Capítulo 10: Capa 3 - Enrutamiento y direccionamiento

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1 Capítulo 10: Capa 3 - Enrutamiento y direccionamiento Descripción general del capítulo 10.1 Importancia de una capa de red Identificadores Segmentación y sistemas autónomos Comunicación entre redes separadas Dispositivos de red de capa Determinación de ruta Determinación de ruta Direccionamiento de capa de red Capa 3 y movilidad del computador Comparación entre direccionamiento plano y jerárquico 10.3 Dirección IP dentro del encabezado IP Datagramas de capa de red Campos de capa de red Campos origen y destino del encabezado IP Dirección IP como un número binario de 32 bits Campos del componente de dirección IP 10.4 Clases de dirección IP Clases de dirección IP Dirección IP como número decimal 10.5 Espacio de dirección reservado Propósitos de los identificadores de red y de las direcciones de broadcast Identificación de red Analogía de identificación de red Analogía de dirección de broadcast Hosts para clases de direcciones IP 10.6 Principios básicos de la división en subredes Direccionamiento IP clásico Subred Propósito de las subredes Máscara de subred Operación booleana: AND, OR y NOT Ejecución de la función AND 10.7 Creación de una subred Intervalo de bits necesarios para la creación de subredes Determinación del tamaño de la máscara de subred Cálculo de la mascara de subred y la direción IP Cálculo de hosts para la división en subredes Operación booleana AND Configuración de IP en un diagrama de red Esquemas de host/subred Direcciones privadas

2 Descripción general La capa de red se ocupa de la navegación de los datos a través de la red. La función de la capa de red es encontrar la mejor ruta a través de la red. Los dispositivos utilizan el esquema de direccionamiento de capa de red para determinar el destino de los datos a medida que se desplazan a través de la red. En este capítulo, usted aprenderá acerca del uso y de las operaciones del router para ejecutar la función clave de internetworking de capa de red del modelo de referencia para interconexión de sistemas abiertos (OSI), la Capa 3. Además, conocerá el direccionamiento IP y las tres clases de redes en los esquemas de direccionamiento IP. También aprenderá que el American Registry for Internet Numbers (ARIN) (Registro Americano de Números de Internet) ha reservado ciertas direcciones IP, que no se pueden asignar a ninguna red. Por último, usted aprenderá acerca de las subredes y las máscaras de subred y de sus esquemas de direccionamiento IP.

3 10.1 Importancia de una capa de red Identificadores La capa de red es responsable por el desplazamiento de datos a través de un conjunto de redes (internetwork). Los dispositivos utilizan el esquema de direccionamiento de capa de red para determinar el destino de los datos a medida que se desplazan a través de las redes. Los protocolos que no tienen capa de red sólo se pueden usar en redes internas pequeñas. Estos protocolos normalmente sólo usan un nombre (por ej., dirección MAC) para identificar el computador en una red. El problema con este sistema es que, a medida que la red aumenta de tamaño, se torna cada vez más difícil organizar todos los nombres como, por ejemplo, asegurarse de que dos computadores no utilicen el mismo nombre. Las direcciones de capa de red utilizan un esquema de direccionamiento jerárquico que permite la existencia de direcciones únicas más allá de los límites de una red, junto con un método para encontrar una ruta por la cual la información viaje a través de las redes. Las direcciones MAC usan un esquema de direccionamiento plano que hace que sea difícil ubicar los dispositivos en otras redes. Los esquemas de direccionamiento jerárquico permiten que la información viaje por una internetwork, así como también un método para detectar el destino de modo eficiente. La red telefónica es un ejemplo del uso del direccionamiento jerárquico. El sistema telefónico utiliza un código de área que designa un área geográfica como primera parte de la llamada (salto). Los

4 tres dígitos siguientes representan la central local (segundo salto). Los últimos dígitos representan el número telefónico destino individual (que, por supuesto, constituye el último salto). Los dispositivos de red necesitan un esquema de direccionamiento que les permita enviar paquetes de datos a través de la internetwork (un conjunto de redes formado por múltiples segmentos que usan el mismo tipo de direccionamiento). Hay varios protocolos de capa de red con distintos esquemas de direccionamiento que permiten que los dispositivos envíen datos a través de una internetwork 10.1 Importancia de una capa de red Segmentación y sistemas autónomos Hay dos razones principales por las que son necesarias las redes múltiples: el aumento de tamaño de cada red y el aumento de la cantidad de redes. Cuando una LAN, MAN o WAN crece, es posible que sea necesario o aconsejable para el control de tráfico de la red, que ésta sea dividida en porciones más pequeñas denominadas segmentos de red (o simplemente segmentos). Esto da como resultado que la red se transforme en un grupo de redes, cada una de las cuales necesita una dirección individual. En este momento existe un gran número de redes, las redes de computadores separadas son comunes en las oficinas, escuelas, empresas, negocios y países. Es conveniente que estas redes separadas (o sistemas autónomos, en caso de que los maneje una sola administración)

