Redes

En este tema vamos conocer desde un punto de vista básico y práctico lo que son las redes.

¿Qué son las redes?

Las redes informáticas permiten que los ordenadores puedan comunicarse entre sí. La primera comunicación entre dos ordenadores se dio en 1969, durante la construcción de Arpanet. En esta primera comunicación se transmitieron los caracteres "L G O" a 50Kbps. En la actualidad, Internet cuenta con una cantidad de enlaces imposible de contabilizar. Compruébalo en este enlace:

Mapa de información sobre enlaces trasatlánticos

Lo primero es entender lo que es una dirección IP. Se trata de un número que identifica a un conjunto de ordenadores. Alguien se puede extrañar y decir que una IP identifica a un solo ordenador. Pero eso depende. Una dirección IP va acompañada de otro dato: la máscara de red. Compruébalo tú mismo. Ejecuta el comando ifconfig, y seguro que ves algo como esto:

eth0 Link encap:Ethernet direcciónHW 1c:5b:de:ff:fe:64 Direc. inet:192.168.1.100 Difus.:192.168.1.255 Másc:255.255.255.0 Dirección inet6: fe80::1e4b:1c5b:deff:fe64/64 Alcance:Enlace ACTIVO DIFUSIÓN FUNCIONANDO MULTICAST MTU:1500 Métrica:1 Paquetes RX:15229 errores:0 perdidos:0 overruns:0 frame:0 Paquetes TX:15654 errores:0 perdidos:0 overruns:0 carrier:0 colisiones:0 long.colaTX:1000

Vamos a centrarnos en esta parte: Direc. inet:192.168.1.100 Difus.:192.168.1.255 Másc:255.255.255.0. La parte donde pone inet: indica la dirección IP del ordenador, y la parte donde pone Másc: indica cuantos ordenadores hay en la red donde está el ordenador. En concreto, el 0 final indica que pueden haber hasta 254 ordenadores en la misma red: desde 192.168.1.1 hasta 192.168.1.254.

Actividad 1. Comprueba la dirección IP de tu ordenador.

Guarda una captura donde se pueda ver la IP de tu ordenador, y además la dirección IP esté resaltada por selección. La actividad debe llamarse Act1-redes.png

Rúbrica (Comp. Digital): El alumno sabe obtener su dirección IP

Comprobando si el otro ordenador está ahí

El comando ping es un clásico entre los clásicos. No conozco herramienta más sencilla y a la vez más útil para comprobar si tenemos conectividad. Vamos a comprobar que llegamos al servidor de www.google.com:

$ ping www.google.com

Internet son muchas redes conectadas entre sí. Pero ¿Donde empieza y dónde termina una red? Una red termina en el router. Por decirlo así, los routers son las fronteras en una red. Si tienes un router en casa, dicho dispositivo separa dos redes: la red local de tu casa y la red de tu proveedor de Internet. Cada vez que sales a Internet, pasas en primer lugar por el router de tu red. Y después por otro router, y después por otro hasta llegar a tu destino.

Para saber cuál es el router al que tú te diriges cuando quieres salir a Internet, ejecuta el comando route:

Tabla de rutas IP del núcleo Destino Pasarela Genmask Indic Métric Ref Uso Interfaz 0.0.0.0 192.168.10.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 192.168.10.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 2 0 0 eth0

Observa que para el destino 0.0.0.0 (cualquier sitio) se indica que mi pasarela es 192.168.10.1. Esa es la dirección del router en mi red. También tendrá otra dirección IP en la otra red.

Actividad 2. Comprueba que llegas a la puerta de enlace de tu red local.

Guarda una captura donde se pueda ver cómo consultas la tabla de rutas. Una vez allí, resalta la dirección IP de la puerta de nelace. Finalmente comprueba que la puerta de enlace responde a tu llamada. La captura debe llamarse Act2-redes.png

Rúbrica (Comp. Digital): El alumno utiliza las herramientas necesarias para comprobar que llega hasta su puerta de enlace.

