¿Qué elementos tiene una red local? Hosts, dispositivos intermedios, medios, software (capítulo 5)

En esta lección describiremos en detalle todos los componentes físicos y lógicos que forman una red de área local. Conocer cada elemento, su función y sus características es fundamental para poder diseñar, montar, configurar y mantener una LAN o red de área local.

5.1. Elementos de una red local

Una red local está formada por un conjunto de elementos que se pueden agrupar en cuatro grandes categorías:

1. Dispositivos finales o hosts: equipos que generan o consumen información.
2. Dispositivos intermedios de red: equipos que interconectan los hosts y gestionan el tráfico.
3. Medios de transmisión: canales físicos o inalámbricos por los que viajan los datos.
4. Software de red: sistemas operativos, protocolos y aplicaciones que permiten la comunicación.

Además, existe una infraestructura física de soporte (armarios, racks, paneles, canalizaciones) que también forma parte de la red, aunque a menudo se estudia por separado. Como veremos nosotros unos pasos más adelante.

5.2. Dispositivos finales (hosts)

Los hosts son los equipos que constituyen los extremos de la comunicación. Pueden actuar como clientes (solicitan servicios) o como servidores (ofrecen servicios) dentro de una LAN típica encontramos:

a) Ordenadores personales

• De sobremesa, portátiles, mini-PC, etc.
• Se conectan a la red mediante tarjeta de red cableada (NIC Ethernet) o inalámbrica (Wi-Fi).
• Ejecutan sistemas operativos como Windows, Linux o macOS.

b) Servidores

• Equipos dedicados a ofrecer servicios a los clientes: archivos, impresión, web, correo, bases de datos, autenticación, DHCP, DNS, etc.
• Suelen tener hardware más potente y redundante (varios discos en RAID, fuentes de alimentación dobles, más memoria).
• Pueden ser físicos o virtualizados.

c) Periféricos de red

• Impresoras de red: conectadas directamente a la LAN por cable o Wi-Fi, accesibles desde cualquier equipo.
• Escáneres, multifunciones: compartidos.
• Cámaras IP: para videovigilancia, transmiten vídeo por la red.
• Teléfonos VoIP: usan la red para llamadas de voz.

d) Dispositivos móviles e IoT

• Teléfonos inteligentes, tabletas, smartwatches.
• Dispositivos domóticos: sensores, actuadores, enchufes inteligentes, altavoces inteligentes.
• En entornos industriales, sensores y controladores.

Características generales comunes de los hosts

Los hosts siempre tienen al menos una dirección MAC (física) y una dirección IP (lógica), ejecuta una pila de protocolos (TCP/IP) y puede ejecutar aplicaciones de red (navegador, cliente de correo, etc.).

5.3. Dispositivos intermedios de red

Son los equipos que permiten la interconexión de hosts entre si, la segmentación de la red y la comunicación con otras redes. Dentro de un LAN moderna, los principales dispositivos intermedios más comunes de red son..

a) Switch (conmutador)

• Función: interconectar los hosts dentro de una misma LAN, reenviando tramas basándose en direcciones MAC.
• Características: Opera en la capa 2 del modelo OSI (nivel de enlace) aunque existen switches multicapa (capa 3) y cada puerto es un dominio de colisión independiente; todos los puertos están en el mismo dominio de difusión (salvo que se configuren VLANs).
  • Aprende las direcciones MAC de los dispositivos conectados y construye una tabla de direcciones MAC para reenviar solo por el puerto correcto.
  • Soportan velocidades de 10/100/1000 Mbps o más, full-duplex.
  • Pueden ser gestionables (con interfaz web/CLI/SNMP) o no gestionables.
• Tipos:
  • De sobremesa (8-16 puertos) o de rack (24-48 puertos).
  • PoE (Power over Ethernet) para alimentar cámaras, puntos de acceso, teléfonos IP.
  • Multicapa (capa 2/3/4) para enrutar entre VLANs.

b) Router (encaminador)

• Función: interconectar redes diferentes (por ejemplo, la LAN con Internet) enrutando paquetes IP basándose en tablas de rutas.
• Características:
  • Opera en la capa 3 del modelo OSI (nivel de red).
  • Asigna direcciones IP, realiza NAT (traducción de direcciones) para compartir una IP pública entre varios equipos.
  • Puede incluir funciones de firewall, DHCP, DNS, VPN, QoS.
  • En entornos domésticos suele ser un dispositivo integrado (router + switch + punto de acceso). En entornos empresariales, suelen ser dispositivos dedicados.

c) Punto de acceso inalámbrico (AP)

• Función: permitir la conexión de dispositivos Wi-Fi a la red cableada.
• Características:
  • Convierte las tramas inalámbricas (802.11) en tramas cableadas (802.3) y viceversa.
  • Puede ser autónomo (configuración independiente) o gestionado por un controlador (redes corporativas).
  • Soporta estándares 802.11a/b/g/n/ac/ax, bandas de 2,4 GHz y 5 GHz (o 6 GHz en Wi-Fi 6E).
  • Incluye funciones de seguridad (WPA2/WPA3, filtrado MAC, RADIUS).

