1

Redes e Internet

2

1. Introducción

2. Tipos de redes

2.1 Redes por alcance o área de cobertura 2.2 Redes por tipo de conexión 2.3 Redes por relación funcional 2.4 Redes por Topología 2.5 Redes por Direccionalidad 2.6 Redes por grado de autentificación

3. Medios de transmisión

3.1 Medios de transmisión guiados

3.1.1 Cable coaxial 3.1.2 Par trenzado 3.1.3 Fibra óptica

3.2 Medios de transmisión no guiados

3.2.1 Wi-Fi 3.2.2 Bluetooth 3.2.3 Infrarrojos

4. Dispositivos de red

4.1 Concentrador (Hub) 4.2 Conmutador (Switch) 4.3 Repetidor 4.4 Puente (Bridge) 4.5 Modem 4.6 Enrutador (Router) 4.7 Punto de acceso (WAP o AP) 4.8 Ejemplo de Red Local (LAN)

5. Estructura lógica de una red. Modelos de referencia.

5.1 Modelo OSI 5.2 Modelo TCP/IP

6. Direccionamiento IP

6.1 Máscara de subred 6.2 Clases de direcciones IP 6.3 Puerta de enlace 6.3.1 NAT 6.3.2 DNS y DHCP 6.4 Dimensionado de una red. Subredes. 6.4.1 Dimensionado de una red. 6.4.2 Subredes.

3

1. Introducción Los ordenadores en cualquier ámbito (trabajo, ocio, etc….) son una herramienta de indudableeficacia. Hasta hace un par de décadas la idea del ordenador, en cualquiera de estos ámbitos, era lade una máquina que permitía mecanizar y realizar muchas tareas (contabilidad, cálculos, elaboraciónde documentos, etc….) de una forma cómoda para el usuario, pero sus capacidades no iban más alládel ámbito o lugar físico donde se encontraba. Actualmente este esquema ha cambiado porcompleto. Los ordenadores traspasan las barreras físicas del lugar donde se encuentran y permiten:

Trabajar con datos que físicamente están a miles de Km. de distancia. Compartir información entre usuarios que tienen intereses comunes. Por ejemplo,

compartir datosen una oficina de trabajo entre varios trabajadores. Permitir la comunicación e intercambio de información entre usuarios que se encuentren

encualquier parte del mundo. Obtener cualquier tipo de información que se necesite a partir de la red Internet. Realizar operaciones con entidades (Bancos, Administraciones, Empresas, etc…)

sinnecesidad de desplazamientos. Estudiar y recibir enseñanzas sin desplazarse a los Centros que imparten esas

enseñanzas. Todas estas posibilidades se deben a la implantación de redes para conectar ordenadores. Éstashan ampliado en gran medida el campo de aplicación de los equipos informáticos. ¿Qué es una red informática? Una red informática es un conjunto de ordenadores interconectados entre sí,lo que permite compartir recursos (impresoras, discos duros, etc.) e información(programas y datos) entre ellos. Entre las ventajas de usar una red de ordenadores podemos destacar:

Posibilidad de compartir periféricos, tales como impresoras, plotters, modem, etc. Posibilidad de compartir información a través de bases de datos, archivos, etc. Eliminación de datos duplicados en ordenadores. Posibilidad de disponer de un control de usuarios más exhaustivo. Posibilidad de generar copias de seguridad más rápidas y seguras. Posibilidad de comunicación entre los usuarios de los ordenadores de la red.

En cualquier red o sistema de comunicación podemos encontrar los siguientes elementos de funcionamiento:

El emisor, que genera una señal (petición u origen de la comunicación). El codificador de esta señal, que prepara la comunicación para que pueda viajar por la

línea. La línea o medio de comunicación por donde viaja la información. El decodificador de la señal, que recoge la señal y la vuelve a traducir para que el

receptor la procese. El receptor o elemento destinatario de la señal.

4

En las redes informáticas, los ordenadores (hosts) hacen el papel de emisores y receptores al mismo tiempo. La línea o canal por donde circula la comunicación es el medio físico por el que viajan los datos, ya sean cables o medios no guiados (wifi). Los componentes de la red deben poseer interfaces que sean capaces de conectar los distintos dispositivos y elementos de la red y que preparen la señal para que viaje por el medio establecido: por ejemplo, las tarjetas de red de los ordenadores. Para que el emisor y receptor puedan comunicarse necesitan utilizar el mismo sistema de reglas, a este sistema se le llama protocolo, siendo el más utilizado para redes informáticas el protocolo TCP/IP, que es propio de la red Internet. 2. Tipos de redes Una red informática tiene distintos tipos de clasificación dependiendo de su estructura o forma de transmisión, entre los principales tipos de redes están los siguientes:

Redes por alcance o área de cobertura Redes por tipo de conexión Redes por relación funcional Redes por Topología Redes por Direccionalidad Redes por grado de autentificación

2.1. Redes por Alcance o Área de cobertura Estostipos de red se nombran con siglas según su área de cobertura: PAN (Personal Área Network) Una red de área personal abarca el área personal de un usuario. Conecta dispositivos tales como ordenadores, smartphones, impresoras, scanner, etc. en un área de pocos metros de alcance, mediante medios cableados o inalámbricos (WPAN = Wireless PAN)

