Plan de recuperación, día a día

Cómo usar este plan (sin que te coma el día)

Cada día tiene una lectura de teoría corta y 2–4 ejercicios. Está pensado para 45–60 min/día, compatible con Física, Informática y EDA. Rutina de cada sesión:

1. Leer el bloque de teoría del día (10–15 min). Está todo explicado; si algo no entra, se relee antes de seguir.
2. Hacer los ejercicios del día en papel, sin mirar la solución (25–35 min). En subnetting y fragmentación, escribe siempre los pasos, no solo el resultado.
3. Corregir con el archivo de soluciones (10 min). Lo importante no es acertar, es ver dónde se rompió el razonamiento.

Los días marcados con ⭐ (subnetting, VLSM, diseño de red, fragmentación y Seq/Ack) son los que más caen y los que más cuesta hacer bajo presión. Llevan teoría extendida.

Teoría 1 · Modelos OSI y TCP/IP, encapsulación

Una red es demasiado compleja para diseñarla de golpe, así que se divide en capas: cada una hace un trabajo concreto y se apoya en la de abajo. Hay dos modelos de referencia.

OSI no es un protocolo, es un modelo (plano de diseño). TCP/IP fusiona las 3 capas superiores de OSI en una (Aplicación).

Encapsulación: cómo se "envuelve" la información

Al bajar por la pila en el emisor, cada capa añade su cabecera a lo que recibe de arriba. Al subir en el receptor, la capa equivalente lee y quita esa cabecera. La unidad de datos (PDU) cambia de nombre por capa:

Aplicación:   [ datos ]                                  → mensaje
Transporte:   [ TCP | datos ]                            → segmento
Red:          [ IP | TCP | datos ]                       → datagrama / paquete
Enlace:       [ Eth | IP | TCP | datos | FCS ]           → trama
Física:       1010110100...                              → bits

Teoría 2 · ⭐ El viaje de un paquete extremo a extremo

Este es el concepto que más se evalúa. Cuando PC-A (192.168.10.34/24) envía a un servidor de otra red (192.168.20.10), pasa esto:

1. ¿El destino está en mi red? PC-A aplica su máscara /24: 192.168.20.10 no encaja en 192.168.10.0/24 → está fuera → hay que enviarlo al gateway (router).
2. El datagrama IP lleva IP origen = PC-A e IP destino = SRV, y eso no cambia en todo el viaje (sin NAT): los routers la necesitan intacta para enrutar.
3. La trama Ethernet se reconstruye en cada salto: su MAC destino es la del siguiente salto físico. PC-A pone como MAC destino la del router R1, no la de SRV.
4. En cada router: se quita la trama vieja, se mira la IP destino, se consulta la tabla de rutas, se decide el siguiente salto y se crea una trama nueva con la MAC de ese siguiente salto. El TTL baja 1.

Para saber la MAC del siguiente salto se usa ARP (Teoría 12), que solo funciona dentro de la LAN.

Teoría 3 · Medios de transmisión y cómo elegirlos

Solo importan dos variables: distancia e interferencia.

Sobre pares: el cable tiene 4 pares. 10/100 Mb/s usan 2 pares; Gigabit (1000BASE-T) usa los 4. Conector típico: RJ-45. Recuerda DTE (equipo terminal: PC/router) vs DCE (equipo que adapta/sincroniza la línea: módem, CSU/DSU).

Teoría 4 · Codificación, ancho de banda y tiempos

Ancho de banda = capacidad del enlace en bits/s (lo que cabe por segundo). Tasa = lo que realmente envías. No confundir bit (b) con byte (B): 1 B = 8 b.

Tiempos que te pueden pedir calcular

• Tiempo de transmisión = tamaño / ancho de banda. Ej.: 1 MB por 100 Mb/s → (1·10⁶·8 bits) / (100·10⁶ b/s) = 0,08 s.
• Tiempo de propagación = distancia / velocidad de propagación (≈ 2·10⁸ m/s en cobre/fibra). Ej.: 200 km → 200000 / 2·10⁸ = 1 ms.
• RTT (round-trip time) ≈ 2 × propagación (ida y vuelta), más retardos de cola/proceso.

