REDES DE ORDENADORES

En este tema se tratará de mostrar como funciona una red de ordenadores tanto desde el punto de vista físico como desde el punto de vista lógico. Intentaremos tocar todos los puntos que nos permitirán conectar equipos informáticos en red como puede ser la configuración de la red, el equipamiento necesario, direccionamiento, cableado, etc. Al finalizar el tema y una vez realizadas todas las actividades se espera que tengamos una visión global de como crear y configurar una red de ordenadores.

1. REDES INFORMÁTICAS

Una red informática es un conjunto de ordenadores conectados entre sí que pueden compartir información, (documentos, imágenes, ...),  recursos (impresoras, discos duros) y servicios. Una red puede estar formada por dos ordenadores o llegar incluso a tener conectados miles de ordenadores repartidos por todo el mundo (como Internet).

Las redes informáticas tienen varias ventajas:

• Racionalizar el uso de recursos, compartiéndolos.

• Abaratamiento de costos.

• Facilidad de intercambio de información entre miembros de un grupo de trabajo.

• Disponibilidad de la información en tiempo real.

En cualquier tipo de red o sistema de comunicación, podemos encontrar un emisor y un receptor de la información. Asimismo, la información viaja a través de un canal o línea de comunicación. Finalmente, para que la información pueda transmitirse por esa línea, debe someterse a un proceso de codificación (cuando se emite) y descodificación (cuando se recibe).

1.1 Tipos de redes

Las redes pueden clasificarse por varios criterios, según su tamaño, según su nivel de acceso o privacidad, según su relación funcional y según su topología, vamos a estudiar las redes informáticas desde cada uno de estos criterios: 

1.1.1 Según su tamaño o zona de cobertura

• Redes de Área Personal (PAN) (Personal Area Networks): Comunica dispositivos en un radio de pocos metros.

• Redes de Área Local (LAN) (Local Area Networks): Redes de pequeña extensión, como en una casa, un instituto, una universidad o una empresa. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de hasta 200 metros. Suelen estar conectadas a través de cable, o por redes inalámbricas (WLAN). Están protegidas y son privadas.

• Redes de Área Metropolitana (MAN) (Metropolitan Area Networks): Cubren una mayor superficie como una ciudad o un municipio. Conectan redes situadas en una ciudad, área industrial o varios edificios. Un ejemplo de ellas pueden ser las redes WiFi gratuitas de las ciudades.

• Redes de Área Extensa (WAN) (Wide Area Networks): Red que abarca varias ubicaciones físicas, proveyendo servicio a una zona, un país, incluso varios continentes. Es cualquier red que une varias redes locales, (LAN), por lo que sus miembros no están todos en una misma ubicación física. Muchas WAN son construidas por organizaciones o empresas para su uso privado, otras son instaladas por los proveedores de internet (ISP) para proveer conexión a sus clientes.

1.1.2 Según su nivel de acceso y privacidad

• Redes públicas. Son aquellas redes cuyo acceso es público y global, de modo que permiten a sus usuarios comunicarse y compartir información y servicios dentro del área pública que abarcan. El ejemplo más claro de red pública y de ámbito mundial es Internet.

• Redes privadas. Son redes restringidas al propietario o a los usuarios que las utilizan (son redes LAN en su mayoría). Cuando en estas redes se utilizan herramientas típicas de la red pública Internet (web, correo electrónico, FTP, etc.) se denominan intranets.

• Redes privadas virtuales (VPN). Son un tipo de redes resultante de la interconexión de varias redes privadas entre sí, aprovechando la infraestructura de una red global.

1.1.3 Según su relación funcional

• Cliente-servidor: redes en las que un ordenador (Servidor) controla y proporciona recursos, permisos y servicios a otros ordenadores (Clientes).

• Redes punto a punto: redes en las que todos los ordenadores tienen el mismo estatus en la red y deciden qué recursos y servicios dan al resto. Cada PC puede hacer de cliente o servidor.

1.1.4 Según el medio de transmisión

Según el medio las redes pueden ser cableadas, inalámbricas o mixtas:

• Redes Cableadas: En las redes cableadas existe un medio físico que comunica los diversos componentes entre sí: cobre o fibra óptica habitualmente. Estas redes son rápidas y seguras. Son las habituales en empresas.