5

LAN (Local Área Network) Una red de área local interconecta una serie de ordenadores y periféricos en un área de hasta 200m. Cuando se integran a esta red soluciones inalámbricas hablamos de una WLAN (Wireless LAN). Esta distribución permite optimizar recursos, ya que se evita redundancia en el hardware por la conexión de varios usuarios a un dispositivo (impresoras y otros) y también redundar en el software ya que es posible compartir bases de datos o aplicaciones en red. MAN (Metropolitan Área Network) Una red MAN o de área metropolitana, corresponde a una red de Alta Velocidad (Banda Ancha), que abarca zonas extensas de cobertura dentro de una ciudad o municipio. Puede ser privada o pública; permite la integración de voz, datos y video. Su estructura de transmisión permite llegar a velocidades de hasta 75 Mbps con pares de cobre y hasta 10 Gbps en el caso de fibra óptica. CAN (Campus Área Network) El término CAN se utiliza comúnmente para la red que abarca un campus universitario o base militar.Es una LAN ampliada, ya que puede interconectar varios edificios entre sí cubriendo mayores distancias, es muy similar a una red de área metropolitana y su diferencia principal radica en que es una red privada donde sus componentes pertenecena una misma organización. WAN (Wide Área Network) Una Red de Área Amplia, es la unión de dos o más redes LAN o MAN. Cubren grandes distancias o extensas zonas geográficas, generalmente entre ciudades, países e incluso continentes para interconectarlos entre sí. Esta conectividad permite la transmisión a larga distancia de datos, voz, imágenes y video. Funciona a través de enlaces punto a punto, es decir, cableado directo de fibra óptica u otro medio entre dos ubicaciones, aunque también puede estar formada por sistemas radiales o satelitales. Es en este tipo de red donde toma protagonismo el nodo o host, que son los puntos o equipos terminales de los enlaces, los cuales a su vez redistribuyen los datos a las redes o subredes LAN a la cual están conectados.

6

2.2. Redes por tipo de conexión Cuando hablamos de redes por tipo de conexión, el tipo de red varía dependiendo si la transmisión de datos es realizada por medios guiados como cable coaxial, par trenzado o fibra óptica, o medios no guiados, como las ondas de radio, infrarrojos, microondas u otras transmisiones por aire. En la imagen podemos ver el medio “guiado” representado por la línea negra de cableado, y el medio “no guiado”, correspondiente al acceso inalámbrico marcado en los círculos punteados. 2.3. Redes por relación funcional Cuando un cliente o usuario solicita la información a un servidor que le da respuesta es una relación Cliente/Servidor.En cambio, cuando en dicha conexión una serie de nodos operan como iguales entre sí, sin cliente ni servidores, hablamos de conexiones Peer to Peer o P2P.

2.4. Redes por Topología La topología de una red establece su clasificación en base a la estructura de unión de los distintos nodos o terminales conectados. En esta clasificación encontramos las redes en bus, anillo, estrella, en malla, en árbol o jerárquica y redes mixtas.

7

2.5. Redes por Direccionalidad En la direccionalidad de los datos, cuando un equipo actúa como emisor en forma unidireccional se llama Simplex, si la información es bidireccional pero solo un equipo transmite a la vez, es una red Half-Duplex o Semi-Duplex, y si ambos equipos envían y reciben información simultáneamente hablamos de una red Full Duplex.

2.6. Redes por grado de autentificación Una red privada y una red deacceso público, son dos tipos de redes clasificadas según el grado de autentificación necesario para conectarse a ella. De este modo una red privada requiere el ingreso de claves o contraseñas para la validación de usuarios, mientras que una red de acceso público permite que dichos usuarios accedan a ella libremente. 3. Medios de transmisión 3.1. Medios de transmisión guiados Los cables(medios guiados) transmiten impulsos eléctricos o lumínicos:los bits se transforman en la tarjeta de red y se convierten en señales eléctricas o lumínicas antes de introducirse en la red. La velocidad de transmisión, el alcance y la calidad (ausencia de ruidos e interferencias) son los tres elementos que caracterizan este tipo de medio. La evolución de esta tecnología ha estado orientada por la optimización de estas tres variables. Las redes que utilizan cable están catalogadas en distintas adaptaciones. Las adaptaciones se nombran mediante un número que representa su velocidad de transmisión en megabits por segundo (Mbps), seguido de la palabra BASE.Al final del nombre puede haber un número que representa la longitud máxima del cable por segmento multiplicada por 100, o una letra que especifica el tipo de cable utilizado. La siguiente tabla contiene las adaptaciones más utilizadas:

8

Vamos a ver con detalle los tres tipos de cablesque aparecen en la tabla: 3.1.1. Cable Coaxial Está formado por un par de conductores concéntricos de cobre o aluminio: el conductor vivoocentral que está destinado a transportar los datos, y el conductor exterior o malla, que actúa como retorno de la corriente y referencia de tierra. Entre ambos se sitúa el dieléctrico (aislante).

Ventajas:

Menos susceptible a interferencias y ruidos que el cable de par trenzado y puede ser usado a mayores distancias que éste.

Transmite señales analógicas y digitales. La frecuencia de la señal y la velocidad de transmisión son mayores que la del par trenzado.