¿Qué significan las direcciones IP

Los ordenadores en una red se distinguen por una dirección IP. La dirección IP está formada por 4 bytes. Cada una de ellas será un número comprendido entre O y 255 una vez traducidos los bytes binarios a decimal. Por ejemplo: 192.168.1.27. Si obtienes la dirección IP de tu ordenador mediante el comando ifconfig, podrás comprobar que el resultado es parecido a esto:

eth0 Link encap:Ethernet direcciónHW 1c:5b:de:ff:fe:64 Direc. inet:192.168.1.100 Difus.:192.168.1.255 Másc:255.255.255.0 Dirección inet6: fe80::1e4b:1c5b:deff:fe64/64 Alcance:Enlace ACTIVO DIFUSIÓN FUNCIONANDO MULTICAST MTU:1500 Métrica:1 Paquetes RX:15229 errores:0 perdidos:0 overruns:0 frame:0 Paquetes TX:15654 errores:0 perdidos:0 overruns:0 carrier:0 colisiones:0 long.colaTX:1000

Además de la dirección IP, es muy importante la máscara de red. En el ejemplo anterior, aparece junto a la palabra Masc:. En este caso es 255.255.255.0. Este número indica que los tres primeros bytes de la dirección IP corresponden a la red, y el último al ordenador. Es decir, todos los ordenadores que pertenecen a esa red, empiezan por 192.168.1. Así, por ejemplo, las siguientes direcciones IP, pertenecen a ordenadores diferentes de la misma red:

  • 192.168.1.10
  • 192.168.1.20
  • 192.168.1.132

Sin embargo, las siguientes no:

  • 192.168.3.15
  • 192.168.5.12
  • 172.16.12.3

La máscara no siempre es 255.255.255.0. A veces se utilizan otras diferentes, porque el tamaño de la red depende de la máscara:

  • La máscara 255.255.255.0 corresponde a una red de 256 direcciones IP
  • La máscara 255.255.254.0 corresponde a una red de 512 direcciones IP
  • La máscara 255.255.252.0 corresponde a una red de 1024 direcciones IP
  • La máscara 255.255.248.0 corresponde a una red de 2048 direcciones IP

Actividad 3. Averigua la máscara que usa la configuración de red de tu ordenador y escríbela en un archivo de texto. ¿Cuantas direcciones IP diferentes pueden haber en la red? Escribe la respuesta en un archivo llamado Act3-redes.txt

Rúbrica (Comp. Digital): El alumno sabe extraer la máscara de red de la configuración de red de su equipo.

Rúbrica (Comp. Matemática): El alumno sabe averiguar el número de direcciones de su red

Configurar la dirección IP

Existen dos manera principales de configurar la interfaz de red de un ordenador:

  • DHCP: Es un protocolo que permite que la configuración de red se aplique automáticamente, si intervención del usuario. Es la configuración que utiliza la mayoría de ordenadores domésticos. Es el router el que le indica a cada ordenador que dirección IP, qué máscara, qué puerta de enlace y DNS debe usar.
  • Manual: Consiste en que el usuario introduzca manualmente la configuración de red. Debe indicar expresamente la dirección IP, la máscara de red, la puerta de enlace y la DNS.

Configuración de red por DHCP en GNU/Linux

La configuración de red por DHCP en un Guadalinex viene configurada por defecto, por lo que no hay que hacer nada.

Configuración de red manual en GNU/Linux

La configuración manual en Wicd requiere la introducción manual de la información de red manualmente, como se muestra en la siguiente imagen. Es necesario que el usuario tenga claro la información que está introduciendo, ya que en caso de que sea incorrecta, no funcionará.

Abrir el menú de la conexión a la red.
Elegir la interfaz que se desea configurar.
Al editar la interfaz hay varias pestañas. La dirección MAC es la dirección física de la interfaz de red.
En la pestaña "Ajustes de IPv4" se puede cambiar la configuración de la dirección IP.
Los parámetros necesarios son la dirección IP, la máscara de red, la puerta de enlace y la DNS.

