Redes: modelos OSI/TCP-IP, IP y direccionamiento

1.1 Qué es una red y cómo se clasifica

Red de computadoras: conjunto de equipos autónomos interconectados que intercambian datos mediante reglas comunes (protocolos). Los elementos mínimos: emisor, receptor, mensaje, medio de transmisión y protocolo.

Clasificación por alcance:

Tipo	Alcance	Ejemplo	Tecnologías típicas
PAN	Personal (orientativamente 1–10 m)	Auriculares, wearables	Bluetooth, NFC
LAN	Local (edificio/campus)	Oficina, plató	Ethernet, WiFi
MAN	Metropolitana (ciudad)	Sedes de una ciudad	Fibra metro, WiMAX
WAN	Amplia (países/continentes)	Internet, red corporativa nacional	MPLS, líneas dedicadas, VPN
WLAN	LAN inalámbrica	WiFi corporativa	IEEE 802.11
SAN	Red de almacenamiento	Cabinas de discos	Fibre Channel, iSCSI

La tabla mezcla tres ejes: el alcance (PAN, LAN, MAN, WAN), el medio (WLAN) y la función (SAN).

La MAN abarca una ciudad o área metropolitana; la WAN, países o continentes (conectar laboratorios de distintos lugares del planeta es una WAN). La VPN no es un alcance sino una red privada virtual: lo habitual en este temario son los túneles cifrados (IPsec, TLS) sobre una red pública, pero existen VPN de operador, como las MPLS L3 VPN, que separan el tráfico de cada cliente sin cifrarlo: «privada» no equivale a confidencialidad criptográfica. SDN separa el plano de control (un controlador central) del plano de datos (los equipos que reenvían), y SD-WAN lo aplica a la WAN: elige dinámicamente la ruta entre varios enlaces (MPLS, fibra, 4G/5G) según la aplicación y da resiliencia. Las NGN (Next Generation Networks) integran voz, datos y vídeo sobre una única infraestructura IP. Una intranet es la red privada de una organización con tecnologías de Internet; una extranet la extiende, con acceso controlado, a clientes, proveedores o socios; Internet es la red pública global.

Modos de comunicación entre dos puntos: símplex (un solo sentido siempre: radio, televisión), semidúplex o half-duplex (los dos sentidos, pero no a la vez: walkie-talkie, hub) y dúplex o full-duplex (los dos sentidos a la vez: telefonía, enlace de switch). «Half-simplex» no existe.

Otra clasificación útil para test: por titularidad (pública/privada), por relación funcional (cliente-servidor vs peer-to-peer) y por modo de transmisión (unicast, multicast, broadcast, anycast).

1.2 Topologías

• Bus: un único medio compartido; barata, pero un corte tumba la red y colisionan las estaciones. Histórica (10BASE2).
• Anillo: cada nodo conecta con el siguiente; usada por Token Ring y en anillos de fibra metropolitanos (con doble anillo para tolerancia a fallos).
• Estrella: todos los nodos a un equipo central (switch). Es la topología física estándar de las LAN actuales; el fallo de un cable afecta solo a su nodo, el fallo del centro a todo.
• Estrella extendida: varias estrellas conectadas a través de sus nodos centrales (switches). Es la topología de un edificio con un switch por planta unidos entre sí.
• Árbol/jerárquica: estrellas encadenadas (acceso → distribución → núcleo). Es como se estructuran las redes corporativas.
• Malla (mesh): nodos interconectados entre sí. Malla completa (full mesh) de n nodos: n·(n−1)/2 enlaces — máxima redundancia, coste máximo. Malla parcial: no todos los nodos se enlazan entre sí (por ejemplo, solo los críticos).

💡 Ejemplo (estilo práctico real): 6 nodos en full mesh = 6·5/2 = 15 enlaces. Si además cuelgan de ellos 24 estaciones repartidas (4 por nodo), añade 24 enlaces de acceso: 39 en total. Este tipo de cuenta ha caído tal cual en el práctico.

1.3 Medios de transmisión

Guiados (cable):

Medio	Alcance típico	Velocidad	Notas de examen
Par trenzado UTP Cat 5e	100 m	1 Gbps	Sin apantallar; el más común
UTP/STP/FTP Cat 6	100 m (55 m a 10G)	1–10 Gbps	Cat 6A llega a 10 Gbps a 100 m
Coaxial	185–500 m	histórico	10BASE2/10BASE5; hoy TV/antena
Fibra multimodo OM1 (62,5 µm) y OM2 (50 µm)	corta distancia, hoy en desuso	Fast y Gigabit Ethernet	Se excitan habitualmente con LED (también hay enlaces con láser); las instalaciones nuevas usan OM3 u OM4
Fibra multimodo OM3 (50 µm, VCSEL)	300 m a 10 Gbps (10GBASE-SR); 70 m a 100 Gbps (100GBASE-SR4)	10–100 Gbps	El alcance depende del estándar, no solo de la fibra
Fibra multimodo OM4 (50 µm, VCSEL)	400 m a 10 Gbps (10GBASE-SR); 100 m a 100 Gbps (100GBASE-SR4)	10–100 Gbps	Mismo núcleo de 50 µm que OM3 con más ancho de banda: más alcance a la misma velocidad
Fibra monomodo (OS2)	decenas de km	10–400 Gbps	Láser; núcleo ~9 µm; la respuesta para unir edificios lejanos

• 1000BASE-T (Gigabit sobre cobre): usa los 4 pares simultáneamente en ambos sentidos (transmisión y recepción a la vez por par, con cancelación de eco). 100BASE-TX solo usaba 2 pares (uno TX, uno RX).
• Regla de oro del cableado estructurado: 90 m de enlace permanente + 10 m de latiguillos.