5 se comuniquen entre sí a través de Internet. Sin embargo, deben hacerlo mediante esquemas de direccionamiento razonables y dispositivos de internetworking adecuados. De no ser así, el flujo de tráfico de red se congestionaría seriamente y ni las redes locales ni Internet funcionarían. Una analogía que puede ayudarlo a entender la necesidad de la segmentación de las redes es imaginar un sistema de autopistas y los vehículos que las utilizan. A medida que la población en las áreas cercanas a las autopistas aumenta, las carreteras quedan sobrecargadas de vehículos. Las redes operan en gran parte de la misma manera. A medida que las redes aumentan de tamaño, aumenta también la cantidad de tráfico. Una solución podría ser aumentar el ancho de banda, al igual que, en el caso de las autopistas, la solución puede ser aumentar los límites de velocidad o la cantidad de carriles. Otra solución puede ser utilizar dispositivos que segmenten la red y controlen el flujo de tráfico, así como una autopista puede usar dispositivos tales como semáforos para controlar el tráfico Importancia de una capa de red Comunicación entre redes separadas Internet es un conjunto de segmentos de red unidos entre sí para que sea más fácil compartir la información. Una vez más, una buena analogía es el ejemplo del sistema de autopistas y los diversos y amplios carriles que se han construido para interconectar múltiples regiones geográficas. Las redes operan en su mayor parte de la misma manera, con empresas conocidas como Proveedores de servicios de Internet (ISP), que ofrecen servicios que interconectan múltiples segmentos de red.

6 10.1 Importancia de una capa de red Dispositivos de red de capa 3 Los routers son dispositivos de internetworking que operan en la Capa 3 del modelo OSI (la capa de red). Estos routers unen o interconectan segmentos de red o redes enteras. Hacen pasar paquetes de datos entre redes tomando con base la información de capa 3. Los routers toman decisiones lógicas con respecto a la mejor ruta para el envío de datos a través de una internetwork y luego dirigen los paquetes hacia el segmento y el puerto de salida adecuados. Los routers toman paquetes de dispositivos LAN (es decir, estaciones de trabajo), y, basándose en la información de Capa 3, los envían a través de la red. De hecho, el enrutamiento a veces se denomina conmutación de Capa Determinación de ruta Determinación de ruta

7 La función determinación de ruta se produce a nivel de Capa 3 (capa de red). Permite al router evaluar las rutas disponibles hacia un destino y establecer el mejor manejo de un paquete. Los servicios de enrutamiento utilizan la información de topología de red al evaluar las rutas de red. La determinación de ruta es el proceso que utiliza el router para elegir el siguiente salto de la ruta del paquete hacia su destino. Este proceso también se denomina enrutar el paquete. La determinación de ruta para un paquete se puede comparar a una persona que maneja un automóvil desde un extremo al otro de la ciudad. El conductor tiene un mapa que le muestra las calles que debe recorrer para llegar a su destino. El camino desde una intersección a otra representa un salto. De forma similar, un router usa un mapa que muestra las rutas disponibles hacia un destino. Los routers también pueden tomar decisiones basándose en la densidad del tráfico y la velocidad del enlace (ancho de banda), así como el conductor puede elegir una ruta más veloz (una autopista) o puede utilizar calles laterales menos transitadas Determinación de ruta Direccionamiento de capa de red

8 La dirección de red ayuda al router a identificar una ruta dentro de la nube de red. El router utiliza la dirección de red para identificar la red destino de un paquete dentro de la internetwork. Además de la dirección de red, los protocolos de red utilizan algún tipo de dirección de host o nodo. Para algunos protocolos de capa de red, el administrador de la red asigna direcciones de red de acuerdo con un plan de direccionamiento de internetwork por defecto. Para otros protocolos de capa de red, asignar direcciones es una operación parcial o totalmente dinámica/automática. El gráfico muestra tres dispositivos en la Red 1 (dos estaciones de trabajo y un router), cada una de los cuales tiene su propia dirección de host exclusiva. (también muestra que el router está conectado a otras dos redes: las Redes 2 y 3). El direccionamiento se produce en la capa de red. Las analogías que usamos anteriormente para una dirección de red incluyen la primera parte (código de área y primeros tres dígitos) de un número telefónico. Los (últimos cuatro) dígitos restantes de un número telefónico indican a la compañía telefónica que teléfono harán sonar. Esto es similar a la función de la porción host de una dirección. La porción host le comunica al router hacia qué dispositivo específico deberá entregar el paquete. Sin el direccionamiento de capa de red, no se puede producir el enrutamiento. Los routers requieren direcciones de red para garantizar el envío correcto de los paquetes. Si no existiera alguna estructura de direccionamiento jerárquico, los paquetes no podrían transportarse a través de una internetwork. De la misma manera, si no existiera alguna estructura jerárquica para los números telefónicos, las direcciones postales o los sistemas de transporte, no se podría realizar la entrega correcta de mercaderías y servicios.