Configuración de red por DHCP en Windows

En Windows, la configuración de red varía de una versión a otra, es decir, varia en Windows 7, 8 o 10. En este caso se va a explicar cómo se configura en Windows 7. Se deben seguir los siguientes pasos:

  1. Abrir el "centro de redes y recursos compartidos". En Windows 7, hacer clic en el botón de inicio, y seleccionar la opción "Panel de Control". Una vez abierto, elegir "Centro de redes y recursos compartidos".
  2. Una vez abierto el Centro de redes y recursos compartidos, debemos seguir los siguientes pasos:
    1. En la Sección Ver las redes activas, seleccionamos la interfaz de red deseada. Después, hacer clic en el enlace Ethernet asociado a dicha red y se abrirá una ventana con el título Estado de Ethernet.
    2. En la ventana Estado de Ethernet, hacer clic en el botón Propiedades, de forma que se abrirá una nueva ventana con el título Propiedades de Ethernet. En el menú con el título Esta conexión usa los siguientes elementos, seleccionar la opción Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4) y hacer clic en el botón ropiedades. Entonces se abrirá una ventana con el título Propiedades: Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4).
    3. En la ventana con el título Propiedades: Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4) seleccionamos el botón de opción Obtener una dirección IP automáticamente.
Configuración de red por DHCP en Windows 7.

Configuración de red manual en Windows

Para la configuración manual de Windows, el proceso es similar, al menos en principio:

  1. Abrir el "centro de redes y recursos compartidos". En Windows 7, hacer clic en el botón de inicio, y seleccionar la opción "Panel de Control". Una vez abierto, elegir "Centro de redes y recursos compartidos".
  2. Una vez abierto el Centro de redes y recursos compartidos, debemos seguir los siguientes pasos:
    1. En la Sección Ver las redes activas, seleccionamos la interfaz de red deseada. Después, hacer clic en el enlace Ethernet asociado a dicha red y se abrirá una ventana con el título Estado de Ethernet.
    2. En la ventana Estado de Ethernet, hacer clic en el botón Propiedades, de forma que se abrirá una nueva ventana con el título Propiedades de Ethernet. En el menú con el título Esta conexión usa los siguientes elementos, seleccionar la opción Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4) y hacer clic en el botón ropiedades. Entonces se abrirá una ventana con el título Propiedades: Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4).
    3. En la ventana con el título "Propiedades: Protocolo de Internet versión 4 (TCP/IPv4)" seleccionamos el botón de opción Usar la siguiente dirección IP. Después en los campos de texto Dirección IP, Máscara de subred y Puerta de enlace predeterminada escribimos los parámetros de red deseados.
Configuración de red manual en Windows 7

Actividad 4. Configura manualmente la interfaz de red de tu equipo en GNU/Linux (Si no sabes que dirección IP asignar a tu equipo, pregunta al profesor). Toma una captura donde se pueda ver la configuración de red, y guárdala con el nombre Act4.1-redes.png. Después reinicia el equipo y cuando inicies de nuevo, comprueba la nueva configuración de red. Toma una captura de la configuración de red, y guárdala con el nombre Act4.2-redes.png. Una vez que tomes esta captura, vuelve a configurar manualmente tu equipo, introduciendo lá configuración que tenía inicialmente. Vuelve a reiniciar y comprueba que la configuración es la correcta. Toma una captura llamada Act4.3-redes.png.

Entrega las imágenes Act4.1-redes.png, Act4.2-redes.png y Act4.3-redes.png

Actividad 5. Repite el ejercicio anterior con Windows.

Engrega las capturas Act5.1-redes.png, Act5.2-redes.png y Act5.3-redes.png

Qué dispositivos se utilizan en una red

En una red se utilizan diferentes tipos de dispositivo para que los dispositivos puedan comunicarse entre sí. Los más habituales son el switch, el router y el punto de acceso:

Switch

Un switch permite comunicarse a los ordenadores de la misma red. Pero no puede comunicar ordenadores de redes diferentes. Los diferentes ordenadores se conectan al switch mediante un cable de red

Punto de acceso

Un punto de acceso hace lo mismo que un switch, pero sin cables. El punto de acceso debe estar conectado a la red mediante un cable (que se conecta a un switch de la red), y hace las veces de pasarela entre la red inalámbrica y la red cableada.

