Conceptos Clave de Redes: Topologías, Protocolos y Configuración


Topología Física y Lógica: Definición, Diferencias y Ejemplos

La topología física se refiere a la disposición física de los componentes de la red, incluyendo la ubicación de los dispositivos y la instalación del cableado. Por otro lado, la topología lógica describe cómo fluyen los datos dentro de la red, independientemente de su diseño físico.

Ejemplo: Una red Token Ring presenta una topología lógica en anillo, mientras que su topología física puede ser en estrella.

Clasificación y Descripción de Topologías de Redes de Área Local (LAN)

Las redes de área local (LAN) se pueden clasificar según su topología. A continuación, se describen las topologías más comunes:

Topología en Estrella

En una topología en estrella, todas las estaciones de trabajo están conectadas a un dispositivo central, como un conmutador (switch) o un concentrador (hub).

Ventajas:

  • Fácil diagnóstico de fallos.
  • Flexible y escalable: Es sencillo añadir o quitar dispositivos.
  • Si falla un nodo, no interrumpe la red.

Desventajas:

  • Si falla el nodo central, la red deja de funcionar.
  • Puede requerir más cableado que otras topologías.

Topología en Bus

En una topología en bus, todas las estaciones están conectadas a un único cable, conocido como bus troncal. Cada estación se conecta al bus mediante un cable corto (latiguillo). Todas las estaciones reciben la información, pero solo la estación de destino la procesa.

Ventajas:

  • Ahorro de cable.

Desventajas:

  • Al añadir o quitar dispositivos, es necesario desconectar la red.
  • Si se rompe el cable, la red deja de funcionar.
  • El diagnóstico de fallos puede ser complicado.

Topología en Anillo

En una topología en anillo, cada estación está conectada a dos estaciones adyacentes, formando un anillo cerrado. A menudo, se utilizan dos cables: uno primario para la transmisión habitual y un secundario como respaldo. Las señales viajan en una dirección, pasando por cada estación hasta llegar a su destino. Cada estación regenera la señal, evitando su degradación.

Ventajas:

  • Acceso equitativo para todos los nodos.
  • Rendimiento aceptable al añadir nodos.
  • Arquitectura sólida.
  • Acceso por turno.

Nota: Al encender, apagar, añadir o quitar un nodo, el anillo se rehace.

Topología en Árbol (Estrella Jerárquica)

Es una extensión de la topología en estrella. Consiste en conectar conmutadores (switches) secundarios al conmutador principal, creando una jerarquía.

Topología en Malla

En una topología en malla, cada nodo se conecta a varios otros nodos, ya sean cercanos o no. Cada dispositivo debe tener, al menos, tantos puertos como nodos a los que se conecta.

Ventajas:

  • Robusta frente a fallos: Una avería no afecta a toda la red.
  • Permite altas tasas de transferencia.
  • Mayor seguridad con enlaces dedicados.
  • Posibilidad de redirigir el tráfico en caso de congestión.

Arquitectura TCP/IP: Niveles, Unidades de Datos y Protocolos

La familia de protocolos TCP/IP es un conjunto de protocolos y especificaciones organizados por niveles, utilizados en Internet para la transmisión de datos entre ordenadores.

Los niveles de la arquitectura TCP/IP son:

  • Capa de Aplicación: Proporciona servicios de red a las aplicaciones (HTTP, SMTP, FTP, TELNET, etc.).
  • Capa de Transporte: Ofrece comunicación extremo a extremo (UDP, TCP).
  • Capa de Red o Internet: Se encarga del enrutamiento de paquetes (IP).
  • Capa de Enlace de Datos: Gestiona la entrega de tramas en la red local (Ethernet, Token Ring, etc.).
  • Capa Física: Define las características físicas de la transmisión (cable coaxial, par trenzado, fibra óptica, etc.).

Descripción de los Niveles

Capa Física

Es el nivel más bajo y define las especificaciones eléctricas y físicas de los dispositivos de red. Sus funciones incluyen:

  • Especificaciones de interfaces y medios.
  • Temporización (sincronización) de bits.
  • Codificación/modulación de señales.
  • Topologías físicas.

La unidad de datos que procesa son los bits.

Capa de Enlace de Datos

Se encarga de la entrega de tramas entre dispositivos en la misma red local (LAN) o entre nodos adyacentes en una WAN. Sus funciones son:

  • Tramado (construcción de tramas).
  • Direccionamiento físico (direcciones MAC).
  • Control de flujo.
  • Control de errores.
  • Control de acceso al medio.

La unidad de datos es la trama/frame.

Nota: Las capas física y de enlace de datos no formaban parte originalmente de la familia de protocolos TCP/IP.

Capa de Red o Internet

Se ocupa de que los paquetes de datos lleguen a su destino a través de diferentes redes (enrutamiento). Sus funciones son:

  • Encaminamiento o enrutamiento (obtención de la ruta óptima).
  • Direccionamiento lógico (IP).
  • Adaptación de tramas entre diferentes tipos de redes.

La unidad de datos es el paquete. Los protocolos principales son IP, ARP, ICMP e IGMP.

Capa de Transporte

Los protocolos TCP y UDP establecen la comunicación extremo a extremo. Sus funciones incluyen:

  • Fragmentación y reensamblaje de datos.
  • Puertos (identifican las aplicaciones).
  • Protocolo TCP: Orientado a conexión y fiable.
  • Protocolo UDP: No orientado a conexión y no fiable.

La unidad de datos es el segmento.

Capa de Aplicación

Proporciona los servicios de Internet: correo electrónico (SMTP), páginas web (HTTP), transferencia de archivos (FTP), acceso remoto (TELNET), etc.

