Soluciones del Cuestionario Inicial - Introducción a las Redes

1. ¿Qué tipos de redes conoces según su extensión?

Según su extensión geográfica, las redes se clasifican en cuatro tipos principales:

PAN (Personal Area Network): Red de área personal que conecta dispositivos en un espacio reducido, típicamente alrededor de una persona. Su alcance es de unos pocos metros. Ejemplos incluyen la conexión Bluetooth entre un teléfono móvil y unos auriculares.

LAN (Local Area Network): Red de área local que conecta dispositivos en un área geográfica limitada, como un edificio, una oficina o un campus. Utiliza medios de transmisión propios y ofrece altas velocidades de transmisión. Es el tipo de red más común en entornos empresariales y educativos.

MAN (Metropolitan Area Network): Red de área metropolitana que cubre una ciudad o área metropolitana. Su extensión puede abarcar desde varios kilómetros hasta decenas de kilómetros. Suele utilizar fibra óptica como medio de transmisión principal.

WAN (Wide Area Network): Red de área amplia que se extiende sobre grandes distancias geográficas, incluso a nivel nacional o internacional. Utiliza infraestructuras de telecomunicaciones públicas o privadas y puede combinar diferentes tecnologías de transmisión.

2. ¿Qué diferencia hay entre una red pública y una privada?

La diferencia fundamental entre una red pública y una privada radica en la titularidad y el control del acceso:

Red pública: Es propiedad de una entidad pública o de un proveedor de servicios de telecomunicaciones. El acceso está disponible para cualquier usuario que cumpla con los requisitos establecidos y pague las tarifas correspondientes. La infraestructura es compartida por múltiples usuarios. Ejemplos incluyen las redes de telefonía pública o las redes de acceso a Internet proporcionadas por operadores.

Red privada: Es propiedad de una organización o entidad privada que tiene control exclusivo sobre su uso y acceso. Solo los usuarios autorizados por la organización propietaria pueden acceder a la red. La infraestructura está dedicada a los fines específicos de la organización. Ejemplos incluyen las redes corporativas de empresas o las redes internas de instituciones educativas.

En la práctica, muchas organizaciones utilizan redes privadas virtuales (VPN) sobre infraestructura pública para combinar las ventajas de ambas aproximaciones.

3. ¿Qué función tiene un switch en una red local?

Un switch es un dispositivo de red de capa 2 (capa de enlace de datos) del modelo OSI que se utiliza para conectar múltiples equipos dentro de la misma red local.

Su función principal es interconectar dispositivos en una LAN mediante un mecanismo de autoaprendizaje que relaciona la dirección MAC (Media Access Control) de cada dispositivo con el puerto o interfaz física del switch donde está conectado. Cuando el switch recibe una trama, consulta su tabla de direcciones MAC y la envía únicamente al puerto correspondiente al dispositivo destino, a diferencia de los hubs que envían las tramas a todos los puertos.

Esta funcionalidad permite crear dominios de colisión separados para cada puerto, mejorando significativamente el rendimiento de la red al evitar colisiones innecesarias y optimizar el ancho de banda disponible. Además, los switches modernos pueden gestionar el tráfico de forma más eficiente, proporcionando características adicionales como segmentación de red, gestión de calidad de servicio (QoS) y soporte para VLANs.

4. ¿Qué ventajas ofrece la fibra óptica frente al par trenzado?

La fibra óptica presenta varias ventajas técnicas significativas frente al par trenzado:

Ancho de banda: La fibra óptica ofrece un ancho de banda muy superior, permitiendo velocidades de transmisión que pueden alcanzar varios terabits por segundo, mientras que el par trenzado está limitado a velocidades menores, típicamente hasta 10 Gbps en las mejores condiciones.

Atenuación: La señal en fibra óptica sufre menos atenuación a lo largo de la distancia, lo que permite cubrir distancias mucho mayores sin necesidad de repetidores. Mientras que el par trenzado tiene limitaciones de distancia (típicamente 100 metros para Ethernet), la fibra óptica puede transmitir señales a distancias de varios kilómetros.

Inmunidad a interferencias electromagnéticas: Al transmitir información mediante pulsos de luz en lugar de señales eléctricas, la fibra óptica es completamente inmune a interferencias electromagnéticas (EMI) y radiofrecuencias (RFI), lo que la hace ideal para entornos industriales o con alta densidad de equipos eléctricos.

