REDES DE DATOS
Ing. José Joskowicz
Instituto de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería
Universidad de la República
Montevideo, Uruguay
Agosto 2007
Versión 4
Temario
Temario ................................................................................................................... 2
1
Introducción...................................................................................................... 4
2
Modelos de referencia OSI y TCP/IP .............................................................. 7
2.1
Capa Física ............................................................................................... 8
2.2
Capa de Enlace ........................................................................................ 9
2.3
Capa de Red ............................................................................................. 9
2.4
Capa de Transporte ................................................................................ 10
2.5
Capa de Aplicación ................................................................................. 10
3
Redes LAN..................................................................................................... 11
3.1
Ethernet .................................................................................................. 11
3.1.1
El medio físico en Ethernet .............................................................. 12
3.1.2
Reglas de acceso al medio físico en Ethernet ................................. 13
3.1.3
Trama Ethernet ................................................................................ 15
3.2
Hubs........................................................................................................ 16
3.3
Bridges .................................................................................................... 19
3.4
Switches.................................................................................................. 19
3.4.1
Introducción a los Switches ............................................................. 19
3.4.2
Spanning Tree ................................................................................. 20
3.4.3
VLANs.............................................................................................. 22
3.4.4
Routing Switches (Switches de capa 3) ........................................... 24
3.5
Redes inalámbricas (Wireless LAN)........................................................ 26
3.5.1
Introducción e historia ...................................................................... 26
3.5.2
Arquitectura de 802.11..................................................................... 28
3.5.3
Modelo de capas en IEEE 802.11.................................................... 30
3.5.3.1
Capa física de 802.11 ............................................................... 31
3.5.3.2
Capa MAC de 802.11 ............................................................... 41
3.5.4
Alcance de IEEE 802.11 .................................................................. 43
3.5.5
Seguridad en redes inalámbricas..................................................... 44
4
Redes PAN .................................................................................................... 46
4.1
Bluetooth ................................................................................................. 48
4.1.1
Origen e historia............................................................................... 48
4.1.2
Tecnología Bluetooth ....................................................................... 49
4.1.3
Consumo y Alcance en Bluetooth .................................................... 51
4.1.4
Arquitectura y modelo de capas en Bluetooth ................................. 51
4.2
IEEE 802.15 ............................................................................................ 54
4.3
Coexistencia IEEE 802.15/Bluetooth y IEEE 802.11............................... 55
5
Redes WAN ................................................................................................... 57
5.1
Frame Relay ........................................................................................... 57
5.1.1
Trama Frame Relay ......................................................................... 59
5.1.2
LMI (Local Management Interface) .................................................. 60
5.1.3
La contratación de Frame Relay (CIR) ............................................ 60
5.2
ATM ........................................................................................................ 62
5.2.1
Capa ATM........................................................................................ 63
5.2.1.1
Celdas ATM .............................................................................. 63
5.2.2
Capa AAL (ATM Adaptation Layer).................................................. 64
5.2.2.1
AAL - 1...................................................................................... 65
5.2.2.2
AAL - 2...................................................................................... 65
5.2.2.3
AAL – 3/4 .................................................................................. 66
5.2.2.4
AAL – 5 ..................................................................................... 66
5.2.3
Capa Física...................................................................................... 66
5.3
Routers ................................................................................................... 66
6
Tecnologías de acceso xDSL......................................................................... 68
6.1
ADSL....................................................................................................... 69
6.2
ADSL Light o G.Light .............................................................................. 71
6.3
HDSL ...................................................................................................... 71
6.4
