Fundamentos de redes
Una red de computadoras es un conjunto de dispositivos informáticos conectados entre sí, que pueden comunicarse sea por medio alámbrico o inalámbrico para transmitir recursos o información.
Una red puede variar en complejidad, como dos dispositivos conectados hasta millones de ellos.
Es indispensable algún medio de comunicación para comunicar los dispositivos, puede ser por cable u ondas.
Las redes pueden ser clasificadas por muchos aspectos, pero los más importantes son: tamaño (cantidad de dispositivos conectados) y zona geográfica (espacio que ocupan).
PAN (Personal Area Network): Dos dispositivos conectados. Ejm: conectar un pc con cable a otro. Operadas por un individuo.
LAN (Local Area Network): De 2 a 1000 dispositivos conectados en un mismo establecimiento. Operadas por un individuo.
MAN (Metropolitan Area Network): Conecta LAN 's dentro de una ciudad. Operadas por ISP (Internet Service Provider).
WAN (Wide Area Network): Red de área amplia, de miles a millones de dispositivos conectados. Conectan ciudades, países y continentes enteros. Operadas por múltiples ISP.
¿Qué es internet?
Internet es la conjunción de Interconnected Network, una red de redes. Es la conexión de todos los tipos de redes que existen, PAN, LAN, MAN, WAN. Los ISP juegan un papel fundamental, estos se conectan entre sí para ofrecer conectividad a las redes pequeñas y darles acceso a la red de redes (Internet).
Elementos fundamentales de una red
Dispositivos finales: Son los dispositivos que son origen y destino de información. Son aquellos con el que el usuario está en contacto directo, en la red se conoce como cliente. Ejm: Computadoras, Tablets, servidores etc.
Dispositivos intermedios: Son los encargados de la transmisión de paquetes de información para que puedan viajar entre dispositivos finales. Ejm: Router, Switch, Bridge, Hub, Access Point, Firewall etc.
Medios de comunicación: Funcionan de carril a la transmisión de información, las redes necesitan algún medio para poder comunicarse y que llegue la información a los dispositivos finales:
Alámbrico: Cables de cobre, cables de fibra óptica.
Inalámbrico: Bluetooth, Infrarrojo, Wifi.
Medios de comunicación alámbricos
Cable coaxial: Fue creado por un ingeniero matemático llamado Oliver Heaviside en 1880, se usa en muchas industrias como automovilista, aviación, militar, médico, entre otros.
Es ampliamente utilizado en las redes de datos, por ejemplo las ISP para proveer televisión a un hogar.
Par trenzado: Es muy utilizado en las redes de datos. Tiene dos variaciones, UTP y STP, aunque no hay mayor diferencia entre ellos salvo el uso que se les dará. El cable UTP es adecuado para interiores, mientras STP para exteriores.
En cuanto a la transmisión de información no hay ninguna diferencia.
UTP (Unshielded Twisted Pair): No está blindado, no soporta ambientes agresivos.
STP (Shielded Twisted Pair): Está blindado, por tanto soporta ambientes agresivos.
El cable se trenza para evitar un problema llamado "crosstalk". En la punta o terminal del cable se utiliza un conector que se conecta al puerto del dispositivo de red, sea este final o intermedio. Dependiendo del trenzado se hará uso de un conector u otro, además, en el dispositivo de red también habrá un puerto con el mismo nombre del conector.
Tanto el cable de par trenzado como coaxial son afectados por la interferencia electromagnética.
Fibra óptica: Está compuesta de fibra de vidrio o plástico, en este tipo de cable no se utiliza cobre u otro tipo de metal para la transmisión. Las señales que viajan por este cable no son pulsos eléctricos como en los cables anteriores, sino ondas de luz. Este tipo de cables son muy utilizados actualmente y ofrecen una gran velocidad, pero son mucho más caros comparados con los otros cables.
Dependiendo del método de la transmisión de la señal hay dos tipos de este cable:
Multimodo: Mayormente utilizada en comunicaciones de corta distancia. Hay dos tipos:
Índice fijo: Para distancias cortas, menos de 1 km.
Índice gradual: Puede ser usado en largas distancias.
Monomodo: Es muy usada en instalaciones submarinas para comunicar continentes o países enteros.
Existen dos maneras de transmitir ondas de luz por la fibra: led y láser. El láser permite enviar información sin perder la señal por distancias mayores que el led.
Medios de comunicación inalámbricos
Gracias a las redes inalámbricas se puede lograr la movilidad, la cual permite moverse sin perder la conectividad o la necesidad de conexión física, es decir, mediante cables.
Las redes inalámbricas pueden ser de los siguientes tipos:
WPAN (Wireless Personal Network): Permite la conexión a pocos metros, los dispositivos se conectan por Bluetooth o Wifi direct.
WLAN (Wireless Local Area Network): Tiene un alcance de unos 30 metros.
WWAN (Wireless Wide Area Network): Alcance de decenas de kilómetros.
