Direccionamiento de red IPv4, subnetting

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE I Chapter 6 1
Direccionamiento en
red: IPv4
Fernando Illescas
Fernando.illescasp@gmail.com

© 2006 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE 1 Chapter 6 2
Introducción
 En este capítulo, usted aprenderá a:
–Explicar la estructura del direccionamiento IP y a convertir
entre números binarios de 8 bits y números decimales.
–Clasificar por tipo una dirección IPv4 y describir cómo se utiliza
en la red.
–Explicar cómo las direcciones son asignadas a redes por los
ISP y dentro de redes por los administradores.
–Determinar la porción de red de la dirección de host y explicar
la función de la máscara de subred en la división de subredes.
–Criterios de diseño.
–Usar las utilidades comunes de comprobación para verificar la
conectividad de red y estado operativo de la stack de protocolo
IP en un host.

Estructura de una dirección IPv4
 Cada paquete posee una dirección de origen de 32 bits y una dirección
de destino de 32 bits en el encabezado de Capa 3.
 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.
 En cada dirección IPv4, alguna porción de los bits de orden superior
representa la dirección de red.
 En la Capa 3, se define una redred como un grupo de hosts con
patrones de bits idénticos en la porción de dirección de red de sus
direcciones.
 El número de bits usado en la porción del host determina el número
de hosts que podemos tener dentro de la red.
 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.

Estructura de una dirección IPv4

Conocer los números: conversión de binario a
decimal

Actividad de binario a decimal

Conocer los números: conversiones de
decimal a binario

Conversiones de decimal en binario

Tipos de direcciones IPv4
 Existen 3 tipos de direcciones:
–Dirección de red: dirección en la que se hace referencia a la red.
Esta dirección tiene un 0 para cada bit (valor más bajo) de host en
la porción de host de la dirección.
–Dirección de broadcast: dirección especial utilizada para enviar
datos a todos los hosts de la MISMA red. Los bits de la porción de
host son todos 1 (valor más alto).
–Dirección de hosts: direcciones asignadas a los dispositivos
finales de la red. Se asignan los valores entre la dirección de red
y la dirección de broadcast a los dispositivos en dicha red.

Tipos de direcciones IPv4
 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.
 ¿Cómo es posible saber cuántos bits representan la porción de red y
cuántos bits representan la porción de host?
 La red 172.16.4.0 /27;
–Cuál es su dirección de red?
–Cuantos hosts disponibles tiene?
–Cúál es su dirección de broadcast.
 La dirección de red puede permanecer igual, pero el rango de host y la
dirección de broadcast son diferentes para las diferentes longitudes de
prefijos.

Cálculo de direcciones de red, host y de
broadcast

Tráfico unicast
 Comunicación normal de host a host.
 Los paquetes unicast utilizan la dirección host del
dispositivo de destino como la dirección de destino y
pueden enrutarse a través de una internetwork.
 La dirección unicast aplicada a un dispositivo final se le
denomina dirección de host.
 Comunicaciones punto a punto o cliente/servidor.

Transmisión de broadcast
 Un paquete broadcast es recibido y procesado por todos los hosts
de la MISMA red como si se tratara de una transmisión unicast.
 La transmisión de broadcast se usa para ubicar
servicios/dispositivos especiales para los cuales no se conoce la
dirección.
 Los paquetes de broadcast normalmente están restringidos a la
red local.
 Broadcast dirigido: Se envía un broadcast dirigido a todos los
hosts en una red específica externa ejm: 172.16.4.255.
 Broadcast limitado: El broadcast limitado se usa para la
comunicación que está limitada a los hosts en la red local. Ejm:
255.255.255.255

Transmisión multicast
 Tipo de dirección que conserva el ancho de banda de la red.
 Ésta reduce el tráfico al permitir que un host envíe un único
paquete a un conjunto seleccionado de hosts.
 Con multicast, el host de origen puede enviar un único paquete
que llegue a miles de hosts de destino.
 Los clientes multicast, deben iniciar un servicio para subscribirse
al servicio multicast.
 Cada grupo multicast está representado por una sola dirección
IPv4 de destino multicast.
 Direcciones desde 224.0.0.0 a 239.255.255.255

