Capa física y de enlace

📐 Fundamento

Cobre — par trenzado

El más común. Cables Ethernet con conector RJ-45.

Ventajas: barato, ubicuo, fácil de instalar.

Limitaciones: distancia (100 m máximo), interferencia electromagnética, no es seguro frente a "tap".

Fibra óptica

Pulsos de luz por filamento de vidrio.

• Monomodo: un solo "modo" de propagación. Larga distancia (km), alto ancho de banda. Más cara, pero alcance enorme.
• Multimodo: varios modos. Más barata, distancia más corta (cientos de metros).

Ventajas: velocidades altísimas, distancia (km), inmune a interferencia, segura (tappear fibra es difícil).

Desventajas: más cara, más frágil, requiere conectores especiales.

Radio — WiFi y celular

WiFi (802.11):

Trade-offs frecuencia:

• 2.4 GHz: más alcance, atraviesa paredes mejor, más saturada (microondas, dispositivos Bluetooth, vecinos).
• 5 GHz: más rápido, menos saturado, menor alcance.
• 6 GHz (nuevo): aún más espectro, menos congestión.

Celular (4G LTE, 5G): operadores con licencia, infraestructura masiva. Vas a aprender más en cursos avanzados.

Otros (resumen)

• Cable coaxial: TV, cable módem (DOCSIS).
• Powerline: datos sobre la red eléctrica (último recurso).
• Satélite: Starlink, alta latencia hasta hace poco.

📐 Fundamento

Cada interfaz de red tiene una dirección MAC (Media Access Control), también llamada dirección física. Es única globalmente y viene de fábrica (asignada por el fabricante).

Formato: 48 bits = 6 bytes, mostrados en hexadecimal:

00:1A:2B:3C:4D:5E

Los primeros 3 bytes (00:1A:2B) identifican al fabricante (OUI — Organizationally Unique Identifier). Los últimos 3, el dispositivo específico dentro de ese fabricante.

Ver tu MAC en Linux:

$ ip link show
2: enp0s3: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 ...
    link/ether 08:00:27:ab:cd:ef brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

08:00:27:ab:cd:ef es la MAC. ff:ff:ff:ff:ff:ff es la MAC de broadcast — quién la recibe sabe que el frame es para todos.

Direcciones especiales:

• ff:ff:ff:ff:ff:ff — broadcast (a todos).
• 01:00:5E:xx:xx:xx — multicast IPv4.
• 33:33:xx:xx:xx:xx — multicast IPv6.

Cambiar tu MAC ("MAC spoofing") es posible y a veces útil (privacidad, evadir bans por MAC):

sudo ip link set dev enp0s3 down
sudo ip link set dev enp0s3 address 02:11:22:33:44:55
sudo ip link set dev enp0s3 up

(Dejarlo persistir requiere config del sistema.)

📐 Fundamento

El frame es la unidad de datos de capa 2:

+----------+-----------+----------+------+----------+-----+
| Preámbulo| MAC dest  | MAC orig | Tipo | datos    | CRC |
|  8 bytes |  6 bytes  |  6 bytes | 2 B  |46-1500 B | 4 B |
+----------+-----------+----------+------+----------+-----+

• Preámbulo: sincronización para los chips electrónicos.
• MAC destino y origen: quién recibe y quién envía (en este salto).
• Tipo: qué hay en los datos (0x0800 = IPv4, 0x86DD = IPv6, 0x0806 = ARP).
• Datos: el paquete IP encapsulado. MTU típico = 1500 bytes (lo que cabe).
• CRC (Cyclic Redundancy Check): suma de control para detectar errores en el viaje.

MTU (Maximum Transmission Unit) = 1500 bytes es la herencia histórica de Ethernet. Hay extensiones ("jumbo frames" de 9000 bytes) para datacenters.

Si el paquete IP es más grande que 1500, se fragmenta — más adelante.

Cómo el switch ve un frame:

1. Recibe los bits, los reensambla en frame.
2. Verifica CRC. Si está mal, descarta silenciosamente.
3. Mira la MAC destino.
4. Consulta su tabla MAC: "¿en qué puerto está esa MAC?"
5. Reenvía el frame solo por ese puerto.

Si no conoce la MAC destino, inunda (envía a todos los puertos excepto al de origen).

📐 Fundamento

Hub (extinto)

Repetidor tonto. Recibe bits por un puerto, los manda por todos los demás. Ningún cerebro.

Problemas:

• Dominio de colisión único. Si dos máquinas envían al mismo tiempo, choque.
• No filtra. Todos los bits llegan a todos.
• Inseguro. Cualquier máquina puede "escuchar" todo.
• Lento. Cuanta más gente, más colisiones, peor performance.

Los hubs ya no se venden desde principios de los 2000.

Switch (estándar moderno)

Cerebrito. Aprende qué MAC está en qué puerto y reenvía selectivamente.

Cómo aprende: cuando recibe un frame en el puerto $P$ con MAC origen $M$, anota "$M$ está en $P$". Después, cuando llega un frame para $M$, lo reenvía solo por $P$.

Tabla MAC (ver en un switch real):

Ventajas sobre hub:

• Cada puerto es su propio dominio de colisión — no hay colisiones entre máquinas distintas.
• Tráfico aislado — la máquina A→B no pasa por C.
• Velocidades altas — switches gigabit y más son baratos.

