Soluciones del Cuestionario Inicial - Arquitecturas de Redes

1. ¿Qué es un modelo de red y para qué sirve?

Un modelo de red es un marco conceptual que define la manera en la que se debe establecer y producir la comunicación entre sistemas de red. Los modelos determinan la estructura y organización de los diferentes niveles o capas que intervienen en el proceso de comunicación, facilitando el diseño, la implementación y la interoperabilidad de las redes.

Los modelos de red surgieron como solución a la problemática de incompatibilidad que existía cuando las redes estaban ligadas al hardware específico de cada fabricante. Antes de la estandarización, desarrollar programas para gestionar la comunicación entre equipos resultaba muy complejo y extenso, dificultando la interoperabilidad y el mantenimiento.

Los principales modelos de red son el modelo OSI (estándar de iure, propuesto por organismos internacionales como la ISO) y el modelo TCP/IP (estándar de facto, desarrollado a partir de ARPANET y adoptado ampliamente en la práctica). El modelo OSI, creado en 1984, es un marco conceptual que divide la comunicación de redes en siete capas, mientras que el modelo TCP/IP, nacido del caso práctico en 1971 con ARPANET, utiliza una estructura de cuatro capas.

La utilidad de los modelos de red radica en que permiten reducir la complejidad mediante una organización jerárquica en niveles o capas, facilitando que los fabricantes de software y hardware puedan diseñar productos compatibles entre sí. Cada nivel se construye sobre los servicios ofrecidos por el nivel inferior, permitiendo una implementación más sencilla, modular y escalable.

2. ¿Qué diferencias existen entre arquitectura y protocolo en redes?

La arquitectura de red y los protocolos son conceptos relacionados pero distintos en el diseño de sistemas de comunicación:

Arquitectura de red: Se define como el conjunto de niveles y protocolos utilizados para implementar las tareas de comunicación entre equipos informáticos. La arquitectura establece la estructura organizativa general del sistema, definiendo cómo se organizan y relacionan los diferentes niveles. Esta organización debe ser lo suficientemente clara como para que los fabricantes de software y hardware puedan diseñar sus productos compatibles entre sí. La arquitectura viene definida por tres características fundamentales: la topología, el método de acceso a la red y los protocolos de comunicaciones. Ejemplos de arquitecturas son el modelo OSI y la arquitectura TCP/IP.

Protocolos: Son el conjunto de reglas que gobiernan el intercambio de datos entre dos entidades en una red. Los protocolos establecen las normas específicas que deben seguir los dispositivos para comunicarse, incluyendo aspectos como el formato de los datos, el orden de transmisión, la detección y corrección de errores, y el establecimiento de comunicación. La comunicación entre diferentes sistemas resulta demasiado compleja para ser gobernada por un único protocolo, por lo que se diseñaron conjuntos de protocolos llamados pilas de protocolos.

En resumen, mientras que la arquitectura define la estructura y organización general del sistema de comunicación (los niveles y cómo se relacionan), los protocolos son las reglas específicas que rigen cómo se comunican las entidades dentro de cada nivel. La arquitectura TCP/IP incluye protocolos como DNS, DHCP, TCP, IP y Ethernet, cada uno operando en su nivel correspondiente según la arquitectura definida.

3. ¿Por qué es importante la normalización en las redes?

La normalización en las redes es fundamental porque garantiza la compatibilidad y la interoperabilidad entre dispositivos y sistemas de diferentes fabricantes. Antes de la normalización, las redes estaban ligadas al hardware específico de cada fabricante, lo que impedía que los equipos de diferentes marcas pudieran comunicarse entre sí.

Un estándar es una regla técnica que se utiliza para que los dispositivos y sistemas informáticos puedan funcionar correctamente entre sí. Gracias a los estándares, un ordenador puede conectarse a una red, enviar correos o navegar por Internet sin importar la marca o el modelo, el tipo de conector a emplear, las tensiones e intensidades empleadas, o el formato de los datos a enviar.

El empleo de estándares presenta varias ventajas fundamentales:

Los productos de diferentes fabricantes que cumplen los estándares son totalmente compatibles y pueden comunicarse sin necesidad de adaptadores, lo que amplía el mercado y favorece precios más competitivos y mayor flexibilidad. La normalización también garantiza la compatibilidad con productos futuros empleando la misma tecnología, reduce los costes de los productos al permitir economías de escala, y evita que las empresas desarrollen arquitecturas cerradas, fomentando la interoperabilidad.