9

Inconvenientes:

Su grosor, superior al del cable de par trenzado, dificulta mucho su instalación, encareciendo ostensiblemente el coste por mano de obra, de ahí, que pese a sus ventajas en cuanto a velocidad de comunicación y longitud permitida, ya no se presente de forma habitual en las redes LAN.

Usos:

Redes de área local (LAN) Transmisión telefónica de larga distancia Distribución de televisión a casas individuales (Televisión por cable).

3.1.2. Par trenzado Un Par Trenzado consiste en 2 cables de cobre aislado, los cuales están unidos entre sí de forma similar a una estructura de ADN; esta forma trenzada se utiliza para reducir la interferencia eléctrica entre dos o más pares de cobre o bien interferencias del exterior. Debido a su fácil instalación, velocidad de transmisión de hasta varios Mbps y bajo coste, los pares trenzados se utilizan ampliamente. Dependiendo de la forma en que se agrupen los pares, encontramos:

Pares trenzados no apantallados (UTP): son los más simples. Está formado por hilos de cobre o de aluminioentrelazados entre sí por parejas con objeto de mantener estables las propiedades eléctricas y evitar interferenciascon los pares de hilos cercanos. Según el número de pares de hilos utilizados y la longitud de cada trenzado, se obtienen diferentes velocidades detransmisión, lo que la industria ha denominado categorías.

Pares trenzados apantallados individualmente (STP): iguales a los anteriores, pero cada par rodeado de una malla conductora, que se conecta a las diferentes tomas de tierra de los equipos. Su función es convertir el ruido exterior en una corriente eléctrica, algo que se consigue cuando todos los dispositivos utilizados mantienen una adecuada conexión a tierra, teniendo que estar también apantallados.

10

Pares trenzados apantallados (FTP): Cables pares que poseen una pantalla conductora global en forma trenzada. Mejora la protección frente a interferencias.

3.1.3. Fibra óptica Un cable de fibra óptica está compuesto por conductores muy finos y transparentes fabricados con fibra de vidrio o silicio por los que se transmite impulsos luminosos normalmente emitidos por un láser o LED.

Existen dos formas de transmisión:

Monomodo: La luz es producida por un láser y viaja por el núcleo sin reflejarse en las paredes, presentando una única longitud de onda. El cable empleado es grueso y apenas si se puede emplear en instalaciones LAN debido a que soporta muy bajo ángulo de curvatura.

Multimodo: La luz es producida por un led y viaja reflejándose en las paredes del cable transportando múltiples longitudes de onda.

Las características principales de la fibra óptica son las siguientes:

Su velocidad de transmisión es muy alta: con velocidades de 10 Gbps por cada fibra, se pueden llegar a obtener velocidades de transmisión totales de 10 Tbps.

Es inmune totalmente a las interferenciaselectromagnéticas. Es segura. Al permanecer el haz de luz confinado en el núcleo, no es posible acceder a

los datos trasmitidos por métodos no destructivos. Además, se puede instalar en lugares donde pueda haber sustancias peligrosas o inflamables, ya que no transmite electricidad.

11

Tiene un coste elevado. Necesita usar transmisores y receptores más caros que otros cables.

Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, lo que dificulta las reparaciones en caso de ruptura del cable.

A pesar del precio, los cables de fibra óptica son una alternativa a los coaxiales porque pueden soportar una mayor capacidad de transmisión en mucho menos espacio y con más distancia entre repetidores.

3.2. Medios de transmisión no guiados Las redes inalámbricas proporcionan un sistema de comunicación muy flexible al eliminar por completo la utilización de cables. Esto ha hecho que en los últimos años hayan tenido una gran aceptación. Aun así, las WLAN no intentan sustituir por completo a las LAN que utilizan cable, sino que sirven como complemento de éstas, debido principalmente a que la velocidad de transmisión en una WLAN es menor que en las LAN.

3.2.1. Wi-Fi Wi-Fi es un sistema de envío de datos que utiliza ondas de radio (radiofrecuencia). Está definido en la especificación IEEE 802.11. El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) es una asociación mundial de técnicos e ingenieros dedicada a la estandarización y el desarrollo en áreas técnicas. Los estándares IEEE 802.11b e IEEE 802.11g son los más populares, porque operan en una banda de frecuencia de 2,4 GHz (están disponibles casi universalmente), con una velocidad de hasta 11 Mbps y 54 Mbps, respectivamente.

12

3.2.2. Bluetooth Bluetooth es el nombre común de la especificación IEEE 802.15.1, que define un estándar global de comunicación inalámbrica mediante un enlace de radiofrecuencia a 2,4 GHz. La velocidad máxima de comunicación es de 720 Kbps, con alcance óptimo de 10 metros (es bastante más lento que las Wi-Fi). Los dispositivos que normalmente utilizan esta tecnología se engloban en el sector de la informática personal (véanse las redes PAN), como PDA, teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc. 3.2.3. Infrarrojos La tecnología IrDA (Infrared Data Association) utiliza una técnica de transmisión basada en los rayos luminosos que se mueven en el espectro infrarrojo (Rayos Infrarrojos, RI). Comprende frecuencias entre 3 y 30 THz. Soporta una amplia gama de dispositivos eléctricos, informáticos y de comunicaciones. La velocidad oscila entre los 9600 bps y los 4 Mbps con una distancia máxima de un metro y con un cono de ángulo estrecho de 30°.

