📚 REDES Y COMUNICACIONES — TEMA 6

Clase magistral para el examen TAI

🎓 Cómo usar este documento: Lee la explicación de cada bloque temático y responde las preguntas antes de pasar al siguiente. Las soluciones comentadas están al final.

BLOQUE 1 — FUNDAMENTOS DE COMUNICACIONES

Elementos del proceso de comunicación

Modos de transmisión

Transmisión: sincrónica vs. asincrónica

🧪 TEST — BLOQUE 1: Fundamentos

1. ¿Qué modo de comunicación permite transmitir datos en ambas direcciones simultáneamente?

• a) Simplex
• b) Semidúplex
• c) Dúplex completo
• d) Multiplex

2. Un walkie-talkie es un ejemplo de:

• a) Comunicación simplex
• b) Comunicación semidúplex
• c) Comunicación dúplex completo
• d) Comunicación síncrona

3. ¿Qué elemento del proceso de comunicación define cómo se envía, recibe y procesa la información?

• a) El canal
• b) El emisor
• c) El protocolo
• d) El mensaje

BLOQUE 2 — MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Medios guiados (con cable)

Par trenzado

Categorías de cable UTP más comunes:

Fibra óptica

💡 En fibra óptica: S = Short (multimodo), L = Long (monomodo), E/Z = Extended/Zoom (monomodo, distancias muy largas)

Cable coaxial

Resistente a interferencias. Usado principalmente en televisión por cable y redes antiguas. Más caro y voluminoso que el par trenzado.

Medios no guiados (inalámbricos)

Comparativa de medios

🧪 TEST — BLOQUE 2: Medios de transmisión

4. ¿Qué tipo de fibra óptica se usa para largas distancias?

• a) Fibra multimodo
• b) Fibra monomodo
• c) Fibra UTP
• d) Fibra coaxial

5. ¿Qué categoría de cable par trenzado soporta 10 Gbps hasta 100 metros?

• a) Cat 5e
• b) Cat 6
• c) Cat 6a
• d) Cat 3

6. Una ventaja clave de la fibra óptica frente al cable de cobre es:

• a) Mayor facilidad de instalación
• b) Menor coste
• c) Inmunidad a interferencias electromagnéticas
• d) Mayor flexibilidad mecánica

BLOQUE 3 — MODELO OSI Y TCP/IP

Modelo OSI (7 capas)

CAPAS DEL MODELO OSI
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  7 — APLICACIÓN     HTTP, FTP, SMTP, DNS, SNMP          │
│  6 — PRESENTACIÓN   SSL/TLS, MIME, cifrado, compresión  │
│  5 — SESIÓN         NetBIOS, RPC, establecimiento sesión│
│  4 — TRANSPORTE     TCP, UDP — extremo a extremo        │
│  3 — RED            IP, ICMP, ARP (debatido), enrutamiento│
│  2 — ENLACE DATOS   Ethernet, Wi-Fi (MAC), switches     │
│  1 — FÍSICA         Cables, conectores, señal eléctrica │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

💡 Mnemotecnia: "All People Seem To Need Data Processing" (Application, Presentation, Session, Transport, Network, Data-link, Physical)

Unidades de datos en cada capa

Modelo TCP/IP (4 capas)

TCP vs. UDP

🧪 TEST — BLOQUE 3: Modelo OSI y TCP/IP

7. ¿En qué capa del modelo OSI operan los switches Ethernet?

• a) Capa 1 — Física
• b) Capa 2 — Enlace de datos
• c) Capa 3 — Red
• d) Capa 4 — Transporte

8. ¿En qué capa OSI opera la capa de presentación y qué función realiza?

• a) Capa 4; gestiona la entrega confiable de datos entre dispositivos
• b) Capa 6; se encarga de la traducción, cifrado/descifrado, compresión y representación de los datos
• c) Capa 5; establece, mantiene y sincroniza sesiones de comunicación
• d) Capa 7; proporciona servicios directamente a las aplicaciones del usuario

9. ¿Cuál de los siguientes protocolos NO es orientado a la conexión?

