📚 ALMACENAMIENTO, REDES Y REPRESENTACIÓN — RAID, SISTEMAS DE ARCHIVOS, PoE Y MODELOS DE COLOR

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 — RAID (Redundant Array of Independent Disks)

¿Qué es RAID?

RAID (Redundant Array of Independent Disks, «conjunto redundante de discos independientes») es un sistema de almacenamiento que usa múltiples discos duros o SSD entre los que se distribuyen o replican los datos.

💡 Hot spare: Disco de reserva preinstalado que se activa automáticamente cuando falla un disco del conjunto, reduciendo el tiempo de reconstrucción.

Niveles RAID estándar

RAID estándar
├── RAID 0  → Rendimiento (striping). Sin redundancia
├── RAID 1  → Espejo (mirroring). Sin paridad
├── RAID 2  → División a nivel de bits + código Hamming. En desuso
├── RAID 3  → División a nivel de bytes + disco de paridad dedicado
├── RAID 4  → División a nivel de bloques + disco de paridad dedicado
├── RAID 5  → División a nivel de bloques + paridad distribuida
└── RAID 6  → División a nivel de bloques + doble paridad distribuida

RAID 0 — Conjunto dividido (Data Striping)

⚠️ Dato clave: El espacio del conjunto está limitado por el disco más pequeño. Si se combina un disco de 300 GB con uno de 100 GB, el conjunto solo tiene 200 GB (100 GB × 2). RAID 0 no era uno de los niveles RAID originales y no es redundante.

⚠️ La fiabilidad del conjunto es inversamente proporcional al número de discos: basta con que falle cualquiera de ellos para que falle el conjunto completo.

RAID 1 — Conjunto en espejo (Mirroring)

💡 Splitting/Duplexing: Usar controladoras de disco independientes para cada disco maximiza el rendimiento de lectura del RAID 1.

💡 La probabilidad de fallo del conjunto es el producto de las probabilidades de fallo de cada disco (necesitan fallar todos para que falle el conjunto).

RAID 2 — División a nivel de bits + código Hamming

RAID 3 — División a nivel de bytes + paridad dedicada

RAID 4 — División a nivel de bloques + paridad dedicada

RAID 5 — Paridad distribuida ⭐ El más popular

💡 Modo Interino de Recuperación de Datos: Si falla un disco, el sistema sigue funcionando (con degradación de rendimiento) reconstruyendo datos a partir de la paridad. Las aplicaciones no notan el fallo.

⚠️ Dato clave: El fallo de un segundo disco provoca la pérdida completa de los datos.

Diferencia RAID 4 vs RAID 5:
RAID 4 → Paridad en un disco DEDICADO (cuello de botella)
RAID 5 → Paridad DISTRIBUIDA entre todos los discos (sin cuello de botella)

RAID 6 — Doble paridad distribuida

💡 La capacidad de datos de un conjunto RAID 6 es n-2, siendo n el número total de discos. RAID 6 no era uno de los niveles RAID originales.

RAID anidados

Los RAIDs anidados combinan niveles RAID. Se nombran uniendo los niveles usados (con o sin «+»).

⚠️ Regla general: Es preferible tener el RAID 0 como nivel más alto y los conjuntos redundantes debajo, porque así habrá que reconstruir menos discos cuando uno falle → RAID 10 es preferible a RAID 0+1.

RAID 0+1 — Espejo de divisiones (mirror of stripes)

RAID 0+1 (RAID 01)
├── Primero se crean conjuntos RAID 0 (striping)
└── Luego se hace un espejo RAID 1 de esos conjuntos

Ventaja: si falla un disco, se reconstruye del otro conjunto RAID 0
Inconveniente: menos robusto que RAID 1+0
               (2 fallos simultáneos en distintas divisiones → pérdida total)

RAID 1+0 — División de espejos (stripe of mirrors) ⭐ Preferido

RAID 1+0 (RAID 10)
├── Primero se crean conjuntos RAID 1 (espejos)
└── Luego se hace un RAID 0 (striping) sobre esos espejos

Ventaja: en cada división RAID 1 pueden fallar todos los discos menos uno
         sin pérdida de datos
Uso: la mejor elección para bases de datos de altas prestaciones
     (sin cálculos de paridad → mayor velocidad de escritura)

RAID 50 — RAID 5+0

Combina la división a nivel de bloques de RAID 0 con la paridad distribuida de RAID 5.