Seguridad: Es extremadamente difícil interceptar la señal óptica sin ser detectado, ya que cualquier intento de acceso físico a la fibra provoca una pérdida de señal detectable. Esto proporciona un nivel de seguridad superior al par trenzado.

Peso y tamaño: Los cables de fibra óptica son más ligeros y delgados que los cables de par trenzado equivalentes, facilitando la instalación y el manejo.

Durabilidad: La fibra óptica es más resistente a condiciones ambientales adversas y tiene una vida útil más larga.

5. ¿Qué es una topología en estrella? ¿Dónde se suele usar?

Una topología en estrella es una configuración de red en la que todos los nodos están conectados directamente a un dispositivo central, típicamente un switch o un hub, formando una estructura que se asemeja a una estrella.

En esta topología, cada dispositivo terminal se conecta mediante un enlace dedicado al dispositivo central, que actúa como punto de concentración del tráfico de red. Toda la comunicación entre nodos debe pasar necesariamente por el dispositivo central, que se encarga de gestionar y dirigir el tráfico.

Ventajas de la topología en estrella:

• Facilita la gestión y el mantenimiento, ya que los problemas en un enlace afectan solo a ese nodo específico.
• Permite identificar y aislar fácilmente los fallos.
• La adición o eliminación de nodos no afecta al resto de la red.
• Ofrece un buen rendimiento al evitar colisiones cuando se utiliza un switch como dispositivo central.

Desventajas:

• Dependencia crítica del dispositivo central: si este falla, toda la red queda inoperativa.
• Mayor consumo de cableado en comparación con otras topologías.

Aplicaciones: La topología en estrella es la más utilizada en redes LAN modernas, especialmente en entornos empresariales, oficinas, centros educativos y redes domésticas. Es la topología estándar en implementaciones Ethernet con switches, siendo prácticamente universal en redes locales cableadas actuales.

6. ¿Qué papel juega el sistema operativo de red (NOS)?

El sistema operativo de red, conocido como NOS (Network Operating System), es el software que gestiona y coordina los recursos de red, proporcionando los servicios necesarios para que los dispositivos puedan comunicarse y compartir recursos en una red.

Sus funciones principales incluyen:

Gestión de usuarios y permisos: El NOS controla el acceso a los recursos de red mediante sistemas de autenticación y autorización, gestionando cuentas de usuario, grupos y políticas de acceso.

Gestión de recursos compartidos: Permite compartir recursos como impresoras, archivos, bases de datos y aplicaciones entre los diferentes nodos de la red, centralizando el control y facilitando el acceso coordinado.

Servicios de red: Proporciona servicios fundamentales como resolución de nombres (DNS), asignación de direcciones IP (DHCP), gestión de directorios y servicios de autenticación.

Seguridad: Implementa mecanismos de seguridad como firewalls, cifrado de datos, detección de intrusiones y políticas de seguridad de red.

Administración y monitoreo: Ofrece herramientas para administrar la red, monitorear el tráfico, diagnosticar problemas y gestionar la configuración de los dispositivos conectados.

En redes cliente-servidor, el NOS se ejecuta principalmente en los servidores, mientras que en redes punto a punto, cada nodo puede ejecutar funciones del NOS. Ejemplos de sistemas operativos de red incluyen Windows Server, Linux con servicios de red, y sistemas especializados como Novell NetWare.

7. ¿Qué relación existe entre los nodos finales e intermedios?

Los nodos finales e intermedios mantienen una relación funcional complementaria en el proceso de comunicación de red:

Nodos finales (DTE - Data Terminal Equipment): Son los dispositivos que originan o reciben la información en una comunicación. Incluyen estaciones de trabajo, servidores, impresoras y cualquier dispositivo que sea el origen o destino final de los datos. Estos nodos no participan en el encaminamiento o procesamiento intermedio de la información.

Nodos intermedios (DCE - Data Circuit-Terminating Equipment): Son dispositivos que participan en la comunicación entre nodos finales, facilitando el transporte de la información pero sin ser origen ni destino de los datos. Incluyen repetidores, switches, routers y otros dispositivos de infraestructura de red.