Router

Un router permite conectar dos o más redes. Los routers domésticos conectan la red del usuario con la red del proveedor de Internet. Muchos routers incluyen antenas para proporcionar una red inalámbrica, de modo que los equipos de la red no tengan que usar cables.

Internet es un conjunto inmenso de redes que se conectan entre sí mediante routers. Cuando accedemos a cualquier página web en Internet, normalmente pasamos por varios routers, hasta llegar al que está conectado al servidor web.

¿Por qué hacen falta tantos dispositivos diferentes en una red?

La razón es que las redes funcionan por capas. Cada capa está especializada en algo. La arquitectura de capas que utilizamos en la actualidad se llama TCP/IP, y tiene la siguiente estructura:

La arquitectura de protocolos TCP/IP incluye cuatro capas.

La misión de cada capa es la siguiente:

  • Capa de acceso a la red: es la capa que incluye los cables, los conectores, la interfaz de red (tarjeta de red y circuitos) y los drivers de la tarjeta de red. Esta capa se divide en dos partes:
    • Capa física: es la capa de las cosas "que se pueden tocar". Es decir, cables, circuitos, conectores, etc. Su finalidad es llevar impulsos eléctricos de un extremo a otro del cable.
    • Capa de enlace: es la capa relacionada con los drives de las interfaces de red. Tiene varias finalidades, pero las más importantes son:
      • Ofrecer un direccionamiento físico que permita a un ordenador localizar a otro dentro de una misma red, mediante una dirección física (o MAC). La capa de enlace no sabe qué es una dirección IP, ya que esto es algo de una capa superior (la capa de red).
      • Garantizar que los datos que llegan a través del cable son los que se enviaron, es decir, que no hay errores en los datos enviados.
  • Capa de red: es la capa que se encarga de enviar los paquetes a través de diferentes redes hasta llegar a su destino. Toma decisiones sobre hacia donde enviar un paquete, en base a su dirección IP. Su principal misión es saber elegir por dónde enviar un paquete para que llegue a su destino.
  • Capa de transporte: cuando un paquete viaja por diferentes redes hasta llegar a su destino, éstos pueden llegar desordenados, con errores o incluso no llegar. La capa de transporte se encarga de garantizar los datos que llegan sean correctos, ordenarlos, y en caso contrario volver a pedir copias de los datos erróneos o desaparecidos.
  • Capa de aplicación: la capa de aplicación presta un servicio al usuario final. Probablemente, el protocolo más conocido es HTTP, que ofrece un servicio para el envío de páginas web. Existen infinidad de protocolos de aplicación, como FTP, SSH, SMB, HTTPS, VNC, etc.

La razón por la que hay tantos dispositivos diferentes, es que cada dispositivo está especializado en una capa concreta:

  • Un repetidor está especializado en la capa física. Su única preocupación es que se transmitan los impulsos eléctromagnéticos enviados desde el origen. Por esta razón, reproduce toda señal electromagnética (incluidos los ruidos), sin preocuparse de si son correctos o no.
  • Un switch o un punto de acceso están especializados en la capa de enlace. Por ello, su ámbito de trabajo está en una red concreta. Sólamente entiende de direcciones MAC (no sabe lo que es una IP). Su objetivo es, no solo enviar impulsos electromagnéticos entre dos equipos de la red, sino que además los datos que éstos representan sean correctos.
  • Un routerr trabaja en la capa de red. Su misión es recibir paquetes IP y enviárselos al siguiente router, para que lleguen a su destino.

Observa el siguiente esquema. Representa a varias redes conectadas, que incluyen diferentes dispositivos:

Diferentes redes se conectan entre sí a través de sus routers. Cada red local incluye uno o más switches para conectar localmente los equipos de la misma red entre sí.

Actividad 6. Observa el siguiente diagrama de red, que representa la red del instituto.

Diagrama de la red de alumnos del instituto.

Supón que deseas instalar una red cableada para el taller de tecnología, y conectarla a la red del instituto. Se conectarán 20 ordenadores. Añade al diagrama de red mostrado (que puedes descargar desde act6.dia) la nueva red pedida. Añade etiquetas descriptivas. Utiliza para ello el programa DIA.