• Redes inalámbricas: En las redes inalámbricas la comunicación entre equipos se lleva a cabo mediante ondas de radio o microondas. Las redes inalámbricas domésticas se denominan redes wifi (Wireless Fidelity). Estas redes son menos rápidas y seguras que las redes cableadas. No obstante, este tipo de redes son cada vez más habituales en hogares, restaurantes, hoteles, medios de transporte, ...

• Redes mixtas: En estas redes existen equipos conectados con cable y equipos conectados de manera inalámbrica.

2. REDES DE AREA LOCAL. ESTRUCTURA DE UNA LAN

La topología de red define la estructura de una red. Una parte de esta definición es la topología física, que es la disposición real de los cables o medios. La otra parte es la topología lógica, que define la forma en que los equipos acceden a los medios para enviar datos. 

Factores que influyen en la topología de red:

• Distribución espacial de los dispositivos.

• Tráfico que soporta la red.

• Presupuesto.

Podemos clasificar las topologías en puras y mixtas:

• Topologías puras: ANILLO, BUS y ESTRELLA.

• Topologías mixtas: ÁRBOL. 

3. COMPONENTES DE UNA RED

3.1 La tarjeta de red

También denominada NIC (Network Interface Card), es la interfaz que permite conectar nuestro equipo a la red. Transforman las ondas de los cables de red a lenguaje informático. Normalmente se instalan en las ranuras de expansión de nuestro equipo, o a través del puerto USB (en algunas tarjetas sin cable).

Cada tarjeta tiene un identificador hexadecimal único de 6 bytes, denominado MAC (media access control). Los tres primeros bytes, denominados OUI, son otorgados por el IEEE, y los otros 3 bytes, denominados NIC, son responsabilidad del fabricante, de manera que no puede haber dos tarjetas con el mismo identificador MAC.

Existen, básicamente, dos tipos de tarjetas de red en función si la conexión es mediante cable o de manera inalámbrica:

3.2 Dispositivos electrónicos de interconexión

Centralizan todo el cableado de una red. De cada equipo sale un cable que se conecta a uno de ellos. Por tanto, tienen que tener, como mínimo, tantos puntos de conexión o puertos como equipos queramos conectar a nuestra red. Hay dos tipos de dispositivos, denominados:

• Concentrador o Hub.

• Conmutador o Switch.

3.2.5 Estaciones de trabajo (Workstations)

Son los ordenadores que utilizamos para conectarnos a la red.

3.2.6 Servidores (Opcionales)

Un servidor es una aplicación en ejecución (software) capaz de atender las peticiones de un cliente y devolverle una respuesta en concordancia. Los servidores se pueden ejecutar en cualquier tipo de ordenador.

• Servidores dedicados: Un servidor dedicado es un ordenador comprado o arrendado que se utiliza para prestar servicios dedicados, generalmente relacionados con el alojamiento web y otros servicios en red. A diferencia de lo que ocurre con el alojamiento compartido, en donde los recursos de la máquina son compartidos entre un número indeterminado de clientes, en el caso de los servidores dedicados generalmente es un solo cliente el que dispone de todos los recursos de la máquina para los fines por los cuales haya contratado el servicio.

• Servidores no dedicados: Los no dedicados son aquellos que ejecutan varias aplicaciones y que por lo tanto se dedican a más de una tarea. No dedicándose en exclusiva a ninguna, sino que reparte su tiempo de procesador entre varias aplicaciones.

4. PROTOCOLOS DE RED

Son las reglas y especificaciones técnicas que siguen los dispositivos conectados. Si cada uno de ellos “hablase” de manera distinta, la comunicación se haría imposible.

Símil con el lenguaje humano: para que dos individuos se puedan comunicar, tienen que hablar el mismo idioma, o dos lenguas que ambos comprendan. Si queremos comunicarnos con alguien que no habla nuestra lengua podemos buscar un traductor. En las redes, la función de traducción la realizan tanto las tarjetas de red como los routers.

El protocolo más utilizado actualmente, tanto en redes locales como en Internet, es el TCP/IP.