Sin la normalización, cada fabricante desarrollaría sus propias soluciones propietarias, lo que fragmentaría el mercado, aumentaría los costes y dificultaría enormemente la comunicación entre sistemas diferentes. La normalización es, por tanto, la base que permite el funcionamiento de Internet y de las redes modernas tal como las conocemos.

4. ¿Qué organismos internacionales conoces relacionados con la estandarización de redes?

Existen diversos organismos internacionales que juegan un papel fundamental en la estandarización de redes, divididos principalmente en dos categorías: consorcios de fabricantes y organismos oficiales.

Entre los principales organismos reguladores internacionales se encuentran:

ITU (International Telecommunication Union): También conocida como UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones), es la organización más importante de las Naciones Unidas en lo que concierne a las tecnologías de la información. Representa un foco global para gobiernos y sector privado en el desarrollo de redes y servicios. Coordina el uso del espectro radioeléctrico, promueve la cooperación internacional para la asignación de órbitas de satélites, mejora infraestructuras de comunicación y establece estándares mundiales para la interconexión de sistemas.

ISO (International Organization for Standardization): Agencia internacional sin ánimo de lucro con sede en Ginebra (Suiza), cuyo objetivo es el desarrollo de normalizaciones en un amplio abanico de materias. Ha definido multitud de estándares, incluyendo arquitecturas de comunicaciones para la interconexión de sistemas abiertos (OSI). Está formada por organismos de estandarización de diversos países y organizaciones observadoras. Fundada en 1946, reúne a más de 100 países.

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers): Mayor asociación profesional para el avance de la innovación y la excelencia tecnológica. Fundada en 1884, desarrolla estándares para las industrias eléctricas y electrónicas. Destacan los trabajos del comité 802, que desarrolla estándares de protocolos de comunicaciones para la interfaz física de las conexiones de redes locales de datos.

IETF (Internet Engineering Task Force): Organización internacional abierta de normalización, creada en Estados Unidos en 1986. Regula propuestas y estándares de Internet, conocidos como RFC (Request For Comments). Está compuesta por técnicos y profesionales en el área de redes y se organiza en grupos de trabajo sobre temas concretos.

Además, existen organismos a nivel regional como ETSI en Europa (European Telecommunications Standards Institute), ANSI y TIA en Estados Unidos, y AENOR en España, que colaboran con los organismos internacionales en el desarrollo de estándares.

5. ¿Qué ventajas aporta el uso de estándares abiertos frente a los propietarios?

Los estándares abiertos ofrecen ventajas significativas frente a los estándares propietarios o cerrados en términos de accesibilidad, interoperabilidad, competitividad y sostenibilidad a largo plazo.

Accesibilidad: Los estándares abiertos son accesibles para cualquier persona u organización, lo que permite que múltiples fabricantes y desarrolladores puedan implementarlos sin restricciones. Incluyen tanto los estándares de facto (aceptados por el mercado) como los de iure (oficiales). Aunque algunos pueden tener distribución restringida (como cobrar por acceder al documento), normalmente no exigen canon por su uso.

Interoperabilidad: Los productos de diferentes fabricantes que cumplen los estándares abiertos son totalmente compatibles y pueden comunicarse sin necesidad de adaptadores. Esto evita que los usuarios queden atados a un único proveedor y fomenta la competencia.

Competitividad y reducción de costes: Al ampliar el mercado y permitir que múltiples fabricantes compitan, los estándares abiertos favorecen precios más competitivos y mayor flexibilidad. Los costes de los productos se reducen debido a las economías de escala y a la competencia entre proveedores.

Compatibilidad futura: Los estándares abiertos garantizan la compatibilidad con productos futuros empleando la misma tecnología, lo que protege las inversiones realizadas y facilita la evolución de los sistemas.

Innovación: Permiten que empresas y desarrolladores independientes puedan contribuir al desarrollo y mejora de los estándares, fomentando la innovación mediante la colaboración abierta.

En contraste, los estándares propietarios son propiedad de una empresa o corporación, tienen acceso restringido y se utilizan para fidelizar al cliente. Aunque algunos estándares propietarios pueden convertirse en de facto o incluso en de iure si se popularizan, inicialmente limitan las opciones del usuario y pueden crear dependencia de un único proveedor.

En el contexto de las redes, los estándares abiertos han sido fundamentales para el desarrollo de Internet y las tecnologías de comunicación modernas, permitiendo que sistemas diversos funcionen juntos de manera eficiente.