9 10.2 Determinación de ruta Capa 3 y movilidad del computador La dirección MAC se puede comparar con el nombre de las personas, y la dirección de red con su dirección postal. Si una persona se muda a otra ciudad, su nombre propio seguiría siendo el mismo, pero la dirección postal deberá indicar el nuevo lugar donde se puede ubicar. Los dispositivos de red (los routers así como también los computadores individuales) tienen una dirección MAC y una dirección de protocolo (capa de red). Cuando se traslada físicamente un computador a una red distinta, el computador conserva la misma dirección MAC, pero se le debe asignar una nueva dirección de red Determinación de ruta Comparación entre direccionamiento plano y jerárquico La función de capa de red es encontrar la mejor ruta a través de la red. Para lograr esto, utiliza dos métodos de direccionamiento: direccionamiento plano y direccionamiento jerárquico. Un esquema de direccionamiento plano asigna a un dispositivo la siguiente dirección disponible. No se tiene en cuenta la estructura del esquema de direccionamiento. Un ejemplo de un esquema de direccionamiento plano es el sistema numérico de identificación militar o la numeración de los certificados de nacimiento. Las direcciones MAC funcionan de esta manera. El fabricante recibe un bloque de direcciones; la primera mitad de cada dirección corresponde al código del fabricante, el resto de la dirección MAC es un número que se asigna de forma secuencial. Los códigos postales del sistema de correo son un buen ejemplo de direccionamiento jerárquico. En el sistema de código postal, la dirección se determina a través de la ubicación del edificio y no a través de un número asignado de forma aleatoria. El esquema de direccionamiento que usaremos a lo largo de este curso es el direccionamiento de Protocolo Internet (IP). Las direcciones IP tienen una estructura específica y no se asignan al azar Direcciones IP dentro del encabezado IP Datagramas de capa de red El Protocolo Internet (IP) es la implementación más popular de un esquema de direccionamiento de red jerárquico. IP es el protocolo de red que usa Internet. A medida que la información fluye por las distintas capas del modelo OSI, los datos se encapsulan en cada capa. En la capa de

10 red, los datos se encapsulan en paquetes (también denominados datagramas). IP determina la forma del encabezado del paquete IP (que incluye información de direccionamiento y otra información de control) pero no se ocupa de los datos en sí (acepta cualquier información que recibe desde las capas superiores) Direcciones IP dentro del encabezado IP Campos de capa de red El paquete o datagrama de Capa 3 se transforma en los datos de Capa 2, que entonces se encapsulan en tramas (como se describió anteriormente). De forma similar, el paquete IP está formado por los datos de las capas superiores más el encabezado IP, que está formado por: Versión: Indica la versión de IP que se usa actualmente (4 bits) Longitud del encabezado IP (HLEN): Indica la longitud del encabezado del datagrama en palabras de 32 bits (4 bits) Tipo de servicio: Especifica el nivel de importancia que le ha sido asignado por un protocolo de capa superior en particular (8 bits) Longitud total: Especifica la longitud de todo el paquete IP, incluyendo datos y encabezado, en bytes (16 bits) Identificación: Contiene un número entero que identifica el datagrama actual (16 bits) Señaladores: Un campo de 3 bits en el que los dos bits de orden inferior controlan la fragmentación: un bit que especifica si el paquete puede fragmentarse y el segundo si el paquete es el último fragmento en una serie de paquetes fragmentados (3 bits) desplazamiento de fragmentos: El campo que se utiliza para ayudar a reunir los fragmentos de datagramas (16 bits) Tiempo de existencia: Mantiene un contador cuyo valor decrece, por incrementos, hasta cero. Cuando se llega a ese punto se descarta el datagrama, impidiendo así que los paquetes entren en un loop interminable (8 bits) Protocolo: Indica cuál es el protocolo de capa superior que recibe los paquetes entrantes después de que se ha completado el procesamiento IP (8 bits) Suma de comprobación del encabezado: Ayuda a garantizar la integridad del encabezado IP (16 bits) Dirección origen: Especifica el nodo emisor (32 bits) Dirección destino: Especifica el nodo receptor (32 bits)

11 Opciones: Permite que IP soporte varias opciones, como la seguridad (longitud variable) Datos: Contiene información de capa superior (longitud variable, máximo 64 kb) Relleno: se agregan ceros adicionales a este campo para garantizar que el encabezado IP siempre sea un múltiplo de 32 bits 10.3 Direcciones IP dentro del encabezado IP Campos origen y destino del encabezado IP La dirección IP contiene la información necesaria para enrutar un paquete a través de la red. Cada dirección origen y destino contiene una dirección de 32 bits. El campo de dirección origen contiene la dirección IP del dispositivo que envía el paquete. El campo destino contiene la dirección IP del dispositivo que recibe el paquete Direcciones IP dentro del encabezado IP Dirección IP como un número binario de 32-bit Una dirección IP se representa mediante un número binario de 32 bits. Como breve repaso, recuerde que cada dígito binario solo puede ser 0 ó 1. En un número binario, el valor del bit ubicado más a la derecha (también denominado bit menos significativo) es 0 ó 1. El valor decimal correspondiente para cada bit se duplica cada vez que avanza una posición hacia la izquierda del número binario. De modo que el valor decimal del 2 do bit desde la derecha es 0 ó 2. El tercer bit es 0 ó 4, el cuarto bit 0 u 8, etc... Las direcciones IP se expresan como números de notación decimal punteados: se dividen los 32

12 bits de la dirección en cuatro octetos (un octeto es un grupo de 8 bits). El valor decimal máximo de cada octeto es 255 (el número binario de 8 bits más alto es , y esos bits, de izquierda a derecha, tienen valores decimales de 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 y 1). Cuál es el valor decimal del octeto que aparece resaltado en el gráfico? Cuál es el valor del bit del extremo izquierdo? El siguiente bit? Como estos son los únicos 2 bits que están activados (o establecidos), el valor decimal es = Direcciones IP dentro del encabezado IP Campos del componente de dirección IP El número de red de una dirección IP identifica la red a la cual se encuentra adherido un dispositivo. La porción host de una dirección IP identifica el dispositivo específico de esta red. Como las direcciones IP están formadas por cuatro octetos separados por puntos, se pueden utilizar uno, dos o tres de estos octetos para identificar el número de red. De modo similar, se pueden utilizar hasta tres de estos octetos para identificar la parte de host de una dirección IP Clases de dirección IP Clases de dirección IP