4.1 El Sistema Binario, el lenguaje de los ordenadores

Desde la época romana, el ser humano  viene utilizando 10 símbolos (desde el 0 hasta el 9) para representar los datos numéricos, esta forma de representación recibe el nombre de  Sistema Decimal, algunas opiniones apuntan a que se eligieron diez símbolos por el número de dedos de las manos que siempre nos han servido de ayuda para contar.

Nosotros, como humanos podemos diferenciar rápidamente un número de un texto o de un símbolo. Cuando se empezaron a diseñar los ordenadores se vio que el ordenador no tenía la capacidad de identificar rápidamente estos datos y se llegó a la conclusión de que era mucho más fácil construir máquinas capaces de representar la información utilizando sólo 2 símbolos, el 0 y el 1. Esta forma de representar la información se conoce como Sistema Binario. 

 Por ello, todos los ordenadores necesitan codificar la información del mundo real al equivalente binario entendible por el ordenador. Desde los inicios de la informática la codificación ha sido uno de los mayores inconvenientes, sobre todo, por la fata de acuerdo en el mundo en cuanto a la representación de la información. No obstante, hoy en día ya tenemos numerosos estándares para representar la información. 

De forma resumida, podemos decir que la información que maneja un ordenador maneja: Números y Texto. Cualquier otro tipo de información (imagen, sonido, vídeo,...) se considera binaria (aunque como ya hemos comentado, toda la información que maneja un ordenador es binaria).

Por lo tanto, el Bit ( Binary Digit = Digito Binario ) es la unidad más pequeña de datos que puede almacenarse en un ordenador. 

4.2 El protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP permite la comunicación entre ordenadores u otros aparatos electrónicos con diferentes sistemas operativos y de tipos muy distintos a través de redes de comunicación de características muy dispares. Se trata del protocolo primario que regula las comunicaciones en internet. Realmente es un conjunto de protocolos que incluye entre otros a los protocolos TCP e IP:

• TCP: Transmission Control Protocol (protocolo de control de la transmisión). Se encarga de dividir los mensajes en pequeñas porciones, los empaqueta, los númera y añade información con el fin de que, cuando los paquetes de datos lleguen al equipo receptor, este sepa cómo organizarlos y además compruebe si se ha producido alguna pérdida o deterioro de la información. 

• IP: Internet Protocol (protocolo de internet). Dirige los paquetes por las distintas redes que forman internet e identifica los equipos. Para ello emplea las direcciones IP de los servidores, de los clientes o de los dispositivos de red. 

4.3 La dirección IP

El nivel de red del modelo TCP/IP también recibe el nombre de Nivel de Internet, y se encarga del direccionamiento y de guiar los datos a través de la red desde la máquina origen a la destino.

Para que dos máquinas puedan comunicarse a través de internet deben poder identificarse y localizarse entre sí, esta es la finalidad de la dirección IP. Cada máquina que esté conectada a una red tendrá una dirección IP única. 

Una dirección IP es un número que identifica un equipo dentro de una red que utilice el protocolo IP. No debe confundirse la dirección IP con la dirección MAC, que es un número fijo que es asignado a la tarjeta de red por el fabricante y no se puede cambiar, mientras que la dirección IP si se puede cambiar. 

La dirección IP está formada por la concatenación de dos campos, que crean una dirección única para cada dispositivo conectado a la red. Estos campos son:

• Identificador de red: Esta parte de la dirección IP es única en toda internet y la gestiona IANA (Internet Assigned Numbers Authority, Autoridad de números asignados en Internet).

• Identificador de la máquina o host dentro de esa red. 

La longitud de cada uno de esos campos depende de la clase de dirección IP, esto lo veremos más adelante en este tema.

Una dirección IPv4 es una secuencia de 32 bits que, para mayor comodidad y facilidad de uso, suelen representarse como una secuencia de cuatro números entre 0 y 255 separados por puntos. Esta forma de escribir la dirección IPv4 se conoce como formato decimal punteado. La siguiente figura muestra un ejemplo de dirección IPv4.

