Fundamentos de redes para Oposiciones TAI: Guía Completa

Fundamentos de redes

Una red informática es un conjunto de dispositivos interconectados que permiten el intercambio de información y la compartición de recursos mediante medios físicos o inalámbricos.

Los dispositivos conectados a una red pueden ser:

• Ordenadores.
• Servidores.
• Impresoras.
• Dispositivos móviles.
• Sistemas IoT.
• Equipos de red como routers y switches.

El objetivo principal de una red es permitir la comunicación entre dispositivos, facilitando el acceso a datos, aplicaciones y servicios.

Elementos básicos de una red

Una red está formada por diferentes componentes necesarios para la comunicación.

Dispositivos finales (hosts)

Son los equipos que generan o reciben información dentro de la red.

Ejemplos:

• Ordenadores.
• Servidores.
• Smartphones.
• Impresoras de red.

Cada dispositivo debe disponer de una identificación dentro de la red, normalmente mediante una dirección IP.

Dispositivos intermediarios

Son equipos encargados de conectar dispositivos y dirigir el tráfico de datos.

Los principales son:

Comunicación en una red

Para que dos dispositivos puedan comunicarse necesitan:

• Un medio de transmisión.
• Un protocolo común.
• Una dirección de origen y destino.
• Un mecanismo de encaminamiento.

El proceso básico es:

Equipo origen

↓

Encapsulación de datos

↓

Red

↓

Desencapsulación

↓

Equipo destino

Durante la comunicación, los datos son divididos y encapsulados en unidades llamadas:

• Tramas (Capa 2).
• Paquetes (Capa 3).
• Segmentos (Capa 4).

Tipos de redes según su alcance

Las redes pueden clasificarse según la distancia que abarcan.

PAN (Personal Area Network)

Red de área personal.

Características:

• Alcance reducido.
• Comunicación entre dispositivos cercanos.
• Uso habitual mediante Bluetooth.

Ejemplos:

• Reloj inteligente conectado al móvil.
• Auriculares inalámbricos.

LAN (Local Area Network)

Red de área local.

Características:

• Área limitada como una vivienda, oficina o edificio.
• Alta velocidad.
• Administración privada.

Ejemplos:

• Red de una empresa.
• Red doméstica.

MAN (Metropolitan Area Network)

Red de área metropolitana.

Características:

• Mayor alcance que una LAN.
• Puede cubrir una ciudad o zona urbana.
• Normalmente conecta varias LAN.

Ejemplo:

• Red de una universidad con varios campus.

WAN (Wide Area Network)

Red de área extensa.

Características:

• Grandes distancias geográficas.
• Conecta redes LAN y MAN.
• Utiliza infraestructuras de operadores.

Ejemplos:

• Internet.
• Redes corporativas internacionales.

Topologías de red

La topología define cómo están conectados físicamente o lógicamente los dispositivos de una red.

Topología en bus

Todos los dispositivos comparten un único medio de transmisión.

Características:

• Instalación sencilla.
• Bajo coste.
• Si falla el cable principal, afecta a toda la red.

Topología en estrella

Todos los dispositivos se conectan a un equipo central, normalmente un switch.

Características:

• Fácil administración.
• Permite detectar fallos fácilmente.
• Es la topología más utilizada actualmente.

        PC

         |

PC —— Switch —— PC

         |

       Servidor

Topología en anillo

Los dispositivos forman un circuito cerrado.

Características:

• Los datos circulan siguiendo un sentido determinado.
• Un fallo puede afectar a la comunicación.

Topología en malla

Cada dispositivo puede estar conectado con varios nodos.

Características:

• Alta disponibilidad.
• Redundancia.
• Mayor coste y complejidad.

Ejemplo:

• Redes de operadores.
• Redes críticas.

Modelo OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un modelo de referencia que divide la comunicación de red en siete capas.

Su objetivo es facilitar el diseño, desarrollo y resolución de problemas en redes.

Modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP es el modelo utilizado realmente en Internet.

Está formado por cuatro capas:

Protocolos asociados:

Protocolos de red

Un protocolo es un conjunto de reglas que permite la comunicación entre dispositivos.

TCP

Transmission Control Protocol

Características:

• Orientado a conexión.
• Garantiza entrega.
• Controla errores.
• Mantiene el orden de los datos.

Ejemplos:

• HTTP/HTTPS.
• FTP.
• SMTP.

UDP

User Datagram Protocol

Características:

• No orientado a conexión.
• Menor latencia.
• No garantiza entrega ni orden.

Ejemplos:

• Streaming.
• Videollamadas.
• Juegos online.

ICMP

Internet Control Message Protocol

Se utiliza para enviar mensajes de control y diagnóstico.

Ejemplos:

• Ping.
• Traceroute.

Funciones:

• Detectar errores.
• Informar de problemas de red.
• Comprobar conectividad.

Ethernet

Ethernet es la tecnología más utilizada en redes LAN cableadas.

Está definida principalmente por el estándar IEEE 802.3.

Características:

• Utiliza direcciones MAC.
• Normalmente emplea cable de par trenzado o fibra óptica.
• Permite velocidades desde Mbps hasta varios Gbps.