13 Hay tres clases de direcciones IP que una organización puede recibir de parte del Registro Americano de Números de Internet (ARIN) (o ISP de la organización): Clase A, B y C. En la actualidad, ARIN reserva las direcciones Clase A para los gobiernos de todo el mundo (aunque en el pasado se le hayan otorgado a empresas de gran envergadura como, por ejemplo, Hewlett Packard) y las direcciones Clase B para las medianas empresas. Se otorgan direcciones Clase C para todos los demás solicitantes. Clase A Cuando está escrito en formato binario, el primer bit (el bit que está ubicado más a la izquierda) de la dirección Clase A siempre es 0. Un ejemplo de una dirección IP Clase A es El primer octeto, 124, identifica el número de red asignado por ARIN. Los administradores internos de la red asignan los 24 bits restantes. Una manera fácil de reconocer si un dispositivo forma parte de una red Clase A es verificar el primer octeto de su dirección IP, cuyo valor debe estar entre 0 y 126. (127 comienza con un bit 0, pero está reservado para fines especiales). Todas las direcciones IP Clase A utilizan solamente los primeros 8 bits para identificar la parte de red de la dirección. Los tres octetos restantes se pueden utilizar para la parte de host de la dirección. A cada una de las redes que utilizan una dirección IP Clase A se les pueden asignar hasta 2 elevado a la 24 potencia (2 24 ) (menos 2), o direcciones IP posibles para los dispositivos que están conectados a la red. Clase B Los primeros 2 bits de una dirección Clase B siempre son 10 (uno y cero). Un ejemplo de una dirección IP Clase B es Los dos primeros octetos identifican el número de red asignado por ARIN. Los administradores internos de la red asignan los 16 bits restantes. Una manera fácil de reconocer si un dispositivo forma parte de una red Clase B es verificar el primer octeto de su dirección IP. Las direcciones IP Clase B siempre tienen valores que van del 128 al 191 en su primer octeto. Todas las direcciones IP Clase B utilizan los primeros 16 bits para identificar la parte de red de la dirección. Los dos octetos restantes de la dirección IP se encuentran reservados para la porción del host de la dirección. Cada red que usa un esquema de direccionamiento IP Clase B puede tener asignadas hasta 2 a la 16ta potencia (2 16 ) (menos 2 otra vez), o direcciones IP

14 posibles a dispositivos conectados a su red. Clase C Los 3 primeros bits de una dirección Clase C siempre son 110 (uno, uno y cero). Un ejemplo de dirección IP Clase C es Los tres primeros octetos identifican el número de red asignado por ARIN. Los administradores internos de la red asignan los 8 bits restantes. Una manera fácil de reconocer si un dispositivo forma parte de una red Clase C es verificar el primer octeto de su dirección IP.Las direcciones IP Clase C siempre tienen valores que van del 192 al 223 en su primer octeto. Todas las direcciones IP Clase C utilizan los primeros 24 bits para identificar la porción de red de la dirección. Sólo se puede utilizar el último octeto de una dirección IP Clase C para la parte de la dirección que corresponde al host. A cada una de las redes que utilizan una dirección IP Clase C se les pueden asignar hasta 2 8 (menos 2), o 254, direcciones IP posibles para los dispositivos que están conectados a la red Clase A 0 red host Clase B 1 0 red host Clase C red host Clase D Clase E grupo de multicast (multidifusión) (direcciones reservadas: no se pueden utilizar) Clase Formato (r=red, h=host) Número de redes Número de hosts por red Rango de direcciones de redes Máscara de subred A r.h.h.h B r.r.h.h C r.r.r.h D grupo E no válidas Las direcciones de redes siguientes se encuentran reservadas para su uso en redes privadas (intranets). Una dirección IP que pertenezca a una de estas redes se dice que es

15 una dirección IP privada. Rango de direcciones Clase reservadas de redes A B C Intranet.-- Red privada que utiliza los protocolos TCP/IP. Puede tener salida a Internet o no. En el caso de tener salida a Internet, el direccionamiento IP permite que los hosts con direcciones IP privadas puedan salir a Internet pero impide el acceso a los hosts internos desde Internet. Dentro de una intranet se pueden configurar todos los servicios típicos de Internet (web, correo, mensajería instantánea, etc.) mediante la instalación de los correspondientes servidores. La idea es que las intranets son como "internets" en miniatura o lo que es lo mismo, Internet es una intranet pública gigantesca. Extranet.-- Unión de dos o más intranets. Esta unión puede realizarse mediante líneas dedicadas (RDSI, X.25, frame relay, punto a punto, etc.) o a través de Internet. Internet.-- La mayor red pública de redes TCP/IP. Para ampliar conceptos visita: Clases de dirección IP Direcciones IP como números decimales Las direcciones IP identifican un dispositivo en una red y la red a la cual se encuentra conectado. Para que sean más fáciles de recordar, las direcciones IP se escriben generalmente con notación decimal punteada. Por lo tanto, las direcciones IP se componen de 4 números decimales separados por puntos. Un ejemplo es la dirección Recuerde que un número decimal es un número de base 10, del tipo que utilizamos diariamente Espacio de dirección reservado Propósitos de los identificadores de red y de las direcciones de broadcast