Busca en Internet un modelo de dispositivo que cubra tu necesidad y escribe la URL de la página donde lo has visto. Por ejemplo, puedes consultar en PCComponentes o en PCBox en las secciones de redes.

Entrega la actividad en un archivo con el nombre Act6-redes.zip, que incluya el diagrama de la red, así como un documento de texto con un enlace a la página dónde se encuentre el dispositivo que has elegido.

Actividad 7. Imagina en este caso que deseas añadir una red inalámbrica para acceder a la red de tu casa. ¿Qué dispositivo utilizarías? Busca en Internet uno de estos dispositivos igual que hiciste en el ejercicio anterior, y copia la URL a la página donde lo has visto.

Entrega la actividad en un archivo con el nombre Act7-redes.txt

¿Por qué router pasamos para ir a un servidor de Google?

Hay una herramienta llamada traceroute que nos permite comprobar los saltos que vamos dando hasta llegar a un determinado ordenador (o un servidor). Por ejemplo, intenta esto:

$ traceroute www.google.com

¿Te dice que traceroute no está instalado? Tendremos que esperar un poco entonces, hasta que podamos rootear los portátiles.

Verás que aparecen líneas como esta:

9 72.14.238.228 (72.14.238.228) 36.276 ms 37.152 ms 37.118 ms

Eso quiere decir que como noveno paso hasta www.google.com, pasamos por el router 72.14.238.228.

¿De qué forma funciona traceroute? Para hacer ping los ordenadores utilizan un protocolo especial llamado ICMP. Cuando el destino recibe un paquete ICMP devuelve otro paquete ICMP confirmando su recepción. traceroute se vale del campo TTL de los paquetes IP que transportan un mensaje ICMP. Cuando un paquete IP pasa por un router, éste decrementa el campo TTL (tiempo de vida) del paquete. Cuándo este campo llega a 0, el paquete IP es descartado, y el router envía al origen un mensaje indicando que el paquete "ha muerto". De este modo, el origen puede saber (examinando el origen del paquete) qué router lo descartó. De este modo, traceroute envía múltiples mensajes ICMP en paquetes IP con una TTL creciente, que empieza en 1. De modo que ocurre lo siguiente:

  • El primer paquete enviado (con TTL 1), es descartado en el primer router, que envía de vuelta un mensaje informando de este hecho. Así, traceroute sabe cuál es el primer router en el camino hasta el destino.
  • El segundo paquete enviado (con TTL 2), es descartado en el segundo router, que envía de vuelta un mensaje informando de este hecho. Así, traceroute sabe cuál es el segundo router en el camino hasta el destino.
  • El tercer paquete enviado (con TTL 3), es descartado en el tercer router, que envía de vuelta un mensaje informando de este hecho. Así, traceroute sabe cuál es el tercer router en el camino hasta el destino.
  • Este proceso continúa hasta llegar al último router del camino.

¿Por qué traceroute no funciona en algunos routers? En nuestro instituto traceroute no funciona, y no es capaz de decir cuáles son los routers en el camino. La razón de ello es que el primer router no permite pasar los mensajes ICMP a través suyo. Por eso, traceroute no recibe mensajes de paquete descartado de los routers del camino.

¿En qué sitio están los ordenadores?

¿Dónde están los servidores de Google? ¿Dónde están los servidores de Facebook? Existen múltiples herramientas que pueden ayudarnos en esto. Por ejemplo, prueba con esta: visual-tracert. ¿Dónde están los servidores de Facebook?

Actividad 8. Comprueba dónde se encuenta un servidor web que suelas usar normalmente.