Relación funcional: Los nodos intermedios actúan como intermediarios que permiten que los nodos finales se comuniquen entre sí. Cuando un nodo final necesita enviar información a otro nodo final, los datos pasan a través de uno o más nodos intermedios que se encargan de:

• Amplificar y regenerar señales (repetidores)
• Conmutar tramas dentro de la misma red (switches)
• Encaminar paquetes entre diferentes redes (routers)
• Convertir señales entre diferentes medios de transmisión

Sin los nodos intermedios, los nodos finales solo podrían comunicarse directamente mediante conexiones punto a punto, lo que limitaría severamente el alcance y la escalabilidad de las redes. Los nodos intermedios son esenciales para construir redes complejas que permitan la comunicación entre múltiples nodos finales distribuidos geográficamente.

8. ¿Qué diferencia hay entre transmisión serie y paralela?

La diferencia fundamental entre transmisión serie y paralela radica en cómo se envían los bits que componen los datos:

Transmisión serie: Los bits se envían uno tras otro, secuencialmente, a través de un único canal o línea de transmisión. Todos los bits de un carácter o palabra se transmiten en serie, uno después del otro, utilizando un solo par de conductores o un único canal de comunicación.

Transmisión paralela: Los bits se envían simultáneamente, en paralelo, utilizando múltiples canales o líneas de transmisión. Cada bit de un carácter o palabra se transmite por una línea separada al mismo tiempo, requiriendo tantos conductores como bits se transmitan en paralelo (típicamente 8, 16, 32 o 64 líneas).

Comparación:

• Velocidad: La transmisión paralela puede ser teóricamente más rápida al enviar múltiples bits simultáneamente, pero en la práctica, la transmisión serie puede alcanzar velocidades muy altas mediante técnicas de modulación y codificación avanzadas.

• Complejidad del cableado: La transmisión paralela requiere múltiples líneas de transmisión, aumentando significativamente la complejidad y el coste del cableado. La transmisión serie requiere solo un par de conductores o un canal.

• Distancia: La transmisión serie es más adecuada para distancias largas, ya que los problemas de sincronización y diafonía entre líneas paralelas aumentan con la distancia. La transmisión paralela se limita típicamente a distancias cortas (metros).

• Aplicaciones: La transmisión serie se utiliza ampliamente en comunicaciones de red (Ethernet, USB, SATA), mientras que la transmisión paralela se encuentra principalmente en conexiones internas de corta distancia (buses internos de computadoras, aunque incluso estos están siendo reemplazados por interfaces serie de alta velocidad).

En redes modernas, la transmisión serie es la norma debido a su simplicidad, coste y capacidad para alcanzar altas velocidades mediante técnicas avanzadas de codificación.

9. ¿Qué tipos de transmisión existen según la dirección?

Según la dirección de transmisión, existen tres tipos principales:

Simplex: La transmisión se realiza en una sola dirección, de forma unidireccional. Uno de los dispositivos actúa exclusivamente como transmisor y el otro exclusivamente como receptor. No es posible la comunicación bidireccional. Ejemplos incluyen la transmisión de señales de radio o televisión, donde la estación emisora transmite y los receptores solo reciben.

Half-duplex (Semidúplex): La transmisión puede realizarse en ambas direcciones, pero no simultáneamente. Los dispositivos pueden alternar entre transmitir y recibir, pero cuando uno transmite, el otro debe recibir, y viceversa. Requiere un protocolo de control para gestionar el cambio de dirección. Ejemplos incluyen sistemas de radio bidireccional (walkie-talkies) o algunas implementaciones de Ethernet antiguas con hubs.

Full-duplex (Dúplex completo): La transmisión se realiza en ambas direcciones simultáneamente. Ambos dispositivos pueden transmitir y recibir al mismo tiempo, utilizando canales separados o técnicas de multiplexación. Esto permite una comunicación más eficiente y rápida. Ejemplos incluyen las comunicaciones telefónicas, Ethernet con switches modernos, y la mayoría de las tecnologías de red actuales.

La capacidad full-duplex es esencial para el rendimiento óptimo de las redes modernas, ya que permite aprovechar completamente el ancho de banda disponible en ambas direcciones simultáneamente.

10. ¿Qué ventajas tiene la transmisión digital frente a la analógica?