6. ¿Cuáles son las principales diferencias entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP?

El modelo OSI y el modelo TCP/IP presentan diferencias fundamentales en su origen, estructura, propósito y adopción práctica:

Origen y naturaleza: El modelo OSI es un modelo teórico propuesto por la ISO (International Organization for Standardization) en 1984 como estándar de iure (oficial). Fue diseñado como un marco conceptual ideal para la interconexión de sistemas abiertos. En contraste, el modelo TCP/IP nació del caso práctico, desarrollado a partir de ARPANET en 1971 por DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa). Su nombre proviene de sus dos protocolos primarios y se convirtió en el estándar de facto debido a su sencillez y visión práctica.

Estructura de capas: El modelo OSI divide la comunicación en siete capas bien definidas (Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación), mientras que el modelo TCP/IP utiliza una estructura simplificada de cuatro capas (Acceso a la red, Internet, Transporte y Aplicación). La arquitectura TCP/IP agrupa funciones de varias capas OSI: la capa de aplicación de TCP/IP reúne las capas de aplicación, presentación y sesión del modelo OSI; la capa de acceso a la red engloba las capas física y de enlace de OSI.

Complejidad: El modelo OSI describe con detalle las funciones de cada nivel y resultó complejo de implementar en la práctica. El modelo TCP/IP fue diseñado desde el principio para su implementación real, priorizando la funcionalidad práctica sobre la pureza teórica.

Adopción: Aunque el modelo OSI es fundamental para comprender las arquitecturas de red y se utiliza como referencia teórica, el modelo TCP/IP se convirtió en el estándar prácticamente universal para las redes actuales, especialmente Internet. TCP/IP es el que realmente se implementa en la mayoría de sistemas de red modernos.

Equivalencia funcional: Ambos modelos mantienen conceptos similares en cuanto a la organización jerárquica por capas y la comunicación entre capas homólogas, pero TCP/IP simplifica la estructura para adaptarla a la implementación real en redes como ARPANET e Internet.

7. ¿Qué función cumple cada capa en el modelo OSI?

El modelo OSI divide la comunicación de redes en siete capas, cada una con funciones específicas y bien definidas:

Capa 1 - Capa Física: Establece las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales de todos los equipos y medios físicos que intervienen en el proceso de comunicación. Hace referencia tanto al medio físico (cable, fibra o inalámbrico) como a los tipos de transmisión y a las técnicas de transmisión de datos (codificación, modulación). Ejemplo: RS-232.

Capa 2 - Capa de Enlace: Encapsula los paquetes de la capa de red en tramas para transmitirlas del emisor al receptor de forma ordenada, detectando y corrigiendo errores en este proceso. Además, gestiona el direccionamiento físico, el acceso al medio y el control de flujo. Ejemplo: HDLC (High-Level Data Link Control).

Capa 3 - Capa de Red: Encapsula en paquetes los segmentos de la capa de transporte, con el objetivo de enviarlos por diferentes rutas, eligiendo la más adecuada, que es su función principal. Gestiona también el tratamiento de la congestión. Utiliza protocolos enrutables (como IP, IPX, Appletalk) para dirigir los paquetes hasta su destino, y protocolos de enrutamiento (como EIGRP, OSPF, RIP, BGP) que contienen reglas para identificar y reenviar paquetes. Dispositivos de esta capa incluyen routers, switches de nivel 3 y algunos firewall.

Capa 4 - Capa de Transporte: Se encarga de preparar la información que se va a transmitir encapsulándola en segmentos, asegurando que llegan al destino en el orden correcto, con fiabilidad y con calidad de servicio. Trabaja con puertos lógicos para identificar las conexiones, dando lugar a los sockets (IP:Puerto). Ejemplos: TP4 y TP0 de OSI.

Capa 5 - Capa de Sesión: Controla, mantiene y establece el enlace que se crea en la capa de transporte entre las dos entidades que se comunican. Asegura que, una vez establecida una sesión, ésta podrá realizar las operaciones previstas de principio a fin, pudiendo reanudarse en caso de interrupción. Ejemplos: NetBIOS, RPC.

Capa 6 - Capa de Presentación: Da formato a la información que se transmite para que el receptor la interprete correctamente. Puede incluir compresión y encriptación. De esta forma, aunque distintos equipos utilicen representaciones internas diferentes de caracteres, los datos llegan de manera reconocible. Ejemplo: ASN.1.