Tabla comparativa completa de niveles RAID

🧪 TEST — BLOQUE 1: RAID

1. ¿Cuál es la característica principal que diferencia RAID 0 del resto de niveles RAID?

• a) Usa paridad distribuida para proteger los datos
• b) Crea copias exactas de los datos en todos los discos
• c) Aumenta el rendimiento pero no tiene tolerancia a fallos
• d) Requiere un mínimo de 4 discos para funcionar

2. En un RAID 5 formado por 5 discos de 2 TB cada uno, ¿cuál es el espacio útil disponible?

• a) 10 TB
• b) 6 TB
• c) 8 TB
• d) 4 TB

3. ¿Qué nivel RAID es el único nivel RAID original que actualmente no se usa?

• a) RAID 0
• b) RAID 2
• c) RAID 3
• d) RAID 4

4. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre RAID 4 y RAID 5?

• a) RAID 4 usa espejo y RAID 5 usa striping
• b) RAID 4 tiene paridad en un disco dedicado; RAID 5 tiene paridad distribuida entre todos los discos
• c) RAID 4 soporta el fallo de 2 discos; RAID 5 solo de 1
• d) RAID 4 requiere 4 discos mínimo; RAID 5 solo 3

5. ¿Por qué RAID 10 es preferible a RAID 0+1?

• a) Porque RAID 10 tiene mayor espacio útil
• b) Porque en RAID 10 hay que reconstruir menos discos cuando uno falla
• c) Porque RAID 10 no usa striping y es más seguro
• d) Porque RAID 0+1 requiere más discos mínimos

6. Un RAID 6 con 6 discos de 4 TB cada uno, ¿cuántos TB de espacio útil tiene?

• a) 24 TB
• b) 20 TB
• c) 16 TB
• d) 12 TB

7. ¿Qué ocurre en un RAID 5 cuando falla un segundo disco mientras el primero ya ha fallado?

• a) El sistema activa automáticamente el disco hot spare y recupera los datos
• b) Se produce pérdida completa de todos los datos del conjunto
• c) El RAID continúa funcionando en modo degradado hasta sustituir los discos
• d) Los datos se recuperan parcialmente gracias a la doble paridad

BLOQUE 2 — SISTEMAS DE ARCHIVOS

Límites de tamaño por sistema de archivos

💡 Mnemotecnia de jerarquía de unidades:
KB → MB → GB → TB → PB → EB → ZB (cada salto = ×1024)

Datos clave por sistema de archivos

Sistemas de archivos — datos esenciales para el examen

FAT32
├── Archivo máx: 4 GB  ← limitación histórica importante
├── Volumen máx: 32 GB
└── Compatible con Windows, Linux y macOS

EXT3 / EXT4 (Linux)
├── EXT3: archivo 2 TB / volumen 32 TB (con journaling)
├── EXT4: archivo 16 TB / volumen 1 EB (mejora significativa)
└── EXT4 es el estándar actual en la mayoría de distribuciones Linux

NTFS (Windows)
├── Archivo máx: 16 TB
├── Volumen máx: 256 TB
└── Sistema de archivos estándar de Windows desde XP

ZFS
├── Archivo máx: 16 EB
├── Volumen máx: 256 ZB  ← el límite más alto de la tabla
└── Diseñado para alta fiabilidad y grandes volúmenes

⚠️ Dato clave: La gran limitación de FAT32 es el tamaño máximo de archivo de 4 GB, lo que lo hace inadecuado para ficheros de vídeo modernos. exFAT nació para superar esta limitación manteniendo compatibilidad.

