NET Udemy 04 - Direccionamiento IPv4

Direcciones IPv4

Concepto de dirección IP

Una dirección IP es un identificador único asignado a cada dispositivo en una red. Si dos computadoras se conectan directamente, cada una debe tener una IP distinta; repetirla genera un conflicto. Se relaciona con la capa 3 del modelo de referencia, donde todo paquete lleva IP de origen y destino.

Representación y estructura

Las direcciones IPv4 tienen origen binario: están compuestas por 32 bits, es decir, 32 ceros y uno, por ejemplo:
00001010000000010000000100000001

Se dividen en cuatro octetos de 8 bits cada uno:
00001010.00000001.00000001.00000001

La notación decimal punteada facilita su manipulación para los humanos: 10.1.1.1

El rango decimal va de 0.0.0.0 a 255.255.255.255. Cada dirección tiene una porción de red y una de host; la máscara de red determina dónde empieza y termina la porción de red, definiendo qué dispositivos pertenecen al mismo conjunto.

Clases de direcciones

Las clases ya no se utilizan, pero es necesario conocer sus rangos.

• El rango 127 se utiliza para direcciones Loopback.

•  El rango 169.254.0.0/16 corresponde a Automatic Private IP Address (APIPA), se asigna cuando falla la obtención de IP por DHCP y no es ruteable.

CIDR

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) utiliza los bits de la parte de red para determinar cómo rutear el tráfico. Reemplaza el esquema de clases, que desperdiciaba direcciones al rutear clases completas.

Direcciones públicas y privadas

Los rangos utilizables van de 0.0.0.0 a 223.255.255.255. Las direcciones públicas son viables en Internet, mientras que las privadas se reservan para redes internas según el RFC 1918:

Las direcciones privadas son de uso libre, se reutilizan y no se enrutan hacia Internet; el proveedor asigna una IP pública para la navegación.

Verificación en el equipo

En Windows se puede consultar la IP con el comando ipconfig en la consola. También desde el centro de recursos de red, en propiedades del adaptador y detalles de la conexión.

En el ejemplo se observa una IP privada 10.1.1.100 y una máscara de red; el ping a 10.1.1.1 alcanza al enrutador. La IP pública asignada al equipo es 186.176.6.35, y la traducción entre privada y pública se realiza mediante NAT.

Máscara de red y subredes

Concepto de red y máscara

La máscara de red define qué dispositivos pertenecen al mismo conjunto y permite su comunicación. Determina dónde empieza y termina la porción de red de una dirección IP. Un dispositivo que no comparte la máscara queda fuera del conjunto.

Máscaras según las clases

Aunque las clases son históricas, sirven de referencia.

La clase A permite unos 16 millones de hosts, cantidad inviable para una red real. La clase B permite 65 mil hosts. La clase C ofrece 256 direcciones.

Cálculo de Hosts por Clase

A cada rango se le restan dos direcciones, la de red y la de broadcast.

Dirección de Red y Broadcast

Toda red tiene una dirección de red, que representa al conjunto, y una dirección de broadcast, que envía un mensaje a todos los hosts. La dirección de red es la IP más baja y la de broadcast la más alta.

Red y subred

Una red 10.1.1.0 con máscara 255.255.255.0 tiene 256 hosts menos dos. Al dividirla con máscara 255.255.255.128 se obtienen dos subredes de 128 hosts menos dos cada una.

Tipos de mensajes

El unicast se envía de un host a otro con IP de origen y destino específicas, por ejemplo, origen 10.1.1.2 y destino 10.1.1.4

El broadcast va de un host a todos los de la misma red, con destino 10.1.1.255. Por ejemplo, origen 10.1.1.2 destino 10.1.1.255

El multicast envía un paquete de un host a un grupo, con destino 224.0.0.0; es eficiente para transmitir los mismos datos a múltiples receptores, ahorra ancho de banda y algunos protocolos de enrutamiento lo utilizan. Por ejemplo, origen 10.1.1.2 destino 224.0.0.0

Subredes y bits prestados

Hacer subredes implica tomar bits prestados de la porción de host para crear más subredes con menos hosts cada una. La máscara de red en binario muestra los bits de red encendidos y los de host en cero.