IPv4 con sus 32 bits permite 4.294.967.296 direcciones de red diferentes lo cual, aunque parezca mentira, limita el crecimiento de internet. Esta limitación provocó que IETF (Internet Engineering Task Force, Grupo de Trabajo en Ingeniería de Internet) propusiera IPv6. Este protocolo permite trabajar con 128 bits para la gestión de direcciones.  

4.3.1 Clases de IP

Existen cinco clases de direcciones IPv4, tal y como muestra la siguiente figura. 

• Las direcciones de clase A se asignan a las redes de gran tamaño ya que podrían tener más de 16 millones de hosts. Las direcciones 0.X.X.X y 127.X.X.X no se utilizan ya que están reservadas para funciones de test. La dirección 127.0.0.1 identifica al host local ( es decir, la dirección de la propia máquina). Los routers o las máquinas locales pueden utilizar esta dirección para enviar paquetes hacia ellos mismos. Estas direcciones tienen 8 BITS DE RED Y 24 BITS DE HOSTS.

• Las direcciones de clase B se asignan a las redes de tamaño medio, de hasta unos 65.534 hosts. Estas direcciones tienen 16 BITS DE RED Y 16 BITS DE HOSTS.

• Las direcciones de clase C se asignan a las redes pequeñas, de hasta 254 hosts. Estas direcciones tienen 24 BITS DE RED Y 8 BITS DE HOSTS.

• Las direcciones de clase D están reservadas para multicasting, que se suele utilizar para direccionar grupos de hosts en un área limitada. Esto permite que una máquina envíe paquetes a múltiples receptores.

• Las direcciones de clase E las reserva el IETF para investigación.

En cualquier clase, NO está permitido el utilizar como número de host las combinaciones formadas por todos los bits a 0 o a 1. 

Si el número de host está formada por bits a 0 nos estamos refiriendo a la red en sí, mientras que si está formado íntegramente por bits a 1 se trata de una dirección Broadcast, es decir, que hace referencia a todos los equipos de la red. 

De esta manera, por ejemplo, la dirección 194.32.56.255 es la dirección de Broadcast de la red clase C 194.32.56.0.

La siguiente tabla nos muestra un resumen del número de redes y su tamaño para cada una de las clases de dirección:

Por tanto para identificar que tipo de dirección es vamos a centrarnos en el valor del primer octeto o byte de la dirección de manera que:

• En las direcciones clase A el primer octeto puede ir desde 1 a 126.

• En las direcciones clase B el primer octeto puede ir desde 128 a 191.

• En las direcciones clase C el primer octeto puede ir desde 192 a 223. 

Y también resumiendo:

• En las direcciones clase A usamos el primer octeto para identificar la red y los otros tres octetos para los host de la red.

• En las direcciones clase B usamos el primer y segundo octeto para identificar la red y los otros dos para los host de la red.

• En las direcciones clase C usamos el primer, segundo y tercer octeto para identificar la red y el último octeto para los host de la red.

4.3.2 Subredes y Máscaras de red

En el enlace que está a continuación hay una información muy interesante y más extensa sobre este punto y lo que a continuación se va a desarrollar:

ENLACE INTERESANTE

Mediante el uso de dispositivos físicos de interconexión podemos dividir una red tipo A, B o C en partes o segmentos más pequeños para incrementar su eficacia. Los segmentos de red separados por routers reciben el nombre de subredes. 

Esto nos permite organizar una red en distintas subredes en las cuales los equipos de una subred no podrán comunicarse con los equipos de otra subred.

Según lo anterior, podemos afirmar que dos nodos cuyo identificador de red sea el mismo estarán en la misma red.

Para identificar a las subredes se toman prestados algunos de los bits más significativos (es decir, más a la izquierda) del identificador del nodo y se añaden al identificador de red de la dirección IP, esto nos da el identificador de la subred.

El número de bits que se tomarán del identificador de nodo lo determina la máscara de red (también llamada máscara de subred). Los nodos que comparten el mismo identificador de subred pertenecen por lo tanto a la misma subred.

La máscara de red es un patrón formado por cuatro bytes que determinan qué parte de la dirección IP identificarán a la subred y qué parte al nodo dentro de dicha subred. Los bits de la mascara de red que están a 1 determinan qué parte de la dirección IP identifica a la subred, mientras que los bits a 0 determinan el identificador del nodo.

