b. Consulte y describa qué es el protocolo IPv4, que es una subred y la máscara de subred variable,

El Protocolo de Internet versión 4, en inglés: Internet Protocol version 4 (IPv4), es la cuarta versión del Internet Protocol (IP). Un protocolo de interconexión de redes basados en Internet, y fue la primera versión implementada para la producción de ARPANET, en 1983. Definida en el RFC 791. IPv4 usa direcciones de 32 bits, limitándola a 2^{{32}} = 4 294 967 296 direcciones únicas, muchas de las cuales están dedicadas a redes locales (LAN).1​ Por el crecimiento enorme que ha tenido Internet (mucho más de lo que esperaba, cuando se diseñó IPv4)

Estructura de una direccion IPv4

Cada dispositivo de una red debe ser definido en forma exclusiva. En la capa de red es necesario identificar los paquetes de la transmisión con las direcciones de origen y de destino de los dos sistemas finales. Con IPv4, esto significa que cada paquete posee una dirección de origen de 32 bits y una dirección de destino de 32 bits en el encabezado de Capa 3.

Estas direcciones se usan en la red de datos como patrones binarios. Dentro de los dispositivos, la lógica digital es aplicada para su interpretación. Para quienes formamos parte de la red humana, una serie de 32 bits es difícil de interpretar e incluso más difícil de recordar. Por lo tanto, representamos direcciones IPv4 utilizando el formato decimal punteada.

Punto Decimal

Los patrones binarios que representan direcciones IPv4 son expresados con puntos decimales separando cada byte del patrón binario, llamado octeto, con un punto. Se le llama octeto debido a que cada número decimal representa un byte u 8 bits.

Por ejemplo: la dirección

10101100000100000000010000010100 es expresada en puntos decimales como 172.16.4.20

Tenga en cuenta que los dispositivos usan la lógica binaria. El formato decimal punteado se usa para que a las personas les resulte más fácil utilizar y recordar direcciones.

Porciones de red y de host

En cada dirección IPv4, alguna porción de los bits de orden superior representa la dirección de red. En la Capa 3, se define una red como un grupo de hosts con patrones de bits idénticos en la porción de dirección de red de sus direcciones.

A pesar de que los 32 bits definen la dirección host IPv4, existe una cantidad variable de bits que conforman la porción de host de la dirección. El número de bits usado en esta porción del host determina el número de hosts que podemos tener dentro de la red.

Por ejemplo: si necesitamos tener al menos 200 hosts en una red determinada, necesitaríamos utilizar suficientes bits en la porción del host para poder representar al menos 200 patrones diferentes de bits.

Para asignar una dirección exclusiva a 200 hosts, se utilizará el último octeto entero. Con 8 bits se puede lograr un total de 256 patrones de bits diferentes. Esto significa que los bits para los tres octetos superiores representarían la porción de red.

Tipos de direcciones en una red IPv4

Dentro del rango de direcciones de cada red IPv4, existen tres tipos de direcciones:

Dirección de red: la dirección en la que se hace referencia a la red.

Dirección de broadcast: una dirección especial utilizada para enviar datos a todos los hosts de la red.

Direcciones host: las direcciones asignadas a los dispositivos finales de la red.

Dirección de red

La dirección de red es una manera estándar de hacer referencia a una red. Por ejemplo: se podría hacer referencia a la red de la figura como "red 10.0.0.0". Ésta es una manera mucho más conveniente y descriptiva de referirse a la red que utilizando un término como "la primera red". Todos los hosts de la red 10.0.0.0 tendrán los mismos bits de red.

Dentro del rango de dirección IPv4 de una red, la dirección más baja se reserva para la dirección de red. Esta dirección tiene un 0 para cada bit de host en la porción de host de la dirección.

Dirección de broadcast

La dirección de broadcast IPv4 es una dirección especial para cada red que permite la comunicación a todos los host en esa red. Para enviar datos a todos los hosts de una red, un host puede enviar un solo paquete dirigido a la dirección de broadcast de la red.

La dirección de broadcast utiliza la dirección más alta en el rango de la red. Ésta es la dirección en la cual los bits de la porción de host son todos 1. Para la red 10.0.0.0 con 24 bits de red, la dirección de broadcast sería 10.0.0.255. A esta dirección se la conoce como broadcast dirigido.