Al tomar un bit prestado, la máscara pasa a 255.255.255.128 y el bit de red se enciende en el último octeto.

Al tomar dos bits prestados, la máscara pasa a 255.255.255.192.

Valores de la máscara decimal

Los valores decimales posibles de la máscara surgen de la suma de bits encendidos.

Valores de la máscara prefijo

La máscara se puede expresar en decimal punteado o con prefijo. El prefijo indica cuántos bits están activos en la porción de red.

Operación AND

Para hallar la dirección de red se aplica la operación binaria AND entre la dirección IP y la máscara de red. El resultado es 1 solo cuando ambos bits son 1.

VLSM (Variable Lenght Subnet Mask)

Beneficio de hacer subredes

Dividir una red grande en redes más pequeñas reduce el tráfico y el ruido generado por broadcast. Optimiza el rendimiento, simplifica la administración y facilita la gestión en redes muy grandes. Permite segmentar a nivel de capa 3 y aplicar políticas de acceso por subred.

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

Se introdujo en 1993 por le IETF RFC 1517, para hacer un uso más eficiente del espacio de direcciones IPv4. Introduce el concepto de prefijo, que reduce el tamaño de las tablas de enrutamiento. Se abandona el esquema de clases y se usan máscaras con prefijos específicos.

Clase C como referencia

La clase C tiene 8 bits para hosts, es decir, 256 direcciones menos dos. Los bits de subred se toman de izquierda a derecha sin saltarse bits, todos en 1.

Preguntas al hacer subredes

Al subnetear una red hay que responder:

• ¿Cuántas subredes se obtienen de la máscara?
• ¿Cuántos hosts válidos hay por subred?
• ¿Cuáles son esas redes?
• ¿Cuál es la dirección de broadcast?
• ¿Cuáles son los hosts válidos.

Cuántas subredes

La fórmula es 2 elevado a X, donde X es el número de bits enmascarados o de red, es decir, los unos.

Fórmula:

2ˣ = números de subredes.

• Ejemplo:
  • 11000000
    • 2² = 4
      • 4 subredes

Por ejemplo, con 11000000 hay 2 bits enmascarados: 2² = 4 subredes.

Cuántos hosts por subred

La fórmula es 2 elevado a Y menos 2, donde Y es el número de bits sin enmascarar o disponibles para hosts, es decir, los ceros.

Formula:

2ʸ-2 = numero de hosts por subred

Ejemplo:

11000000 2⁶-2 = 64-2 = 62

Por ejemplo, con 11000000 quedan 6 bits para host: 2⁶-2 = 64-2 = 62 hosts por subred. Siempre se restan dos direcciones, la de red y la de broadcast.

Cuáles son las subredes

La fórmula es 256 menos la máscara de red, lo que da el tamaño del bloque. Por ejemplo, 256-192 = 64, así que se suma de 64 en 64 cuatro veces.

Formula:

256 – mascara de red = tamaño del bloque

Ejemplo:

256-192=64

Direcciones de broadcast

Corresponden a todos los bits en unos y son el número que precede a la siguiente dirección de red.

Hosts válidos

Son los números entre la dirección de red y la de broadcast, excluyendo ambas.

Ejemplo de VLSM

Con una red 10.1.1.0 de 24 bits se tienen 256 direcciones. Si se requieren subredes de 45, 95, 19 y dos de 2 hosts, hay que dividir la red en subredes de distintos tamaños según la necesidad. Cada subred debe ser diferente y no pueden solaparse. Las preguntas a responder son las mismas: cuántas subredes, cuántos hosts por subred, cuáles son, cuál es el broadcast y cuáles son los hosts válidos.