Examen de Desarrollo — Redes de Computadores

Suplemento de problemas abiertos (estilo extraordinario de Física: derivar y justificar paso a paso) · 9 problemas · 100 puntos · soluciones en Examen_Desarrollo_Redes_SOLUCIONES.html · cálculos verificados con Python (ipaddress)

Cómo entrenar con esto: el examen real de desarrollo suele ser 3 problemas en 80 minutos (40/30/30). Simúlalo eligiendo, por ejemplo: P1 + P2 + P6, o P1 + P3 + P4, o P5 + P2 + P8. En un examen abierto la nota está en la justificación: escribe siempre el cálculo binario, la regla que aplicas (“potencia de 2 menos 2 ≥ hosts”, “offset en unidades de 8 bytes”, “longest prefix match”) y la conclusión. Un resultado correcto sin justificar puntúa poco.

Problema 1 · El campus: VLSM + tabla de rutas + viaje del paquete20 puntos

Escenario del campus (válido para todo el problema)

MACs de los routers: RC → G0/0 (LAN1) CA:FE:00:00:00:01, G0/1 (enlace a R2) CA:FE:00:00:00:02, G0/2 (enlace a R3) CA:FE:00:00:00:03. R3 → G0/0 (enlace a RC) C3:00:00:00:00:01, G0/1 (LAN3) C3:00:00:00:00:02, G0/2 (servidores) C3:00:00:00:00:03.

A la empresa se le asigna el bloque 172.20.8.0/22. Debe diseñar con VLSM el direccionamiento de estas 6 subredes: LAN1 (450 hosts), LAN2 (200 hosts), LAN3 (100 hosts), Servidores del edificio 3 (20 hosts), Enlace RC–R2 (2 IPs) y Enlace RC–R3 (2 IPs).

a) (3 pts) ¿Cuántas direcciones totales ofrece un /22? Escriba la máscara del bloque en decimal y en binario (los 4 octetos) y el rango completo que abarca el bloque. Justifíquelo contando bits.

b) (6 pts) Asigne las 6 subredes con VLSM de mayor a menor, empezando en 172.20.8.0. Para cada una justifique la máscara con la regla 2ⁿ−2 ≥ hosts (¿por qué no basta un prefijo más largo?) y rellene la tabla:

Subred	Hosts pedidos	Prefijo /máscara	Dirección de red	1ª IP útil (gateway)	Última IP útil	Broadcast
LAN1 (Ed. 1)	450
LAN2 (Ed. 2)	200
LAN3 (Ed. 3)	100
Servidores (Ed. 3)	20
Enlace RC–R2	2
Enlace RC–R3	2

c) (4 pts) Rellene la tabla de rutas completa del router central RC (redes conectadas + rutas estáticas a lo que está detrás de R2 y R3 + ruta por defecto hacia el ISP). Indique para cada entrada destino/prefijo, siguiente salto o «conectada», e interfaz de salida.

#	Red de destino	Prefijo	Siguiente salto	Interfaz de salida
1
2
3
4
5
6
7
8

d) (7 pts) PC-A (edificio 1) envía un paquete HTTP a SRV-WEB (edificio 3). Con las cachés ARP vacías en todos los equipos, describa paso a paso y tramo a tramo qué ocurre: la decisión «¿misma red?» de PC-A (muestre el AND con la máscara), cada ARP previo (quién pregunta qué, y quién responde), y para cada uno de los 3 tramos la MAC origen / MAC destino / IP origen / IP destino de la trama. Indique qué hace cada switch y qué cambia y qué NO cambia en cada salto de router (mencione el TTL).

Estructura recomendada: ① decisión de PC-A → ② ARP en LAN1 → ③ tramo 1 (PC-A→RC) → ④ decisión de RC (¿qué ruta de la tabla gana y por qué?) → ⑤ ARP en el enlace → ⑥ tramo 2 (RC→R3) → ⑦ ARP en la subred de servidores → ⑧ tramo 3 (R3→SRV-WEB).

Problema 2 · Fragmentación IP con dos fragmentaciones sucesivas12 puntos

Camino del datagrama

Un datagrama IPv4 de 4020 bytes totales (cabecera de 20 B, sin opciones) con Identification = 0x2B3C atraviesa el camino del dibujo: primero un enlace de MTU 1500 (R1 fragmenta) y después uno de MTU 620 (R2 vuelve a fragmentar cada fragmento que no cabe).

a) (2 pts) ¿Cuántos bytes de datos transporta el datagrama original? ¿Cuántos bytes de datos caben como máximo en un fragmento con MTU 1500, y por qué esa cifra debe ser múltiplo de 8? Justifique con la definición del campo Fragment Offset.

b) (4 pts) Construya la tabla completa de fragmentos tras R1 (MTU 1500), justificando cada Total Length, cada offset (muestre la división entre 8) y cada bit MF. Compruebe que la suma de datos reconstruye el original.