No guiados (inalámbricos): radio (WiFi, 4G/5G), microondas, infrarrojos, láser/FSO.

WiFi	Banda	Velocidad máx. teórica	Nota
802.11b	2,4 GHz	11 Mbps	Antiguo; banda saturada, interferencias (microondas, Bluetooth)
802.11g	2,4 GHz	54 Mbps
802.11n (WiFi 4)	2,4 y 5 GHz	600 Mbps	MIMO
802.11ac (WiFi 5)	5 GHz	~6,9 Gbps	MU-MIMO
802.11ax (WiFi 6/6E)	2,4/5/6 GHz	~9,6 Gbps	OFDMA
802.11be (WiFi 7)	2,4/5/6 GHz	~46 Gbps	Canales de 320 MHz y multi-link operation (MLO)

⚠ Cae en examen. En el práctico real: instalar un AP 802.11b en un plató implica avisar de lentitud, interferencias y banda 2,4 GHz. Asocia cada letra de 802.11 a su banda y velocidad.

1.4 Dominios de colisión y de difusión

• Dominio de colisión: segmento donde dos tramas pueden chocar. Un hub (capa 1) repite todo por todos los puertos → un único dominio de colisión. Un switch (capa 2) conmuta por puerto → cada puerto es su propio dominio de colisión; con full dúplex, las colisiones desaparecen en la práctica (CSMA/CD queda obsoleto).
• Dominio de difusión (broadcast): hasta dónde llega una trama de difusión (FF:FF:FF:FF:FF:FF). Lo delimitan los routers y las VLAN. Un switch NO separa difusión (salvo VLANs).
• Consecuencia directa (pregunta real): dos PCs en puertos de acceso de la misma VLAN de un switch comparten el mismo dominio de difusión (los mensajes de difusión llegan a ambos), pero tienen distinto dominio de colisión (cada puerto es un enlace independiente y sus tramas no chocan).

Errores frecuentes: confundir hub con switch; creer que la VLAN separa colisiones (separa difusión); creer que el router no separa nada (separa ambos).

1.5 Impedimentos de la señal

• Atenuación: pérdida de potencia de la señal a medida que aumenta la distancia; se mide en dB. Por eso existen límites de longitud y repetidores.
• Diafonía (crosstalk, NEXT/FEXT): fuga de señal de un par a otro del mismo cable (la alien crosstalk es la que se produce entre cables vecinos). El trenzado de los pares y el apantallado la reducen.
• Ruido e interferencias (EMI): señales ajenas (motores, fluorescentes, radio) que se suman a la útil. La fibra óptica es inmune a ellas.

1.6 Cableado estructurado

El cableado estructurado (ANSI/TIA-568, ISO/IEC 11801, UNE-EN 50173) es una infraestructura única y normalizada para voz y datos, organizada en subsistemas:

• Área de trabajo: toma o roseta del usuario y su latiguillo (hasta 5 m).
• Subsistema horizontal: del armario o distribuidor de planta a la toma del usuario. Cable de par trenzado, 90 m de enlace permanente más hasta 10 m de latiguillos (100 m de canal). Lo forman rosetas, el cable, el patch panel (que lo conecta con el equipo de comunicaciones) y los latiguillos de área y de distribuidor. No incluye los enlaces entre distribuidores.
• Subsistema vertical (troncal o backbone): une los armarios entre plantas y los edificios del campus. El medio recomendado es la fibra óptica (multimodo o monomodo); el UTP de categoría baja no vale.

Categoría	Ancho de banda	Uso típico
Cat 3	16 MHz	10 Mbps (10BASE-T)
Cat 5	100 MHz	100 Mbps (100BASE-TX): la mínima para Fast Ethernet
Cat 5e	100 MHz	1 Gbps (1000BASE-T)
Cat 6	250 MHz	1 Gbps; 10 Gbps hasta 55 m
Cat 6A	500 MHz	10 Gbps a 100 m
Cat 7	600 MHz	10 Gbps; apantalla cada par y el conjunto (S/FTP)
Cat 8	2000 MHz	25/40 Gbps hasta 30 m

La categoría fija el ancho de banda, no una velocidad única: lo que se consigue depende también del estándar y del canal (la 1000BASE-T se especificó para Cat 5e, y un cableado Cat 5 que cumpla los parámetros del canal también puede soportarla).

