Día 1 · Qué es una red: equipos, cables y el modelo OSI

El examen que va a presentar

Este curso prepara para el Cisco CCNA 200-301 versión 2.0 (su nombre oficial es Implementing and Administering Cisco Solutions). Es la certificación de redes más conocida del mundo y la que piden muchas empresas para un puesto de técnico o administrador de redes.

El temario tiene cinco dominios, con su peso en el examen:

El examen es en inglés. Por eso, cada término técnico aparece aquí con su nombre en inglés entre paréntesis la primera vez: así lo va a reconocer el día del examen.

Qué es una red

Una red (network) es un grupo de equipos conectados para compartir información: archivos, correos, impresoras, una conexión a internet o una llamada telefónica. La red de su casa, la de un banco e internet completa funcionan con las mismas reglas, solo cambia el tamaño.

La forma más fácil de entenderla es pensar en el correo postal:

• Usted escribe una carta (los datos), la mete en un sobre y le pone la dirección del destinatario y la suya (las direcciones).
• Dentro de un edificio de oficinas, el mensajero del piso lleva el sobre de un escritorio a otro sin salir del edificio. Ese es el switch.
• Si la carta va para otra ciudad, el sobre pasa por la oficina de correos, que mira la dirección y decide por qué camino mandarlo. Ese es el router.
• Los caminos, camiones y carreteras por donde viaja el sobre son los cables y las ondas de radio.

Vamos a usar esta comparación muchas veces durante el curso.

Los equipos de una red

Topologías: cómo se acomodan los equipos

La topología es el dibujo de cómo se conectan los equipos. La física es por dónde pasan los cables; la lógica es por dónde viajan los datos.

También conviene distinguir el tamaño:

• LAN (Local Area Network): la red de un edificio o un campus. La administra la empresa.
• WAN (Wide Area Network): une redes que están lejos, como Heredia con San José. Normalmente se le alquila a un proveedor.
• SOHO (Small Office/Home Office): la red de una casa u oficina pequeña, donde un solo equipo hace de router, switch, punto de acceso y firewall.

En las redes de empresa los switches se acomodan en capas. En la arquitectura de tres capas, la capa de acceso conecta a los usuarios, la de distribución junta los switches de acceso y aplica políticas, y el núcleo (core) mueve tráfico muy rápido entre distribuciones. En la de dos capas (núcleo colapsado, collapsed core), distribución y núcleo son los mismos equipos: es lo normal en una sede mediana. En los centros de datos se usa spine-leaf: cada switch leaf (donde se conectan los servidores) se une con todos los switches spine, y ni los leaf se unen entre sí ni los spine entre sí. Así, de cualquier servidor a cualquier otro siempre hay el mismo número de saltos.

Cables de cobre

El cable de red más común es el par trenzado sin blindaje (UTP, Unshielded Twisted Pair): ocho hilos de cobre en cuatro pares trenzados. El trenzado no es decoración, cancela la interferencia electromagnética (EMI) que meten los motores, las lámparas fluorescentes y los cables eléctricos. Existe también el STP (Shielded Twisted Pair), con una malla metálica, para ambientes con mucha interferencia como una fábrica.

La regla que nunca falla en el examen: un tramo de cobre Ethernet llega hasta 100 metros. Más lejos, la señal se debilita (atenuación) y aparecen errores.

El conector es el RJ-45. Los ocho hilos se ordenan según una de dos normas, T568A o T568B:

En 10 y 100 Mb/s se usan solo dos pares: una PC transmite por los pines 1 y 2 y recibe por el 3 y el 6; el switch hace lo contrario (transmite por 3 y 6). Por eso:

• Un cable directo (straight-through, la misma norma en las dos puntas) une equipos distintos: PC con switch, router con switch.
• Un cable cruzado (crossover, T568A en una punta y T568B en la otra) une equipos parecidos: switch con switch, PC con PC, router con router y también PC con router, porque el router transmite por los mismos pines que una PC.

Hoy casi no se nota, porque los puertos modernos tienen Auto-MDIX: detectan el cable y cruzan los pares por dentro si hace falta. A 1 Gb/s (1000BASE-T) se usan los cuatro pares en las dos direcciones a la vez.

Hay un tercer cable que va a usar mañana: el cable de consola (rollover), con los pines invertidos de punta a punta (el 1 con el 8, el 2 con el 7…). Une su computadora al puerto de consola del router o del switch para configurarlo cuando todavía no tiene red. Los equipos nuevos traen además un puerto de consola USB.