Direcciones host

Como se describe anteriormente, cada dispositivo final requiere una dirección única para enviar un paquete a dicho host.

En las direcciones IPv4, se asignan los valores entre la dirección de red y la dirección de broadcast a los dispositivos en dicha red.

Dirección IP

Es un direccionamiento usado para identificar únicamente un dispositivo en una red del IP. El direccionamiento se compone de 32 bits binarios, que pueden ser divisibles en una porción de la red y recibir la porción con la ayuda de una máscara de subred. Los 32 bits binarios se dividen en cuatro octetos (1 octeto = 8 bits). Cada octeto se convierte a decimal y se separa con un punto. Por esta razón, se dice que una dirección IP se expresa en formato decimal con puntos (por ejemplo, 172.16.81.100). El valor en cada octeto posee un rango decimal de 0 a 255 o binario de 00000000 a 11111111.

He aquí cómo se convierten los octetos binarios a decimal: La derecha la mayoría del bit, o bit menos significativo, de un octeto lleva a cabo un valor de 20. El bit apenas a la izquierda de ése lleva a cabo un valor de 21. Esto continúa hasta el bit más a la izquierda, o el bit más significativo, que lleva a cabo un valor de 27. Por lo tanto, si todos los bits son un uno, el equivalente decimal sería 255 como se muestra aquí:

1 1 1 1 1 1 1 1

128 64 32 16 8 4 2 1 (128+64+32+16+8+4+2+1=255)

He aquí una conversión de octeto de ejemplo cuando no todos los bits están establecidos en 1.

0 1 0 0 0 0 0 1

0 64 0 0 0 0 0 1 (0+64+0+0+0+0+0+1=65)

Y esta muestra muestra una dirección IP representada en el binario y el decimal.

10. 1. 23. 19 (decimal)

00001010.00000001.00010111.00010011 (binary)

Estos octetos se dividen para proporcionar un esquema de direccionamiento que puede adaptarse a redes pequeñas y grandes. Hay cinco clases diferentes de redes, A a E. Este documento se centra en las clases A al C, puesto que las clases D y E son reservadas y la discusión de ellas está fuera del alcance de este documento.

Máscaras de red

Una máscara de red ayuda a saber qué parte de la dirección identifica la red y qué parte de la dirección identifica el nodo. Las redes de la clase A, B, y C tienen máscaras predeterminadas, también conocidas como máscaras naturales, como se muestra aquí:

Class A: 255.0.0.0

Class B: 255.255.0.0

Class C: 255.255.255.0

Una dirección IP de una red de la Clase A que no se haya convertido en subred tendrá un par dirección/máscara similar a: 8.20.15.1 255.0.0.0. Para ver cómo la máscara le ayuda a identificar a las partes de la red y del nodo el direccionamiento, convierta el direccionamiento y la máscara a los números binarios.

8.20.15.1 = 00001000.00010100.00001111.00000001

255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000

Una vez que usted hace el direccionamiento y la máscara representar en el binario, después la identificación de la red y del ID del host es más fácil. Cualquier bit de dirección que tenga el bit de máscara correspondiente establecido en 1 representa la identificación de red. Cualquier bit de dirección que tenga el bit de máscara correspondiente establecido en 0 representa la identificación de nodo.

8.20.15.1 = 00001000.00010100.00001111.00000001

255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000

-----------------------------------

net id | host id

netid = 00001000 = 8

hostid = 00010100.00001111.00000001 = 20.15.1

VLSM (Máscaras de longitud variable)

Si se utiliza una máscara de subred de tamaño fijo; es decir, la misma máscara para todas las subredes, todas las subredes van a tener el mismo tamaño. Así, por ejemplo, si la subred más grande necesita 200 equipos, todas las subredes tendrán un tamaño de 254 direcciones IP (utilizando 8 bits para 8 se le asigna también una dirección de subred con 254 direcciones IP, está desperdiciando las restantes 244 direcciones. Este derroche llega al extremo en los enlaces entre nodos de la red extensa (WAN), que sólo necesitan dos direcciones IP.