🧪 TEST — BLOQUE 2: Sistemas de archivos

8. ¿Cuál es el tamaño máximo de archivo que admite FAT32?

• a) 2 GB
• b) 4 GB
• c) 32 GB
• d) 2 TB

9. ¿Qué sistema de archivos tiene el mayor límite de tamaño de volumen según la tabla?

• a) Btrfs
• b) XFS
• c) ZFS
• d) exFAT

10. Un archivo de vídeo de 8 GB, ¿en qué sistema de archivos no podría almacenarse directamente?

• a) NTFS
• b) EXT4
• c) FAT32
• d) XFS

11. ¿Cuál es la diferencia de límite de volumen entre EXT3 y EXT4?

• a) EXT3 admite 2 TB de volumen; EXT4 admite 16 TB
• b) EXT3 admite 32 TB de volumen; EXT4 admite 1 EB
• c) Son iguales en límite de volumen
• d) EXT3 admite 32 GB; EXT4 admite 32 TB

BLOQUE 3 — MODELOS DE COLOR

¿Qué son los modelos de color?

Los modelos de color proporcionan métodos precisos para definir colores. Cada modelo define los colores mediante componentes de color específicos.

Modelos de color
├── CMYK  → Impresión (sustractivo)
├── RGB   → Pantallas y monitores (aditivo)
├── HSB   → Basado en percepción humana (matiz, saturación, brillo)
└── Escala de grises → Un único componente (luminosidad)

Modelo CMYK — Sustractivo

💡 Sustractivo: El color (la tinta) se añade a una superficie (como el papel blanco). La tinta sustrae brillo de la superficie. Cuando los valores de C, M e Y son 100, el resultado es negro. Cuando son 0, se ve la superficie misma (el papel blanco).

⚠️ ¿Por qué existe la K (negro)? La tinta negra es más neutra, oscura y barata que mezclar C+M+Y, y produce resultados más nítidos, especialmente para impresión de texto.

💡 Uso: Exclusivamente en impresión.

Modelo RGB — Aditivo

💡 Aditivo: El color se produce a partir de la luz transmitida. Las luces roja, azul y verde se mezclan para producir colores. Cuando los tres valores son 255 (máxima intensidad), el resultado es blanco. Cuando los tres son 0, hay ausencia de luz = negro.

💡 Uso: Monitores, pantallas, proyectores. Es el modelo más utilizado porque posibilita el almacenamiento y visualización en pantalla de una amplia gama de colores.

RGB — Combinaciones clave:
R=255, G=0,   B=0   → Rojo puro
R=0,   G=255, B=0   → Verde puro
R=0,   G=0,   B=255 → Azul puro
R=255, G=255, B=0   → Amarillo
R=255, G=0,   B=255 → Magenta
R=0,   G=255, B=255 → Cian
R=255, G=255, B=255 → Blanco
R=0,   G=0,   B=0   → Negro

⚠️ Dato clave: En una imagen de 24 bits, cada componente se expresa con 8 bits → valores de 0 a 255. En imágenes de 48 bits, el rango es mayor.

Modelo HSB — Basado en percepción humana

También denominado HSV (con los componentes matiz, saturación y valor).

💡 Matiz en grados — valores clave:

💡 Saturación: Determina si el color es vivo (100%) o apagado/gris (0%). Cuanto mayor es el valor, más vivo es el color.

💡 Brillo: Determina la cantidad de blanco que contiene el color. Cuanto mayor es el valor, más brillante es el color.

Modelo de escala de grises

Tabla comparativa de modelos de color

💡 Mnemotecnia:
- CMYK → Color para iMprenta con aYuda del negro (K)
- RGB → Rojo Green (verde) Blue — para pantallas
- HSB → Hue (matiz) Saturation Brightness — percepción Humana

🧪 TEST — BLOQUE 3: Modelos de color

12. ¿Cuál es el modelo de color utilizado en la impresión?