16 Si su computador deseara comunicarse con todos los dispositivos de una red, será prácticamente imposible escribir la dirección IP para cada dispositivo. Se puede hacer el intento con dos direcciones separadas por guiones, que indica que se está haciendo referencia a todos los dispositivos dentro de un intervalo de números, pero esto también será excesivamente complicado. Existe, sin embargo, un método abreviado. Una dirección IP que contiene ceros binarios en todos los bits de host se reserva para la dirección de red (a veces denominada la dirección de cable). Por lo tanto, como ejemplo de una red Clase A, es la dirección IP de la red que contiene el host Un router usa la dirección de red IP al enviar datos en Internet. Como ejemplo de una red Clase B, la dirección IP es una dirección de red. Los números decimales que completan los dos primeros octetos de una dirección de red Clase B se asignan y son números de red. Los últimos dos octetos tienen 0, dado que esos 16 bits corresponden a los números de host y se utilizan para los dispositivos que están conectados a la red. La dirección IP en el ejemplo ( ) se encuentra reservada para la dirección de red. Nunca se usará como dirección para un dispositivo conectado a ella. Si desea enviar datos a todos los dispositivos de la red, necesita crear una dirección de broadcast. Un broadcast se produce cuando una fuente envía datos a todos los dispositivos de una red. Para garantizar que todos los dispositivos en una red presten atención a este broadcast, el origen debe utilizar una dirección IP destino que todos ellos puedan reconocer y captar. Las direcciones IP de broadcast contiene unos binarios en toda la parte de la dirección que corresponde al host (el campo de host). Para la red del ejemplo ( ), donde los últimos 16 bits forman el campo de host (o la parte de la dirección que corresponde al host), el broadcast que se debe enviar a todos los dispositivos de esa red incluye una dirección destino (ya que 255 es el valor decimal de un octeto que contiene ) Espacio de dirección reservado

17 ID de red Es importante comprender el significado de la porción de red de una dirección IP, el ID de red. Los hosts en una red sólo pueden comunicarse directamente con dispositivos que tienen el mismo ID de red. Pueden compartir el mismo segmento físico, pero si tienen distintos números de red, generalmente no pueden comunicar entre sí, a menos que haya otro dispositivo que pueda efectuar una conexión entre las redes Espacio de dirección reservado Analogía de identificación de red Los códigos postales y los identificadores de red son muy similares en su funcionamiento. Los códigos postales permiten que el servicio postal pueda enviar el correo a su oficina postal local y a su vecindad. A partir de allí, la dirección de la calle indica al cartero el destino correcto. Un ID de red permite a un router colocar un paquete dentro del segmento de red adecuado. El ID del host ayuda al router a direccionar la trama de Capa 2 (encapsulando el paquete) hacia el host específico de esa red Espacio de dirección reservado Analogía de dirección de broadcast Una dirección de broadcast es una dirección compuesta exclusivamente por números unos en el campo de host. Cuando se envía un paquete de broadcast en una red, todos los dispositivos de la red lo captan. Por ejemplo, en una red con un identificador , el mensaje de broadcast que llega a todos los hosts tendría la dirección Una dirección de broadcast es bastante similar al envío de correo masivo. El código postal dirige

18 IP de esa red que éste es un mensaje de broadcast y que cada dispositivo debe prestar atención al mensaje. Todos los dispositivos en una red reconocen su propia dirección IP del host, así como la dirección de broadcast de la red Espacio de dirección reservado Hosts para clases de direcciones IP Cada clase de red permite una cantidad fija de hosts. En una red Clase A, se asigna el primer octeto, dejando los últimos tres octetos (24 bits) para que se asignen a los hosts. La cantidad máxima de hosts, en una red Clase A, es de 2 24 (menos 2: las direcciones reservadas de broadcast y de red), o hosts. En una red Clase B, se asignan los primeros dos octetos, dejando los últimos dos octetos (16 bits) para que se asignen a los hosts. La cantidad máxima de hosts, en una red Clase B, es de 2 16 (menos 2), o hosts En una red Clase C, se asignan los primeros tres octetos. Queda un último octeto (8 bits) para asignar a los hosts, de manera que la cantidad máxima de hosts es 2 8 (menos 2), o 254 hosts. Recuerde que la primera dirección en cada red está reservada para la dirección de red (o el número de red) en sí y la última dirección en cada red está reservada para los broadcasts Principios básicos de la división en subredes Direccionamiento IP clásico

19 Los administradores de red necesitan a veces dividir redes, especialmente las más grandes, en redes más pequeñas. Estas divisiones más pequeñas se denominan subredes y proporcionan flexibilidad de direccionamiento. Por lo general, se conoce a las subredes simplemente como subredes. De manera similar a lo que ocurre con la porción del número de host de las direcciones Clase A, Clase B y Clase C, las direcciones de subred son asignadas localmente, normalmente por el administrador de la red. Además, tal como ocurre con otras direcciones IP, cada dirección de subred es única Principios básicos de la división en subredes Subred Las direcciones de subred incluyen la porción de red Clase A, Clase B o Clase C además de un campo de subred y un campo de host. El campo de subred y el campo de host se crean a partir de la porción de host original para toda la red. La capacidad de decidir cómo dividir la porción de host original en los nuevos campos de subred y de host ofrece flexibilidad para el direccionamiento al administrador de red. Para crear una dirección de subred, un administrador de red pide prestados bits de la parte original de host y los designa como campo de subred. Para crear una dirección de subred, un administrador de red pide prestados bits del campo de host y los designa como campo de subred. La cantidad mínima de bits que se puede pedir prestada es 2. Si fuera a pedir prestado sólo 1 bit para crear una subred, entonces sólo tendría un número de red (el.0 de red) y el número de broadcast (el.1 de red). La cantidad máxima de bits que se puede pedir prestada puede ser cualquier número que deje por lo menos 2 bits restantes para el número de host. En este ejemplo de una Dirección IP Clase C, se han pedido prestados bits del campo de host para el campo de subred.