Con la intención de paliar este problema, en el año 1987 surgió el estándar VLSM, Variable Length Subnet Mask (Máscara de subred con longitud variable), definido en el RFC 1009, que da soporte a subredes con máscaras de diferente longitud. Este estándar permite un direccionamiento IP más flexible. La misma máscara en toda la red divide el espacio de direcciones de manera uniforme en subredes con el mismo rango de direcciones IP. Utilizando múltiples máscaras, las subredes que se crean no tienen el mismo número de equipos, permitiendo tener una organización del espacio de direcciones más acorde con las necesidades reales, sin desaprovechar direcciones IP. En una misma red local habrá subredes con pocos equipos que tendrán pocas direcciones IP y subredes con muchos equipos que tendrán un mayor rango de direcciones IP.

El concepto básico de VLSM es muy simple: Se toma una red y se divide en subredes fijas, luego se toma una de esas subredes y se vuelve a dividir en otras subredes tomando más bits del identificador de máquina, ajustándose a la cantidad de equipos requeridos por cada segmento de la red.

Por ejemplo, si una organización usa la dirección de red 192.168.1.0/24 y se subdivide usando una máscara /26 se tendrán 4 subredes (192.168.1.0/26, 192.168.1.64/26, 192.168.1.128/26 y 192.168.1.192/26) con 26 − 2 = 62 direcciones posibles para equipos en cada subred. Suponiendo que se coge una de estas subredes (la subred 192.168.1.0/26) para direccionar un enlace entre dos routers de la red, se estarían desperdiciando 60 direcciones IP. Pero si se aplica VSLM a una de las subredes (por ejemplo, a la subred 192.168.1.0/26) y se toman otros 4 bits más para subred, la subred anterior se divide en otras 64 subredes con máscara /30 (192.168.1.0/30, 192.168.1.4/30, 192.168.1.8/30, 192.168.1.12/30, 192.168.1.16/30 y así sucesivamente hasta la 192.168.1.60/30). Cada una de estas subsubredes tiene 2 direcciones IP posibles para equipos. Cogiendo cualquiera de ellas para direccionar el enlace (por ejemplo, la 192.168.1.4/30 y aplicar las direcciones 192.168.1.5/30 y 192.168.1.6/30 a las interfaces de los routers) no se desperdicia ninguna dirección IP.

Por tanto, VLSM define una división recursiva de las direcciones (redes, subredes, subsubredes, etc.), creando una organización jerarquizada de las subredes teniendo en cuenta que:

La cantidad de divisiones que se puede hacer sólo está limitada por el número de bits disponibles en el identificador de máquina.

Las máscaras de las subredes en la parte más alta de la jerarquía tienen menos bits a 1 que las máscaras de las subredes o subsubredes en la parte más baja de la jerarquía.

Una dirección con un identificador de red extendido más largo es más específico y describe un conjunto menor de IPs que una dirección con un identificador de red extendido más corto.

Para poder usar máscaras de longitud variable VSLM se necesita un protocolo de enrutamiento que lo soporte. Para ello, el protocolo de enrutamiento debe trabajar tanto con la dirección de subred como con la máscara de subred.

Entre los protocolos de enrutamiento, RIP versión 1 e IGRP no soportan VSLM ya que estos protocolos sólo aplican dos máscaras: una para las direcciones internas y otra para las direcciones externas a la red local. En cambio, los protocolos de encaminamiento RIP versión 2, EIGRP y OSPF sí ofrecen soporte de VLSM puesto que pueden utilizar múltiples máscaras de subred ya que en sus tablas de encaminamiento, además de las direcciones IP, se indican las máscaras de subred que deben aplicarse a cada destino.

El algoritmo de encaminamiento debe aplicar siempre el identificador de red extendido más largo (máscara más restrictiva) que concuerde con la subred destino; es decir, la "ruta mayor proporcionada”.