• a) RGB
• b) HSB
• c) CMYK
• d) Escala de grises

13. En el modelo RGB, ¿qué color resulta de combinar los tres componentes en su máxima intensidad (255, 255, 255)?

• a) Negro
• b) Gris
• c) Blanco
• d) Amarillo

14. En el modelo CMYK, ¿por qué se incluye el negro (K) si teóricamente se puede obtener mezclando C, M e Y al 100%?

• a) Porque la mezcla C+M+Y produce un azul oscuro, no negro
• b) Porque la tinta negra es más neutra, oscura, produce resultados más nítidos y es más barata
• c) Porque sin K no se pueden imprimir colores claros
• d) Porque K es necesario para calibrar la impresora

15. En el modelo HSB, ¿qué componente determina si un color es vivo o apagado?

• a) Matiz (H)
• b) Saturación (S)
• c) Brillo (B)
• d) Ninguno de los anteriores

16. El rojo en el modelo HSB tiene un matiz (H) de:

• a) 60 grados
• b) 120 grados
• c) 0 grados
• d) 180 grados

17. ¿Qué diferencia fundamental existe entre los modelos aditivos y sustractivos?

• a) Los modelos aditivos usan porcentajes; los sustractivos usan valores de 0 a 255
• b) Los modelos aditivos producen color mediante luz transmitida; los sustractivos mediante pigmentos que sustraen luz de una superficie
• c) Los modelos aditivos son para impresión; los sustractivos para pantallas
• d) No existe diferencia real, son modelos equivalentes usados en contextos distintos

18. ¿Cuántos bits se usan por componente en una imagen RGB de 24 bits?

• a) 24 bits por componente
• b) 4 bits por componente
• c) 8 bits por componente
• d) 16 bits por componente

BLOQUE 4 — PoE (Power over Ethernet)

¿Qué es PoE?

PoE (Power over Ethernet) es la tecnología que permite suministrar energía eléctrica a través del cable Ethernet, eliminando la necesidad de cables de alimentación independientes para los dispositivos conectados a la red.

💡 Ventaja principal: Un único cable Cat5e/Cat6/Cat6a transporta simultáneamente datos y electricidad al dispositivo.

Estándares PoE — Evolución

Evolución de PoE
├── PoE      → IEEE 802.3af  → hasta 15.4 W  (dispositivos básicos)
├── PoE+     → IEEE 802.3at  → hasta 30 W    (dispositivos intermedios)
└── PoE++    → IEEE 802.3bt  → hasta 60/100 W (dispositivos avanzados)
      ├── Tipo 3 → hasta 60 W
      └── Tipo 4 → hasta 100 W

Tabla comparativa de estándares PoE

⚠️ Dato clave: Tanto PoE++ Tipo 3 como Tipo 4 están definidos por el mismo estándar IEEE 802.3bt.

Dispositivos compatibles por estándar

Cable y distancia

Modos de operación

Detección y clasificación

Proceso de conexión PoE

1. DETECCIÓN   → El switch/inyector verifica si el dispositivo es compatible con PoE
                  Si no es compatible → NO se entrega energía (evita daños)

2. CLASIFICACIÓN → Se determina la clase del dispositivo según su demanda
                    El inyector ajusta la potencia suministrada a esa clase

Clases de PoE

🧪 TEST — BLOQUE 4: PoE

19. ¿Qué estándar IEEE define el PoE+ y cuánta potencia máxima suministra el inyector/switch?

• a) IEEE 802.3af — hasta 15,4 W
• b) IEEE 802.3at — hasta 30 W
• c) IEEE 802.3bt — hasta 60 W
• d) IEEE 802.3bt — hasta 100 W

20. ¿Cuál es la distancia máxima de operación de PoE sobre cable Ethernet?