Teoría 5 · La trama Ethernet

Números de memoria: trama mínima 64 B · cabecera 14 B (6+6+2) · FCS 4 B · payload mínimo 46 B · MTU 1500 B. La MAC broadcast es FF:FF:FF:FF:FF:FF (48 bits a 1, no cruza routers).

Teoría 6 · Hub vs switch, CSMA/CD

El hub (capa 1) repite la señal a todos los puertos: un único dominio de colisión. El switch (capa 2) aprende las MAC origen en su tabla CAM y reenvía cada trama solo por el puerto de la MAC destino (si no la conoce o es broadcast, inunda). Cada puerto del switch es su propio dominio de colisión.

CSMA/CD (escuchar antes y durante, detectar colisión, jam, backoff aleatorio) solo aplica en medios compartidos / half-duplex (hubs). En un switch full-duplex no hay colisiones y CSMA/CD queda desactivado.

Teoría 7 · ⭐ IPv4: máscara, red, broadcast, host (método del bloque)

Una IPv4 son 32 bits en 4 octetos. La máscara /n divide en n bits de red + (32−n) de host. Las tres direcciones clave de cada subred: la de red (bits de host a 0), la de broadcast (a 1) y los hosts (lo de en medio).

El método del bloque (sirve para TODO subnetting)

1. Bits de host = 32 − n.
2. Tamaño de bloque = 2^(bits de host) sobre el octeto que cambia. Atajo: 256 − (octeto de la máscara).
3. Red = múltiplo del bloque inmediatamente ≤ al octeto de la IP.
4. Broadcast = red + bloque − 1. Hosts útiles = 2^(32−n) − 2.

Ejemplo: 192.168.10.77 /26
  bits host = 32-26 = 6  →  bloque = 2^6 = 64  (o 256-192=64)
  múltiplos de 64: .0  .64  .128  .192
  77 cae entre 64 y 127  →  RED = 192.168.10.64
  BROADCAST = 64 + 64 - 1 = 192.168.10.127
  HOSTS = .65 a .126  →  2^6 - 2 = 62 hosts

Teoría 8 · ⭐ Subnetting: dividir en N subredes iguales

Te dan una red (p. ej. 192.168.1.0/24) y te piden dividirla en N subredes iguales. Receta:

1. Bits a pedir prestados = el menor k tal que 2^k ≥ N. (Para 4 subredes, 2²=4 → k=2.)
2. La nueva máscara es /n+k.
3. El tamaño de bloque = 2^(32−nueva máscara). Las subredes empiezan en múltiplos de ese bloque.

Dividir 192.168.1.0/24 en 4 subredes:
  k=2 → nueva máscara /26 → bloque 64
  Subred 1: 192.168.1.0/26    (red .0,  bcast .63,  hosts .1-.62)
  Subred 2: 192.168.1.64/26   (red .64, bcast .127, hosts .65-.126)
  Subred 3: 192.168.1.128/26  (red .128,bcast .191, hosts .129-.190)
  Subred 4: 192.168.1.192/26  (red .192,bcast .255, hosts .193-.254)

Si en vez de "N subredes" te piden "subredes de al menos H hosts", calcula los bits de host necesarios: el menor h con 2^h − 2 ≥ H, y la máscara es /(32−h).

Teoría 9 · ⭐ VLSM: subredes de distinto tamaño

En la vida real cada subred necesita un tamaño distinto (una LAN de 100 PCs y un enlace de 2 routers no pueden gastar lo mismo). VLSM = máscaras de longitud variable. Receta de oro:

1. Ordena las necesidades de mayor a menor número de hosts.
2. Para cada una, elige la máscara más pequeña que la cubra (2^h − 2 ≥ hosts).
3. Asigna bloques consecutivos sin huecos, empezando por la mayor.