Fibra óptica

La fibra lleva la información como pulsos de luz por un hilo de vidrio. No le afecta la interferencia eléctrica y llega mucho más lejos que el cobre. Hay dos tipos:

Algunos estándares que conviene reconocer por el nombre:

La regla para recordar: S de short (corta distancia, multimodo) y L de long (larga distancia, monomodo). Los switches no traen el láser soldado: usan transceptores que se enchufan en el puerto. El más común es el SFP (1 Gb/s); el SFP+ es para 10 Gb/s y el QSFP para 40 y 100 Gb/s. Los conectores de fibra más vistos son el LC (pequeño, el de los SFP) y el SC (cuadrado, de empujar y halar). Una fibra transmite y la otra recibe: por eso van en pares.

El modelo OSI: siete capas para entenderlo todo

Mandar un correo electrónico parece una sola acción, pero por debajo hay decenas de tareas: escribir el mensaje, partirlo en pedazos, ponerle direcciones, convertirlo en señales eléctricas. El modelo OSI (Open Systems Interconnection) ordena esas tareas en siete capas. Cada capa hace un trabajo y le pasa el resultado a la siguiente.

Una frase para recordarlas de abajo hacia arriba: «Fui En Ruta Tranquilo Sin Prisa A casa» (Física, Enlace, Red, Transporte, Sesión, Presentación, Aplicación).

Encapsulación: el sobre dentro del sobre

Cuando usted envía algo, cada capa le agrega su propio encabezado a lo que recibe de arriba. Es como meter una carta en un sobre, ese sobre en otro y ese en una caja:

1. La capa de aplicación produce los datos: la página web que pidió.
2. Transporte le pone un encabezado con los puertos de origen y destino: ahora es un segmento.
3. Red le agrega las direcciones IP de origen y destino: ahora es un paquete.
4. Enlace de datos le pone las direcciones MAC y, al final, un código para detectar errores (el FCS): ahora es una trama.
5. La capa física la manda como bits por el cable.

El que recibe hace lo contrario, la desencapsulación: cada capa lee y quita su encabezado y le pasa el resto a la de arriba. Un switch abre el sobre hasta la capa 2 (mira la MAC). Un router lo abre hasta la capa 3 (mira la IP), le pone un sobre de capa 2 nuevo y lo despacha por la siguiente red. Las direcciones IP de origen y destino viajan intactas de punta a punta; las direcciones MAC cambian en cada salto.

El modelo TCP/IP: el que se usa de verdad

El modelo OSI sirve para estudiar y para diagnosticar. El que realmente corre en internet es el modelo TCP/IP, que junta algunas capas:

Algunos libros de Cisco separan la última capa en dos (enlace de datos y física) y hablan de un modelo TCP/IP de cinco capas. Es lo mismo con otro corte; lo importante es saber qué capa OSI corresponde a cada cosa.

TCP y UDP: con acuse de recibo o sin él

En la capa de transporte hay dos protocolos, y la diferencia es como la que hay entre una carta certificada y una postal.

¿Por qué la voz usa UDP si se pueden perder datos? Porque en una llamada un pedacito de audio que llega tarde ya no sirve: es mejor perderlo que esperar a que se reenvíe y que la conversación se corte.

TCP abre cada conexión con el saludo de tres vías (three-way handshake):

1. El cliente manda un segmento con la bandera SYN («quiero conversar»).
2. El servidor responde con SYN-ACK («recibido, yo también quiero»).
3. El cliente confirma con ACK. Desde aquí viajan los datos.

Para cerrar, cada lado manda un FIN y el otro lo confirma con un ACK.

Los puertos: a qué programa va cada mensaje

La dirección IP lleva el mensaje hasta el equipo correcto, como la dirección de un edificio. El puerto lo lleva hasta el programa correcto dentro de ese equipo, como el número de oficina. La pareja de IP y puerto se llama socket: 192.168.20.10:443 es el servicio web seguro del servidor 192.168.20.10.

• Puertos bien conocidos (well-known), del 0 al 1023: los de los servicios estándar.
• Puertos registrados, del 1024 al 49151: aplicaciones conocidas.
• Puertos dinámicos o efímeros, del 49152 al 65535: los que elige su PC como origen cada vez que abre una conexión.

Las herramientas para comprobar una red desde una PC

Antes de tocar un router, un técnico revisa desde la PC del usuario. Estas cuatro herramientas de Windows las va a usar hoy en el laboratorio.

ipconfig: ¿qué dirección tengo?