• a) 55 metros
• b) 75 metros
• c) 100 metros
• d) 150 metros

21. PoE++ Tipo 3 y Tipo 4 están definidos por el mismo estándar. ¿Cuál es?

• a) IEEE 802.3af
• b) IEEE 802.3at
• c) IEEE 802.3bt
• d) IEEE 802.3ae

22. ¿Qué ocurre si se conecta un dispositivo no compatible con PoE a un puerto PoE?

• a) El switch entrega energía máxima y puede dañar el dispositivo
• b) El switch detecta que no es compatible y NO entrega energía
• c) El dispositivo recibe energía reducida automáticamente
• d) El puerto se desactiva permanentemente

23. ¿Qué modo de operación PoE usa los pares de datos para suministrar energía?

• a) Modo B
• b) Modo C
• c) Modo A
• d) Modo D

24. ¿Qué estándar PoE es adecuado para alimentar una cámara PTZ (Pan-Tilt-Zoom)?

• a) PoE (IEEE 802.3af) — hasta 12,95 W
• b) PoE+ (IEEE 802.3at) — hasta 25,5 W
• c) PoE++ Tipo 4 — hasta 71,3 W
• d) No existe estándar PoE para cámaras PTZ

✅ SOLUCIONES COMENTADAS

1 → c) RAID 0 distribuye los datos (striping) entre los discos para aumentar el rendimiento, pero no tiene ningún mecanismo de redundancia. Si falla cualquier disco del conjunto, se pierden todos los datos. No era uno de los niveles RAID originales y no es redundante.

2 → c) RAID 5 con 5 discos de 2 TB: espacio útil = (n-1) × tamaño = (5-1) × 2 TB = 8 TB. Un disco equivalente en espacio se destina a la paridad distribuida entre todos los discos.

3 → b) RAID 2 es el único nivel RAID original que actualmente no se usa. Usaba división a nivel de bits con código de Hamming para corrección de errores, requiriendo ~39 discos en sistemas modernos, lo que lo hace completamente impractical.

4 → b) La diferencia clave es la ubicación de la paridad: RAID 4 tiene toda la paridad en un disco dedicado (que se convierte en cuello de botella en escritura), mientras que RAID 5 distribuye la paridad entre todos los discos del conjunto, eliminando ese cuello de botella.

5 → b) En RAID 10 (stripe of mirrors), cuando falla un disco solo hay que reconstruir ese espejo. En RAID 0+1 (mirror of stripes), cuando falla un disco en una división, toda esa división queda expuesta y hay que reconstruir más datos. Por eso RAID 10 es más robusto y preferible.

6 → c) RAID 6 con 6 discos de 4 TB: espacio útil = (n-2) × tamaño = (6-2) × 4 TB = 16 TB. Dos discos equivalentes se dedican a la doble paridad distribuida.

7 → b) En RAID 5 solo hay tolerancia para el fallo de 1 disco. Si falla un segundo disco mientras el primero ya ha fallado (y no se ha reconstituido), se produce la pérdida completa de todos los datos del conjunto. Para protegerse de fallos dobles hay que usar RAID 6.

8 → b) La gran limitación histórica de FAT32 es el tamaño máximo de archivo de 4 GB. Esto hace que sea incompatible con archivos de vídeo modernos, ISOs de sistema operativo y muchos otros ficheros grandes. exFAT nació precisamente para superar esta limitación.

9 → c) ZFS tiene el mayor límite de volumen de la tabla: 256 ZB (zettabytes). Es un sistema de archivos diseñado para entornos de almacenamiento masivo con alta fiabilidad. Le sigue NTFS con 256 TB, mucho menor.

10 → c) FAT32 tiene un límite de 4 GB por archivo. Un archivo de 8 GB supera ese límite y no puede almacenarse directamente en FAT32. NTFS (16 TB), EXT4 (16 TB) y XFS (8 EB) no tienen ningún problema con un archivo de ese tamaño.