Por ejemplo, si un router tiene las siguientes entradas en su tabla: 18.0.0.0/8, 18.64.0.0/16 y 18.64.159.0/24 y recibe un paquete con la IP destino: 18.64.159.223 deberá, entonces, aplicar la máscara /24 porque concuerda con la “ruta mayor proporcionada”: 18.64.159.0/24 (es decir, con el mayor número de bits). Pero, si el equipo con dirección IP 18.64.159.223 no está en esa subsubred física, el algoritmo de encaminamiento no llevará nunca el paquete a su destino.

Por tanto, hay que tener mucho cuidado al asignar direcciones IP a los equipos en un esquema VLSM. No se deben incluir equipos en subredes (menos específicas), cuando deberían estar en subsubredes (más específicas).

Entienda subnetting

La conexión en subredes permite crear múltiples redes lógicas que existen dentro de una red única Clase A, B o C. Si no crea una subred, solamente podrá utilizar una red de la red de Clase A, B o C, lo que es poco realista.

Cada link de datos de una red debe tener una identificación de red única, siendo cada nodo de ese link miembro de la misma red. Si divide una red principal (clase A, B, o C) en subredes menores, podrá crear una red de subredes interconectadas. Cada link de datos de esta red tendrá entonces una identificación única de red/subred. Cualquier dispositivo, o el gateway, que conecta las redes n/los redes secundarios tiene IP Addresses distintos n, uno para cada red/red secundario que interconecte.

Para la subred una red, amplía a la máscara natural con algunos de los bits de la porción del ID del host del direccionamiento para crear una identificación del red secundario por ejemplo, dada una red clase C de 204.17.5.0 que tenga una máscara natural de 255.255.255.0, usted puede crear las subredes de este modo:

204.17.5.0 - 11001100.00010001.00000101.00000000

255.255.255.224 - 11111111.11111111.11111111.11100000

--------------------------|sub|----

Extendiendo la máscara para que sea 255.255.255.224, ha tomado tres bits (indicados por "sub") de la parte original del host de la dirección y los ha utilizado para crear subredes. Con estos tres bits, es posible crear ocho subredes. Con los cinco bits de ID de host restantes, cada subred puede tener hasta 32 direcciones de host, 30 de las cuales pueden asignarse realmente a un dispositivo ya que las ID del host con todos ceros o todos unos no están permitidas (es muy importante recordar esto). Así pues, con esto en la mente, se han creado estas subredes.

204.17.5.0 255.255.255.224 host address range 1 to 30

204.17.5.32 255.255.255.224 host address range 33 to 62

204.17.5.64 255.255.255.224 host address range 65 to 94

204.17.5.96 255.255.255.224 host address range 97 to 126

204.17.5.128 255.255.255.224 host address range 129 to 158

204.17.5.160 255.255.255.224 host address range 161 to 190

204.17.5.192 255.255.255.224 host address range 193 to 222

204.17.5.224 255.255.255.224 host address range 225 to 254

Ejercicio de ejemplo 1

En este ejemplo se dan dos combinaciones de dirección/máscara, escritas con la notación prefijo/longitud, que se han asignado a dos dispositivos. Su tarea consiste en determinar si estos dispositivos están en la misma subred o en subredes diferentes. Usted puede utilizar el direccionamiento y la máscara de cada dispositivo para determinar a qué subred pertenece cada direccionamiento.

DeviceA: 172.16.17.30/20

DeviceB: 172.16.28.15/20

Determine la subred para el DeviceA:

172.16.17.30 - 10101100.00010000.00010001.00011110

255.255.240.0 - 11111111.11111111.11110000.00000000

-----------------| sub|------------

subnet = 10101100.00010000.00010000.00000000 = 172.16.16.0

Si observa los bits de dirección que tienen el bit de máscara correspondiente establecido en uno, y establece todos los demás bits de dirección en cero (el equivalente de un "AND" lógico entre la máscara y la dirección) verá a qué subred pertenece esta dirección. En este caso, DeviceA pertenece a la subred 172.16.16.0.

Determine la subred para DeviceB:

172.16.28.15 - 10101100.00010000.00011100.00001111

255.255.240.0 - 11111111.11111111.11110000.00000000

-----------------| sub|------------

subnet = 10101100.00010000.00010000.00000000 = 172.16.16.0

A partir de estas determinaciones, DeviceA y DeviceB tienen direcciones que forman parte de la misma subred