Curso de redes para hackers - Topologías de redes

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En esta guía veremos desde cero un tema tan amplio como son las redes informáticas y lo haremos desde el punto de vista del hacking y la ciberseguridad.

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Índice

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¿Qué es la topología de red?

La topología define la estructura de la red y cómo se interconectan entre sí todos los componentes. Existen dos tipos de topología: topología física y topología lógica.

Dentro de la morfología de las conexiones pueden existir muchos esquemas de conexión, es decir, distintas formas por las cuales las computadoras se conectan, de modo que la información fluya con más agilidad y se eviten cuellos de botella, nodos o el uso de determinados dispositivos. Con los años se ha optimizado el flujo de información y se economizaron los métodos y medios de conexión.

La topología define la estructura de una red. La definición de topología está compuesta por dos partes, la topología física, que es la disposición real de los cables (los medios) y la topología lógica, que define la forma en que los hosts acceden a los medios. Las topologías físicas que se utilizan comúnmente son de bus, de anillo, en estrella, en estrella extendida, jerárquica y en malla.

Tipos de topología de red

La topología física es la representación geométrica de todos los nodos de una red. Existen seis tipos de topología de red: topología de bus, topología de anillo, topología de árbol, topología de estrella, topología de malla y topología híbrida.

La topología de bus utiliza un único segmento backbone (longitud del cable) al que todos los hosts se conectan de forma directa.
La topología de anillo conecta un host con el siguiente y al último host con el primero. Esto crea un anillo físico de cable.
La topología en estrella conecta todos los cables con un punto central de concentración. Por lo general, este punto es un hub o un switch.
La topología en estrella extendida se desarrolla a partir de la topología en estrella. Esta topología enlaza estrellas individuales enlazando los hubs/switches. Esto permite extender la longitud y el tamaño de la red.
La topología jerárquica se desarrolla de forma similar a la topología en estrella extendida pero, en lugar de enlazar los hubs/switches, el sistema se enlaza con un computador que controla el tráfico de la topología.
La topología en malla se utiliza cuando no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones, por ejemplo, en los sistemas de control de una central nuclear. De modo que, como puede observar en el gráfico, cada host tiene sus propias conexiones con los demás hosts. Esto también se refleja en el diseño de la
Internet, que tiene múltiples rutas hacia cualquier ubicación.

Aspectos importantes que debe saber sobre las topologías de red

La topología en una red de computadoras es un arreglo de configuración de red, que representa cómo cada nodo, dispositivo y enlace está conectado entre sí.
Los administradores utilizan topologías para encontrar la organización de la infraestructura de red. Ofrecen una mejor visualización para mejorar la comprensión de la dependencia de los dispositivos en una infraestructura.
Hay varios tipos de topología en redes que las organizaciones pueden elegir según su idoneidad, tamaño y objetivos.

Topología de bus

La topología de bus es una de las topologías de redes informáticas más importantes en la que cada dispositivo y red está conectado a un solo cable, creando una ruta de comunicación común para todos los nodos.

El cable principal es la columna vertebral de la red y el equpo funciona como servidor. La topología de bus con dos puntos finales se conoce como topología de bus lineal.

Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se “cuelgan” todos los elementos de una red. Todos los Nodos de la Red están unidos a este cable. En este tipo de redes todos los equipos están conectados por un solo cable (Bus) como se muestra en la figura. Para implementar este tipo de redes se usará como medio de transmisión cable coaxial. La Topología en Bus es la forma más sencilla y barata de implementar una red sin embargo, esta topología es poco fiable, ya que si una de las conexiones es defectuosa afectara a toda la red.

En el caso de la topología bus, las conexiones son multipunto ya que se utiliza un cable troncal o backbone en donde los dispositivos se van conectando. El dispositivo se conecta mediante un cable al denominado tap, que divide el cable para que el troncal pueda continuar su recorrido y a la vez un dispositivo pueda conectarse.

La cantidad de taps no es ilimitada ya que la energía de la señal disminuye a medida que viaja por el troncal. Esta topología utiliza menos cable que las topologías malla y estrella ya que un solo troncal se instala en las cercanías de los dispositivos, y luego estos se conectan con cables de corta distancia.