Elementos principales:

• Tarjeta de red (NIC).
• Cableado.
• Switches.
• Tramas Ethernet.

Redes inalámbricas WiFi

WiFi permite la conexión de dispositivos mediante ondas de radio.

Está basado en la familia de estándares IEEE 802.11.

Características:

• Movilidad de usuarios.
• Fácil instalación.
• Menor seguridad que una red cableada si no se configura correctamente.

Elementos:

• Punto de acceso.
• Clientes inalámbricos.
• SSID.
• Seguridad mediante WPA/WPA2/WPA3.

Direcciones MAC

Una dirección MAC (Media Access Control) es un identificador único asociado a una tarjeta de red.

Características:

• Tiene 48 bits.
• Se representa en hexadecimal.
• Pertenece a la Capa 2 del modelo OSI.

Ejemplo:

00:1A:2B:3C:4D:5E

Diferencias con IP:

Direcciones IP

Una dirección IP identifica un dispositivo dentro de una red.

Existen dos versiones principales:

IPv4

Características:

• 32 bits.
• Formato decimal separado por puntos.
• Ejemplo: 192.168.1.10.

IPv6

Características:

• 128 bits.
• Mayor espacio de direccionamiento.
• Formato hexadecimal.

Ejemplo:

2001:0db8::1

Puertos de red

Los puertos permiten identificar aplicaciones concretas dentro de un dispositivo.

Una comunicación se identifica mediante:

IP origen + Puerto origen

↓

IP destino + Puerto destino

Ejemplos:

DNS

El Domain Name System (DNS) traduce nombres de dominio a direcciones IP.

Ejemplo:

www.ejemplo.com

↓

93.184.216.34

Componentes:

• Cliente DNS.
• Servidor DNS.
• Registros DNS.

Tipos habituales:

DHCP

El Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) asigna automáticamente parámetros de red a los dispositivos.

Proporciona:

• Dirección IP.
• Máscara de red.
• Puerta de enlace.
• Servidores DNS.

Proceso básico:

DHCP Discover

↓

DHCP Offer

↓

DHCP Request

↓

DHCP ACK

NAT

El Network Address Translation (NAT) permite modificar direcciones IP en los paquetes.

Su uso principal es permitir que múltiples dispositivos con IP privada compartan una única IP pública.

Ejemplo:

PC 192.168.1.10

PC 192.168.1.11

        ↓

Router NAT

        ↓

IP pública

Ventajas:

• Ahorro de direcciones IPv4.
• Ocultación de la red interna.

Seguridad básica en redes

Los principales mecanismos de seguridad son:

Firewall

Controla el tráfico permitido o bloqueado.

Funciones:

• Filtrado de paquetes.
• Control de conexiones.
• Protección frente a accesos no autorizados.

VPN

Una VPN crea un túnel cifrado entre dos puntos.

Usos:

• Acceso remoto seguro.
• Conexión entre sedes.
• Protección en redes públicas.

Cifrado

Protege la confidencialidad de la información.

Ejemplos:

• HTTPS.
• TLS.
• IPsec.

Ventajas e inconvenientes de las redes

Ventajas

• Compartición de recursos.
• Comunicación rápida.
• Acceso remoto.
• Administración centralizada.
• Reducción de costes.

Inconvenientes

• Riesgos de seguridad.
• Dependencia de la infraestructura.
• Complejidad de administración.
• Posibles fallos de conectividad.

Errores habituales

• Confundir switch con router.
• Pensar que IP y MAC cumplen la misma función.
• Confundir TCP con IP.
• Pensar que DNS asigna direcciones IP.
• Confundir puerto con dirección IP.
• No diferenciar OSI y TCP/IP.
• Pensar que una LAN siempre tiene acceso a Internet.

Cómo evitarlos

• Relacionar cada dispositivo con su capa OSI.
• Memorizar qué protocolo pertenece a cada capa.
• Diferenciar identificación local (MAC) y global (IP).
• Comprender el recorrido completo de un paquete.

Relaciones con otros temas

Los fundamentos de redes están relacionados con:

• IPv4.
• IPv6.
• TCP/IP.
• Modelo OSI.
• Routers.
• Switches.
• Seguridad informática.
• Cloud Computing.
• Virtualización.
• Administración de sistemas.

Conceptos clave para recordar

[!NOTE]

• Una red informática permite la comunicación entre dispositivos mediante protocolos.
• Los switches trabajan principalmente en Capa 2 y los routers en Capa 3.
• El modelo OSI tiene 7 capas.
• TCP/IP es el modelo utilizado en Internet.
• IPv4 trabaja en la Capa 3 y utiliza direcciones de 32 bits.
• Ethernet utiliza direcciones MAC de 48 bits.
• TCP proporciona comunicación fiable; UDP proporciona menor latencia.
• DNS traduce nombres de dominio a direcciones IP.
• DHCP asigna automáticamente parámetros de red.
• NAT permite compartir una dirección IP pública entre varios dispositivos.
• Las redes LAN cubren áreas pequeñas y las WAN grandes distancias.