• a) TCP
• b) HTTP sobre TCP
• c) UDP
• d) FTP

10. ¿Cuál es la unidad de datos (PDU) en la capa de red?

• a) Trama
• b) Segmento
• c) Paquete
• d) Bit

BLOQUE 4 — TOPOLOGÍAS Y TIPOS DE REDES

Tipos de redes por cobertura

Topologías de red

Dispositivos de red

⚠️ Diferencia clave hub vs. switch: El hub manda los datos a TODOS los dispositivos (genera colisiones). El switch los manda SOLO al dispositivo de destino.

Redes de conmutación vs. difusión

🧪 TEST — BLOQUE 4: Topologías y redes

11. En una topología en estrella, ¿qué ocurre si falla el nodo central?

• a) Solo dejan de funcionar los dispositivos directamente conectados al nodo fallido
• b) Toda la red deja de funcionar
• c) El tráfico se redirige automáticamente por rutas alternativas
• d) El anillo de backup se activa

12. ¿Qué tipo de red cubre una ciudad entera?

• a) LAN
• b) PAN
• c) MAN
• d) WAN

13. ¿Cuál es la diferencia principal entre un hub y un switch?

• a) El hub opera en capa 3; el switch en capa 2
• b) El hub envía datos a todos los puertos; el switch solo al puerto de destino usando direcciones MAC
• c) El hub cifra los datos; el switch no
• d) El hub es más caro y eficiente que el switch

BLOQUE 5 — ESTÁNDARES IEEE 802 — SERIE 802.3 (ETHERNET)

Nomenclatura IEEE 802.3

La nomenclatura sigue el patrón: [velocidad]Base-[medio/características]

• Velocidad: 10, 100, 1000 (1G), 10G, 40G, 100G
• Base: transmisión en banda base (baseband)
• Sufijo: T = par trenzado (Twisted), F/S/L/E/Z = fibra óptica (Short/Long/Extended/Zoom)

Estándares 802.3 — 100 Mbps (Fast Ethernet)

💡 100Base-TX es el Fast Ethernet estándar en oficinas. Recordar: TX = 2 pares, T4 = 4 pares.

Estándares 802.3 — 1 Gbps (Gigabit Ethernet)

💡 Truco de memoria para fibra Gigabit: S=Short (multimodo, 550m), L=Long (10km), E=Extended (40km), Z=Zoom/far (70km). A mayor letra → mayor distancia.

Estándares 802.3 — 10 Gbps

Estándares 802.3 — 40 Gbps y 100 Gbps

🧪 TEST — BLOQUE 5: IEEE 802.3

14. ¿Qué cable necesita el estándar 1000Base-T y cuántos pares utiliza?

• a) Cat 6, 2 pares
• b) Cat 5e o superior, 4 pares
• c) Cat 6a, 4 pares
• d) Cat 5, 2 pares

15. ¿Cuál es la distancia máxima del estándar 1000Base-SX?

• a) 100 m
• b) 300 m
• c) 550 m
• d) 10 km

16. El estándar 10GBase-T requiere:

• a) Fibra óptica monomodo
• b) Cable par trenzado Cat 5e o superior
• c) Cable par trenzado Cat 6a o superior, hasta 100 m
• d) Cable coaxial categoría 6

17. ¿Qué estándar Ethernet de 1 Gbps puede alcanzar hasta 70 km?

• a) 1000Base-LX
• b) 1000Base-EX
• c) 1000Base-ZX
• d) 1000Base-SX

18. ¿Cuántos pares de cable usa 100Base-TX?