Hay varios tipos de tecnologías inalámbricas:
Bluetooth: Puede alcanzar distancias de hasta 100 metros. Usa un proceso de emparejamiento de dispositivos.
Wifi (Wireless Fidelity): Alcance de hasta 300 metros.
WIMAX (Interoperabilidad para el acceso por microondas): Servicio de banda ancha inalámbrica, de hasta 50 Kilómetros. WIMAX es una alternativa a las conexiones de banda ancha por cable (DSL). Los proveedores de servicios ahora pueden usar WIMAX para proporcionar datos móviles.
Banda ancha celular, telefonía móvil: Consta de varias organizaciones empresariales nacionales e internacionales que usan el acceso de datos móviles de un ISP para proporcionar conectividad de red de banda ancha celular. Cuenta con varias generaciones 2G, 3G, 4G y 5G.
Banda ancha satelital: Puede llegar a sitios remotos mediante el uso de un satélite que se alinea con una antena en la tierra. Es más costosa y requiere una vista despejada.
Estas tecnologías funcionan bajo ondas de radio del espectro electromagnético. La organización ITU-R, asigna y regula las bandas del espectro de radiofrecuencia.
Los rangos de frecuencia denominados bandas son asignados con distintos propósitos, algunas bandas están reguladas en gran medida y se usan para distintas aplicaciones, como el control del tráfico aéreo. Otras bandas no tienen licencia como la industrial, científica y médica (ISM).
El cómo se usan las radiofrecuencias en una WLAN, es determinado por los estándares IEEE 802.11, y a través de los años se han creado diferentes implementaciones de estos estándares.
Los componentes de hardware mínimos necesarios de las WLAN son un dispositivo transmisor y receptor de radiofrecuencias sintonizados en las mismas frecuencias. Sin embargo, en la mayoría de las implementaciones inalámbricas los dispositivos finales o terminales requieren una NIC (tarjeta de red) inalámbrica, como un router o un Access Point, que incorpora un transmisor o un receptor de radio junto a un controlador de software necesario para que funcione.
Las tablets, los portátiles y los smartphone ahora vienen integrados con una NIC inalámbrica, si un dispositivo no tiene una NIC inalámbrica integrada se puede utilizar un adaptador Inalámbrico USB y un router doméstico Inalámbrico.
Funcionamiento interno dispositivos de red intermedios
Los dispositivos intermedios hacen posible el reenvío de paquetes o tramas de información de parte de un dispositivo final de origen hasta un dispositivo final de destino.
Los dispositivos intermedios realizan su función según una capa de un modelo llamado TCP/IP, este modelo está separado en cinco capas y nos ayuda a explicar el funcionamiento de las comunicaciones de red.
Las redes están pensadas para que dispositivos finales intercambien información, la información que se piensa compartir se llamará de un modo u otro dependiendo de la capa del modelo en la que se encuentre.
Switch: Se encarga de comunicar físicamente dispositivos finales entre sí, realiza un reenvío de tramas y/o paquetes entre los dispositivos finales. Gracias a los switches se hace posible la comunicación simultánea de muchos dispositivos ya sea dentro de una misma red o distintas redes. Los switches pueden funcionan en la capa 2 y 3 del modelo TCP/IP.
Switch capa 2: Solo puede hacer reenvío de tramas dentro de una misma red.
Switch capa 3 o Multilayer: Puede hacer reenvío de tramas en distintas redes, ósea, puede hacer de router.
La cantidad de puertos que tiene un switch puede variar dependiendo de las necesidades de la red, también pueden conectarse switches entre sí y de ese modo satisfacer las necesidades de conexión y comunicación.
Los puertos de un switch son nombrados de acuerdo a una combinación de la velocidad y el número de puerto correspondiente. El cómo se nombra viene de parte del fabricante.
Dentro del switch se guarda en memoria algo llamado, tabla MAC, la cual contiene la dirección MAC de cada dispositivo que está conectado al switch. En caso de que no tenga alguna dirección en aquella tabla, se utiliza un protocolo ARP o Address Resolution Protocol, que envía mensajes al dispositivo de interés preguntando por su dirección MAC para así conseguir la dirección y posteriormente guardarla en la tabla.
En aquella tabla también se guardará el puerto de salida hacia las MAC destino.
Nota: El switch de capa 2, no puede hacer funciones que superen su nivel de capa, como enrutamiento o direcciones IP.
Router: Es un dispositivo de capa 3 cuya función es comunicar redes distintas entre sí. Hace un reenvío de paquetes entre el dispositivo de origen hasta el dispositivo de destino. El router se utiliza sólo si se quiere comunicar distintas redes.
Los routers también tienen puertos por lo que se conectan otros dispositivos intermedios y en algunas ocasiones dispositivos finales.