Fragmento	Total Length	Datos (B)	Identification	MF	Offset (unid. de 8 B)	Bytes de datos que cubre
1
2
3

c) (4 pts) Construya la tabla completa tras R2 (MTU 620). Atención a dos trampas clásicas: los offsets de los trozos de los fragmentos 2 y 3 no empiezan en 0, y el bit MF del último trozo de un fragmento intermedio no es 0. Justifique ambas cosas.

Fragmento	Procede de	Total Length	Datos (B)	MF	Offset (unid. de 8 B)
1
2
3
4
5
6
7
8

d) (2 pts) ¿Dónde se reensambla el datagrama y con qué campos identifica el receptor qué fragmentos van juntos, en qué orden van y cuándo ha llegado el último? ¿Qué ocurriría si el datagrama llevara DF = 1 al llegar a R1?

Problema 3 · La trama Ethernet, campo a campo10 puntos

Esqueleto de la trama (anchos proporcionales al tamaño de cada campo)

Reutilizamos el campus del Problema 1: PC-A (172.20.8.10, MAC AA:AA:AA:00:00:0A) envía a SRV-WEB (172.20.11.140, MAC 5E:BB:00:00:00:03) un paquete IP de 80 bytes totales. El camino tiene 3 tramos Ethernet: PC-A→RC, RC→R3 y R3→SRV-WEB (MACs de routers en el pie del diagrama del P1).

a) (3 pts) Dibuje (o rellene sobre el esqueleto) la trama del primer tramo con todos los campos y sus tamaños en bytes, incluyendo el valor concreto de MAC destino, MAC origen y Tipo (protocolo IPv4). ¿Necesita relleno (padding) el campo de datos? Justifíquelo.

b) (3 pts) Indique el par (MAC destino, MAC origen) de la trama en cada uno de los 3 tramos y explique por qué cambian, mientras que IP origen/destino no cambian. ¿Qué otro campo de la trama se recalcula en cada salto y por qué?

c) (2 pts) Derive el tamaño mínimo (64 B) y máximo (1518 B) de una trama Ethernet sin contar preámbulo, sumando campo a campo. ¿Cuánto ocupa «en el cable» si se cuenta también el preámbulo+SFD?

d) (2 pts) Ahora PC-A envía un ACK de TCP: paquete IP de solo 40 bytes. ¿Cuántos bytes de relleno añade la tarjeta de red y cuánto mide la trama resultante? Muestre la cuenta.

Problema 4 · Aprendizaje de la tabla MAC de un switch10 puntos

Topología: un switch de 5 puertos, tabla inicialmente VACÍA

Con la tabla MAC vacía se producen, en este orden, los envíos: ① A→B · ② B→A · ③ C envía un broadcast (ARP Request, destino FF:FF:FF:FF:FF:FF) · ④ B→C · ⑤ D→A · ⑥ C se desconecta de p3, se conecta a p5 y envía una trama a A.

a) (7 pts) Para cada envío ①–⑥ indique: qué aprende el switch (MAC→puerto), y qué hace con la trama: inunda (flooding), reenvía por un puerto concreto o filtra. Justifique cada decisión con la regla del switch (consulta de MAC destino en la tabla).

Paso	Trama (origen→destino)	Aprende	Acción con la trama	Justificación breve
①	A→B
②	B→A
③	C→broadcast
④	B→C
⑤	D→A
⑥	C (en p5)→A

b) (2 pts) Escriba el estado final de la tabla MAC tras el paso ⑥.

c) (1 pt) ¿En qué se diferencia todo lo anterior de lo que haría un hub con los mismos envíos?

Problema 5 · Subnetting clásico con justificación binaria12 puntos

Su empresa dispone de la red 192.168.100.0/24 y necesita dividirla en al menos 5 subredes con un mínimo de 25 hosts cada una, todas del mismo tamaño (subnetting clásico, sin VLSM).

a) (3 pts) Determine cuántos bits hay que pedir prestados. Justifique con las dos condiciones (2^{bits prestados} ≥ 5 subredes y 2^{bits de host} − 2 ≥ 25 hosts) y explique por qué 2 bits prestados no bastan y por qué 4 tampoco valen.

b) (2 pts) Escriba la nueva máscara en notación /prefijo, en decimal punteada y en binario (último octeto completo).

c) (3 pts) Liste las 8 subredes resultantes (dirección de red de cada una) y, para la tercera, dé el rango útil y el broadcast.

d) (3 pts) ¿A qué subred pertenece el host 192.168.100.77? Resuélvalo con el AND binario entre la IP y la máscara (muestre el último octeto bit a bit) y dé red, rango útil y broadcast de esa subred.

e) (1 pt) ¿Cuántas direcciones «se pierden» en total (no asignables a hosts) con este diseño de 8 subredes respecto a usar la /24 plana? Muestre la cuenta.

