Módulo 2 — Redes (fundamentos)

2.1 Objetivos del módulo

• Entender los modelos OSI (7 capas) y TCP/IP (4 capas), y cómo se relacionan.
• Usar el modelo OSI para fragmentar problemas en una red y hacer troubleshooting sistemático.
• Manejar direccionamiento IPv4: rangos, máscaras, subredes y notación CIDR.
• Identificar los protocolos más usados (HTTP, HTTPS, SSH, DNS, DHCP, ICMP) y para qué sirven.
• Diferenciar LAN, WAN y VLAN, y saber cuándo se usa cada una.
• Saber qué hace cada equipo de red (router, switch, AP, firewall) y dónde se ubica.
• Entender NAT, gateway, DMZ y por qué tu PC tiene una IP "privada" pero sale a internet.
• Conocer los cables y velocidades habituales (RJ45, fibra, 1/10/25 GbE).
• Usar herramientas de diagnóstico de red (ping, traceroute, nslookup, ip a, ss).

2.2 Modelos de red: OSI y TCP/IP

Cuando abres una página web, no es magia. Tu navegador y el servidor remoto trabajan en capas apiladas, cada una con una responsabilidad clara. Hay dos modelos que describen cómo se organizan esas capas: OSI (más detallado, teórico) y TCP/IP (más simple, el que realmente usa Internet).

2.2.1 El modelo OSI — las 7 capas

OSI (Open Systems Interconnection) lo publicó ISO en 1984. Define 7 capas de arriba (lo más cercano al usuario) hacia abajo (lo más cercano al cable):

2.2.2 El modelo TCP/IP — la versión práctica (4 capas)

TCP/IP es lo que realmente implementa Internet. Apareció antes que OSI y agrupa varias capas de OSI en una sola, porque en la práctica esa división no era útil.

2.2.3 OSI vs TCP/IP — cómo se mapean

2.2.4 Encapsulación — cómo viajan los datos

Cuando un dato baja por las capas, cada una le pone su propia "etiqueta" (header). Cuando llega al destino, sube por las capas y cada una le quita la suya. A esto se le llama encapsulación.

• Capa 7 produce un mensaje (ej: una petición HTTP GET /).
• Capa 4 lo envuelve en un segmento con números de puerto (origen y destino).
• Capa 3 lo envuelve en un paquete con IPs (origen y destino).
• Capa 2 lo envuelve en una trama con MACs (origen y destino).
• Capa 1 lo convierte en bits y los transmite.

Cada capa solo "habla" con la misma capa del otro extremo. Por eso un switch (capa 2) no entiende ni cambia las IPs, y un router (capa 3) no le importan las MACs salvo para entregar la siguiente trama.

2.3 Direccionamiento IPv4

Estructura de una IP

Una dirección IPv4 son cuatro números (0–255) separados por puntos: 192.168.1.10. Cada uno se llama "octeto" (8 bits). Total: 32 bits.

Rangos privados vs públicos

Máscara y notación CIDR

La máscara de subred dice cuántos bits de la IP son de red y cuántos de host. La forma corta es CIDR: /24 = 24 bits son red, los 8 restantes son host → 256 IPs en esa subred (de las cuales 254 son usables, restando red y broadcast).

¿Por qué dividir en subredes?

• Separar tráfico: oficina, invitados, servidores, IoT… cada uno en su propia subred. Si una se infecta, no compromete a las demás.
• Reducir broadcast: los mensajes "para todos" no salen de la subred. Una red plana de 1 000 hosts colapsa por broadcast.
• Aplicar políticas distintas: el firewall puede tratar a cada subred según su rol.

2.4 Puertos y protocolos comunes

Cada servicio dentro de una máquina escucha en un puerto (número de 1 a 65 535). Los más comunes:

TCP vs UDP

2.5 LAN, WAN, VLAN

• LAN (Local Area Network): red local, normalmente dentro de un edificio. Tu oficina o tu casa.
• WAN (Wide Area Network): red de área amplia, conecta sedes distantes geográficamente. Internet es la WAN más grande del mundo.
• VLAN (Virtual LAN): división lógica de una LAN física en varias redes separadas. Permite que el mismo cable lleve tráfico de varias redes con etiquetas (tags 802.1Q).

2.6 Equipos de red: quién hace qué

2.7 NAT, gateway y DMZ

NAT — por qué tu PC ve 192.168.1.x pero internet la ve distinta

NAT (Network Address Translation) traduce las IPs privadas de tu red a una sola IP pública para salir a internet. Sin NAT, tu PC necesitaría una IP pública propia — y no hay suficientes IPv4 públicas en el mundo para todos.

Tu PC en casa tiene IP 192.168.1.50 (privada). Cuando abre Google, el router le pone su IP pública (la que ves en whatismyip.com) como remitente. Google le responde a esa IP pública, y el router se acuerda de que era para tu PC y se la entrega.

Gateway

El gateway (o "puerta de enlace") es la IP del equipo que sabe cómo salir de tu red. Normalmente es la IP del router. Si tu PC quiere hablar con una IP que no está en su subred, le manda el paquete al gateway para que él decida cómo encaminarlo.

DMZ

La DMZ (Demilitarized Zone) es una subred separada donde se ubican los servicios públicos (servidores web, correo) — accesibles desde internet pero aislados de la red interna. Si alguien hackea un servidor en la DMZ, no entra a la LAN de oficina porque el firewall lo separa.

2.8 Cableado y velocidades

2.9 DNS y DHCP — los servicios "invisibles"

DNS — la guía telefónica

Cuando escribes google.com, tu PC le pregunta a un servidor DNS "¿cuál es la IP?". El DNS responde (ej: 142.250.190.78) y tu PC habla con esa IP. Sin DNS, tendrías que recordar IPs en lugar de nombres.