Para facilitar la escritura, a menudo usamos la longitud de la máscara para representar una dirección IP + máscara: 192.168.1.1 255.255.255.0 es equivalente a 192.168.1.1/24. Como 255.255.255.0 está escrito en binario, hay 24 de izquierda a derecha, por lo que también decimos que su longitud de máscara es 24.

Podemos tomar la máscara /24 como la base. La máscara /24 nos da la posibilidad de 256 host. SI vamos a la /23 es como multiplicar por 2 por lo que tendríamos 512 y si vamos a la /25 es como dividir por 2.

De forma predeterminada, para una dirección IP de clase A, el primer octeto es el bit de red y los otros bits son el bit de host. Por lo tanto, la máscara predeterminada de la dirección de clase A es 255.0.0.0 o la longitud es / 8. 

Los primeros dos octetos de la dirección IP de clase B son bits de red y los dos últimos octetos son bits de host, por lo que la máscara predeterminada de una dirección de clase B es 255.255.0.0 o / 16. 

Los primeros tres octetos de direcciones de clase C son bits de red y el siguiente octeto son bits de host, por lo que la máscara predeterminada de direcciones de clase C es 255.255.255.0 o / 24. 

Desde aquí podemos ver que si solicita un espacio de direcciones Clase A: 123.0.0.0/8, entonces este es un espacio de direcciones muy grande porque este espacio tiene 2 elevado a 24 de direcciones IP. Por el contrario, un espacio de direcciones de red IP de Clase B tiene de 2 a 16 direcciones IP de forma predeterminada, mientras que las direcciones de Clase C tienen incluso menos.

A continuación se muestran un par de videos donde podemos ver como funcionan las máscaras para dividir en subredes:

                VIDEO 1                   VIDEO 2

Ejemplo: Supongamos que una gran organización tiene una red tipo B cuya dirección es 190.214.0.0. Supongamos también que dicha red está dividida en 254 subredes más pequeñas para los distintos departamentos de dicha compañía. Estas subredes van desde la 190.214.1.0 a la 190.214.254.0. 

Todas estas subredes tienen el mismo número de red (190.214) y es el tercer byte el que las distingue a unas de otras. Para conseguir esto, la máscara de red tendría que ser 255.255.255.0. Si nos dijeran que un nodo tiene una dirección 190.214.35.49 podríamos saber la siguiente información:

• Que pertenece a una red tipo B, mirando el primer octeto de la dirección.

• Que el identificador de red es el 190.214, ya que sabeos que las redes tipo B utilizan los dos primeros bytes para identificar la red.

• Que el identificador de subred es 190.214.35, obtenido al aplicar a la dirección IP dada la máscara de red 255.255.255.0.

• Que el identificador de nodo es 49, que es la parte de la dirección IP correspondiente a los bits a 0 dada la máscara de red 255.255.255.0.

En el siguiente ENLACE puedes consultar más en detalle todo lo anteriormente descrito.

4.4.3 Puerta de enlace predeterminada

Será la IP del router, switch u otro elemento enrutador de la red, por lo tanto, la puerta de enlace tendrá una dirección IP única en toda la red o subred.

Supongamos que tenemos una red con una máscara 255.255.255.0, cuya dirección de router o switch es 192.168.1.1 (puerta de enlace predeterminada). Podemos conectar a esa red teóricamente hasta 254 equipos. Como el router tiene la dirección IP 192.168.1.1, los ordenadores se podrán empezar a numerar desde el 192.168.1.2 y de ahí en adelante hasta el 192.168.1.255.

4.4.4 Direcciones de servidor DNS (Domain Name Server)

Los DNS son nombres de proveedores de Internet traducidos a número IP. Por eso, es necesario conocer con qué proveedor tenemos o tiene la red contratados los servicios de acceso a Internet y, por lo tanto, colocar los DNS facilitados por el mismo. En realidad, se accede a bases de datos de dichos proveedores.

Como hemos visto, las direcciones IP identifican los equipos en una red, pero las personas recordamos mejor los nombres que grupos de números. ¿Qué recordarás mejor, www.google.com o 172.217.168.174? Por este motivo se emplea el sistema de nombres de dominio o DNS (Domain Name System).