13

4. Dispositivos de red 4.1. Concentrador (Hub)

Un concentrador o hub es el dispositivo que centraliza el cableado de una red en estrella y constituye, así, el nodo central de ésta. El hub recibe la señal de otro dispositivo de la red y la emite por todos sus puertos. El equipo destinatario recibe la información y el resto la ignoran. En la actualidad, la tarea de los hubs la realizanlos conmutadores o switchs. 4.2. Conmutador (Switch) Un conmutador o switch hace la misma función que un hub, pero de manera más eficiente, pues es capaz de reconocer qué puertos en ese momento tienen actividad (están conectados a una estación de trabajo, una impresora, etc.) y transmitir la señal sólo a éstos, e incluso aprende a qué equipo de destino va dirigida, lo que redunda en mayor rapidez. 4.3. Repetidor La señal de transmisión se atenúa cuanto mayor es la distancia a la que se desea transmitir. Un repetidor es un dispositivo hardware encargado de amplificar o regenerar la señal de transmisión. Opera solamente de forma física para permitir que los bits viajen a mayor distancia a través de los medios. Normalmente, la utilización de repetidores está limitada por la distancia máxima de la red y el tamaño máximo de cada uno de los segmentos de red conectados.

14

4.4. Puente (Bridge) Al igual que un repetidor, un bridge puede unir segmentos de una misma red. Sin embargo, un bridge puede, además, dividir una red para aislar problemas. Por ejemplo, si el volumen del tráfico de un departamento de una oficina está sobrecargando y ralentiza todas las operaciones, el bridge puede aislar esos equipos del resto de la red.

La diferencia entre un bridge y un switch es que los bridges normalmente tienen un número pequeño de interfaces (de dos a cuatro), mientras que los switches pueden llegar a tener docenas.

La diferencia entre un bridge y un hub es que el bridge sólo reenvía el tráfico perteneciente a cada segmento.

4.5. Modem Dispositivo que convierte señales digitales en analógicas, o viceversa, para poder ser transmitidas a través de líneas de teléfono, cables coaxiales, fibras ópticas y microondas. Dos tipos:

Módem interno: tarjeta de comunicación con redes externas que se integra en un ordenador mediante conexión a la placa base, conectándose al bus interno de comunicaciones.

Módem externo: se conecta al ordenador a través de un puerto.

15

4.6. Enrutador (Router) Un router o enrutador es un dispositivo de interconexión de redes de computadoras. Interconecta segmentos de red o redes enteras, aunque éstas tengan distintas tecnologías o especificaciones, siempre y cuando utilicen el mismo protocolo(ver punto 5 del tema). Generalmente, el router es el dispositivo que conecta una red LAN a Internet o una LAN a otras LAN. La interconexión de distintas redes LAN mediante routers conforman redes de ámbito superior (MAN yWAN). Desempeña las siguientes funciones:

Adapta la estructura de información de una red a otra. Pasa información de un soporte físico a otro (distintas velocidades y soportes físicos). Encamina la información por la ruta óptima. Decide la dirección de la red hacia la que va

destinado el paquete de datos. Reagrupa la información que viene por rutas distintas.

Existen tanto routers de cable (Ethernet) como inalámbricos (WI-FI). Es habitual que tengan más de un puerto de conexión, lo que los convierte también en pequeños switchs.

4.7. Punto de Acceso (WAP o AP) Un punto de acceso inalámbrico (WAP o AP por sus siglas en inglés: Wireless Access Point) es un equipo hardware configurado en redes Wi-Fi y que hace de intermediario entre el ordenador y la red externa (LAN o Internet). El punto de acceso, hace de transmisor central y receptor de las señales de radio en una red Wireless. Los puntos de acceso normalmente van conectados físicamente por medio de un cable a otro elemento de red. En este caso, el AP estará haciendo también el papel de Router.

16

4.8. Ejemplo de Red Local (LAN)

17

5. Estructura lógica de una red. Modelos de referencia Hasta el momento hemos visto el concepto y tipos de redes, así como los elementos que las componen.Es decir, la estructurafísica de una red. Vamos a hablar ahora con ciertodetalle de la estructura lógica de una red, estudiando las dos arquitecturas de redes más importantes en la actualidad, correspondientes a losmodelos de referenciaOSI (Open Systems Interconnection) y TCP/IP (Transmission Control Protocol/InternetProtocol). Empezaremos definiendo que es eso de Aquitectura de red y Protocolo:

Protocolo: Para que los ordenadores de una red puedan intercambiar información son necesarias, además de la conexión física, unas reglas que determinen cómo se debe enviar y recibir la información. Estas reglas están implementadas en los ordenadores en forma de los llamados protocolos.

Arquitectura de red: Las redes deben admitir una amplia variedad de aplicaciones y

servicios, como así también funcionar con diferentes tipos de infraestructuras físicas. El término arquitectura de red, en este contexto, se refiere a las tecnologías que admiten la infraestructura y a los servicios y protocolos programados que pueden trasladar los mensajes en toda esa infraestructura.