C:\>ipconfig

Windows IP Configuration


Ethernet adapter Ethernet0:

   Connection-specific DNS Suffix  . :
   Link-local IPv6 Address . . . . . : fe80::250:79ff:fe66:6802%4
   IPv4 Address. . . . . . . . . . . : 192.168.10.11
   Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
   Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.10.1

• IPv4 Address: la dirección de la PC en la red, como el número de casa.
• Subnet Mask: la máscara. Le dice a la PC qué parte de la dirección es «el barrio» (la red) y qué parte es «la casa». Con 255.255.255.0, todas las direcciones que empiezan con 192.168.10 son vecinas. Lo vemos a fondo el día 4.
• Default Gateway: la puerta de enlace predeterminada, el router de la red. Todo lo que no es vecino se le entrega a él, como las cartas para otra ciudad se dejan en la oficina de correos.
• Link-local IPv6 Address: una dirección IPv6 que la PC se pone sola. La vemos el día 7.

Con ipconfig /all aparecen además la dirección física (MAC) de la tarjeta de red y los servidores DNS.

ping: ¿me contesta?

C:\>ping 192.168.10.1

Pinging 192.168.10.1 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time<1ms TTL=255
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time<1ms TTL=255

Ping statistics for 192.168.10.1:
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),

ping manda un mensaje de eco (ICMP echo request, capa 3) y espera la respuesta (echo reply). Cada línea Reply from es una respuesta: time es cuánto tardó y TTL (time to live) es un contador del paquete al que cada router le resta 1, para que no dé vueltas para siempre. Si en lugar de respuestas ve Request timed out, el mensaje no volvió: el destino está apagado, mal configurado o algo en el camino lo bloquea. Si ve Reply from 192.168.10.1: Destination host unreachable, quien contesta es el router: le avisa que no tiene cómo llegar a ese destino. El primer ping a un equipo nuevo a veces pierde una respuesta mientras la PC averigua la MAC del destino; eso es normal.

tracert: ¿por dónde pasa?

C:\>tracert 192.168.20.10

Tracing route to 192.168.20.10 over a maximum of 30 hops

  1     1 ms     1 ms     1 ms  192.168.10.1
  2     2 ms     2 ms     2 ms  192.168.20.10

Trace complete.

tracert (en Linux y en Cisco se llama traceroute) muestra cada router por el que pasa el paquete. Aquí el primer salto es el router de la oficina (192.168.10.1) y el segundo ya es el servidor. Si el rastreo se queda en asteriscos después de cierto salto, ahí está el problema.

arp -a: ¿qué MAC tiene cada vecino?

C:\>arp -a

Interface: 192.168.10.11 --- 0x4
  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.10.1          00-60-5c-00-01-11     dynamic

Para entregar algo dentro de la red local, la PC necesita la dirección física (MAC, capa 2) del destino. La averigua con el protocolo ARP (Address Resolution Protocol): pregunta a todos «¿quién tiene la 192.168.10.1?» y el dueño contesta con su MAC. La tabla ARP guarda esas respuestas. Fíjese en un detalle: para hablar con un servidor de otra red, la PC no necesita la MAC del servidor, sino la del router, porque es a él a quien le entrega la trama.

Y un primer vistazo a un router Cisco

En el laboratorio también va a entrar un momento al router R1. Mañana le explico todo lo que significa; hoy le basta con esto: el router arranca en un modo de solo consulta, con el símbolo R1>. El comando enable lo pasa al modo privilegiado, R1#, donde puede ver todo. Ahí, show ip interface brief resume cada puerto del router:

R1#show ip interface brief
Interface              IP-Address      OK? Method Status                Protocol
GigabitEthernet0/0     192.168.10.1    YES NVRAM  up                    up
GigabitEthernet0/1     192.168.20.1    YES NVRAM  administratively down down
GigabitEthernet0/2     unassigned      YES unset  administratively down down

• Interface: el nombre del puerto. GigabitEthernet0/0 se abrevia g0/0.
• IP-Address: la dirección que tiene, o unassigned si no tiene.
• Status: la capa 1. up es que hay señal; down, que no hay cable o el otro lado no responde; administratively down, que alguien lo apagó a propósito con el comando shutdown.
• Protocol: la capa 2. Para que el puerto funcione, las dos columnas tienen que decir up.

En la salida de ejemplo, el puerto que va a los servidores está apagado a propósito. ¿Le suena a algo que podría encontrar hoy?

Su turno

En el laboratorio tiene la oficina de Heredia: el router R1, el switch SW1, cuatro computadoras y el servidor de archivos SRV-ARCHIVOS. Toque o haga clic en un equipo del diagrama para abrir su consola. Siga los pedidos de Diego en orden: cada reto se marca solo cuando lo cumple, y si se traba puede pedir una pista. En las PC, el comando help muestra lo que puede escribir. Si algo sale mal, el botón Reiniciar deja la red como estaba.