Red 192.168.1.0/24. Necesidades: A=100, B=50, C=25, enlace D=2

A (100 hosts): /25 (126 hosts) → 192.168.1.0/25     (.0  – .127)
B (50 hosts):  /26 (62 hosts)  → 192.168.1.128/26   (.128 – .191)
C (25 hosts):  /27 (30 hosts)  → 192.168.1.192/27   (.192 – .223)
D (2 hosts):   /30 (2 hosts)   → 192.168.1.224/30   (.224 – .227)

El camino inverso: agregación de rutas (CIDR / supernetting)

A veces te piden lo contrario de subnetting: resumir varias redes en una sola ruta. Pasa las redes a binario, busca los bits comunes por la izquierda, y esos bits son el nuevo prefijo. Ejemplo: 192.168.0.0/24, .1.0/24, .2.0/24, .3.0/24 comparten los primeros 22 bits → se agregan en 192.168.0.0/22. Es lo que hace que las tablas de Internet no sean gigantescas.

Teoría 10 · ⭐ Montar una red de campus completa

El ejercicio integrador: te dan una topología (varias LAN, routers, un servidor) y un bloque de direcciones, y tienes que asignar direccionamiento, máscaras, gateways y rutas. Pasos:

1. Lista las subredes necesarias y sus tamaños (cada LAN + cada enlace router-router, que son /30).
2. Aplica VLSM (Teoría 9): asigna bloques de mayor a menor.
3. En cada LAN, elige el gateway (normalmente la primera o la última IP útil) y deja el resto para hosts.
4. Escribe las tablas de rutas de cada router: redes conectadas (directas) + rutas a las redes lejanas vía el router vecino (next hop = IP del vecino en el enlace común).
5. Comprueba: ¿toda IP de destino tiene una ruta? ¿ningún solapamiento de subredes? ¿los /30 bien puestos en los enlaces?

Teoría 11 · Tablas de rutas

Una entrada de ruta = red destino/máscara → next hop (o interfaz). Para reenviar, el router busca todas las rutas en las que encaja la IP destino y usa la de prefijo más largo (longest prefix match): la más específica.

• Ruta directa: redes conectadas a las interfaces del router (no necesitan next hop).
• Ruta estática: la pones a mano; el next hop debe ser la IP de un vecino alcanzable por una red de salida.
• Ruta por defecto: 0.0.0.0/0, encaja con todo; se usa solo si no hay nada más específico.

Teoría 12 · ARP, ICMP y TTL

ARP traduce «IP del siguiente salto → su MAC», solo dentro de la LAN. Request en broadcast («¿quién tiene 192.168.10.1?») + Reply unicast. Va directo sobre Ethernet (0x0806), no usa IP ni TCP, y no cruza routers. El resultado se guarda en la caché ARP.

TTL: cada router resta 1; al llegar a 0 descarta y manda ICMP Time Exceeded (tipo 11). TTL al llegar = TTL inicial − nº de routers. ICMP es el mensajero de errores: Echo Request/Reply (ping, 8/0), Destination Unreachable (3, código 4 = "fragmentación necesaria y DF=1"), Time Exceeded (11).

Que un ping no responda no prueba nada concreto: puede ser filtrado ICMP, pérdida, ruta mal o host caído.

Teoría 13 · ⭐ Fragmentación IPv4

Si un datagrama no cabe en el MTU del enlace de salida (y DF=0), el router lo trocea. Campos: Identification (igual en todos), MF (1 en todos menos el último, que lleva 0), Fragment Offset (posición de los datos, en unidades de 8 bytes). La cabecera IP se copia en cada fragmento; la cabecera TCP/UDP solo va en el primero. Reensambla solo el host destino.

La receta de 5 pasos

1. Payload por fragmento = ⌊(MTU − cabecera)/8⌋ × 8 (múltiplo de 8 hacia abajo).
2. Datos totales = Total Length − cabecera.
3. Nº de fragmentos = ⌈datos / payload⌉ (el último va parcial).
4. Offset del fragmento n = (n−1) × payload / 8.
5. Total Length del último = (datos − (nº−1)×payload) + cabecera. MF: 1 en todos menos el último.