Conviene destacar que la arquitectura es una entidad abstracta, más general que los protocolos. Los protocolos suelen estar incorporados en el sistema operativo, y entre ambos seocupan de las comunicaciones. Otra de las funciones importantes de un protocolo es determinar cómo se identificacada ordenador dentro de la red. Para que un ordenador de una red se pueda comunicarcon otro necesita saber “cómo se llama ese otro”. Esto supone que dentro de una redcada ordenador tiene que tener un “nombre” diferente. Los modelos de referencia son abstracciones para facilitar la comprension de los protocolos de comunicación y la arquitectura de los sistemas. Los modelos están formados por capas o niveles formando "pilas de protocolos o de normas". Cada nivel se comunica con la capa o nivel superior e inferior de la misma pila y con capas análogas de otras pilas. Estos modelos son útiles debido a la existencia de muchas tecnologías, fabricantes y compañías dentro del mundo de las comunicaciones. Al estar en continua expansión, se tuvo que crear un método para que todos pudiesen entenderse de algún modo, incluso cuando las tecnologías no coincidieran. De este modo, no importa la localización geográfica o el lenguaje utilizado, todo el mundo debe atenerse a unas normas mínimas para poder comunicarse entre sí. Esto es sobre todo importante cuando hablamos de la red de redes, es decir, Internet.

18

5.1. Modelo OSI El modelo OSI (Open System Interconnection = Interconexión de sistemas abiertos) es un marco de referencia para la definición de arquitecturas en la interconexión de los sistemas de comunicaciones. Fue creado por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) en el año 1980 y pasó a ser estándar internacional para las comunicaciones en reden el año 1984. El modelo OSI divide en siete capas el proceso de transmisión de la información entre equipos informáticos. Cada una de las siete capas se encarga de ejecutar una determinada parte del proceso global. Las dos únicas capas del modelocon las que interactúa el usuario son la primera capa (capa física) y la última (capa de aplicación).

1. Capa Física: esta capa transmite los bits entre dos entidades (nodos o hosts) directamente conectadas. Sus principales funciones son:

Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados, cable coaxial, microondas, fibra óptica, etc.

Definir las características de los componentes y conectores que se van a usar en la transmisión de los datos.

Si la información se transmite por señales eléctricas se especifican los voltajes permitidos y su significado (1 ó 0) y análogamente para el caso de fibra óptica.

Garantizar la conexión (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico), pero no la fiabilidad de dicha conexión.

Los hubs y repetidores son dispositivos de capa física (trabajan a este nivel).

2. Capa de enlace de datos: su principal función es ofrecer un servicio de comunicación

fiable a partir de los servicios que recibe de la capa física. Esto supone que se realice detección de errores. A diferencia de la capa física, que transmitía los bits de manera continua, la capa de enlace transmite los bits en grupos denominados tramas (frames). Los switchs son dispositivos de capa de enlace de datos.

3. Capa de red: Esta es la capa que tiene conciencia de la topología de la red, y se ocupa de decidir por que ruta va a ser enviada la información. Es decir, su objetivo es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados directamente. La decisión de la ruta a seguir puede hacerse de forma estática (siempre la misma) o de forma dinámica (en base a información obtenida de otros nodos sobre el estado de la red). Los dispositivos que realizan esta tarea son los routers, como ya sabíamos.

19

De forma análoga a la capa de enlace la capa de red maneja los bits en grupos discretos que aquí recibenel nombre de paquetes (packet)

4. Capa de transporte: Está encargada de efectuar el transporte de los datos (contenidos en una TPDU o Unidad de Datos de Protocolo de Transporte) de la máquina origen a la de destino, independientemente del tipo de red física que esté utilizando. Es la primera capa que realiza una comunicación extremo-a-extremo. La principal función de la capa de transporte es fragmentar de forma adecuada los datos recibidos de lacapa superior (sesión) para transferirlos a la capa de red, y asegurar que los fragmentos llegan y sonrecompuestos correctamente en su destino.

5. Capa de sesión: Se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos equipos. Tiene la capacidad de asegurar que la sesión establecida entre dos equipos se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. La capa de sesión es la primera que es accesible al usuario, y es su interfaz más básica con la red. Porejemplo, mediante los servicios de la capa de sesión un usuario podría establecer una conexión comoterminal remoto de otro ordenador. Su unidad de datos se llama SPDU.

6. Capa de presentación: Hasta aquí nos hemos preocupado únicamente de intercambiar bits entre dos usuarios ubicados en dos ordenadores diferentes. Lo hemos hecho de manera fiable y entregando los datos a la capa de sesión, es decir al usuario, pero sin tomar en cuenta el significado de los bits transportados. La capa de presentación se ocupa de realizar las conversiones necesarias para asegurar que dichos bits se presentan al usuario de la forma esperada. Por tanto, la capa de presentación actúa como traductor. Se encarga de la representación de la información, concretamente de la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos. Permite cifrar los datos y comprimirlos. Su unidad de datos se llama PPDU.

7. Capa de aplicación: La capa de aplicación comprende los servicios que el usuario final está acostumbrado a utilizar en una red informática. Ofrece, por tanto, a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como el correo electrónico (SMTP), servidor de ficheros (FTP), navegación web (HTTP), etc. Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas. Su unidad de datos se llama APDU.