Guarda una captura donde se pueda ver la ubicación física del servidor Act8-redes.png

Rúbrica (Comp. Digital): el alumno traceroute para comprobar la ubicación de un servidor web

Topologías de red

Hay muchos tipos de redes según su topología. La topología describe la forma en que se organizan los ordenadores entre sí. Hay redes en estrella, en anillo, bus, malladas, etc. Pero en la actualidad dos predominan en las redes cableadas: redes en forma de árbol y redes malladas:

Como ya comenté, en los bordes de una red siempre hay un router. Pero dentro de la red hay un elemento que se utiliza para conectar unos ordenadores con otros dentro de la misma red hace falta otro dispositivo, al que llamamos switch (o conmutador en español). En el aula tenemos un switch pequeño por cada mesa. Además hay switches más grandes por diferentes puntos del instituto.

Como verás, hay muchos tipos de routers y switches:

Actividad 9. Comprueba que puedes contactar con el servidor de la página web www.yahoo.es empleando un comando en la terminal.

Guarda una captura donde se muestre que la página www.yahoo.es responde a tu llamada. La actividad debe llamarse Act9-redes.png

Rúbrica (Comp. Digital): el alumno utiliza el comando adecuado para comprobar si un servidor está activo.

Interfaz de red

Para conectarse a una red hace falta una interfaz de red, que no es ni más ni menos que una tarjeta que sirve para enchufarse con un cable a la red. Una tarjeta de red tiene el siguiente aspecto:

Este dispositivo hay que conectarlo correctamente en el interior del ordenador. También hay que conectar con un cable, la tarjeta de red a algún dispositivo de comunicaciones, como un router o un switch. Crear los extremos de uno de estos cables se llama crimpar

Actividad 10 (avanzada). Crimpa los extremos de los cables que hay en tu mesa y comprueba que está correctamente montado.

Rúbrica (Comp. matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología ): El alumno manipula correctamente los elementos necesarios para crimpar un cable de red.

Compartir archivos

Os voy a enseñar dos formas básicas de compartir archivos con Linux. En realidad lo que os voy a enseñar es posible hacerlo con Windows también. La primera de ellas se basa en el protocolo SSH (ya sabéis, para iniciar una sesión de consola remota segura). En concreto, se trata de la copia segura por SSH, lo que se hace mediante el comando scp (Secure Copy).

SCP

Para realizar una copia de un archivo entre dos equipos mediante SSH, es preciso que se den las siguientes condiciones:

  1. Que uno de los equipos sea un servidor SSH. La copia se haría hacia/desde el servidor SSH.
  2. Que el otro equipo tenga instalado un cliente SSH. El cliente es el comando scp

El ejemplo siguiente muestra una copia desde un ordenador hacia otro.

$ scp archivo.txt mauri@192.168.1.107:/home/mauri/ The authenticity of host '192.168.1.107 (192.168.1.107)' can't be established. ECDSA key fingerprint is a5:84:34:fe:8c:1c:7c:4f:f5:e3:45:ae:68:b3:4e:c0. Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes Warning: Permanently added '192.168.1.107' (ECDSA) to the list of known hosts. mauri@192.168.1.107's password: archivo.txt 100% 0 0.0KB/s 00:00

Actividad 11. Transferir un archivo por SSH desde un ordenador cliente hasta un servidor SSH. Para ello, se deben seguir los siguientes pasos:

  1. Abrir una terminal y descargar el archivo test.jpg empleando el siguiente comando:
  2. wget http://www.mauriciomatamala.net/descargas/test_scp.txt
  3. Abrir el archivo, y editarlo añadiendo el nombre del alumno al final.
  4. Modificar el nombre del archivo para que incluya el nombre de tu ordenador. Por ejemplo, si estás en el ordenador 14, el archivo se deberá llamar test_scp_14.txt.
  5. Transferir el archivo test_scp.txt al servidor SSH indicado por el profesor.

Realizar una captura llamada Act11-redes.png en el que se pueda ver cómo se ha realizado la copia por ssh.

Rúbrica (Comp.Digital):

  1. La actividad está sin hacer (no hay entrega) o bien la captura no incluye el nombre.
  2. El archivo no se ha llegado a descargar, porque el comando wget está mal escrito.
  3. El archivo se ha descargado empleando wget, pero la transferencia por SCP es incorrecta.
  4. El archivo ha sido transferido, pero no se han seguido las intrucciones de nombrado.
  5. La actividad se ha hecho correctamente.