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Tema 39: Redes informáticas: OSI, TCP/IP y direccionamiento IP

Dirección General de la Policía (Ministerio del Interior) · Policía Nacional · Escala Básica, categoría de Policía

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Epígrafe oficial

Redes informáticas: Modelo OSI. Modelo TCP/IP. Dispositivos de red: Concentradores (hubs); conmutadores (switches); encaminadores (routers); cortafuegos (firewall); servidores DHCP; servidores DNS; servidores proxy. Direccionamiento IP: clase de redes; IPv4; IPv6.

Resumen

Una red informática es un conjunto de equipos y dispositivos conectados para compartir datos y recursos. Para que equipos de fabricantes distintos se entiendan hacen falta modelos de referencia y protocolos comunes. Los dos que pide el temario son el modelo OSI, un modelo teórico de la Organización Internacional de Normalización (norma ISO/IEC 7498-1), y el modelo TCP/IP, que es el que usa realmente Internet y está descrito en los documentos RFC del IETF (por ejemplo, el RFC 1122). Ambos dividen la comunicación en capas: cada capa presta servicio a la de encima y se apoya en la de debajo; al enviar, cada capa añade su cabecera (encapsulación) y al recibir, la quita.

El modelo OSI tiene siete capas, de abajo arriba: 1) física, que transmite los bits por el medio (cable, fibra, radio) y define conectores y señales; 2) enlace de datos, que organiza los bits en tramas, usa las direcciones físicas o MAC y controla errores en un mismo enlace; 3) red, que lleva los paquetes de una red a otra eligiendo la ruta (direcciones IP, enrutamiento); 4) transporte, que entrega los datos de extremo a extremo entre aplicaciones, en segmentos, con control de flujo y de errores; 5) sesión, que establece, mantiene y cierra el diálogo entre aplicaciones; 6) presentación, que se ocupa del formato de los datos, la codificación, la compresión y el cifrado, y 7) aplicación, la más cercana al usuario (servicios como la web o el correo).

El modelo TCP/IP reúne la comunicación en cuatro capas: acceso a la red o enlace (equivale a las capas física y de enlace de OSI), internet (equivale a la de red; su protocolo es IP, además de ICMP), transporte (TCP y UDP) y aplicación (reúne las tres superiores de OSI: HTTP y HTTPS, DNS, SMTP, FTP, DHCP...). TCP está orientado a la conexión: la establece con un saludo en tres pasos (SYN, SYN-ACK, ACK), numera los datos, confirma su recepción y reenvía lo perdido; es fiable pero más lento. UDP no establece conexión ni confirma la entrega: es más rápido y se usa en voz, vídeo en directo o consultas DNS. En TCP/IP los servicios se identifican por puertos: 80 para HTTP, 443 para HTTPS, 53 para DNS, 67 y 68 para DHCP.

Dispositivos de red (I). El concentrador o hub trabaja en la capa física: recibe una señal por un puerto y la repite por todos los demás, sin mirar a quién va dirigida, así que todos los equipos comparten el mismo dominio de colisión. El conmutador o switch trabaja en la capa de enlace: aprende las direcciones MAC de los equipos conectados a cada puerto (tabla MAC) y envía cada trama solo al puerto del destinatario, lo que reduce colisiones y mejora la seguridad y el rendimiento; hoy ha sustituido por completo al hub. El encaminador o router trabaja en la capa de red: une redes distintas (por ejemplo, la red de casa con Internet), decide por dónde enviar cada paquete según su tabla de enrutamiento y separa los dominios de difusión (no reenvía los broadcast). El router doméstico suele integrar switch, punto de acceso wifi, cortafuegos y servidor DHCP.

Dispositivos de red (II). El cortafuegos o firewall, físico o por software, controla el tráfico entre redes con distinto nivel de confianza y deja pasar o bloquea las comunicaciones según unas reglas (direcciones, puertos, protocolos, estado de la conexión o contenido de la aplicación). El servidor DHCP (RFC 2131) asigna automáticamente a cada equipo que se conecta su configuración: dirección IP, máscara, puerta de enlace y servidores DNS, mediante cuatro mensajes (descubrimiento, oferta, petición y confirmación: DORA). El servidor DNS (RFC 1034 y 1035) traduce los nombres de dominio que usamos las personas (www.boe.es) a direcciones IP; es un sistema jerárquico y distribuido que parte de los servidores raíz, y sus registros más comunes son A (dirección IPv4), AAAA (IPv6) y MX (servidor de correo). El servidor proxy hace de intermediario entre los clientes y los servidores: recibe las peticiones y las hace en su nombre, lo que permite guardar en caché, filtrar contenidos, registrar accesos u ocultar la dirección del cliente; el proxy inverso se coloca delante de los servidores.

Direccionamiento IPv4 (RFC 791). Una dirección IPv4 tiene 32 bits, escritos como cuatro números decimales de 0 a 255 separados por puntos (192.168.1.10): unos 4.300 millones de direcciones (2^32). Cada dirección tiene una parte de red y otra de equipo (host), que se separan con la máscara (255.255.255.0 o /24). En el direccionamiento original por clases, la clase se reconoce por el primer octeto: clase A, de 1 a 126 (máscara /8, pocas redes muy grandes); clase B, de 128 a 191 (/16); clase C, de 192 a 223 (/24, muchas redes pequeñas); clase D, de 224 a 239, para multidifusión (multicast), y clase E, de 240 a 255, reservada para usos experimentales. La red 127 se reserva para el bucle local (127.0.0.1, localhost). Las clases se sustituyeron por el direccionamiento sin clases CIDR, que permite máscaras de cualquier longitud.

Direcciones privadas y agotamiento. El RFC 1918 reserva tres bloques para redes privadas, que no se enrutan en Internet: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 y 192.168.0.0/16. Para salir a Internet, el router traduce las direcciones privadas a una pública (NAT). Aun así, las direcciones IPv4 se han agotado: el registro europeo RIPE NCC anunció el 25 de noviembre de 2019 que se había quedado sin direcciones IPv4 libres para asignar. En cada red, la primera dirección identifica a la red y la última es la de difusión (broadcast); ninguna de las dos se asigna a un equipo, por eso una red /24 tiene 254 direcciones útiles.

IPv6 (RFC 8200). Nació para resolver la escasez de IPv4. Sus direcciones tienen 128 bits, escritos como ocho grupos de cuatro cifras hexadecimales separados por dos puntos (2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001). Se pueden abreviar quitando los ceros a la izquierda de cada grupo y sustituyendo una sola vez una secuencia de grupos de ceros por «::» (2001:db8::1). La dirección de bucle local es ::1. IPv6 no tiene direcciones de difusión (broadcast): usa unidifusión, multidifusión y anycast (RFC 4291). Su cabecera básica es fija, de 40 bytes, y más sencilla que la de IPv4, e incorpora la autoconfiguración de direcciones. Las direcciones que empiezan por fe80:: son de enlace local.

Claves para el examen

Truco

Las capas OSI de abajo arriba: «Fíjate En Rosa: Transporta Sus Pasteles Artesanos» (Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación, Aplicación). Y los dispositivos siguen el mismo orden: hub en la 1, switch en la 2 y router en la 3.

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