20

5.2. Modelo TCP / IP En 1969, la agencia ARPA (Advanced Research Projects Agency), del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, inició un proyecto de interconexión de ordenadoresmediante redes telefónicas que concluyó en 1972 creando una red denominada ARPAnet, la primera de este tipo que operó en el mundo. ARPAnet fue creciendo paulatinamente, y pronto se hicieron experimentos utilizando otros medios detransmisión de datos (enlaces por radio y vía satélite). Los protocolos existentes tuvieronproblemas para trabajar con estas nuevas redes, por lo que se diseñó un nuevo conjunto o pila de protocolos, ycon ellos una arquitectura. Este nuevo conjunto se denominó TCP/IP (Transmission ControlProtocol/Internet Protocol) nombre que provenía de los dos protocolos más importantes que componían lapila; la nueva arquitectura se llamó sencillamente modelo TCP/IP. El modelo TCP/IP consta de cuatro capas:

1. Capa de Acceso a la Red: Esta capa engloba realmente las funciones de las dos primeras capas del modelo OSI (capa física y capa de enlace de datos). El modelo TCP/IP no dice gran cosa respecto a ella, salvo que debe ser capaz de conectar el host a la red por medio de algún protocolo que permita enviar paquetes IP. Podríamos decir que para el modelo TCP/IPesta capa se comporta como una ‘caja negra’.

2. Capa de Internet: Su papel equivale al desempeñado por la capa de red en el modelo

OSI, es decir, se ocupa de encaminar los paquetes de la forma más conveniente para que lleguen a su destino, y de evitar que se produzcan situaciones de congestión en los nodos intermedios. Los paquetes pueden llegar desordenados a su destino, en cuyo casoes responsabilidad de las capas superiores en el nodo receptor la reordenación para que sean presentadosal usuario de forma adecuada. A diferencia de lo que ocurre en el modelo OSI, donde los protocolos para nada intervienen en ladescripción del modelo, la capa internet define aquí un formato de paquete y un protocolo, llamado IP(Internet Protocol), que se considera el protocolo 'oficial' de la arquitectura.

3. Capa de Transporte: Esta capa recibe el mismo nombre y desarrolla la misma función que

la cuarta capa del modelo OSI,consistente en permitir la comunicación extremo a extremo (host a host) en la red. Aquí se definen dosprotocolos:

TCP (Transmission Control Protocol): ofrece un serviciofiable, con lo que lospaquetes (aquí llamados segmentos) llegan ordenados y sin errores. Ejemplos de protocolos de aplicación que utilizan TCP son el SMTP (Simple Mail Transfer Program, correo electrónico) y el FTP (File Transfer Protocol).

UDP (User Datagram Protocol): ofrece un servicio no fiable. No realiza control de

errores. Una aplicación típica donde se utiliza UDP es la transmisión de voz y vídeo en tiempo real;, donde el retardo que introduciría el control de errores produciríamás daño que beneficio: es preferible perder algún paquete que retransmitirlo fuera de tiempo.

21

4. Capa de Aplicación: Esta capa desarrolla las funciones de las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo OSI. La experiencia ha demostrado que las capas de sesión y presentación son de poca utilidad, debido a su escaso contenido, por lo que la aproximación adoptada por el modelo TCP/IP parece mas acertada. La capa de aplicación contiene todos los protocolos de alto nivel que se utilizan para ofrecer servicios alos usuarios. Entre estos podemos mencionar: terminal virtual (TelNet), transferencia de ficheros (FTP), correo electrónico (SMTP), servidorde nombres (DNS), servicio de noticias (NNTP), servicio Web (HTTP), etc.

6. Direccionamiento IP Una vez instalado el protocolo TCP/IP, cada nodo o elemento de una red (host) debe tener ‘nombre’, debe estar identificado mediante una dirección IP, que és única para cada host de la red. La dirección IP está formada por un conjunto de cuatro cifras decimales de un byte u octeto(8 bits) separadas por puntos. Cada cifradecimal consta de un valor comprendido entre 0 y 255. Por ejemplo, la siguiente sería una dirección IP: 195.235.165.34 Cada dígito decimal se corresponde con un valor binario, que es el que realmente se transmite. Por ejemplo, la dirección IPanterior quedaría en binario de la siguiente forma:

22

6.1. Máscara de subred

En una red pueden crearse distintas subredes. Para diferenciar los equipos que pertenecen a las distintas subredesse utilizan las máscaras de subred, que también se componen de 32 bits separados en cuatro octetos. La dirección IP de una máquina se compone de dos partes cuya longitud puede variar:

Bits de red: definen la red a la que pertenece el equipo.

Bits de host: distinguen a un equipo de otro dentro de la red. Los bits de red siempre están a la izquierda, y los de host, a la derecha. Por ejemplo, la dirección IP 195.10.20.4 conmáscara 255.255.255.0 indica que hacemos referencia a un nodo que está en la red 195.10.20 y que es el nodo 4. Sin embargo, la misma dirección 195.10.20.4, pero con máscara 255.255.0.0, hace referencia al nodo 4 de lasubred 20, que a su vez está en la red 195.10 6.2. Clases de direcciones IP Hay tres clases de direcciones IP: clase A, clase B y clase C.

Clase A: para los servidores de Internet (hosts de Internet). Se conocen como IP públicas. Clase B: para las medianas o grandes empresas que poseen ordenadores por todo el

mundo. Clase C: se reservan para las redes LAN.

Las direcciones de clase B y C son IP privadas. Cadaclase de red permite una cantidad fija de equipos y se distingue por el primer conjunto de dígitos de sudirección.

