a extremo entre aplicaciones que se ejecutan en diferentes dispositivos. Los protocolos que se utilizan en esta capa son TCP, UDP, SCTP. 4. Capa de Aplicación: Esta capa se encarga de las aplicaciones y servicios de red que se ejecutan en los dispositivos finales. Los protocolos que se utilizan en esta capa incluyen HTTP, FTP, DNS, SMTP, POP3, IMAP, y Telnet. **PDU** Los datos se dividen en unidades de información llamadas Protocol Data Units (PDU) en cada capa. El PDU en la capa de Acceso a la Red es el marco (frame), en la Capa de Internet es el paquete (packet), en la Capa de Transporte es el segmento (segment), y en la Capa de Aplicación es el mensaje. De forma muy resumida se podría mostrar así el encapsulamiento de la información: **Servicios y protocolos** Cada capa en la arquitectura TCP/IP tiene sus protocolos que darán servicio a los protocolos de capas superiores. Capa de Internet Esta capa incluye el potente Protocolo de Internet (IP), el protocolo de resolución de direcciones (ARP) y el protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP). - [Protocolo IP]: El Protocolo IP proporciona un servicio de distribución de paquetes de información orientado a no conexión de manera no fiable. La orientación a no conexión significa que los paquetes de información, que será emitido a la red, son tratados independientemente, pudiendo viajar por diferentes trayectorias para llegar a su destino. El término no fiable significa que no se garantiza la recepción del paquete. El protocolo IP también se encarga de definir el formato de las direcciones IP (Ya visto) y de fragmentar y agrupar los paquetes de información en datagramas. La unidad de información intercambiada por IP es denominada datagrama. Que contienen un encabezado y un área de datos. IP no especifica el contenido del área de datos, ésta será utilizada arbitrariamente por el protocolo de transporte. En la cabecera se tiene información sobre: Versión de protocolo IP, longitud de la cabecera, Longitud total, tiempo de vida (se decrementa cada vez que pasa por un router), dirección IP origen, dirección IP destino y más datos necesarios para la transmisión. [Protocolo ARP]: El protocolo de resolución de direcciones (ARP) se encuentra conceptualmente entre el vínculo de datos y las capas de Internet. ARP se encarga de obtener la dirección física o MAC de otro dispositivo dentro de la misma red a través de su dirección IP para poder enviar información. Un dispositivo necesita enviar datos a otro, para ello necesita conocer su dirección física pero solo tiene su dirección IP, entonces envía un paquete broadcast (paquete ARP) que reciben todos los dispositivos de esa red pero solo el dispositivo con la IP por la que se pregunta contestará con su dirección MAC. Esto funciona solo para IPv4, debido a que IPv6 no tiene comunicación Broadcast. - [Protocolo RARP]: Realiza la operación inversa, obtiene direcciones IP desde las direcciones físicas. - [Neighbor Discovery protocol (NDP)] es un protocolo de IPv6, y es equivalente al protocolo Address Resolution Protocol (ARP) en IPv4, aunque se distingue porque también incorpora funcionalidades de ICMP. - [Protocolo ICMP]: El protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) se utiliza para comprobar el estado de la red, detecta y registra las condiciones de error en la misma. ICMP no soluciona problemas, informa sobre los mismos. Ping y Traceroute utilizan este protocolo. Capa de transporte - [Protocolo TCP]: TCP es un protocolo orientado a conexión y fiable: se va a encargar de que los segmentos lleguen correctamente a destino. Para las aplicaciones de la capa de aplicación, la conexión parecerá que se está realizando de punto a punto como si los nodos estuvieran físicamente conectados. La unidad de información de este protocolo es el segmento. TCP conecta un encabezado a los datos transmitidos en la capa de aplicación. - [Protocolo SCTP]: SCTP es un protocolo de capa de transporte fiable orientado a la conexión que ofrece los mismos servicios a las aplicaciones que TCP. Además, SCTP admite conexiones entre sistema que tienen más de una dirección, o de host múltiple. La conexión SCTP entre el sistema transmisor y receptor se denomina asociación. Los datos de la asociación se organizan en bloques. Dado que el protocolo SCTP admite varios hosts, determinadas aplicaciones, en especial las que se utilizan en el sector de las telecomunicaciones, necesitan ejecutar SCTP en lugar de TCP. - [Protocolo UDP]: UDP proporciona un servicio de entrega de datagramas. UDP no verifica las conexiones entre los hosts transmisores y receptores. Dado que el protocolo UDP elimina los procesos de establecimiento y verificación de las conexiones, resulta ideal para las aplicaciones que envían pequeñas cantidades de datos. Existen varios equipos electrónicos típicos que pueden participar en una red, cada uno con sus propias funciones. A continuación, se describen algunas de las funciones más comunes de estos equipos: 1. Switch: Un switch es un dispositivo que permite conectar varios dispositivos en una red local y facilita la comunicación entre ellos. Los switches envían los datos a través de la red hacia su destino final. Opera a nivel de la capa de enlace de datos. 2. Router: Un router se encarga de dirigir los paquetes de datos a través de una red, estableciendo la ruta óptima para que los datos lleguen a su destino. Además, un router puede conectarse a múltiples redes y actuar como un punto de entrada o salida entre ellas. 3. Hub: o concentrador permite conectar varios dispositivos en una red local de manera que replicará la señal de datos en todos sus puertos para que todos los dispositivos conectados reciban la misma información. 4. Firewall: Un firewall es un dispositivo que protege una red contra ataques malintencionados y el acceso no autorizado. Los firewalls pueden bloquear el tráfico no deseado, así como monitorear y registrar el tráfico de la red. 5. Servidor: Un servidor es un equipo que proporciona servicios a otros dispositivos en la red. Los servidores pueden ofrecer servicios de archivos, correo electrónico, aplicaciones y bases de datos, entre otros. 6. Punto de acceso inalámbrico (WAP): Un WAP es un dispositivo que permite a los dispositivos inalámbricos conectarse a una red cableada. Los WAPs se conectan al router y actúan como una extensión de la red cableada para dispositivos inalámbricos como teléfonos móviles, tabletas y portátiles.