HDSL2 .................................................................................................... 72
7
Administración de Redes ............................................................................... 74
7.1
Funciones a considerar en la administración de redes según ISO ......... 75
7.1.1
Gestión de Fallas (Fault Management)............................................ 75
7.1.2
Gestión de Configuración (Configuration Management) .................. 75
7.1.3
Gestión de Costos (Accounting) ...................................................... 76
7.1.4
Gestión de Desempeño (Performance Management)...................... 77
7.1.5
Gestión de la Seguridad (Security Management) ............................ 77
7.2
Funciones a considerar en la administración de redes según ITU-T ...... 78
7.2.1
Gestión de Negocio (Bussines Management).................................. 79
7.2.2
Gestión de Servicio (Service Management)..................................... 79
7.2.3
Gestión de Red (Network Management).......................................... 79
7.2.4
Gestión de Elementos de Red (Network Element Management)..... 79
7.3
SNMP...................................................................................................... 79
8
Seguridad de la Información .......................................................................... 83
8.1
Recomendaciones y normas relacionadas con la seguridad de la
información ........................................................................................................ 83
8.2
Política de seguridad............................................................................... 85
8.3
Vulnerabilidades, amenazas y contramedidas ........................................ 90
8.3.1
Vulnerabilidad .................................................................................. 90
8.3.1.1
Factores relacionados con la tecnología: ................................. 90
8.3.1.2
Factores humanos: ................................................................... 91
8.3.1.3
Política de seguridad: ............................................................... 91
8.3.2
Amenazas ........................................................................................ 91
8.3.2.1
Tipos de ataques ...................................................................... 92
8.3.3
Detección de ataques e intrusos...................................................... 94
8.3.4
Contramedidas................................................................................. 96
8.4
Tecnologías asociadas a la seguridad de la información........................ 97
8.4.1
Criptografía ...................................................................................... 97
8.4.1.1
Criptografía de clave secreta .................................................... 97
8.4.1.2
Criptografía de clave pública .................................................... 98
8.4.1.3
Firmas digitales......................................................................... 99
8.4.2
Firewall .......................................................................................... 100
8.4.3
VPN ............................................................................................... 109
9
Referencias .................................................................................................. 112
1
Introducción
La industria de la computación es relativamente joven, comparada con otras
industrias,
aún
en
el
área
de
telecomunicaciones,
como
por
ejemplo
la
telefonía.
Sin embargo, la rapidez de crecimiento y el abaratamiento de costos hace que hoy
en día las computadoras están al alcance de la gran mayoría de las personas y de
prácticamente todas las empresas.
Junto
con
la
proliferación
de
computadoras,
surgió
la
necesidad
de
interconectarlas, para poder intercambiar, almacenar y procesar información.
Las redes de datos, tiene como objetivos
Compartir recursos, equipos, información y
programas que se encuentran
localmente o dispersos geográficamente.
Brindar
confiabilidad
a la información,
disponiendo
de alternativas
de
almacenamiento.
Obtener una buena relación costo / beneficio
Transmitir información entre
usuarios distantes de
la
manera
más rápida
y
eficiente posible
La
topología
en
las
redes
de
datos
puede
ser
enmarcada
en
dos
tipos
según
el
tipo de transmisión utilizada:
Redes de difusión: Donde se comparte el mismo medio de transmisión
entre
todos
los
integrantes
de
la
red.
Cada
mensaje
(típicamente
llamado
“paquete”) emitido por una máquina es recibido por todas las otras
máquinas de la misma red. Cada paquete dispone de la información de
“Origen” y
“Destino” y de
esta
manera se discrimina quien
debe
procesar
cada mensaje. Por ejemplo, Ethernet es una red de difusión
Redes punto a punto: Donde existen muchas conexiones entre pares
individuales
de máquinas.
Para enviar mensajes
hasta máquinas
distantes,
puede
ser
necesario
pasar
por
varias
máquinas
intermedias.
Por
ejemplo,
las conexiones por MODEM son redes punto a punto.
En forma independiente la tecnología utilizada, las redes de datos pueden ser
clasificadas según el alcance o tamaño de las mismas:
LAN (Local Area
Networks, Redes de Área Local): Las redes LAN son
de alcance limitado. Generalmente son redes privadas que están instaladas
dentro
de
un
mismo
edificio,
oficina
o
campus.
Su
objetivo
principal
típicamente es compartir recursos (impresoras, discos, etc.).
Estas redes pueden tener velocidades de transmisión de hasta 1000 Mb/s y
pueden tener topologías del tipo bus, estrella o anillo.
WAN
(Wide Area Networks, Redes de Área Amplia): Estas redes se
extienden
en
una
amplia
zona
geográfica,
la
que
eventualmente
puede
ser
dividida en subredes interconectadas con equipos de conversión de
interfases y/o protocolos. Estos equipos se conectan con diferentes tipos de
líneas de transmisión.
Una de las funciones típicas de las redes WAN es la interconexión de dos o
varias redes LAN.
La topología de las redes WAN puede ser del tipo estrella, anillo, árbol o
malla.