20 10.6 Principios básicos de la división en subredes Propósito de las subredes La razón principal para usar una subred es reducir el tamaño de un dominio de broadcast. Los broadcasts se envían a todos los hosts de una red o subred. Cuando el tráfico de broadcast empieza a consumir una porción demasiado grande del ancho de banda disponible, los administradores de red pueden preferir reducir el tamaño del dominio de broadcast.

21 10.6 Principios básicos de la división en subredes Máscara de subred La máscara de subred (término formal: prefijo de red extendida), no es una dirección, sin embargo determina qué parte de la dirección IP corresponde al campo de red y qué parte corresponde al campo de host. Una máscara de subred tiene una longitud de 32 bits y tiene 4 octetos, al igual que la dirección IP. Para determinar la máscara de subred para una dirección IP de subred particular, siga estos pasos. (1) Exprese la dirección IP de subred en forma binaria. (2) Cambie la porción de red y subred de la dirección por todos unos. (3) Cambie la porción del host de la dirección por todos ceros. (4) Como último paso, convierta la expresión en números binarios nuevamente a la notación decimal punteada. Nota: El prefijo de red extendida incluye el número de red clase A, B o C y el campo de subred (o número de subred) que se utiliza para ampliar la información de enrutamiento (que de otro modo es simplemente el número de red).

22 10.7 Creación de una subred Intervalo de bits necesarios para la creación de subredes Para crear subredes, debe ampliar la porción de enrutamiento de la dirección. Internet conoce su red como un todo, identificada por la dirección Clase A, B o C, que define 8, 16 ó 24 bits de enrutamiento (el número de red). El campo de subred se transforma en bits de enrutamiento adicionales, de modo que los routers de su organización puedan reconocer distintas ubicaciones, o subredes, dentro de toda la red. 1. Pregunta: En la dirección , cuáles son los bits de enrutamiento? Respuesta: : Es el número de red Clase B de 16 bits. 2. Pregunta: Para qué se utilizan los otros dos octetos (16 bits) de la dirección ? Respuesta: Desde el punto de vista de Internet, es simplemente un campo de host de 16 bits, dado que eso es lo que es una dirección Clase B: un número de red de 16 bits y un número de host de 16 bits. 3. Pregunta: Qué parte de la dirección corresponde al campo de subred? Respuesta: Cuando se decide crear subredes, se debe dividir el campo de host original (16 bits en el caso de una Clase B) en dos partes: el campo de subred y el campo de host. Esto a veces se denomina "pedir prestado" algunos de los bits de host originales para crear el campo de subred. Las otras redes de Internet no se involucran (ven a la dirección de la misma forma), todo lo que ven es el número de red Clase A, B o C y envían el paquete hacia su destino. La cantidad mínima de bits que puede pedir prestado es de 2, independientemente de si trabaja con una red Clase A, B o C 1. Porque al menos 2 bits deben reservarse para los números de host 2, la cantidad máxima de bits que se piden prestados varía según la clase de dirección. Clase de Tamaño por defecto dirección Campo de host Cantidad máxima de bits de subred A B C 8 6 El campo de subred siempre se ubica inmediatamente a continuación del número de red. Es decir, los bits que se pidieron prestados deben ser los primeros n bits del campo de host por defecto, donde n es el tamaño deseado del nuevo campo de subred. La mascara de subred es la herramienta que utiliza el router para determinar cuáles son los bits que corresponden a los bits de enrutamiento y cuáles son los bits que corresponden a los bits de host. 1 Los estándares anteriores no permitían el uso de subredes obtenidas al pedir prestado 1 bit (con sólo 1 bit de subred, el campo de subred sólo puede tener dos valores: la subred 0 es parte de la dirección de red, y la subred 1 sería una parte de la dirección de broadcast de red) aunque en la actualidad muchos dispositivos soportan subredes que se obtienen pidiendo prestado 1 bit, todavía es común evitar hacer esto para asegurar la compatibilidad con los dispositivos antiguos; para los fines de este curso, siempre deberá pedir prestados por lo menos 2 bits. 2 De forma similar, un campo de host de1 bit sólo acepta un host 0, que es parte de la dirección de red, y el host 1, que es parte de la dirección de broadcast, y quedan 0 direcciones de host válidas.

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24 10.7 Creación de una subred Determinación del tamaño de la máscara de subred Las máscaras de subred usan el mismo formato que las direcciones IP. Tienen una longitud de 32 bits y están divididas en cuatro octetos, escritos en formato decimal separado por puntos. Las máscaras de subred tienen todos unos en las posiciones de bit de red (determinadas por la clase de dirección) así como también en las posiciones de bit de subred deseadas, y tienen todos ceros en las posiciones de bit restantes, designándolas como la porción de host de una dirección. Por defecto, si no se pide ningún bit prestado, la máscara de subred para una red Clase B sería , que es el equivalente en notación decimal punteada de los 1s en los 16 bits que corresponden al número de red Clase B. Si se pidieran prestados 8 bits para el campo de subred, la máscara de subred incluiría 8 bits 1 adicionales y se transformaría en Por ejemplo, si la máscara de subred se asociara con la dirección Clase B (8 bits que se piden prestados para la división en subredes), el router sabría que debe enrutar este paquete hacia la subred en lugar de hacerlo simplemente a la red Otro ejemplo es la dirección IP Clase C, , con una máscara de subred de Con un valor de 224 en el ultimo octeto ( en números binarios), la porción de red Clase C de 24 bits se ha ampliado en 3 bits, para obtener un total de 27 bits. El 131 del último octeto ahora tiene la tercera dirección de host que se puede utilizar en la subred Los routers de Internet (que no conocen la máscara de subred) solo se