Servidores DNS populares: 1.1.1.1 (Cloudflare), 8.8.8.8 (Google), el del proveedor de internet, o uno corporativo.

DHCP — el repartidor automático de IPs

Cuando tu laptop se conecta al Wi-Fi y "obtiene una IP sola", lo que pasa es que pidió una al servidor DHCP de la red. Le asignan una IP libre del pool, la máscara, el gateway y el DNS, todo automáticamente. Sin DHCP, cada dispositivo necesitaría configuración manual.

2.10 Herramientas de diagnóstico

Estas son las herramientas que vas a usar cuando algo no funciona. Todas vienen instaladas por defecto en Linux moderno (o se instalan con apt).

ping — ¿está vivo el otro lado?

ping 1.1.1.1
ping google.com

Envía paquetes ICMP de echo al destino. Si responde, hay conectividad básica. Si no, puede ser que la IP esté caída, no exista, o un firewall bloquee ICMP.

traceroute — ¿por dónde pasa el tráfico?

traceroute google.com
# En Windows: tracert google.com

Muestra cada salto (router) entre tu PC y el destino. Útil para detectar dónde se interrumpe la ruta.

nslookup y dig — consultar DNS

nslookup google.com
dig google.com
dig +short google.com

Te dicen qué IP devuelve el DNS para un nombre.

ip a e ip route — ver mi propia configuración

ip a                 # Interfaces y sus IPs
ip route show        # Tabla de rutas
ip neigh             # Tabla ARP (vecinos en la red local)

ss — ¿qué puertos están abiertos en mi máquina?

ss -tulpn            # TCP/UDP listening + procesos
ss -tn state established  # Conexiones TCP activas

nmap — escaneo de puertos (con cautela)

nmap -p 22,80,443 192.168.1.10   # Verificar 3 puertos en un host
nmap -sn 192.168.1.0/24          # Quién está vivo en mi subred

2.11 Troubleshooting por capas — la utilidad real del modelo OSI

Cuando algo falla en una red, el peor enemigo es disparar a ciegas. El modelo OSI te permite fragmentar el problema: empiezas por la capa más baja (¿hay señal eléctrica?) y subes hasta la más alta (¿el servicio responde?). En cuanto una capa falla, ya sabes que no tiene sentido revisar las superiores hasta arreglar esa.

2.11.1 Qué verificar en cada capa

2.11.2 Ejemplo práctico — "No me carga google.com"

Aplicando el método bottom-up:

2.11.3 Síntomas comunes y la capa donde suelen vivir

2.12 Laboratorio práctico

Este lab combina exploración de la red de la oficina + simulación con GNS3 (si está disponible). El objetivo es que toques los conceptos, no solo los leas.

Lab 1 — Mapear tu propia red

1. En tu PC, ejecutar ip a (Linux) o ipconfig (Windows). Anotar tu IP, máscara, gateway y DNS.
2. Calcular tu subred (rango de IPs disponibles) según la máscara obtenida.
3. Hacer ping al gateway. Debe responder.
4. Hacer traceroute a 8.8.8.8 y contar los saltos.
5. Resolver DNS de 3 dominios (nslookup google.com, nslookup harper.com, nslookup proxmox.com).

Lab 2 — Conocer la red de la oficina

1. Identificar el router/firewall principal (típicamente FortiGate). Anotar su IP de gestión.
2. Identificar el switch principal. Anotar marca/modelo.
3. Listar las VLANs configuradas (si las hay): ej. oficina, invitados, servidores, IoT.
4. Identificar el rango de IPs que entrega el DHCP en cada VLAN.
5. Documentar todo en la plantilla de abajo.

Lab 3 — Simulación con GNS3 (opcional, si está disponible)

1. Crear una topología con 2 routers, 2 switches y 4 hosts.
2. Asignar IPs en 2 subredes distintas (192.168.10.0/24 y 192.168.20.0/24).
3. Configurar rutas estáticas entre los routers.
4. Verificar ping entre hosts de subredes distintas.
5. Bloquear con una ACL el tráfico de una subred a un puerto específico de la otra. Verificar.

Plantilla de inventario de red

2.13 Checklist de evaluación

• Puede enumerar las 7 capas del modelo OSI y explicar qué hace cada una.
• Sabe mapear las capas de OSI a las 4 de TCP/IP.
• Aplica el método bottom-up (capa 1 → 7) para diagnosticar un problema de red.
• Identifica en qué capa vive cada equipo (switch=2, router=3, firewall=3-7).
• Diferencia TCP de UDP y sabe en qué casos se usa cada uno.
• Sabe interpretar una IP con notación CIDR (ej: 10.0.5.0/24 → cuántas IPs son y cuáles están en esa subred).
• Identifica si una IP es privada o pública con solo verla.
• Conoce los puertos comunes (22, 53, 67/68, 80, 443) y los servicios que escuchan en ellos.
• Diferencia LAN, WAN y VLAN, y sabe cuándo se usa cada una.
• Sabe qué hace un switch, un router, un AP y un firewall, y dónde se ubica cada uno en la red de la oficina.
• Explica con sus palabras qué es NAT y por qué tu PC tiene IP privada pero sale a internet.
• Sabe qué es DNS y qué es DHCP, y por qué importan.
• Ejecuta sin asistencia ping, traceroute, nslookup, ip a y ss -tulpn.
• Completó el inventario de red de la oficina.

2.14 Referencia rápida — Cheatsheet Redes