Problema 6 · Tabla de rutas y longest prefix match10 puntos

Router R-X y sus vecinos

La tabla de rutas de R-X es:

Red de destino	Siguiente salto
`10.0.0.0/8`	R-A (192.168.0.2)
`10.24.0.0/13`	R-B (192.168.0.6)
`10.24.192.0/18`	R-C (192.168.0.10)
`172.16.4.0/22`	R-D (192.168.0.14)
`0.0.0.0/0`	ISP

a) (2 pts) Enuncie la regla del longest prefix match y explique por qué la ruta por defecto solo gana cuando ninguna otra encaja.

b) (6 pts) Determine la ruta elegida para cada destino, indicando todas las entradas que encajan y cuál gana. Para 10.24.200.77 muestre el AND binario del tercer octeto con la máscara /18 (200 AND 192) y para 10.30.15.9 el del segundo octeto con la /13 (30 AND 248).

Destino	Entradas que encajan	Ruta elegida (prefijo)	Siguiente salto
10.24.200.77
10.30.15.9
10.9.1.1
172.16.7.200
172.16.9.1
8.8.8.8

c) (2 pts) Calcule el rango exacto de direcciones que cubre 10.24.0.0/13 (primera y última) y demuestre con él por qué 10.30.15.9 encaja pero 10.32.0.1 no.

Problema 7 · Modelo OSI y encapsulación de una petición web8 puntos

Un usuario escribe https://www.uax.es en su navegador y pulsa Enter. La página viaja desde el servidor hasta su PC atravesando switches y routers.

a) (5 pts) Describa, capa por capa (modelo OSI, de la 7 a la 1), qué añade o hace cada capa en el PC emisor con la petición HTTP: nombre de la capa, qué información/cabecera aporta (puertos, IPs, MACs…), el nombre de su unidad de datos (PDU) y el dispositivo típico que trabaja en esa capa (si lo hay).

b) (2 pts) Explique qué capas «tocan» un switch y un router cuando la trama los atraviesa y por qué el switch no mira las IPs ni el router (en su función básica) los puertos TCP.

c) (1 pt) Indique la correspondencia de las 7 capas OSI con las 4 del modelo TCP/IP.

Problema 8 · TCP frente a UDP: conexión con números concretos9 puntos

Un cliente abre una conexión TCP con un servidor web. El cliente elige ISN = 4000 y el servidor ISN = 9000. Tras el establecimiento, el cliente envía una petición de 500 bytes y el servidor responde con 1200 bytes.

a) (4 pts) Escriba los 3 segmentos del three-way handshake con sus flags (SYN/ACK) y sus números de secuencia y de asentimiento concretos, justificando cada número (regla: el ACK indica el siguiente byte esperado; SYN consume un número de secuencia).

b) (3 pts) Para el intercambio de datos: ¿qué números de secuencia llevan los 500 bytes del cliente? ¿Qué número de asentimiento devuelve el servidor? ¿Y qué ACK envía el cliente tras recibir los 1200 bytes del servidor? Muestre las cuentas.

c) (2 pts) Justifique razonadamente qué protocolo de transporte (TCP o UDP) usaría para: una consulta DNS, una descarga de un fichero, una videollamada en directo y el propio HTTP. Nombre al menos 3 servicios de TCP que UDP no da.

Problema 9 · DHCP y DNS: el arranque de un PC en la red9 puntos

Intercambio DHCP (ponga nombre a cada flecha)

Las iniciales D-O-R-A están puestas a propósito: complete los nombres de los 4 mensajes.

Un portátil recién conectado a la red del campus no tiene IP. Un minuto después, su navegador ya muestra www.uax.es. Reconstruya todo lo que ha pasado.

a) (4 pts) Describa el proceso DHCP completo (los 4 mensajes del diagrama): nombre de cada mensaje, quién lo envía, si va en broadcast o unicast y por qué los del cliente deben ir en broadcast al principio. Indique el protocolo de transporte y los puertos usados (67/68) y qué 4 datos mínimos entrega el servidor al cliente.

b) (3 pts) El usuario teclea www.uax.es. Describa la resolución DNS paso a paso suponiendo caché vacía: consulta recursiva del PC a su resolver y consultas iterativas del resolver (raíz → TLD .es → autoritativo de uax.es). ¿Qué protocolo de transporte y puerto usa DNS normalmente?

c) (2 pts) Ordene TODO lo que hace el portátil desde que se conecta hasta que llega el primer byte de la página (DHCP → ARP al gateway → DNS → TCP handshake → HTTP), justificando por qué ese orden no puede alterarse.

Fin del examen · Revise: en cada apartado debe haber al menos una cuenta o una regla citada. Soluciones y criterios de corrección en Examen_Desarrollo_Redes_SOLUCIONES.html.