• a) 1 par
• b) 2 pares
• c) 3 pares
• d) 4 pares

BLOQUE 6 — ESTÁNDARES IEEE 802.1

Estándares IEEE 802.1 principales

Detalle de los más importantes

STP / RSTP / MSTP

• STP (802.1D): Crea un árbol libre de bucles bloqueando puertos redundantes. Si un enlace falla, converge lentamente (~30-50 s).
• RSTP (802.1W): Misma función que STP pero converge en segundos en lugar de decenas de segundos.
• MSTP (802.1S): Permite crear múltiples instancias de árbol para distintas VLANs, optimizando el uso de los enlaces redundantes.

VLAN (802.1Q)

• Segmenta lógicamente la red en redes virtuales independientes dentro de la misma infraestructura física.
• La etiqueta 802.1Q añade 4 bytes a la trama Ethernet con el identificador de VLAN (VID).

802.1X — Control de acceso por puerto

• Autentica dispositivos antes de permitir el acceso a la red.
• Tres actores: Suplicante (dispositivo), Autenticador (switch/AP), Servidor de autenticación (RADIUS).
• Usa el protocolo EAP (Extensible Authentication Protocol).

⚠️ 802.1X es la base del control de acceso en redes corporativas tanto cableadas como Wi-Fi (WPA2/3-Enterprise).

🧪 TEST — BLOQUE 6: IEEE 802.1

19. ¿Qué protocolo evita los bucles en redes Ethernet con enlaces redundantes?

• a) 802.1Q
• b) 802.1X
• c) 802.1D (STP)
• d) 802.1AX

20. ¿Qué función tiene el estándar IEEE 802.1Q?

• a) Control de acceso a la red por puerto basado en autenticación
• b) Etiquetado de VLANs en tramas Ethernet
• c) Detección de dispositivos mediante LLDP
• d) Agregación de múltiples enlaces en uno lógico

21. En el protocolo 802.1X, ¿cuál es el papel del switch o punto de acceso?

• a) Suplicante
• b) Servidor de autenticación
• c) Autenticador (intermediario entre suplicante y servidor RADIUS)
• d) Registrar

22. ¿Qué mejora RSTP (802.1W) respecto a STP (802.1D)?

• a) Permite usar múltiples instancias para distintas VLANs
• b) Consigue una convergencia más rápida (en segundos en lugar de decenas de segundos)
• c) Añade cifrado a las tramas de control
• d) Agrega múltiples enlaces físicos en uno lógico

BLOQUE 7 — WI-FI: ESTÁNDARES IEEE 802.11

Evolución de los estándares Wi-Fi

⚠️ Trampas de examen:
- 802.11ac (Wi-Fi 5) opera exclusivamente en 5 GHz
- 802.11n (Wi-Fi 4) puede operar en ambas bandas (2,4 y 5 GHz)
- Wi-Fi 6E añade la banda de 6 GHz (reduce interferencias)

Seguridad Wi-Fi — Evolución

💡 IEEE 802.11i es el estándar que define WPA2 y usa AES-CCMP como protocolo de cifrado.

Modos de red Wi-Fi

🧪 TEST — BLOQUE 7: IEEE 802.11 Wi-Fi

23. ¿Qué estándar Wi-Fi opera exclusivamente en la banda de 5 GHz?

• a) IEEE 802.11b
• b) IEEE 802.11g
• c) IEEE 802.11n
• d) IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5)

24. ¿Qué protocolo de seguridad define el estándar IEEE 802.11i y qué cifrado usa?

• a) WPA con cifrado TKIP
• b) WEP con cifrado RC4
• c) WPA2 con cifrado AES-CCMP
• d) WPA3 con cifrado SAE

25. ¿Cuál es la velocidad máxima teórica de Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax)?

• a) 3,5 Gbps
• b) 600 Mbps
• c) 9,6 Gbps
• d) 40 Gbps

26. ¿En qué bandas puede operar el estándar IEEE 802.11n (Wi-Fi 4)?