El router también hace función de las direcciones MAC para transferir paquetes, pero necesita también una dirección IP para poder funcionar. El router utiliza estas direcciones IP para saber dónde debe enviar los paquetes, el router tiene una tabla de rutas que contiene información de redes que conoce y puede acceder a ellas en cualquier momento.
Existen 3 formas en las que el router puede obtener información de una red:
Por medio de redes conectadas directamente, gracias a la dirección IP de cada una de las interfaces encendidas en el router.
Rutas estáticas configuradas manualmente, el administrador de la red puede crear una ruta estática hacia cada una de las redes que no están conectadas directamente al router.
Protocolo de enrutamiento, agrega rutas en la tabla de enrutamiento del router de forma automática. Añade rutas con otros routers que tengan el mismo protocolo de enrutamiento.
Hay dos elementos indispensables para que los dispositivos puedan conectarse a redes sea posible, las direcciones físicas (MAC) y lógicas (IP).
¿Qué es una dirección MAC?: Es un número hexadecimal que identifica físicamente un dispositivo final o intermedio. Media Access Control está integrada en la tarjeta NIC de cada dispositivo de red. Una NIC, Network Interface Card contiene un chip con un identificador llamado MAC.
La MAC es única y no hay dos iguales a nivel mundial, está compuesta por 48 bits en formato hexadecimal, está dividido en 12 dígitos donde cada dígito representa 4 bits, en total 48 bits.
La primera mitad de la MAC representa al OUI (identificador único organizacional), y la otra mitad el identificador del dispositivo (Device ID). El OUI es un número proporcionado por la organización IEEE que identifica al fabricante del dispositivo, y el Device ID es asignado por la empresa fabricante, IEEE se encargará de no asignar una misma OUI a dos empresas y el fabricante de no asignar un Device ID igual a dos de sus dispositivos.
Gracias a la MAC las redes no se equivocan al transmitir información.
¿Qué es una dirección IP?: Es un identificador numérico asignado a un dispositivo dentro de la red, está compuesta por 32 bits y está escrita en formato decimal por el encargado de la red. Esta dirección no viene de forma física en el dispositivo, sino que será asignada a nivel de software por el administrador de la red. En la actualidad existen dos tipos de IP, IPv4 y IPv6.
IPv6 es una dirección lógica de hasta 128 bits en notación hexadecimal, este tipo de IP se usa cuando la IPv4 se queda corta.
Ahora bien, nos centraremos en IPv4 y nos referiremos a ella simplemente como IP.
Una IP consiste de 4 bytes de hasta 3 cifras que pueden tomar el valor de 0 hasta 255, cada byte se conoce como octeto.
A nivel de software se hace una traducción de decimal a binario, puesto que las computadoras sólo entienden este sistema. Si elevamos la cantidad de bits (32) y las combinaciones posibles (2), tenemos como resultado: 2 ^ 32 = 4.294.967.292 IPs disponibles a nivel mundial. A esta cantidad de IP, se le asignaron clases de A hasta E, donde cada clase tendría un número máximo de IP disponible.
La clase A tiene mayor cantidad de IP que la B, la B más que la C, la C más que la D y la D más que la E. Para asignar una IP se tiene en cuenta el tamaño de la red, ya que de esto depende a qué clase entra.
Clase A) El rango de direcciones va desde la 0.0.0.0 hasta la 127.255.255.255. La clase A se utiliza para redes muy grandes ya que tendremos direccionamiento hasta para 16 millones de equipos.
Clase B) Este rango va desde 128.0.0.0 hasta la 191.255.255.255. Está destinado a redes de mediano tamaño.
Clase C) El rango va de 192.0.0.0 hasta 223.255.255.255. Está destinado a redes de pequeño tamaño.
Clase D) No es común para usuarios normales, está destinado a distintos propósitos. Este rango va desde 224.0.0.0 hasta 239.255.255.255.
Clase E) No es utilizado en equipos normales, está destinado a experimentación, su rango comienza en el byte 223.0.0.0 hasta el resto.
El encargado de asignar direcciones IP alrededor del mundo es IANA, una organización sin fines de lucro. Asigna IP por medio de un RIR (Regional Internet Register), existe una RIR por cada continente, una RIR se encarga de asignar IP a nivel local y luego las provee a empresas.
Tipos de comunicación en redes
La comunicación en redes puede ser de tres formas:
Uno a uno: Llamado Unicast Communication, un único dispositivo está enviando y recibiendo paquetes de un único dispositivo. Es una comunicación bidireccional entre dos dispositivos. Puede tomar IP de la clase A, B y C.
Uno a grupo: Multicast Communication, un único dispositivo puede comunicarse con un grupo de dispositivos en la red, pero no con todos. Para este tipo de IP debe usarse solamente la clase D.
Uno a todos: Broadcast Communication, un dispositivo puede enviar un broadcast y todos los dispositivos en la red lo recibirán.
Recursos:
https://www.youtube.com/playlist?list=PL-Ml_Z_JW-XtxP-taWeaKDRkhuNtapK0K