PAN
(Personal Area Networks, Redes de Área Personal): Las redes
PAN
son
de
alcance
muy
limitado
(unos
pocos
metros),
y
se
utilizan
para
interconectar
dispositivos
personales de
manera
inalámbrica
(PCs,
laptops,
celulares, PDAs, impresoras, etc.)
Estas redes son de
velocidad
media (algunos Mb/s)
y están
teniendo
creciente desarrollo en los últimos años.
Todos los tipos de redes e interredes vistas anteriormente requieren de programas
dedicados al control, mantenimiento y diseño así como sus conexiones.
Para reducir
la complejidad del diseño, la
mayoría de
las redes están organizadas
en
“niveles” o
“capas”. El
propósito de
cada capa es ofrecerle servicios
a
su capa
inmediatamente superior. Cada capa se comunica con su similar en otra máquina,
mediante reglas bien establecidas, llamadas “protocolos”. Esta comunicación se
realiza a través de las capas inferiores, como se observa en la figura.
Capa
n+1
Capa
n
Capa
n-1
Entidades
pares
Comunicación
Lógica
(Protocolo)
Entidades
pares
servicio
Primitivas
de
servicio
Cada capa tiene sus
propias interfases, hacia las capas superiores e inferiores.
Estas deben ser bien definidas para poder intercambiar información de
un
nivel a
otro.
Un conjunto de capas y protocolos se denomina “arquitectura de red”. Actualmente
existen muchas arquitecturas de red, entre las que
figuran OSI, TCP/IP, SNA, etc.
La
mayoría
de
los
protocolos
y
funciones
de
las
capas
de
una
arquitectura
están
desarrolladas en software (programas) pero últimamente se están desarrollando
muchos protocolos, interfases y funciones, en hardware (equipos) y/o firmware
(equipos programables).
Las capas de una arquitectura pueden ofrecer dos tipos de servicios: orientados a
conexión y no orientados a conexión.
Servicios
orientados a
la conexión: Son muy similares
a
los
servicios
de
telefonía,
donde
se
establece
una
conexión
marcando
un
número
determinado.
Una
vez
establecida
la
conexión,
se
puede
intercambiar
información
en
forma
segura
y
ordenada.
Luego
de
terminado
el
intercambio de información, puede liberarse la conexión.
Servicios no orientados a
la conexión: Toman su modelo del servicio de
correos, donde el mensaje es enviado sin establecer previamente
una
conexión
entre
origen
y
destino.
Cada
mensaje
debe
contener
la
dirección
completa de su destino. Dos mensajes enviados al mismo destino (dos
cartas, en el ejemplo), pueden
viajar por caminos completamente diferentes
antes de
llegar al destino, e incluso puede suceder que el mensaje enviado
en segundo lugar llegue a destino antes que el enviado en primer lugar.
Una discusión
más detallada acerca de
los tipos de redes
y
los modelos de capas
puede leerse en “Redes de Computadoras” de A. S. Tanenbaum [1]
2
Modelos de referencia OSI y TCP/IP
Como se vio en la introducción, la estructura de red se basa en modelos de capas,
interfaces y protocolos.
Muchas arquitecturas basadas en capas partieron del modelo de referencia OSI
y
a
partir de éste se generaron muchas otras arquitecturas como TCP/ IP y B-ISDN.
El modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection, Interconexión de
Sistemas
Abiertos) es
un
modelo
de
siete
capas
desarrollado
por la
Organización
Internacional de Normas (ISO). En la figura se describe el modelo de capas de
OSI.
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Comunicación entre
Capas Paralelas
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Enlace
Física
Comunicación
entre
Capas Adyacentes
Medio Físico (Transmisión de la Información)
Sobre la base del modelo de referencia OSI se desarrollaron otros modelos de red
y
arquitecturas
completas
para
las
redes
de
comunicación.
Este
modelo
se
desarrolló
a
partir
de
un
proyecto
de
investigación
patrocinado
por
el
departamento de defensa de los Estados Unidos denominado
ARPANET. Esta
red
debería
permanecer
funcionando
en
caso
de
que
algunos
de
los
nodos
de
la
red o incluso sus conexiones
fueran dañados por algún motivo. La red ARPANET
empezó
conectando
centros
de
investigación
del
gobierno
y
luego
universidades
hasta convertirse en la red más popular de uso público hasta el momento: Internet.
Un modelo que surge de ARPANET y de los desarrollos posteriores fue el modelo
de
TCP/
Portal para Investigadores y Profesionales