El DNS consiste en una base de datos alojada en distintos ordenadores distribuidos por todo el mundo que permite convertir las direcciones IP en nombres de dominio y viceversa.

El sistema de nombres de dominio por lo tanto asocia nombres a direcciones IP. Los nombres están formados por palabras separadas por puntos. Por ejemplo, www.google.es. El último bloque identifica en parte la página web. Por ejemplo, ".es" corresponde a España. Hay otras letras para otros países y tambien expresiones que identifican la actividad propia de la página web. Por ejemplo, ".com" para empresas. 

La ICANN (Corporación para la Asignación de Nombres de Dominio en Internet) es la organización que regula el registro de los nombres de dominio. Su labor se coordina con las actividades llevadas a cabo en los distintos países. En España el portal de dominios http://www.dominios.es se encarga de asignar los nombres de dominio.

En el siguiente video se añade información sobre esto:

5. CONCEPTOS BÁSICOS

Durante este tema hemos comentado una serie de conceptos básicos que resumimos a continuación.

• Comunicación: es el proceso que lleva un mensaje de un emisor a través de un canal a un receptor. En una red, los ordenadores son emisores y receptores al mismo tiempo. El canal es el medio por el que circulan los datos: cables, fibra, etc.

• Protocolo: Es el lenguaje y el conjunto de reglas por las que emisor y receptor se comunican. El protocolo más utilizado es el de internet: TCP/IP

• Dirección IP privada: Identifica a cada dispositivo en la red. Está formado por 4 números separados por puntos, con valores del 0 al 255. La IP de un equipo no trasciende en Internet, ya que es el router mediante su IP externa el que se identifica en las peticiones.

• Dirección IP Pública: Se denomina IP pública a aquella dirección IP que es visible desde Internet. Suele ser la que tiene el router o modem. Es la que da “la cara” a Internet. Esta IP suele ser proporcionada por el ISP (Empresa que te da acceso a internet: Orange, Movistar, etc.).

• Puerta de enlace: Es la dirección IP por la que la red local sale al exterior, ya sea otra red o internet. Suele ser la IP del router (192.168.1.1). Es la misma para todos los equipos que comparten el router.

• Máscara de red: Se asemeja a la dirección IP, pero determina qué parte de la dirección IP especifica al equipo y qué parte a la subred a la que pertenece. Se usa para crear subredes. La máscara más común en redes pequeñas es 255.255.255.0 y nos indica que los tres primeros paquetes de 8 bits de la IP están destinados a identificar la red y sólo el cuarto a identificar al equipo por lo que nos ofrece un máximo teórico de 253 equipos ya que el 0 es la dirección identificadora de red, el 1 es por defecto para el router y el 255 para difusión por lo que estos valores ya no se pueden utilizar.

• Grupo de trabajo: Los equipos se agrupan en subredes para facilitar su uso. Para que los equipos de una misma red puedan comunicarse han de estar en el mismo grupo de trabajo.

• DNS (Sistema de Nombres por Dominio): Las direcciones IP son difíciles de recordar. Por ello se utiliza el DNS que traducen las direcciones IP en nombres fáciles para nosotros (Ejemplo: www.google.es). Los servidores DNS utilizados por defecto son los proporcionados por el ISP con el que se contrata el servicio (Yoigo, Vodafone, etc.). También hay DNS libres como las nuevas DNS libres de Google 8.8.8.8 y 8.8.8.4 que pueden sustituir a las DNS de nuestros proveedores en el caso de tener problemas de navegación.

• Tarjeta de red: Es un elemento de hardware cuya función es enviar y recibir información al resto de ordenadores. Puede estar integrado en la placa base o conectarse en una ranura de expansión. Cada tarjeta tiene un identificador único que se denomina dirección MAC, consta de un identificador hexadecimal de 6 bytes (48 bits). Los 3 primeros bytes, llamados OUI, indican el fabricante y los otros 3 sirven para diferenciar las tarjetas producidas por el mismo. Por ejemplo: 00-80-5A-39-0F-DE.

• Puerto: Interfaz para comunicarse con un programa a través de la red. Ejemplo: el servicio http utiliza el puerto 80.