Bridge

Históricamente, un dispositivo de 2 puertos que conectaba dos segmentos. Hoy en día, un switch ES un bridge multipuerto. Término casi en desuso.

📐 Fundamento

Cuando un medio físico es compartido (Ethernet con hub, WiFi), ¿cómo evitar que todos hablen a la vez?

CSMA/CD — Ethernet (clásico)

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

1. Carrier Sense: antes de enviar, escuchar si alguien más está enviando.
2. Si el canal está libre, enviar.
3. Mientras se envía, escuchar por colisiones (señal anómala).
4. Si hay colisión: parar, enviar un jam signal, esperar un tiempo aleatorio (backoff exponencial), reintentar.

Por qué backoff aleatorio: dos máquinas que detectan colisión al mismo tiempo, si esperaran lo mismo, volverían a chocar. Aleatoriedad rompe el patrón.

Está casi obsoleto — los switches modernos eliminan colisiones (cada puerto es su propio dominio). CSMA/CD se usa en hubs y en redes con cable coaxial. Histórico, pero fundacional.

CSMA/CA — WiFi

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance.

En WiFi no se puede detectar colisiones mientras se transmite (la antena no escucha mientras manda — el "near-far problem"). Por eso se evitan:

1. Escuchar el canal.
2. Si está libre, esperar un tiempo aleatorio (backoff).
3. Mandar un RTS (Request To Send).
4. El receptor responde con CTS (Clear To Send).
5. Otros nodos que escuchan CTS se quedan callados durante la transmisión.
6. Transmitir.
7. Receptor envía ACK.

Más overhead que CSMA/CD, pero necesario en radio. Por eso WiFi tiene rendimiento real bastante menor que su tope nominal.

📐 Fundamento

Dos conceptos importantes:

Dominio de colisión

Conjunto de dispositivos que pueden colisionar entre sí.

• Hub: todos los puertos = un solo dominio.
• Switch: cada puerto = su propio dominio.

Por eso los switches escalan mucho mejor: con un hub, agregar máquinas degrada a todas. Con un switch, no.

Dominio de broadcast

Conjunto de dispositivos que reciben los mismos broadcasts (ff:ff:ff:ff:ff:ff).

• Switch: todos los puertos están en un dominio de broadcast.
• Router: separa dominios de broadcast (los broadcasts no cruzan routers).

Implicación práctica: si tenés 1000 PCs en una sola red plana con un switch grande, un broadcast (ARP, DHCP) llega a las 1000. Si una se vuelve loca y broadcast-flood, todas sufren.

Solución: VLANs (próxima sección) o subredes con routers.

📐 Fundamento

Tu PC quiere mandar un paquete a 192.168.1.10 (IP). Pero a nivel Ethernet, necesita la MAC de esa máquina. ¿Cómo la consigue?

ARP (Address Resolution Protocol). Tu PC envía un broadcast preguntando: "¿Quién tiene la IP 192.168.1.10? Decímelo."

Frame Ethernet: dest=ff:ff:ff:ff:ff:ff, origen=mi-MAC
ARP request: "¿Quién es 192.168.1.10?"

La máquina con esa IP responde directamente (unicast):

ARP reply: "Soy yo. Mi MAC es 00:1A:2B:3C:4D:5E"

Tu PC guarda en su caché ARP el mapeo IP→MAC. Próximas veces, no necesita preguntar.

Ver tu caché ARP en Linux:

$ ip neigh
192.168.1.1  dev wlan0  lladdr 00:11:22:33:44:55  REACHABLE
192.168.1.10 dev wlan0  lladdr 00:1a:2b:3c:4d:5e  REACHABLE

ARP poisoning — ataque clásico: enviar respuestas ARP falsas para hacerte parecer que una IP corresponde a una MAC distinta (típicamente la del atacante). El atacante recibe todo el tráfico de la víctima. Detectable por monitoreo, pero requiere atención.

ARP es solo para IPv4. En IPv6 hay NDP (Neighbor Discovery Protocol).

📐 Fundamento

VLAN (Virtual LAN) permite segmentar lógicamente una red física. En lugar de tener todo en un dominio de broadcast gigante, dividís en grupos.

Ejemplo: una empresa con 200 PCs. Querés que finanzas y ingeniería estén separadas para seguridad, aunque compartan switches.

VLAN 10 (Finanzas)        VLAN 20 (Ingeniería)
puertos 1-50              puertos 51-200

Los frames llevan un tag VLAN (estándar 802.1Q): un campo de 4 bytes adicional que identifica qué VLAN.

Ventajas:

• Aislamiento. Broadcasts de finanzas no llegan a ingeniería.
• Seguridad. Una VLAN no puede ver tráfico de otra (sin un router con permisos).
• Flexibilidad. Cambiás de departamento sin recablear.

Trunk = puerto que lleva múltiples VLANs (típicamente entre switches). Access = puerto que pertenece a una sola VLAN (típicamente a una PC).

VLANs son el pan de cada día en redes empresariales. Si alguna vez configurás un switch Cisco/HP/MikroTik, vas a tocar VLANs.