IP Públicas e IP Privadas: Diferencias y Características

Una dirección IP puede ser pública o privada, y a su vez, dinámica o estática (fija).

  • IP Pública: Es el identificador de una red desde el exterior (por ejemplo, la dirección IP del router). Generalmente, se utilizan IPs públicas estáticas para servidores en Internet, para asegurar que la dirección no cambie.
  • IP Privada: Identifica a cada dispositivo dentro de una red local. Suelen ser dinámicas, asignadas por un servidor DHCP, aunque también pueden ser estáticas para controlar el acceso a la red o a Internet.

Todos los dispositivos conectados a un mismo router tienen diferentes IPs privadas, pero comparten la misma IP pública (la del router).

Direccionamiento Físico y Lógico: Diferencias y Características

  • Direccionamiento Físico: Se refiere a la dirección MAC, un número binario único que identifica a un dispositivo en un medio compartido.
  • Direccionamiento Lógico: Se refiere a la dirección IP, que permite a los routers encaminar paquetes entre subredes.

Proyecto IEEE 802 (Resumen)

El proyecto IEEE 802 define estándares para redes de área local (LAN) y redes metropolitanas (MAN). Se divide en varios subgrupos, entre los que destacan:

  • Subniveles de la capa de enlace:
    • Subnivel LLC (Logical Link Control): Común a todas las redes.
    • Subnivel MAC (Media Access Control): Específico para cada tipo de red.
  • Familia Ethernet (802.3): Estándar para redes Ethernet.
  • Token Bus (802.4): Topología en bus con organización lógica en anillo.
  • Token Ring (802.5): Topología en anillo.
  • FDDI (802.8): Estándar para redes de fibra óptica.

Ejercicio 3: Telnet

  • Descripción: Telnet es un protocolo de red que permite acceder y controlar remotamente otra máquina. El puerto estándar es el 23. Las comunicaciones no están cifradas, por lo que se considera un protocolo inseguro.
  • Interceptación de una conexión Telnet: Se puede utilizar un analizador de protocolos de red, como Wireshark, para capturar el tráfico de una conexión Telnet y ver su contenido, incluyendo las credenciales de acceso.
  • Conexión segura: Se recomienda utilizar SSH (Secure Shell) en lugar de Telnet. SSH cifra las comunicaciones, protegiendo la información transmitida.

Ejercicio 4: Solución de Problemas de Conectividad entre Equipos

Si dos ordenadores (PC01 y PC02) en una red local no se pueden comunicar, el problema puede deberse a:

  • Cortafuegos (Firewall): Un cortafuegos (de terceros o el Firewall de Windows) puede estar bloqueando los puertos necesarios para compartir archivos e impresoras (TCP 139, TCP 445, UDP 137, UDP 138).
  • Configuración de red incorrecta: Los equipos pueden no estar en la misma subred o no tener configuraciones de red válidas.
  • Falta de un examinador principal (Master Browser): En redes Windows, un examinador principal es necesario para la resolución de nombres.
  • Permisos de acceso: El usuario que intenta acceder al recurso compartido puede no tener los permisos necesarios.

Solución (Firewall de Windows):

  1. Abrir el Firewall de Windows (firewall.cpl).
  2. Ir a la pestaña «Excepciones».
  3. Habilitar la opción «Compartir archivos e impresoras».
  4. (Opcional, pero recomendado) Editar la excepción y restringir el ámbito a las IPs de la red local.

Ejercicio 5: Comandos de Red

  • a) Ver la configuración IP:
    • Windows: ipconfig /all
    • Linux: ifconfig o ip addr
  • b) Comprobar la conectividad IP: ping [dirección IP]
  • c) Ver la tabla de rutas:
    • Linux: route -n o ip route
    • Windows: route print
  • d) Ver las conexiones TCP/IP: netstat -a (muestra todas las conexiones y puertos de escucha)
  • e) Ver los puertos abiertos de otra máquina: netstat -an (en la máquina remota, si se tiene acceso) o herramientas de escaneo de puertos (ej: nmap).
  • f) Ver los routers intermedios hasta un destino: tracert www.google.es (Windows) o traceroute www.google.es (Linux)

Ejercicio 6: Instalación de WordPress en Windows Server 2008 R2

(Este ejercicio requiere una descripción detallada de los pasos, que se omiten aquí por brevedad. Incluiría la instalación de IIS, PHP, MySQL y la configuración de WordPress).

Ejercicio 7: Servidor DHCP

Definición: DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) es un protocolo de red cliente/servidor que asigna automáticamente direcciones IP y otros parámetros de configuración de red a los dispositivos de una red.

Montaje de un servidor DHCP en Windows Server 2008:

  1. Abrir el Administrador del servidor (Server Manager).
  2. Agregar el rol «Servidor DHCP».
  3. Seleccionar la interfaz de red a la que se dará servicio.
  4. Configurar el ámbito DHCP:
    • Crear un nuevo ámbito.
    • Definir el rango de direcciones IP (ej: 10.0.n.10 a 10.0.n.100).
    • Excluir direcciones (ej: 10.0.n.50 a 10.0.n.59).
    • Especificar la puerta de enlace predeterminada (ej: 10.0.n.1).
    • Configurar los servidores DNS (ej: 8.8.8.8, 8.8.4.4).
    • Establecer el tiempo de concesión (ej: 2 días).

Comprobación en un cliente:

  • Configurar el cliente para obtener la dirección IP automáticamente.
  • Utilizar ipconfig /all para verificar la configuración.
  • Utilizar ipconfig /release para liberar la dirección IP.
  • Utilizar ipconfig /renew para solicitar una nueva dirección IP.

Esquema: (Se omitiría el dibujo del esquema, pero mostraría el servidor DHCP conectado a la red del aula 20, asignando direcciones IP a los clientes).

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