• a) Solo en 2,4 GHz
• b) Solo en 5 GHz
• c) En 2,4 GHz y 5 GHz
• d) En 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz

BLOQUE 8 — WPS (Wi-Fi Protected Setup)

Concepto

WPS (Wi-Fi Protected Setup) es un estándar de 2007 promovido por la Wi-Fi Alliance para facilitar la conexión a redes WLAN seguras con WPA/WPA2, minimizando la intervención del usuario. No es un mecanismo de seguridad en sí mismo, sino un sistema de provisión de credenciales.

Arquitectura WPS

Métodos WPS

💡 Los métodos PIN y PBC son los únicos certificados actualmente. NFC y USB están contemplados en el estándar pero no se certifican.

Vulnerabilidades WPS

El investigador Stefan Viehböck descubrió en diciembre de 2011 una vulnerabilidad crítica en el método PIN:

• El PIN de 8 dígitos se valida en dos mitades (4+4), lo que reduce el espacio de búsqueda de 10⁸ a ~11.000 combinaciones.
• Un atacante puede recuperar el PIN mediante fuerza bruta en pocas horas.
• Con el PIN se obtiene la clave PSK de WPA/WPA2.
• La solución es deshabilitar WPS en el router.
• En algunos dispositivos, aunque se desactive por menú, WPS puede seguir activo internamente.

🧪 TEST — BLOQUE 8: WPS

27. ¿En qué año se publicó el estándar WPS y quién lo promovió?

• a) 2004, promovido por IEEE
• b) 2007, promovido por la Wi-Fi Alliance
• c) 2011, promovido por la Wi-Fi Alliance
• d) 2009, promovido por IEEE

28. En la arquitectura WPS, ¿cuál es el rol del AP cuando actúa de intermediario?

• a) Registrar
• b) Enrollee
• c) Authenticator (proxy entre Registrar y Enrollee)
• d) Suplicante

29. ¿Qué método WPS es obligatorio en todos los APs para obtener la certificación?

• a) NFC
• b) USB
• c) PIN
• d) PBC (Push Button Configuration)

30. La vulnerabilidad de WPS descubierta en 2011 afecta principalmente al método:

• a) PBC
• b) NFC
• c) PIN
• d) USB

31. ¿Cuál es la solución recomendada ante la vulnerabilidad de WPS?

• a) Cambiar la contraseña WPA2 periódicamente
• b) Usar WPA3 en lugar de WPA2
• c) Deshabilitar WPS en el router
• d) Usar el método NFC en lugar del PIN

BLOQUE 9 — COMUNICACIONES MÓVILES

Generaciones de redes móviles

Bluetooth

💡 BLE (Bluetooth Low Energy): Diseñado para dispositivos IoT que requieren consumo mínimo de energía (sensores, wearables).

NFC (Near Field Communication)

• Basada en RFID
• Alcance: 0-20 cm
• Usos: pagos móviles (contactless), intercambio de datos, WPS-NFC

🧪 TEST — BLOQUE 9: Comunicaciones móviles

32. ¿Qué generación de redes móviles introdujo la comunicación digital y los SMS?

• a) 1G
• b) 2G (GSM)
• c) 3G
• d) 4G

33. ¿Qué tecnología Bluetooth está diseñada específicamente para dispositivos IoT de bajo consumo?

• a) Bluetooth 5.0
• b) Bluetooth Classic
• c) BLE (Bluetooth Low Energy)
• d) NFC

34. ¿En qué está basada la tecnología NFC?

• a) Bluetooth
• b) Wi-Fi
• c) RFID
• d) Infrarrojos

✅ SOLUCIONES COMENTADAS

1 → c) El dúplex completo (full-duplex) permite la transmisión simultánea en ambas direcciones. Es el modo que usa Ethernet moderno y las llamadas telefónicas. Simplex es solo en una dirección; semidúplex es en ambas pero no simultáneamente.