La transmisión digital ofrece varias ventajas técnicas significativas frente a la analógica:

Calidad de señal: Las señales digitales son menos susceptibles a la degradación y al ruido. Mientras que en transmisión analógica cualquier interferencia afecta directamente a la señal, en transmisión digital los valores se representan como estados discretos (0s y 1s), permitiendo la regeneración perfecta de la señal siempre que se pueda distinguir entre los estados. Los repetidores digitales pueden regenerar señales sin acumular ruido.

Detección y corrección de errores: Los sistemas digitales permiten implementar técnicas avanzadas de detección y corrección de errores mediante códigos de redundancia. Esto permite identificar y corregir errores de transmisión, algo imposible en sistemas analógicos puros.

Procesamiento de señal: Las señales digitales pueden ser procesadas, comprimidas, cifradas y manipuladas mediante procesadores digitales de señal (DSP) de forma más eficiente y precisa que las señales analógicas.

Multiplexación: La multiplexación de señales digitales es más eficiente y flexible que en sistemas analógicos, permitiendo combinar múltiples señales de forma más compacta y gestionable.

Integración y miniaturización: Los circuitos digitales pueden integrarse en chips de muy alta densidad, permitiendo dispositivos más pequeños, eficientes y económicos.

Inmunidad al ruido: Aunque las señales digitales pueden verse afectadas por ruido, tienen un margen de tolerancia mayor. Mientras que el ruido en una señal analógica se acumula y degrada la calidad, en digital solo afecta si es suficientemente intenso como para cambiar el estado de un bit, y estos errores pueden detectarse y corregirse.

Almacenamiento: Las señales digitales pueden almacenarse, copiarse y transmitirse sin pérdida de calidad, mientras que las señales analógicas se degradan en cada copia o transmisión.

Flexibilidad: Los sistemas digitales ofrecen mayor flexibilidad para implementar nuevas funcionalidades mediante software, sin necesidad de cambios en el hardware.

Estas ventajas han llevado a que prácticamente todas las redes modernas utilicen transmisión digital, incluso cuando la señal original es analógica, convirtiéndola mediante procesos de digitalización.

11. ¿Qué tipos de ruido afectan a la transmisión de datos?

El ruido es cualquier señal no deseada que interfiere con la señal de datos transmitida. Los principales tipos de ruido que afectan a la transmisión de datos son:

Ruido térmico: También conocido como ruido de Johnson-Nyquist, es causado por el movimiento aleatorio de electrones en los conductores debido a la temperatura. Es inherente a todos los sistemas electrónicos y aumenta proporcionalmente con la temperatura y el ancho de banda. Es un ruido de fondo constante presente en todos los sistemas de transmisión.

Ruido de intermodulación: Ocurre cuando dos o más señales de diferentes frecuencias se combinan en un sistema no lineal, generando señales en frecuencias que son suma o diferencia de las frecuencias originales. Estas señales espurias pueden interferir con las señales de datos. Es común en amplificadores y sistemas con componentes no lineales.

Diafonía (Crosstalk): Es la interferencia causada por el acoplamiento electromagnético entre líneas de transmisión adyacentes. Cuando una señal en un conductor induce una señal no deseada en un conductor cercano. Puede ser diafonía cercana (NEXT - Near-End Crosstalk) o diafonía lejana (FEXT - Far-End Crosstalk). Es especialmente problemática en cables de par trenzado cuando el trenzado no es adecuado o cuando hay defectos en el cableado.

Ruido impulsivo: Consiste en pulsos de corta duración pero alta amplitud causados por perturbaciones externas como descargas eléctricas, conmutación de equipos eléctricos, motores, relés o interferencias electromagnéticas de origen industrial. A diferencia del ruido térmico que es continuo, el ruido impulsivo aparece de forma esporádica pero puede causar errores significativos en la transmisión.

Ruido de interferencia: Causado por señales de radiofrecuencia externas, como emisoras de radio, equipos de microondas, o dispositivos electrónicos que emiten radiación electromagnética no deseada.

Cada tipo de ruido requiere técnicas específicas de mitigación, como el uso de blindaje, mejor diseño de cables, filtros, técnicas de codificación de canal, y en el caso del ruido impulsivo, códigos de corrección de errores robustos.