25 ocuparán del enrutamiento hacia la red de Clase C , mientras que los routers que están ubicados dentro de esa red, que conocen la máscara de subred, tomarán en cuenta los 27 bits para tomar una decisión de enrutamiento.

26 10.7 Creación de una subred Cálculo de la mascara de subred y la dirección IP Siempre que se pidan prestados bits del campo del host, es importante tomar nota de la cantidad de subredes adicionales que se están creando cada vez que se pide prestado un bit. Usted ya ha aprendido que no se puede pedir prestado solamente 1 bit, la cantidad menor que se puede pedir prestada es 2 bits. Al pedir prestados 2 bits, se crean cuatro subredes posibles (2 2 ) (pero siempre debe tener en cuenta que hay dos subredes no utilizables o reservadas). Cada vez que se pide prestado otro bit del campo de host, la cantidad de subredes que se han creado aumenta por una potencia de 2. Las ocho subredes posibles que se crean pidiendo prestados 3 bits es igual a 2 3 (2 x 2 x 2). Las dieciséis subredes posibles que se crean pidiendo prestados 4 bits es igual a 2 4 (2 x 2 x 2 x 2). A partir de estos ejemplos, es fácil darse cuenta de que cada vez que se pide prestado otro bit del campo de host, la cantidad de subredes posibles se duplica. 1. Pregunta: Cuántos bits se piden prestados (qué longitud tiene el campo de subred) para una red Clase B que utiliza una máscara de subred de ? Respuesta: Los primeros dos octetos de la máscara ( ) corresponden a los 16 bits de un número de red Clase B. Recuerde que el campo de subred es representador por todos los bits "1" adicionales que superen esta cifra. El número decimal 240 en números binarios es , y puede observar que está utilizando 4 bits para el campo de subred. 2. Pregunta: Qué cantidad de subredes posibles se pueden crear con un campo de subred de 4 bits? Respuesta: Comience por detectar el número de 4 bits más pequeño (0000), y luego el número de 4 bits más grande (1111) (15). De modo que las subredes posibles son 0-15, o dieciséis subredes. Sin embargo, usted sabe que no puede utilizar la subred 0 (forma parte de la dirección de red), y que no puede utilizar tampoco la subred 15 (1111) (dirección de broadcast). De modo que este campo de subred de 4 bits da como resultado catorce subredes utilizables (1-14) Creación de una subred Cálculo de hosts para la división en subredes Cada vez que se pide prestado 1 bit de un campo de host, queda 1 bit menos restante en el campo que se puede usar para el número de host. Por lo tanto, cada vez que se pide prestado otro bit del campo de host, la cantidad de direcciones de host que se pueden asignar se reduce en una potencia de 2. Para comprender cómo funciona esto, utilice una dirección Clase C como ejemplo. Si no se usa una máscara de subred, los 8 bits en el último octeto se utilizan para el campo de host. Por lo tanto, hay 256 (2 8 ) direcciones posibles disponibles para ser asignadas a los hosts (254 direcciones posibles disponibles para ser asignadas a los hosts luego de haber restado las 2 que sabe que no se pueden utilizar). Ahora, imagínese que esta red Clase C se divide en subredes. Si pide prestados 2 bits del campo de host de 8 bits por defecto, el tamaño del

27 campo de host se reduce a 6 bits. Si escribe todas las combinaciones posibles de ceros y unos que se pueden producir en los 6 bits restantes, descubrirá que la cantidad total de hosts posibles que se pueden asignar en cada subred se reduce a 64 (2 6 ). La cantidad de números de host utilizables se reduce a 62. En la misma red Clase C, si pide prestados 3 bits, el tamaño del campo de host se reduce a 5 bits y la cantidad total de hosts que se pueden asignar a cada subred se reduce a 32 (2 5 ). La cantidad de números de host utilizables se reduce a 30. La cantidad de direcciones de host posibles que se pueden asignar a una subred se relaciona con la cantidad de subredes creadas. En una red Clase C, por ejemplo, si se ha aplicado una máscara de red de , entonces se habrán pedido prestados 3 bits (224 = ) del campo de host. Las subredes utilizables creadas son 6 (8 menos 2), cada una de ellas con 30 (32 menos 2) direcciones host utilizables. Ejercicio: Divida el ultimo octeto en dos partes: un campo de subred y un campo de host. Si hay 32 direcciones de host posibles que se pueden asignar a cada subred, entonces las direcciones IP se ubicarán dentro del intervalo de números (pero recuerde que en cada subred hay 2 direcciones de host que no se pueden utilizar). En una red Clase C con una máscara de subred , a cuál de las subredes pertenece el host ? (ayuda: 97 = binario) A. subred 0? B. subred 1? C. subred 2? D. subred 3? E. subred 4? F. ninguna de estas opciones? Respuesta: D. subred Creación de una subred Operación booleana AND Como usted ya ha aprendido, la dirección en una red IP que tiene el número más bajo es la dirección de red (el número de red más 0 en todo el campo de host). Esto también se aplica en el caso de una subred, la dirección que tiene el número más bajo es la dirección de la subred. Para enrutar un paquete de datos, el router debe en primer lugar determinar la dirección de red/subred destino. Para lograrlo, el router realiza un AND lógico utilizando la dirección IP del host destino y la máscara de subred para dicha red. Supongamos que tiene una red Clase B, con el número de red Después de analizar las necesidades de la red, decide pedir prestados 8 bits para crear subredes. Como ha aprendido anteriormente, si pide prestados 8 bits en una red Clase B, la máscara de subred es Alguien, desde fuera de la red, envía datos a la dirección IP A fin de determinar dónde enviar los datos, el router realiza la operación AND con esta dirección y la máscara de subred. Cuando se ha realizado la operación AND de los dos números, la porción del host del resultado siempre es 0. Lo que resta es el número de red, incluyendo la subred. De este modo, los datos se envían a la subred y solo el último router se da cuenta de que el paquete debe ser enviado hacia el host 120 de esa subred. Ahora, supongamos que tenemos la misma red, Sin embargo, esta vez decide