2 → b) El walkie-talkie es el ejemplo clásico de semidúplex: puedes hablar o escuchar, pero no al mismo tiempo. Se indica con el "cambio" al terminar de hablar.

3 → c) El protocolo define las reglas que rigen cómo se envía, recibe y procesa la información (ej. TCP/IP, HTTP, FTP). El canal es el medio físico; el emisor y receptor son los dispositivos.

4 → b) La fibra monomodo (SMF) tiene un núcleo muy pequeño (~9 µm) que solo permite un modo de propagación de luz, minimizando la dispersión y permitiendo distancias de hasta 80 km o más. La multimodo es para distancias cortas/medias.

5 → c) El estándar 10GBase-T requiere Cat 6a (o superior) para soportar 10 Gbps a 100 metros. Cat 6 puede hacer 10G pero solo hasta ~55 m. Cat 5e solo llega a 1 Gbps.

6 → c) La fibra óptica transmite luz, no señales eléctricas, por lo que es completamente inmune a interferencias electromagnéticas (EMI). Esto es su principal ventaja técnica frente al cobre. Su desventaja es el mayor coste e instalación más compleja.

7 → b) Los switches Ethernet operan en la capa 2 (enlace de datos) del modelo OSI, tomando decisiones de reenvío basadas en las direcciones MAC. Los switches de capa 3 también hacen enrutamiento IP.

8 → b) La capa de presentación (capa 6) se encarga de la traducción, cifrado/descifrado, compresión y representación de los datos (conversión de formatos, serialización). TLS/SSL opera parcialmente aquí. La capa 5 (sesión) establece y gestiona sesiones.

9 → c) UDP (User Datagram Protocol) es no orientado a la conexión: no establece handshake previo, no garantiza entrega ni orden. TCP sí es orientado a la conexión (3-way handshake). HTTP y FTP usan TCP por debajo.

10 → c) En la capa de red (capa 3) la unidad de datos se llama paquete. En la capa de transporte es segmento (TCP) o datagrama (UDP). En la de enlace es trama. En la física, bit.

11 → b) En la topología en estrella, todos los dispositivos dependen del nodo central. Si este falla, toda la red deja de funcionar. A cambio, es fácil detectar y aislar fallos individuales de dispositivos.

12 → c) Una MAN (Metropolitan Area Network) cubre una ciudad. LAN = edificio/campus; PAN = área personal (~10 m); WAN = continental/global.

13 → b) El hub envía los datos recibidos por un puerto a todos los demás puertos (broadcast), generando colisiones. El switch aprende las direcciones MAC y reenvía los datos solo al puerto de destino, mejorando eficiencia y reduciendo colisiones.

14 → b) El estándar 1000Base-T requiere cable Cat 5e (o superior) y usa 4 pares de cables para alcanzar 1 Gbps hasta 100 metros. Es el estándar Gigabit Ethernet más extendido en oficinas.

15 → c) 1000Base-SX usa fibra óptica multimodo a 850 nm y alcanza hasta 550 metros (dependiendo del tipo de fibra multimodo, puede ser menos). La S de SX significa Short.

16 → c) 10GBase-T requiere par trenzado Cat 6a (o Cat 7) para operar a 10 Gbps hasta 100 metros. Con Cat 6 solo alcanza ~55 metros a 10 Gbps. Cat 5e solo soporta hasta 1 Gbps.

17 → c) 1000Base-ZX usa fibra monomodo a 1550 nm y puede alcanzar hasta 70 km (o incluso más con amplificadores). Z de ZX significa Zoom/far. EX = 40 km, LX = 10 km, SX = 550 m.

18 → b) 100Base-TX (Fast Ethernet estándar) usa 2 pares de cable (par 2 y par 3 en Cat 5). En cambio, 100Base-T4 usa 4 pares (para funcionar con el más antiguo Cat 3). 1000Base-T sí usa 4 pares.