Direcciones para diferentes propósitos
 Direcciones experimentales: Reservadas para objetivos
específicos (240.0.0.0 hasta 255.255.255.254). Su uso es
experimental y con fines de investigación.
 Direcciones multicast: 224.0.0.0 – 239.255.255.255. existen
diferentes tipos de direcciones multicast:
–Direcciones de enlace locales reservadas (224.0.0.0 a 224.0.0.255):
utilizados en redes multicast en una red local; TTL=1.
–Direcciones agrupadas globalmente (224.0.1.0 a 238.255.255.255): Se
las puede usar para transmitir datos en Internet mediante multicast
(NTP).
–Direcciones agrupadas administrativamente.
 Los hosts pueden entonces usar las direcciones;
–0.0.0.0
–223.255.255.255

Direcciones públicas y privadas
 Direcciones privadas: adignadas a host que requieren o no acceso
limitado a la red.
 Las direcciones privadas no son direccionadas en Internet.
 Los bloques de direcciones privadas son:
–10.0.0.0 a 10.255.255.255 (10.0.0.0 /8)
–172.16.0.0 a 172.31.255.255 (172.16.0.0 /12)
–192.168.0.0 a 192.168.255.255 (192.168.0.0 /16)
 Las direcciones privadas aún deben ser administradas de tal
forma que sean únicas en su entorno local.
 Traducción de direcciones de red (NAT): Se utiliza para convertir
direcciones privadas a públicas, de tal forma que sean
direccionables por la red.
 Las direcciones públicas son provistas con los ISP.

Direcciones IPv4 especiales
 Hay direcciones que no pueden ser asignadas a los hosts.
–Direcciones de red y de broadcast:
–Ruta predeterminada: la ruta 0.0.0.0 es designada como una ruta por
defecto.
–Direcciones loopback: direcciones en bucle 127.0.0.1/8. Es posible
hacer ping a la dirección de loopback para probar la configuración de
TCP/IP en el host local.
–Direcciones de enlace local (169.254.0.0 /16): direcciones asignadas
por el sistema operativo cuando no existe una configuración IP manual
o automática (DHCP).
–Direcciones TEST-NET: 192.0.2.0/24, fines de enseñanza, pueden
usarse para ejemplos de documentación y de redes.

Clases de redes antiguas

Planificación del direccionamiento de red
 Los administradores de red no deben seleccionar de forma
aleatoria las direcciones utilizadas en sus redes.
–Evitar duplicación de direcciones: Cada host debe tener una dirección
única en su entorno local.
–Proveer y controlar el acceso: el acceso a recursos críticos puede ser
controlado con direcciones de capa 3.
–Monitorear seguridad y rendimiento: se debe facilitar el monitoreo de
actividad de red mediante búsqueda de direcciones que consumen
mucho ancho de banda.

Planificación del direccionamiento de red
 ¿Cuándo aplicar direcciones privadas y dónde se deben aplicar?
–¿Habrá más dispositivos conectados a la red que direcciones públicas
asignadas por el ISP de la red?
–¿Se necesitará acceder a los dispositivos desde fuera de la red local?
–Si los dispositivos a los que se pueden asignar direcciones privadas
requieren acceso a Internet, ¿está la red capacitada para proveer el
servicio de Traducción de dirección de red (NAT)?.

Direccionamiento estático o dinámico para
dispositivos de usuario final
 Las direcciones IP pueden asignarse de manera
estática o dinámica.
 Con una asignación estática, el administrador de red
debe configurar manualmente la información de red
para un host.
 Resultan útiles para impresoras, servidores y otros
dispositivos que provocarían problemas si se cambiara
esa dirección.
 Las direcciones estáticas ofrecen mayor control de los
recursos de red.

Direccionamiento estático o dinámico para
dispositivos de usuario final
 El DHCP permite la asignación automática de
información de direccionamiento como la dirección IP,
la máscara de subred, el gateway por defecto.
 El DHCP debe tener un conjunto de direcciones las
cuales serán otorgadas a los hosts clientes.
 Se utiliza la asignación dinámica en redes grandes
donde la administración es cada vez más compleja.
 A diferencia de la asignación estática, las direcciones
otorgadas no son permanentes sino temporales

Asignación de direcciones a otros dipositivos
 Cualquier recurso de red como un servidor o una impresora debe tener
una dirección IPv4 estática.
 Los servidores y periféricos son un punto de concentración para el tráfico
de red. Un administrador de red debe poder identificar rápidamente estos
dispositivos.
 Existen dispositivos (servidores) a los cuales se puede tener acceso
desde internet, el cual debe tener una dirección de espacio público
asociada.
–El uso de NAT en un router o firewall puede incrementar la seguridad en
nuestro servidor por uso de direcciones privadas.
 Los dispositivos como hubs, switches y puntos de acceso inalámbricos no
requieren direcciones IPv4 para funcionar como dispositivos
intermediarios.
 En los dispositivos intermedios como routers y firewalls, cada interfaz se
encuentra en una red distinta.