28 pedir prestados solamente 7 bits para el campo de subred. La máscara de subred en números binarios sería Qué sería esto en la notación decimal punteada? Nuevamente alguien, desde fuera de la red, envía datos hacia el host Para determinar dónde se deben enviar los datos, el router realiza la operación AND de esta dirección y la máscara de subred. Como en el caso anterior, cuando se realiza la operación AND de los dos números, la porción del host del resultado es 0. De modo que, cuál es la diferencia en este segundo ejemplo? Todo parece ser igual (al menos en la notación decimal). La diferencia se encuentra en la cantidad de subredes disponibles y la cantidad de hosts que se pueden encontrar en cada subred. Sólo se puede comprobar esto comparando las dos máscaras distintas de subred. Si hay 7 bits en el campo de subred, solamente puede haber 126 subredes. Cuántos hosts puede haber en cada subred? Qué longitud tiene el campo de host? Si hay 9 bits para los números de host, puede haber 510 hosts en cada una de esas 126 subredes.

29 10.7 Creación de una subred Configuración de IP en un diagrama de red

30 seleccionar una dirección de cada subred diferente para asignarla a la interfaz del router que se conecta a esa subred. Cada segmento de una red (los enlaces y el cable en sí) debe tener un número de red/subred diferente. La figura muestra cómo se vería un diagrama de red utilizando una red Clase B dividida en subredes Creación de una subred Esquemas de host/subred Una de las decisiones que se deben tomar cada vez que se crean subredes es determinar la cantidad óptima de subredes y hosts (Nota: La cantidad de subredes requeridas a su vez determina la cantidad de hosts disponibles. Por ejemplo, si se piden prestados 3 bits con una red Clase C, sólo quedan 5 bits para hosts). Ya ha aprendido que no se pueden usar la primera y la última subred. Además no se puede usar la primera y la última dirección dentro de cada subred: una es la dirección de broadcast de esa subred y la otra es la dirección de red. Al crear subredes, se pierden varias posibles direcciones. Por este motivo, los administradores de red deben prestar mucha atención al porcentaje de direcciones que pierden al crear subredes. Ejemplo: Si pide prestados 2 bits en una red Clase C, se crean 4 subredes, cada una con 64 hosts. Sólo 2 de las subredes son utilizables y sólo 62 hosts son utilizables por subred, lo que deja 124 hosts utilizables de 254 que eran posibles antes de elegir usar subredes. Esto significa que se están perdiendo 51% de las direcciones. Supongamos esta vez que se piden prestados 3 bits. Ahora tiene 8 subredes, de las cuales sólo 6 son utilizables, con 30 hosts utilizables por subred. Esto significa que hay 180 hosts utilizables, de un total de 254, pero ahora se pierde sólo el 29% de las direcciones. Siempre que se creen subredes, es necesario tener en cuenta el crecimiento futuro de la red y el porcentaje de direcciones que se perderían al crear las subredes.

31 10.7 Creación de una subred Direcciones privadas Hay ciertas direcciones en cada clase de dirección IP que no están asignadas. Estas direcciones se denominan direcciones privadas. Las direcciones privadas pueden ser utilizadas por los hosts que usan traducción de dirección de red (NAT), o un servidor proxy, para conectarse a una red pública o por los hosts que no se conectan a Internet. Muchas aplicaciones requieren conectividad dentro de una sola red, y no necesitan conectividad externa. En las redes de gran tamaño, a menudo se usa TCP/IP, aunque la conectividad de capa de red no sea necesaria fuera de la red. Los bancos son buenos ejemplos. Pueden utilizar TCP/IP para conectar los cajeros automáticos (ATM). Estas máquinas no se conectan a la red pública, de manera que las direcciones privadas son ideales para ellas. Las direcciones privadas también se pueden utilizar en una red en la que no hay suficientes direcciones públicas disponibles. Las direcciones privadas se pueden utilizar junto con un servidor de traducción de direcciones de red (NAT). Puede ser un servidor NAT o un servidor proxy, para proporcionar conectividad a todos los hosts de una red con relativamente pocas direcciones públicas disponibles. Según lo acordado, cualquier tráfico que posea una dirección destino dentro de uno de los intervalos de direcciones privadas NO se enrutará a través de Internet.