Total Length 4500, cabecera 20, MTU 1000:
  payload = ⌊980/8⌋×8 = 976
  datos = 4480 → fragmentos = ⌈4480/976⌉ = 5
  offsets: 0, 122, 244, 366, 488   (cada uno +976/8 = +122)
  último: datos 4480-4·976 = 576 → Total Length 596, MF 0

Teoría 14 · TCP vs UDP, puertos, sockets

TCP: orientado a conexión, fiable (retransmite lo perdido), ordenado, con control de flujo y congestión; cabecera 20 B. UDP: sin conexión, sin garantías, mínimo; cabecera 8 B (puerto origen, destino, longitud, checksum). DNS, streaming y juegos usan UDP.

Puerto = 16 bits → 65536 valores (0–65535). Rangos: 0–1023 bien conocidos (80 HTTP, 443 HTTPS, 53 DNS, 22 SSH), 1024–49151 registrados, 49152–65535 efímeros (los del cliente). Socket = IP + puerto. Quíntupla = IP origen, puerto origen, IP destino, puerto destino, protocolo: identifica una conexión.

Teoría 15 · ⭐ Handshake y Seq/Ack

TCP abre con un saludo en 3 pasos: SYN → SYN-ACK → ACK. Cierra con FIN → ACK (y otro FIN → ACK). Numera cada byte. Las 4 reglas:

1. SYN y FIN consumen 1 número de secuencia (byte fantasma).
2. Los datos consumen su longitud (Len).
3. Ack = siguiente byte que espero = Seq recibido + Len (o +1 si era SYN/FIN). Es el "primero que me falta", no el último recibido.
4. Los ACK puros (Len=0) no consumen secuencia.

Cliente SYN Seq=12000  → consume 1 → siguiente 12001
Servidor SYN-ACK Seq=45000 Ack=12001
Cliente ACK Seq=12001 Ack=45001
Cliente envía 350 B (Seq 12001) → servidor Ack = 12351
Servidor envía 1200 B (Seq 45001) → cliente Ack = 46201
Servidor FIN Seq=46201 → cliente Ack final = 46202

Teoría 16 · MSS, segmentación, ventana, fast retransmit

MSS = datos máximos por segmento sin fragmentar IP = MTU − 20 (IP) − 20 (TCP). Con MTU 1500 → MSS 1460. Nº de segmentos para enviar D bytes = ⌈D / MSS⌉ (el último va parcial).

Ventana (rwnd): cuántos bytes acepta el receptor sin confirmar (control de flujo). Bytes en vuelo = enviados sin ACK = segmentos sin ACK × MSS; deben ser ≤ ventana. Fast retransmit: 3 ACK duplicados → retransmite ese segmento sin esperar al timeout.

Teoría 17 · Rendimiento: BDP, RTT, SRTT/RTTVAR/RTO

BDP (producto ancho de banda × retardo) = lo que cabe en la tubería = BW(bits/s) × RTT(s) / 8 bytes. La ventana debe ser ≥ BDP para saturar el enlace.

TCP estima el timeout de retransmisión con medias suavizadas:

RTTVAR ← (1-β)·RTTVAR + β·|SRTT - muestraRTT|   (β = 1/4)   ← se calcula PRIMERO
SRTT   ← (1-α)·SRTT   + α·muestraRTT             (α = 1/8)
RTO    = SRTT + 4·RTTVAR

SRTT=100, RTTVAR=20, muestra RTT=140:
  RTTVAR = ¾·20 + ¼·|100-140| = 15+10 = 25
  SRTT   = ⅞·100 + ⅛·140 = 87.5+17.5 = 105
  RTO    = 105 + 4·25 = 205 ms

Teoría 18 · RIP y enrutamiento dinámico

RIP es vector distancia: cada router solo sabe lo que le cuentan sus vecinos y aplica Bellman-Ford (lo del vecino + 1). Ficha: métrica = saltos · updates cada 30 s · UDP/520 · infinito = 16 (máx útil 15). RIPv2 añade soporte classless/CIDR y VLSM, multicast y autenticación.