En la mayoría de las redes LAN que se instalan en la actualidad se usa un identificador de red típico que no produce conflictos con Internet: 192.168.1.X o bien 192.168.0.X. Cada equipo tendrá un identificador de host entre 1 y 255 en el lugar donde aparece la X.

23

6.3. Puerta de enlace

Una puerta de enlace es un dispositivo que sirve como enlace entre dos redes informáticas, es decir, es el dispositivo que conecta y dirige el tráfico de datos entre dos redes o más. Generalmente,en redes domésticas, ese dispositivo es el routerque conecta la red local de la casa (LAN) con Internet (WAN). En las empresas, muchas veces es un ordenadorel que dirige el tráfico de datos entre la red local y la red exterior, ytambién desempeña otras funciones de seguridad.

6.3.1. NAT Como acabamos de ver, lo normal es que una LAN tenga direcciones de clase C. Entonces,¿cómo pueden confluir las distintas LAN en Internet, donde los hosts suelen tener direcciones de clase A? Cada vez que una LAN "sale" a Internet, el Proveedor de Internet (ISP) asigna a esa LAN una dirección IP dentro de la nueva red. Esta dirección es una IP de clase A que puede obtenerse de forma dinámica (puede cambiar en cada conexión) o fija (siempre será la misma IP). Al ser una dirección pública, la red LAN actúa como cualquier otro host en Internet y puede obtener los recursos necesarios de ella (WEB, FTP, POP3, etc.). El dispositivo que obtiene la dirección pública es la puerta de enlace (en adelante, supondremo que es un router). El router tienen dos direcciones IP:

Dirección privada: para comunicarse con el resto de los nodos de le red LAN (dirección de puerta de enlace)

Dirección pública: es la obtenida del ISP, para poder identificarse en Internet. Para hacer coincidir una dirección IP pública con una dirección IP de red privada interna, el router usa un sistema de traducción de direcciones denominado NAT (Network Address Translation - Traducción de Dirección de Red). El NAT puede hacer coincidir una dirección IP privada (por ejemplo, 192.168.1.1) con una dirección IP pública (por ejemplo, 80.37.56.178).

24

Los routers tienen integradas las funciones NAT de traducción de IP en su propio software interno que está almacenado en una memoria de tipo Flash que no se borra aunque se desenchufe.

6.3.2. DNS y DHCP Resulta demasiado complicado conocer las distintas direcciones IP de los servidores de Internet. Por ejemplo, si quisieramos acceder a la página web del centro deberíamos conocer la dirección IP del servidor Web donde está alojada (134.0.14.111) pero es mucho más secillo conocer su dirección web (www.cesamaniego.com) y teclearla en nuestro navegador. El DNS (Domain Name System) es un sistema parecido a la guía de teléfonos. En lugar de recordar direcciones IP complicadas, es mucho más sencillo conectar con un host mediante su nombre DNS. El servicio de DNS lo ofrece normalmente el proveedor de Internet (ISP). Por otro lado, el DHCP (Dynamic Host Configuraron Protocol), es un protocolo de red que permite a los nodos de una red obtener sus parámetros de configuración IP automáticamente. Generalmente, el router posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los equipos de la red conforme éstos se van conectando.

25

6.4. Dimensionado de una red. Subredes. Vamos a comenzar recordando las operaciones simples con el sistema binario. Pasar de decimal a binario: se divide sucesivamente por 2 y se toman los cocientes en orden inverso. Por ejemplo:

El número decimal 25 en binario será 11001.

Pasar de binario a decimal: sumamos el valor de las potencias 2posicióndonde se encuentren los 1, teniendo en cuenta que la posición 0 es la del dígito más a la derecha. Por ejemplo:

El número binario 11001 corresponde al número decimal 20 + 23 + 24 = 1 + 8 + 16 = 25

Ahora el ejemplo básico: Tenemos la direccion IP 192.168.1.5 con mascara de subred 255.255.255.0

1. ¿Que clase de direccion es? 2. ¿Es una direccion de red o una direccion de host? 3. ¿Que tiene que ver la mascara con la IP?

Estas preguntas son las que debemos tener claras antes de seguir: 1. Esa direccion está dentro de la clase C (192-223), y es una direccion privada. 2. Para saber si es una direccion de red o de host tomaremos la direccion IP completa y la mascara de subred completa, las convertiremos a binario y haremos una operacion AND, entre los dos numeros:

Como vemos, la operación nos da que la dirección de red es 192.168.1.0 (dirección del router o puerta de enlace), entonces la dirección 192.168.1.5 es una dirección que fue asignada a un host

Operación AND 1 AND 0 = 0 1 AND 1 = 1 0 AND 1 = 0 0 AND 0 = 0

26

interno de la red (un ordenador, por ejemplo). Por tanto, utilizamos la máscara de subred para averiguar cuál es la primera dirección IP de una red (respuesta a la pregunta 3). 6.4.1. Dimensionado de una red Vamos a aprender a dimensionar una red con el siguiente ejemplo: En una oficina trabajan 12 personas, cada una con su ordenador. Además, se necesita que cada una de ellas tenga acceso desde su puesto de trabajo a una impresora y un escaner. Si la dirección IP de la puerta de enlace es 192.168.1.0, dimensiona la red y asigna direcciones IP al resto de equipos. Pasos a seguir para resolver el problema:

1. Averiguar cuantas direcciones IP necesito: Tenemos 12 ordenadores, 1 impresora y 1 escaner, necesitaremos 14 direcciones IP. Como 24- 2= 14, utilizando los primeros cuatro bits de la dirección IP tengo suficiente para dimensionar mi red (con n bits puedo asignar 2n-2 direcciones IP para host ya que la primera y última no se pueden usar)

2. Determinar la máscara de subred: La máscara de subred tienes todos sus bit a 1 menos los correspondientes a la parte de host (los destinados a direcciones IP para los host de la red). En este caso la máscara sería 255.255.255.40:

11111111.11111111.11111111.11110000 255 . 255 . 255 . 240

3. Obtener el rango de direcciones de la red:

Para saber cuandas direcciones IP pueden formar nuestra red restamos a 256 el valor del último byte de la máscara: 256 – 240 = 16 direcciones IP, como ya sabíamos. Como la primera dirección IP es la de red, 192.168.1.0, la última será 192.168.1.15. Ésta tampoco se utiliza para asignarla en un host interno de la red porque se reserva para servicios de broadcast (enviar información a toda la red a la vez).

4. Asignar direcciones IP a los hosts internos de la red:

El rango de nuestra red va desde 192.168.1.0 hasta 192.168.1.15 pero sólo podemos utilizar desde 192.168.1.1 hasta 192.168.1.14, como hemos visto.

Como norma general, las primeras direcciones a partir de la dirección de red se asignan a los recursos compartidos en red (impresoras, servidores, etc). Las siguientes serán para ordenadores. Así, el reparto sería:

192.168.1.0 – para el router (puerta de enlace) 192.168.1.1 – para el escaner 192.168.1.2 – para la impresora 192.168.1.3 a 192.168.1.14 – para los 12 ordenadores 192.168.1.15 – servicio broadcast

27

…

Al utilizar 4 bits para dimensionar la red no nos queda libre niguna dirección, no hay reserva para futuras ampliaciones de la red. Si la empresa, por ejemplo, contratase mástrabajadores, habría que modificar el diseño. En la práctica se habría tomado un quinto bit (25 - 1= 31), para tener direcciones IP de reserva.

6.4.2. Subredes

A medida que las redes crecen, presentan problemas que pueden reducirse dividiendo la red en redes interconectadas más pequeñas. Los problemas comunes con las redesgrandes son:

Degradación de rendimiento Temas de seguridad Administración de direcciones

En lugar de tener todos los hosts conectados en cualquier parte a una vasta red global, es máspráctico y manejable agrupar los hosts en redes específicas. Los factores que influyen para separarlos host en grupos reducidos son:

Ubicación geográfica Propósito Propiedad.

Una subred es una red lógica, creada apartir de una red principal.Para crearla debemos tomar bits prestados del número destinado a los host:

192.168.1.0

192.168.1.1 192.168.1.2 192.168.1.14 192.168.1.3

12 PCs

28

Veamos el uso de subredes con un ejemplo: En una oficina trabajan 20 personas, cada una con su ordenador, repartidas en dos departamentos. En el departamento de Ingeniería trabajan 12 ingenieros y en el departamento de Administración, 8 administrativos. Además, en cada departamento hay una impresora en red para uso exclusivo del departamento. Si la dirección IP de la puerta de enlace es 192.168.1.0, dimensiona la red y asigna direcciones IP al resto de equipos. Pasos a seguir para resolver el problema:

1. Averiguar cuantas direcciones IP necesito: Tenemos 20 ordenadores y 2 impresoras. Necesitaremos 22 direcciones IP. Como 25 - 2= 30, utilizando los primeros cinco bits de la dirección IP tengo suficiente.

2. Determinar la máscara de subred: Con n bits puedo crear 2n subredes. Por tanto, con 1 bit tendré 2 subredes, una para cada departamento. Así que, a los 5 bits utilizados antes (bits de host) le quito un bit para diferenciar entre subred de Ingeniería y subred de Administración:

11111111.11111111.11111111.11110000 255 . 255 . 255 . 240

3. Obtener el rango de direcciones de la red:

Para saber cuandas direcciones IP pueden formar nuestra red restamos a 256 el valor del último byte de la máscara: 256 – 240 = 16, por lo que cada subred admite 16 direcciones IP.

Subred Ingeniería: de 192.168.1.0 a 192.168.1.15 Subred Administración: de 192.168.1.16 a 192.168.1.31

Ya sabemos que la primera y última dirección IP de cada subred no se usan para asignar a equipos.

4. Asignar direcciones IP a los hosts internos de cada subred:

Subred Ingeniería:

192.168.1.0 – para el router (puerta de enlace) 192.168.1.1 – para la impresora 192.168.1.2 a 192.168.1.13 – para los 12 ordenadores 192.168.1.14 – sin asignar 192.168.1.15 – servicio broadcast

Subred Administración:

192.168.1.16 – para el router (puerta de enlace) 192.168.1.17 – para la impresora 192.168.1.18 a 192.168.1.25 – para los 8 ordenadores 192.168.1.26 a 192.168.1.30 – sin asignar 192.168.1.31 – servicio broadcast

29

192.168.1.16 192.168.1.0

Departamento de Administración

Departamento de Ingeniería

192.168.1.1 192.168.1.17 12 ordenadores de 192.168.1.2 a 192.168.1.13

8 ordenadores de 192.168.1.18 a 192.168.1.25