• El par trenzado lleva 4 pares (8 hilos) y conector RJ-45; impedancia de 100 Ω (el STP clásico de IBM, 150 Ω). UTP: sin apantallar. FTP: pantalla global de lámina. STP: apantallado (con malla). S/FTP: malla global y lámina por par. VTP no es un cable: es un protocolo de VLAN. STP protege mejor de las interferencias, pero es más caro y exige buena toma de tierra; por eso domina el UTP.
• T568A y T568B usan los mismos colores de hilo: lo que cambia es la asignación de pines (el pinout: se intercambian los pares verde y naranja).
• 1000BASE-T (IEEE 802.3ab): 100 m por cobre; 1000BASE-SX: Gigabit sobre fibra multimodo; 1000BASE-LX: sobre monomodo (también funciona sobre multimodo con acondicionamiento de modo). DOCSIS es el estándar de datos sobre cable coaxial de las operadoras (HFC).

1.7 Fibra óptica

• Monomodo (núcleo ~9 µm, láser, categorías OS1/OS2): menor atenuación y mayor alcance (decenas de km); es la de máxima longitud de enlace también a 10 Gbps. Multimodo (núcleo 50 o 62,5 µm, LED o VCSEL, OM1, OM2, OM3, OM4 y OM5): núcleo mayor, más atenuación, cientos de metros. En el caso de examen «más de 100 m y 40-100 Gbps entre CPD» la respuesta es OM5 (multimodo de banda ancha, p. ej. 150 m a 100 Gbps con SWDM frente a 100 m de OM4; una OM3 se queda corta). No es una regla universal: el alcance real depende del estándar, del transceptor y del presupuesto de pérdidas, y la fibra monomodo sigue siendo posible.
• Ventajas sobre el cobre: más ancho de banda, menor atenuación, inmunidad electromagnética, menor tamaño y peso y seguridad física. Inconveniente: la instalación y el conexionado (empalmes, pulidos, limpieza) son más complejos.
• Conectores: LC (pequeño, dúplex, el de los SFP), SC (cuadrado, push-pull), ST (bayoneta), FC (rosca) y MPO/MTP (multifibra, 40/100G). BNC es de coaxial y UC no existe. Pulido: PC y UPC (plano, ligeramente curvado; cuerpo azul en monomodo) y APC (inclinado 8°, menos reflexión; verde). No se pueden mezclar APC y PC.
• Fibra óptica plástica (POF): de PMMA, núcleo mucho mayor (~1 mm), muy flexible y barata, pero con alta atenuación: solo para distancias cortas.
• Magnitudes: la atenuación es la pérdida de potencia; la reflectancia y la pérdida de retorno describen la luz reflejada hacia la fuente, no la absorbida, pero con signo contrario en dB (una reflectancia de −40 dB equivale a una pérdida de retorno de 40 dB); los valores de pérdida de empalme y de conector son objetivos o valores típicos, no límites universales (los fija la norma o el contrato); OLTS mide la pérdida de extremo a extremo y el OTDR caracteriza cada evento, mejor en ambos sentidos; la longitud de onda (850, 1310, 1550 nm) es el «color» de la luz.
• Multiplexación por longitud de onda (WDM): varias señales, cada una con su longitud de onda, por una sola fibra, incluso una por sentido en transmisión bidireccional. CWDM (hasta 18 canales, separación de 20 nm) y DWDM (decenas de canales muy juntos, para larga distancia).
• FTTH (fibra hasta el hogar): la OLT está en la central; el splitter reparte la fibra en la red de distribución (hasta el FDH/caja de distribución) y en casa el abonado tiene la ONT, que es a la que se conecta la fibra.

1.8 Medios no guiados, certificación y herramientas

• Radioenlaces (microondas punto a punto): necesitan línea de visión (con la primera zona de Fresnel despejada) y son sensibles a la lluvia, la niebla y los desvanecimientos: es su principal desventaja frente a un medio guiado.
• Certificación: comprobar con un certificador que el enlace, de cobre o de fibra, cumple el estándar (categoría o clase): mide longitud, atenuación, diafonía (NEXT), pérdida de retorno y wire map. Se hace al terminar la instalación, identifica fallos y reduce los de la red. Un simple tester solo comprueba continuidad y cableado.
• OTDR (reflectómetro óptico en el dominio del tiempo): envía pulsos y mide lo que retrodispersa la fibra; muestra la atenuación, la posición de empalmes y conectores y las roturas. Para certificar un enlace de extremo a extremo hay que medir en ambos sentidos (como mínimo una vez en cada uno), porque un empalme puede parecer una ganancia en un sentido y una pérdida en el otro; las pérdidas se promedian. Un empalme por fusión pierde ≤ 0,1 dB; un conector, ≤ 0,5 dB aprox.
• Herramientas: crimpadora (monta conectores RJ-45 en los extremos de los latiguillos), ponchadora o punch-down (conecta hilos en patch panel y roseta), tester, certificador, OTDR, medidor de potencia y localizador visual de fallos.