Familias: vector distancia = RIP · estado de enlace = OSPF (mapa completo + Dijkstra, métrica por ancho de banda) · vector camino = BGP.

Count-to-infinity: al caer una red, los vecinos siguen anunciándola y la métrica sube de a poco, realimentándose, hasta llegar a 16. Mitigaciones: split horizon (no anuncio a un vecino lo que aprendí de él), poison reverse (se lo anuncio con métrica 16), hold-down timers y triggered updates.

Bloque físico y enlace (1–10)

1. El campo de 2 bytes tras las MAC vale 0x0806. ¿Qué es y qué protocolo transporta?
2. ¿Cuál es el payload mínimo de una trama Ethernet y por qué existe ese mínimo?
3. Backbone de 400 m en un campus, sin interferencia. ¿Qué medio es el más adecuado?
4. Escribe la dirección MAC de broadcast y di qué tipo de dirección es (unicast/multicast).
5. (Cálculo) Con MTU = 1500, ¿qué tamaño tiene la trama Ethernet sin preámbulo pero con FCS?
6. ¿Cuántos pares de cable usa 1000BASE-T (Gigabit)?
7. Verdadero/falso: un switch separa dominios de broadcast. Justifica.
8. (Cálculo) Enviar 4 MB por un enlace de 80 Mb/s: tiempo de transmisión.
9. ¿En cuál de estos hay colisiones: PCs a un hub, o PC–switch full-duplex? ¿Por qué?
10. El campo de 2 bytes vale 0x0500 (1280 decimal). ¿Ethernet II o IEEE 802.3?

Direccionamiento y diseño (11–22)

11. (Cálculo) 192.168.30.200/27 → red, broadcast y nº de hosts útiles.
12. (Cálculo) 10.5.130.40/20 → dirección de red y broadcast.
13. (Cálculo) Divide 10.0.0.0/24 en 4 subredes iguales: máscara y las 4 direcciones de red.
14. (Cálculo) ¿Qué máscara necesitas para subredes de al menos 100 hosts? ¿Cuántos hosts útiles da?
15. (Cálculo) VLSM sobre 192.168.10.0/24 para 100, 50 y 25 hosts: las tres subredes (red/máscara/broadcast).
16. (Cálculo) ¿Están 192.168.1.30/27 y 192.168.1.40/27 en la misma subred?
17. (Cálculo) Resume 192.168.4.0/24, .5.0/24, .6.0/24, .7.0/24 en una sola ruta (CIDR).
18. (Cálculo) Escribe la wildcard mask de una /28.
19. (Cálculo) Una empresa necesita 500 hosts en una subred: ¿prefijo mínimo y hosts útiles?
20. Un PC es 10.1.1.65/26 con gateway 10.1.1.1. ¿El gateway está en su misma subred? ¿Funcionará?
21. (Cálculo) De 172.16.0.0/16 sacas subredes /22: ¿cuántas hay? Da la 2ª red.
22. ¿Qué destino/máscara es la ruta por defecto y cuándo se usa?

Viaje del paquete, rutas, ARP, ICMP (23–30)

23. En el Campus C, ¿qué MAC destino lleva la primera trama que sale de PC-A hacia SRV? ¿Y qué IP destino?
24. Tabla: 0.0.0.0/0, 172.16.0.0/16, 172.16.5.0/24. ¿Ruta para 172.16.5.9? ¿Y para 172.16.9.9?
25. (Cálculo) ¿Cuántos ARP Request se generan PC → R1 → R2 → R3 → SRV con cachés vacías?
26. (Cálculo) Un datagrama sale con TTL=64 y cruza 7 routers. ¿Con qué TTL llega?
27. Asocia con su ICMP: (a) TTL=0; (b) no cabe y DF=1; (c) ping.
28. En una ruta estática hacia 192.168.9.0/24 detrás del vecino 10.0.0.6, ¿cuál es el next hop?
29. Un router NAT con IP pública única atiende a dos PCs internos a la vez. ¿Qué campo le permite distinguir las dos conexiones?
30. Si un ping no recibe respuesta, ¿qué se puede concluir con certeza?

