Redes de computadores: preguntas de práctica con explicaciones

1Qué es una red informática

Una red es un grupo de dispositivos que intercambian datos: portátiles, teléfonos, servidores, impresoras. Los dispositivos que hay en ella se llaman hosts.

Una red dentro de un edificio o campus es una LAN (red de área local). Una red que abarca ciudades o países es una WAN (red de área extensa). Internet conecta millones de redes.

Los datos no viajan como un flujo largo único. Se dividen en trozos pequeños llamados paquetes, y cada paquete encuentra su propio camino hasta el destino.

Los dispositivos solo pueden entenderse si siguen las mismas reglas. Un conjunto de reglas sobre el formato y el orden de los mensajes es un protocolo. TCP, IP y HTTP son protocolos.

La mayoría de los servicios siguen el modelo cliente–servidor: un cliente, como tu navegador, envía una petición, y un servidor devuelve la respuesta.

Dos palabras describen la rapidez de una conexión. El ancho de banda es la velocidad de datos máxima, por ejemplo 100 Mbit/s. La latencia es el retardo antes de que lleguen los datos, medido en milisegundos.

2Capas y encapsulación

Las redes se dividen en capas. Cada capa resuelve un problema y usa la capa inferior. El modelo OSI tiene 7 capas; el modelo TCP/IP que se usa en internet las agrupa en 4 o 5.

• 1 Física: envía bits en bruto como señales eléctricas, luminosas o de radio por cables y por el aire.
• 2 Enlace de datos: entrega tramas entre dispositivos de la misma red local, usando direcciones MAC. Aquí viven Ethernet y Wi-Fi.
• 3 Red: entrega paquetes a través de redes, usando direcciones IP. Aquí trabajan los routers.
• 4 Transporte: entrega datos entre programas, usando números de puerto. TCP envía segmentos; UDP envía datagramas.
• 5–7 Sesión, presentación, aplicación: los servicios que usa la gente, como HTTP para la web, DNS para los nombres y SMTP para el correo electrónico.

Cuando se envían datos, cada capa añade su propia cabecera delante de los datos de la capa superior. Esto se llama encapsulación. El receptor quita las cabeceras en orden inverso.

TCP primero establece una conexión (el acuerdo en tres pasos SYN, SYN-ACK, ACK). Numera los datos, espera confirmaciones y reenvía lo que se pierde. Es fiable y ordenado.

UDP envía sin conexión y sin reenvíos. Es más rápido y se usa donde el retardo importa más que un paquete perdido: vídeo en directo, juegos y consultas DNS cortas.

3Direcciones, dispositivos y protocolos auxiliares

Tres tipos de dirección trabajan juntos, uno por capa:

• Dirección MAC (capa 2): una dirección de hardware de 48 bits de una tarjeta de red. Se usa solo dentro de la red local.
• Dirección IP (capa 3): una dirección IPv4 tiene 32 bits, una IPv6 128 bits. Indica dónde está un host en internet.
• Número de puerto (capa 4): elige el programa en el host. Los puertos conocidos van del 0 al 1023: HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, DNS 53, SMTP 25.

Los dispositivos siguen las mismas capas. Un hub (capa 1) copia cada señal a todos los puertos. Un switch (capa 2) envía una trama solo al puerto de la dirección MAC de destino. Un router (capa 3) reenvía paquetes entre redes.

Unos pocos protocolos auxiliares hacen que esto funcione:

• DHCP le da a un host su dirección IP, su máscara, su puerta de enlace predeterminada y su servidor DNS cuando se une a la red.
• DNS traduce un nombre como example.com en una dirección IP, como una guía telefónica.
• ARP encuentra la dirección MAC que corresponde a una dirección IP en la red local.
• ICMP transporta mensajes de error y de prueba. El comando ping usa solicitudes de eco ICMP.
• NAT permite que muchos dispositivos con direcciones privadas (10.x, 172,16–31.x, 192,168.x) compartan una dirección pública.

La puerta de enlace predeterminada es el router al que un host envía todos los paquetes cuando el destino está fuera de su propia subred.

4El método paso a paso

La mayoría de las preguntas, desde definiciones hasta casos de resolución de problemas, se pueden resolver con los mismos pasos.

1. Encuentra la capa. ¿La pregunta trata de señales, tramas y direcciones MAC, paquetes y direcciones IP, puertos y conexiones, o una aplicación?
2. Nombra el dispositivo o protocolo que trabaja en esa capa: hub, switch o router; Ethernet, IP, TCP o UDP; DNS, DHCP o HTTP.
3. Ante una avería, enumera lo que sigue funcionando y lo que falla. Algo que funciona demuestra que todas las capas inferiores están bien.
4. Busca la capa más baja que pueda explicar todo lo que falla. Esa es la causa más probable.
5. Comprueba tu respuesta con los demás datos de la pregunta: debe explicarlos todos.

Para cálculos breves: el retardo de transmisión es el tamaño del paquete dividido entre la velocidad del enlace, y el retardo de propagación es la distancia dividida entre la velocidad de la señal.

5Un ejemplo resuelto

Sigue cada paso. Intenta adivinar el siguiente antes de abrirlo.

6Errores frecuentes

• Confundir DNS y DHCP. DNS traduce nombres en direcciones; DHCP reparte direcciones.
• Confundir un switch y un router. Un switch usa direcciones MAC dentro de una red; un router usa direcciones IP entre redes.
• Pensar que UDP es un “TCP malo”. Se elige a propósito cuando un retardo bajo importa más que reenviar los datos perdidos.
• Confundir el ancho de banda (capacidad) con la latencia (retardo).
• Poner los números de puerto en la capa de red. Los puertos pertenecen a la capa de transporte; las direcciones IP, a la capa de red.
• Olvidar la puerta de enlace predeterminada. Sin ella, un host llega a su propia subred pero a nada más allá.

7Cómo son las preguntas de examen

• Fácil: términos y datos clave. El número de capas OSI, qué hace DNS o DHCP, números de puerto predeterminados, el tamaño de una dirección IPv4.
• Medio: aplicar los conceptos. La capa de un dispositivo, por qué se elige un protocolo, qué hace ARP, NAT o el acuerdo en tres pasos de TCP, pequeños cálculos de subredes y de retardo.
• Difícil: casos y análisis. Escenarios de resolución de problemas, el comportamiento de TCP ante pérdidas y congestión, protocolos de enrutamiento, ataques como la suplantación ARP o las inundaciones SYN, y TLS.

Cada pregunta tiene cuatro opciones. Elimina primero las opciones que pertenecen a la capa equivocada; a menudo solo queda una.