La topología bus es también muy simple de desplegar, dado que requiere de un solo cable troncal y luego de otros cables hacia dispositivos cuando sea necesario. Esta topología se utilizaba en las primeras redes LAN, aunque luego cayó en desuso al ser remplazada por la topología estrella.

Características de topología de bus

Esta topología se basa, principalmente, en terminales y dispositivos conectados a una sola línea (bus) con un terminador en cada extremo. Todos los nodos de la red están conectados a este cable coaxial y Ethernet tipo 10Base2. El funcionamiento de este tipo de conexión implica que, básicamente, un paquete es enviado y presentado ante todas las computadoras, las cuales se encargarán de analizar la dirección que se encuentra en el paquete para determinar si les corresponde a ellas o no.

En la actualidad, se utiliza por las operadoras de televisión por cable, las cuales distribuyen señales de video y datos a través de redes híbridas, fibra óptica y cable coaxial. La distribución en el tramo coaxial utiliza la topología bus.

La topología de bus está diseñada de tal manera que todas las estaciones están conectadas a través de un único cable conocido como cable troncal. Cada nodo está conectado al cable troncal mediante un cable de caída o conectado directamente al cable troncal.

Cuando un nodo quiere enviar un mensaje a través de la red, envía un mensaje a través de la red. Todas las estaciones disponibles en la red recibirán el mensaje, ya sea que haya sido direccionado o no. La topología de bus se utiliza principalmente en redes estándar 802.3 (Ethernet) y 802.4.

La configuración de una topología de bus es bastante más sencilla en comparación con otras topologías. El cable troncal se considera como un “carril único” a través del cual se transmite el mensaje a todas las estaciones. El método de acceso más común de las topologías de bus es CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

CSMA

Es un control de acceso al medio que se utiliza para controlar el flujo de datos de forma que se mantenga la integridad de los mismos, es decir, que los paquetes no se pierdan. Existen dos formas alternativas de manejar los problemas que se producen cuando dos nodos envían los mensajes simultáneamente.

CSMA CD: CSMA CD ( detección de colisiones ) es un método de acceso utilizado para detectar colisiones. Una vez que se detecta una colisión, el remitente deja de transmitir los datos. Por lo tanto, funciona en ” recuperación después de la colisión “.
CSMA CA: CSMA CA (Collision Avoidance) es un método de acceso que se utiliza para evitar colisiones comprobando si el medio de transmisión está ocupado o no. Si está ocupado, el remitente espera hasta que el medio quede inactivo. Esta técnica reduce eficazmente la posibilidad de colisión. No funciona en la “recuperación después de la colisión”.

Punto de vista matemático

La topología de bus tiene todos sus nodos conectados directamente a un enlace y no tiene ninguna otra conexión entre nodos

Punto de vista físico

Cada host está conectado a un cable común. En esta topología, los dispositivos clave son aquellos que permiten que el host se “una” o se “conecte” al único medio compartido. Una de las ventajas de esta topología es que todos los hosts están conectados entre sí y, de ese modo, se pueden comunicar directamente. Una desventaja de esta topología es que la ruptura del cable hace que los hosts queden desconectados

Punto de vista lógico

Una topología de bus permite que todos los dispositivos de networking puedan ver todas las señales de todos los demás dispositivos, lo que puede ser ventajoso si desea que todos los dispositivos obtengan esta información. Sin embargo, puede representar una desventaja ya que es común que se produzcan problemas de tráfico y colisiones.

Ventajas de la topología Bus:

Cable de bajo costo: En la topología de bus, los nodos se conectan directamente al cable sin pasar por un concentrador, por lo que el costo inicial de instalación es bajo. Requiere menos cable que una topología estrella.
Velocidades de datos moderadas: Los cables coaxiales o de par trenzado se utilizan principalmente en redes basadas en bus que admiten hasta 10 Mbps.
Tecnología standard: la topología de bus es una tecnología familiar ya que las técnicas de instalación y resolución de problemas son bien conocidas y los componentes de hardware están fácilmente disponibles.
Mayor estabilidad: un fallo en un nodo no tendrá ningún efecto en los demás nodos.
De fácil reparación
Es fácil conectar nuevos nodos a la red.