d) Firewall

• Función: controlar y filtrar el tráfico de red según reglas de seguridad, protegiendo la LAN de accesos no autorizados.
• Características:
  • Puede ser hardware dedicado, software en un servidor o integrado en el router.
  • Inspecciona paquetes a nivel de red y transporte (IP, puertos), y a veces a nivel de aplicación (firewall de próxima generación).
  • Permite crear zonas de seguridad (LAN, DMZ, WAN).

e) Otros dispositivos

• Repetidor: amplifica la señal para extender el alcance (obsoleto en Ethernet conmutada, sustituido por switches).
• Bridge: conecta dos segmentos de red a nivel de enlace (integrado en switches).
• Hub (concentrador): dispositivo obsoleto que repetía las tramas por todos los puertos, creando un único dominio de colisión. Se menciona por razones históricas y para entender la evolución.
• Controladora inalámbrica: gestiona múltiples APs de forma centralizada.
• NAS (Network Attached Storage): dispositivo de almacenamiento conectado a la red, accesible mediante protocolos SMB/CIFS, NFS, FTP.
• PLC (Power Line Communication): adaptadores que utilizan la red eléctrica para transmitir datos, útiles en hogares donde no hay cableado.

5.4. Medios de transmisión

Los medios de transmisión son los canales físicos por los que viajan las señales. Se dividen en medios guiados (cableados) y medios NO guiados (inalámbricos).

a) Medios guiados (cableados)

1. Par trenzado (twisted pair)

• Consiste en pares de hilos de cobre aislados y trenzados entre sí para reducir interferencias electromagnéticas.
• Es el medio más utilizado en LAN.
• Tipos más habituales:
  • UTP (Unshielded Twisted Pair): sin blindaje, más económico y flexible. Categorías 5e, 6, 6a, 7, 8.
  • STP (Shielded Twisted Pair): con apantallamiento individual o global para entornos con interferencias.
• Conectores: RJ-45 (8 contactos).
• Velocidades: de 10 Mbps hasta 40 Gbps según categoría y estándar.
• Longitud máxima: 100 m por enlace.

2. Fibra óptica

• Transmite luz a través de un núcleo de vidrio o plástico.
• Inmune a interferencias electromagnéticas, mayor ancho de banda y mayor alcance.
• Tipos:
  • Monomodo (SMF): núcleo muy fino (9 µm), láser, alcance de decenas de km, usado en enlaces troncales y MAN/WAN.
  • Multimodo (MMF): núcleo más grueso (50/62,5 µm), LED, alcance de 550 m a 2 km, usado en LAN y centros de datos.
• Conectores: SC, LC, ST, entre otros.
• Velocidades: desde 1 Gbps hasta 400 Gbps o más.

3. Cable coaxial

• Conductor central rodeado de malla metálica y aislante.
• Usado antiguamente en Ethernet 10BASE2 y 10BASE5; hoy se emplea sobre todo en redes de televisión por cable e Internet (DOCSIS).
• En LAN está prácticamente obsoleto.

b) Medios no guiados (inalámbricos)

1. Ondas de radio (Wi-Fi)

• Estándar IEEE 802.11, bandas de frecuencia 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz.
• Velocidades desde 11 Mbps (802.11b) hasta varios Gbps (802.11ax).
• Alcance típico en interiores: 30-50 m, en exteriores hasta 100-200 m.
• Sujeto a interferencias, atenuación por obstáculos y seguridad más compleja.

2. Infrarrojos

• Usados en mandos a distancia y antiguos sistemas IrDA.
• Muy corto alcance y requieren línea de visión directa.

3. Microondas y láser

• Enlaces punto a punto para unir edificios o redes MAN.
• Requieren línea de visión y antenas direccionales.

c) Comparación de medios

5.5. Software de red

El software es imprescindible para que los elementos físicos funcionen de manera coordinada. Como software de red se incluye..

a) Los sistemas operativos de red

• Windows: cliente (Windows 10/11) y servidor (Windows Server) con Active Directory, DHCP, DNS, etc.
• Linux: distribuciones como Ubuntu, Debian, CentOS, con servicios de red (Samba, BIND, ISC DHCP).
• macOS: para equipos Apple, con soporte de protocolos estándar.
• Sistemas embebidos en dispositivos de red (IOS en Cisco, JunOS en Juniper, RouterOS en MikroTik, firmware en APs).

b) Los protocolos de red

Los protocolos son reglas y convenciones que permiten la comunicación. Algunos fundamentales en una LAN:

• Ethernet (IEEE 802.3): define el formato de trama y el control de acceso al medio en redes cableadas.
• Wi-Fi (IEEE 802.11): equivalente para redes inalámbricas.
• IP (Internet Protocol): direccionamiento lógico y enrutamiento de paquetes (IPv4 e IPv6).
• TCP y UDP: protocolos de transporte que aseguran entrega fiable o no fiable de datos.
• DHCP: asignación automática de direcciones IP.
• DNS: resolución de nombres a direcciones IP.
• ARP: traduce direcciones IP a MAC en una LAN.
• ICMP: diagnóstico y control (ping, traceroute).
• HTTP/HTTPS, FTP, SMB/CIFS, NFS, SSH, SNMP: protocolos de aplicación y administración.

c) Las aplicaciones de red

• Navegadores web (Chrome, Firefox, Edge).
• Clientes de correo (Outlook, Thunderbird).
• Herramientas de transferencia de archivos (FileZilla, scp).
• Sistemas de compartición de archivos (SMB en Windows, NFS en Linux).
• Aplicaciones de gestión y monitorización (PRTG, Nagios, Zabbix, Wireshark).
• Herramientas de administración remota (SSH, RDP, VNC).

d) Los servicios de red

• Servidor de archivos: compartición de carpetas y documentos.
• Servidor de impresión: gestión de colas de impresión.
• Servidor DHCP: asigna IP automáticamente.
• Servidor DNS: traduce nombres.
• Servidor web, correo, base de datos: aplicaciones corporativas.
• Controlador de dominio: autenticación centralizada.

5.6. Infraestructura física de soporte

Aunque se estudia en detalle en el Bloque II más adelante, es importante mencionar, que los elementos de red no están sueltos.. y se instalan sobre una infraestructura diseñada para tal fin:

• Armarios de comunicaciones (racks): alojan switches, paneles de parcheo, routers, SAI.
• Paneles de parcheo (patch panels): puntos de terminación del cableado horizontal.
• Canalizaciones, bandejas, tubos: conducen los cables desde los puestos de trabajo hasta el rack.
• Tomas de red (rosetas): conectores en el puesto de trabajo.
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI/UPS): protegen contra cortes eléctricos.
• Sistemas de refrigeración y ventilación en cuartos de comunicaciones.

5.7. Ejemplo práctico: análisis de los elementos LAN que constituyen una LAN dentro de una pequeña oficina

Imaginemos una oficina con 10 empleados. La red estará formada por:

• Hosts: 10 PCs de sobremesa, 2 portátiles, 1 impresora multifunción de red, 1 NAS para copias de seguridad, 1 servidor pequeño con Windows Server (para DHCP, DNS y archivos).
• Dispositivos intermedios: 1 switch de 24 puertos Gigabit, 1 router con firewall integrado para salida a Internet, 1 punto de acceso Wi-Fi.
• Medios: cable UTP Cat 6 desde cada puesto hasta un panel de parcheo en un armario rack; latiguillos del panel al switch; conexión de fibra desde el router al proveedor de Internet; Wi-Fi para portátiles y móviles.
• Software: Windows 10/11 en PCs, Windows Server en el servidor, firmware en router/switch/AP, protocolos TCP/IP, servicios DHCP y DNS, aplicaciones de ofimática y cliente de correo.
• Infraestructura: armario rack de 12U en un pequeño cuarto, canaletas por las paredes, rosetas en cada puesto, SAI para el rack.

Todos los elementos trabajan conjuntamente para que los usuarios puedan compartir archivos, imprimir, acceder a Internet y comunicarse entre sí.

Resumen de la lección

• Los elementos de una LAN se agrupan en: hosts, dispositivos intermedios, medios de transmisión y software de red.
• Los hosts son los equipos finales (PCs, servidores, impresoras, dispositivos móviles).
• Los dispositivos intermedios (switch, router, AP, firewall) conectan y gestionan el tráfico.
• Los medios pueden ser guiados (par trenzado, fibra, coaxial) o no guiados (Wi-Fi, infrarrojos, microondas).
• El software incluye sistemas operativos, protocolos (TCP/IP, Ethernet, Wi-Fi) y aplicaciones.
• La infraestructura física (racks, paneles, canalizaciones) es el soporte necesario para una instalación ordenada y fiable.
• Todos estos elementos son imprescindibles y deben elegirse y configurarse adecuadamente según las necesidades.

Preguntas de autoevaluación

1. Enumera los cuatro grupos principales de elementos de una LAN.
2. ¿Qué diferencia hay entre un host cliente y un servidor?
3. Explica la función de un switch y en qué capa del modelo OSI opera.
4. ¿Para qué sirve un router en una red local? ¿Y un punto de acceso?
5. Describe las ventajas e inconvenientes del par trenzado frente a la fibra óptica.
6. Cita tres protocolos de red y su utilidad.
7. ¿Qué es la infraestructura física de soporte y por qué es importante?
8. En el ejemplo de la oficina, ¿qué dispositivo permite que los portátiles se conecten sin cable? ¿Y qué medio utilizarías para conectar el switch al router si la distancia es de 2 km?

Con esto se concluye el punto de los elementos de una red local. A continuación, vamos a contiunar por las 1.6. Topologías físicas y lógicas de red (bus, estrella, anillo, malla, árbol, híbridas; broadcast, token).