Fragmentación (31–35)

31. (Cálculo) Total Length 2000, cabecera 20, MTU 620. ¿Nº de fragmentos y offset (campo) del último?
32. (Cálculo) Total Length 3000, cabecera 20, MTU 1500. ¿Cuántos fragmentos y tamaño de datos de cada uno?
33. ¿Qué fragmento lleva la cabecera TCP y quién reensambla los fragmentos?
34. (Cálculo) Un fragmento llega con offset = 100 (campo) y 800 B de datos. ¿En qué byte empiezan y terminan sus datos?
35. ¿Por qué el Fragment Offset se mide en unidades de 8 bytes?

Transporte y rendimiento (36–45)

36. En la cabecera IPv4, ¿qué indican los valores 1, 6 y 17 del campo Protocol?
37. Un cliente abre desde 10.1.1.20:51000 a un servidor web 200.1.1.1. Escribe la quíntupla.
38. (Cálculo) Cliente SYN Seq=5000. ¿Qué Ack lleva el SYN-ACK del servidor?
39. (Cálculo) El servidor manda 800 B con Seq=9001. ¿Qué Ack devuelve el cliente?
40. (Cálculo) MTU 1500: ¿MSS? ¿Cuántos segmentos para 20000 B y cuántos bytes lleva el último?
41. (Cálculo) ¿Cuántos bytes ocupan las cabeceras de 14 segmentos (20 IP + 20 TCP cada uno)?
42. (Cálculo) Enlace 200 Mb/s, RTT 25 ms. ¿BDP en bytes?
43. (Cálculo) SRTT=100, RTTVAR=20, muestra RTT=60, β=1/4. ¿Nuevo RTTVAR? Luego con α=1/8, ¿nuevo SRTT? Y el RTO.
44. ¿Qué evento dispara fast retransmit y por qué hacen falta 3 ACK duplicados y no 1?
45. RIP: métrica, puerto UDP, valor de infinito, intervalo de updates, y qué evita el split horizon.

Nada nuevo hoy. Repaso ligero de estas chuletas mentales:

• Subnetting: bits host = 32−n · bloque = 2^host (o 256−máscara) · red = múltiplo ≤ IP · broadcast = red+bloque−1 · hosts = 2^host − 2.
• VLSM: ordena de mayor a menor y asigna sin huecos.
• Viaje del paquete: IP destino = final; MAC destino = siguiente salto.
• Fragmentación: payload = ⌊(MTU−20)/8⌋×8 · nº = ⌈datos/payload⌉ · offset(n) = (n−1)·payload/8 · MF=0 solo en el último.
• Seq/Ack: SYN/FIN consumen 1, datos consumen Len, ACK puro no consume, Ack = siguiente esperado.
• MSS = MTU−40 · segmentos = ⌈D/MSS⌉ · BDP = BW·RTT/8.
• RTO: primero RTTVAR (con SRTT viejo), luego SRTT, luego RTO = SRTT+4·RTTVAR.
• RIP: saltos · UDP/520 · infinito 16 · updates 30 s.
• Números fijos Ethernet: trama mín 64 · cabecera 14 · FCS 4 · payload 46–1500 · broadcast FF:FF:FF:FF:FF:FF.

Lleer despacio cada enunciado, subrayar el dato gatillo (distancia, MTU, IP/máscara, Seq+Len, RTT) y aplicar la receta. Cuidado con las unidades (bits/bytes, ms/s) y con "siguiente byte esperado" vs "último recibido". ¡Suerte!