Desventajas de la topología de bus:

Cableado extenso: una topología de bus es bastante más simple, pero aún así requiere mucho cableado.
Difícil de reparar: se requieren equipos de prueba especializados para determinar las fallas del cable. Si se produce alguna falla en el cable, se interrumpirá la comunicación de todos los nodos.
Interferencia de señal: si dos nodos envían mensajes simultáneamente, las señales de ambos nodos chocan entre sí.
Difícil de Reconfigurar: agregar nuevos dispositivos a la red ralentizaría la red.
Atenuación: La atenuación es una pérdida de señal que provoca problemas de comunicación. Se utilizan repetidores para regenerar la señal.
Si el nodo central falla, toda la red deja de transmitir.
Limitada con la capacidad del nodo central
Si un nodo falla todo ese segmento también cae.
Se requieren terminadores.
Es difícil detectar el origen de un problema cuando toda la red “cae”.
No se debe utilizar como única solución en un gran edificio.

Ataque y defensa a una Red con Topología en Bus

En la topología en bus, todos los dispositivos están conectados a un único cable central (el bus), por el cual se transmiten los datos. Es una de las configuraciones más simples y económicas.

Cómo Atacar una Red en Topología en Bus

Ataques de Colisión: Un atacante puede enviar tráfico excesivo o malicioso al bus, provocando colisiones y degradando el rendimiento de la red.
Intercepción de Datos (Sniffing): Dado que todos los dispositivos comparten el mismo bus, un atacante puede conectar un dispositivo al bus y capturar todo el tráfico que pasa por él.

Cómo Defender una Red en Topología en Bus

Cifrado de Datos: Implementar cifrado en todas las comunicaciones para evitar que los datos capturados sean útiles para el atacante.
Monitoreo de Red: Utilizar herramientas de monitoreo para detectar cualquier tráfico anómalo o intento de captura de datos.
Segmentación de Red: Dividir la red en segmentos más pequeños para minimizar el impacto de cualquier ataque en el bus.

Topología de anillo

Topología donde las estaciones se conectan formando un anillo, cada estación está conectada a la siguiente y la última conectada a la primera, cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal (TOKEN) a la siguiente estación.

En una red con Topología en Anillo cada equipo tiene una línea de conexión punto a punto solo con los equipos adyacentes a este, la señal pasa a lo largo del anillo en una dirección o de dispositivo a dispositivo hasta encontrar el equipo de destino. Las desventajas de este tipo de topología es la unidireccionalidad del tráfico, además sin una estación por cualquier desperfecto se encuentra inactiva inhabilitaría toda la red.

La topología de anillo es como una topología de bus, pero con extremos conectados. El nodo que recibe el mensaje de la computadora anterior lo retransmitirá al siguiente nodo. Los datos fluyen en una sola dirección, es decir, son unidireccionales.

Los datos fluyen en un único bucle continuo conocido como bucle sin fin. No tiene extremos terminados, es decir, cada nodo está conectado a otro nodo y no tiene punto de terminación. Los datos en una topología de anillo fluyen en el sentido de las agujas del reloj.

El método de acceso más común de la topología de anillo es el paso de token:

Paso de token: es un método de acceso a la red en el que el token se pasa de un nodo a otro.
Token: Es una trama que circula por la red.

Funcionamiento del paso de tokens

Un token se mueve a través de la red y pasa de una computadora a otra hasta que llega al destino.
El remitente modifica el token poniendo la dirección junto con los datos.
Los datos pasan de un dispositivo a otro hasta que la dirección de destino coincide. Una vez que el dispositivo de destino recibe el token, envía el acuse de recibo al remitente.
En una topología de anillo, se utiliza un token como portador.

Ventajas de la topología de anillo:

Gestión de red: los dispositivos defectuosos se pueden eliminar de la red sin interrumpir el funcionamiento de la misma.
Disponibilidad del producto: Hay disponibles numerosas herramientas de hardware y software para la operación y monitorización de la red.
Costo: El cableado de par trenzado es económico y fácil de conseguir, por lo que el costo de instalación es muy bajo.
Confiable: Es una red más confiable porque el sistema de comunicación no depende de una única computadora host.