19 → c) 802.1D (STP — Spanning Tree Protocol) evita los bucles en redes con enlaces redundantes bloqueando puertos seleccionados. Sin STP, los bucles provocarían tormentas de broadcast que colapsarían la red.

20 → b) 802.1Q es el estándar de etiquetado de VLANs en tramas Ethernet. Añade una cabecera de 4 bytes con el ID de VLAN para que los switches identifiquen a qué VLAN pertenece cada trama.

21 → c) En 802.1X, el switch o AP es el autenticador: actúa de intermediario (proxy) entre el suplicante (dispositivo cliente) y el servidor de autenticación (RADIUS). No decide por sí solo; consulta al servidor RADIUS.

22 → b) RSTP (802.1W) mejora STP principalmente en la velocidad de convergencia: STP puede tardar 30-50 segundos en reconverger tras un cambio; RSTP lo hace en pocos segundos mediante nuevos estados de puerto y mensajes de negociación.

23 → d) IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) opera exclusivamente en la banda de 5 GHz. 802.11b y 802.11g solo usan 2,4 GHz; 802.11n puede usar ambas bandas; 802.11ax (Wi-Fi 6) usa 2,4 y 5 GHz (y Wi-Fi 6E añade 6 GHz).

24 → c) IEEE 802.11i define el estándar de seguridad WPA2, que usa AES-CCMP como protocolo de cifrado y autenticación. WEP usa RC4 (obsoleto); WPA usaba TKIP (transitorio); WPA3 introduce SAE.

25 → c) Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) tiene una velocidad máxima teórica de 9,6 Gbps en la configuración óptima (canales de 160 MHz, OFDMA, MU-MIMO). Wi-Fi 5 llega a 3,5 Gbps; Wi-Fi 4 a 600 Mbps.

26 → c) IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) es el primero en soportar dual-band: puede operar en 2,4 GHz y 5 GHz. Los anteriores (802.11b y g) solo usaban 2,4 GHz; 802.11a solo 5 GHz.

27 → b) WPS fue publicado en 2007 y promovido por la Wi-Fi Alliance (no por el IEEE, aunque se basa en estándares IEEE). La vulnerabilidad del PIN fue descubierta en 2011, no cuando se publicó el estándar.

28 → c) El AP en WPS actúa como Authenticator (autenticador), que es un proxy entre el Registrar (que tiene la autoridad de emitir credenciales) y el Enrollee (el dispositivo que quiere unirse a la red).

29 → d) El método PBC (Push Button Configuration) es obligatorio en APs para obtener la certificación WPS. El método PIN es obligatorio en todas las estaciones (dispositivos cliente). NFC y USB no se certifican actualmente.

30 → c) La vulnerabilidad descubierta por Viehböck afecta al método PIN: el PIN de 8 dígitos se verifica en dos mitades (4+4), lo que permite un ataque de fuerza bruta en pocas horas (~11.000 intentos en lugar de 100 millones).

31 → c) La solución recomendada es deshabilitar WPS en el router. Cambiar la contraseña WPA2 no protege contra esta vulnerabilidad porque el ataque de fuerza bruta al PIN WPS permite obtener la PSK independientemente de su complejidad.

32 → b) 2G (GSM) introdujo la comunicación digital y los SMS (mensajes de texto cortos). 1G era analógica; 3G añadió datos móviles significativos; 4G aportó banda ancha móvil.

33 → c) BLE (Bluetooth Low Energy), introducido en Bluetooth 4.0, está diseñado específicamente para dispositivos IoT y wearables que necesitan muy bajo consumo energético. Bluetooth 5.0 mejora el alcance y la velocidad pero BLE es la característica clave para IoT.

34 → c) NFC está basado en RFID (Radio Frequency Identification), funcionando a 13,56 MHz con un alcance de 0 a 20 cm. Se usa en pagos contactless, transporte público, y en WPS como método de autenticación por proximidad.

📊 TABLA FLASH FINAL — Datos clave de Redes