11 → b) EXT3 admite un volumen máximo de 32 TB, mientras que EXT4 amplía ese límite a 1 EB (exabyte = 1.024 petabytes). EXT4 también mejora el límite de tamaño de archivo de 2 TB (EXT3) a 16 TB.

12 → c) El modelo CMYK es el utilizado en impresión. Sus componentes son Cian, Magenta, Amarillo y negro (K), y es un modelo sustractivo donde los pigmentos sustraen luz de la superficie del papel.

13 → c) En RGB, cuando los tres componentes están en su máxima intensidad (R=255, G=255, B=255), las luces roja, verde y azul se combinan produciendo blanco. Es un modelo aditivo: la suma de toda la luz es blanco. Cuando todos son 0, hay ausencia de luz = negro.

14 → b) El negro se incluye en CMYK porque la tinta negra es más neutra y oscura que la mezcla teórica de C+M+Y (que en la práctica produce un marrón oscuro), produce resultados más nítidos (especialmente en texto) y es más barata que usar tres tintas de color para hacer negro.

15 → b) La saturación (S) determina si el color es vivo o apagado. A mayor saturación (100%), el color es más puro y vivo. A menor saturación (0%), el color se acerca al gris. El matiz determina qué color es y el brillo cuánta luz contiene.

16 → c) En el modelo HSB, el rojo tiene un matiz de 0 grados (también 360°, ya que es circular). El amarillo está en 60°, el verde en 120°, el cian en 180°, el azul en 240° y el magenta en 300°.

17 → b) Los modelos aditivos (RGB) producen color mezclando luz transmitida — sumar colores produce colores más claros hasta llegar al blanco. Los modelos sustractivos (CMYK) producen color con pigmentos que absorben (sustraen) parte de la luz de una superficie blanca — sumar pigmentos produce colores más oscuros hasta llegar al negro.

18 → c) En una imagen RGB de 24 bits, los 24 bits se reparten equitativamente entre los 3 componentes: 8 bits por componente (R, G y B). 2⁸ = 256 valores posibles por componente → rango de 0 a 255. Esto permite representar 256³ = ~16,7 millones de colores distintos.

19 → b) PoE+ (IEEE 802.3at) suministra hasta 30 W desde el inyector/switch y entrega hasta 25,5 W al dispositivo. IEEE 802.3af es PoE básico (15,4 W); IEEE 802.3bt es PoE++ (60 W o 100 W según el tipo).

20 → c) PoE opera sobre cables Ethernet estándar con una distancia máxima de 100 metros, igual que Ethernet convencional. La longitud afecta a las pérdidas de potencia: cuanto más largo el cable, menos energía llega al dispositivo.

21 → c) Tanto PoE++ Tipo 3 (hasta 60 W) como Tipo 4 (hasta 100 W) están definidos por el estándar IEEE 802.3bt. La diferencia entre ellos es la potencia máxima que pueden suministrar.

22 → b) El mecanismo de detección de PoE verifica si el dispositivo conectado es compatible antes de suministrar energía. Si no lo es, no se entrega energía para evitar daños. Es un proceso de seguridad fundamental del estándar.

23 → c) El Modo A usa los pares de datos (pines 1, 2, 3 y 6) para suministrar tanto datos como energía simultáneamente. El Modo B usa los pares no utilizados para datos en redes 10/100 Mbps (pines 4, 5, 7 y 8) exclusivamente para energía.

24 → b) Las cámaras PTZ (Pan-Tilt-Zoom) tienen mayores requerimientos energéticos que una cámara fija básica. PoE+ (IEEE 802.3at) con hasta 25,5 W es el estándar adecuado para este tipo de dispositivos. PoE básico (12,95 W) se quedaría corto.

📊 TABLA FLASH FINAL — Datos clave RAID, Sistemas de archivos, PoE y Modelos de color