Capa 7 - Capa de Aplicación: Proporciona la interfaz de comunicación del usuario con las capas inferiores, lo que conocemos como aplicación. Es la capa superior de la jerarquía OSI. Un usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación, sino con programas que usan esta capa, abstrayéndose de la complejidad intrínseca. Ejemplos: POP, SMTP, FTP, gestores de BBDD.

Cada capa proporciona servicios a la capa superior y utiliza los servicios de la capa inferior, creando una jerarquía funcional que permite una comunicación estructurada y modular.

8. ¿Qué es una DMZ y para qué se utiliza en una red local?

Una DMZ (Zona DesMilitarizada) es un esquema de diseño de red local que añade una capa adicional de seguridad al segmentar la red en tres áreas distintas: la zona de usuarios (red interna), la DMZ y la red externa (Internet).

El objetivo principal de una DMZ es permitir conexiones desde la red interna y externa hacia la DMZ, pero restringir las conexiones desde la DMZ hacia la red interna. Esto significa que los hosts en la DMZ pueden ofrecer servicios a la red externa, pero si un intruso compromete un host en la DMZ, la red interna permanece protegida. Para un atacante externo, la DMZ actúa como un callejón sin salida.

Usos comunes de la DMZ: La DMZ se utiliza para alojar servidores que deben ser accesibles desde el exterior, como servidores web, servidores de correo electrónico y servidores DNS. Estos servicios necesitan ser públicos para funcionar correctamente, pero no deben tener acceso directo a la red interna por razones de seguridad.

Seguridad y control de acceso: Las conexiones desde la red externa hacia la DMZ se gestionan mediante firewalls, que controlan el tráfico entre la red externa y la DMZ aplicando políticas de seguridad para permitir o bloquear conexiones. También se emplean sistemas de detección y prevención de intrusiones (IDS/IPS) que monitorean el tráfico en la DMZ para detectar actividades sospechosas y prevenir ataques. Además, el Port Address Translation (PAT) permite que múltiples dispositivos en la DMZ compartan una única dirección IP pública, lo que ayuda a ocultar la estructura interna de la red.

La DMZ es un esquema ideal para organizaciones que necesitan proteger su red interna mientras ofrecen servicios accesibles desde el exterior, proporcionando un equilibrio entre accesibilidad y seguridad.

9. ¿Qué diferencias hay entre conmutación y difusión en el uso del medio?

La conmutación y la difusión son dos formas fundamentalmente diferentes de interconectar los nodos que forman una red, cada una con características, ventajas y aplicaciones distintas:

Conmutación: Consiste en un conjunto de nodos interconectados entre sí a través de medios de transmisión (cables), formando típicamente una topología mallada o estrella. La información se transfiere encaminándola del nodo de origen al nodo destino mediante conmutación entre nodos intermedios. Es típica de las WAN y existe una línea dedicada para cada dos nodos. La conmutación puede ser de circuitos o de paquetes. En la conmutación de circuitos, se establece un único camino entre el origen y el destino para toda la comunicación, que se mantiene durante todo el proceso. En la conmutación de paquetes, el mensaje se divide en paquetes que se envían independientemente, pudiendo seguir caminos distintos hasta su destino. En una red conmutada, los equipos finales son ordenadores personales y los equipos intermedios son routers. Internet es un ejemplo de conmutación de paquetes.

Difusión: Funciona mediante un medio compartido donde el emisor envía la información a todos los nodos. El nodo receptor reconoce que es para él y la recoge, mientras que los otros nodos la dejan pasar. No existen nodos intermedios de conmutación; todos los nodos comparten un medio de transmisión común. La información transmitida por un nodo es conocida por todos los demás, y el destinatario es quien selecciona y capta la información. Utiliza topologías como bus, anillo o basadas en ondas de radio. Es típica de algunas intranets y comunicaciones inalámbricas omnidireccionales. En una red de difusión, los equipos finales son ordenadores personales, el medio es un bus compartido y no existen nodos de conmutación.

Diferencias principales: La conmutación utiliza nodos intermedios (routers, switches) para encaminar la información específicamente al destino, mientras que la difusión envía la información a todos los nodos simultáneamente en un medio compartido. La conmutación permite comunicaciones punto a punto eficientes y escalables, ideal para redes extensas como WAN, mientras que la difusión es más simple pero menos eficiente en términos de ancho de banda, adecuada para redes locales pequeñas. En conmutación, cada comunicación puede seguir una ruta dedicada o específica, mientras que en difusión todas las comunicaciones comparten el mismo medio físico.