Asignación de direcciones a otros dipositivos

¿Quién asigna las diferentes direcciones?

Proveedores de servicios de internet
 Para poder acceder al Internet, se requieren los servicios de un ISP.
 Los servicios que puede proveer un ISP son, WWW, mail, DNS, etc.
 ISP nivel 1: Grandes proveedores de Internet, conectados
directamente al Backbone. Servicios muy confiables y alta
velocidad, costo elevado.
 ISP nivel 2: clientes empresariales, ofrecen mejores servicios de TI,
para tener servicios propios de DNS, sus propios servidores, VoIP,
etc. Menos confiables que ISP nivel 1.
 ISP nivel 3: proveedores de Internet a pequeñas empresas o
domicilios. Principal requerimiento es la conectividad y soporte.

Descripción de IPv6
 Crear mayores capacidades de direccionamiento fue la motivación
inicial para el desarrollo de este nuevo protocolo.
–Manejo mejorado de paquetes
–Escalabilidad y longevidad mejoradas
–Mecanismos QoS (Calidad del Servicio)
–Seguridad integrada
 Direccionamiento jerárquico de 128 bits: para expandir las
capacidades de direccionamiento
 Simplificación del formato de encabezado: para mejorar el manejo
de paquetes
 Soporte mejorado para extensiones y opciones: para
escabilidad/longevidad mejoradas y manejo mejorado de
paquetes
 Capacidad de rotulado de flujo: como mecanismos QoS
 Capacidades de autenticación y privacidad: para integrar la
seguridad

 Se han desarrollado nuevos protocolos en varias capas del stack
para admitir este nuevo protocolo y su nuevo tamaño de
cabecera.
–Protocolo de mensajería ICMP v6
–Nuevos protocolos de enrutamiento
 Está pensado en la escalabilidad, años de crecimiento de la
Internet.
 Enlaces:
–IPv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc2460.txt?number=2460
–direccionamiento IPv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc3513.txt?number=3513
–seguridad IPv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc2401.txt?number=2401
–ICMPv6: http://www.ietf.org/rfc/rfc4443.txt?number=4443

Máscara de subred: definición de las
porciones de red y de host
 El prefijo es un número que determina
cuantos bits de la dirección se utilizarán
para la parte de red.
 En la máscara de subred, cada bit=1
representa la porción de red. Cada bit=0
representa la porción de hosts.
 El prefijo y la Mascara de subred
representan lo mismo.
Patrones
utilizados en cada
octeto

Lógica AND – Qué hay en nuestra red?
 Al momento de enviar un paquete a través de redes, los routers
toman en cuenta únicamente la red a la que está destinado el
paquete.
 Se aplica la lógica AND a la dirección host IPv4 y a su máscara de
subred para determinar la dirección de red a la cual se asocia el
host.
 (Dirección IP) AND (Máscara de subred) = dirección de red.
 Los routers aplican AND para encontrar coincidencias en sus
tablas de enrutamiento.
 Con la aplicación de AND, un host puede saber si el paquete a
enviar esta dentro de su propia red.
 El estudio y entendimiento de la matemática binaria en modos de
direccionamiento es útil para el diseño de redes.
 Nota: No se permite el uso de calculadoras de ningún tipo duranteNota: No se permite el uso de calculadoras de ningún tipo durante
los exámenes de certificación.los exámenes de certificación.

Principio de división de subredes
 A partir de un solo bloque de direcciones, podemos obtener varias
subredes.
–Esto se logra tomando prestados bits de la porción de hosts para
hacerlos porción de red.
–Por cada bit tomado prestado, se duplica el número de subredes
disponibles para ese bloque de direcciones.
 2^n = número de subredes disponibles.
–n=número de bits prestados de la porción de hosts.
 2^n -2= número total de hosts disponibles en una subred con n = #
bits de la porción de hosts

 Se requiere obtener 3 subredes a partir de 192.168.1.0/24
 N=2 bits prestados, por lo tanto 4 subredes disponibles con 62 hosts c/u.
v

 Esquema de direccionamiento con 6 subredes.
 Red 192.168.1.0 /24

División en subredes. Tamaño adecuado
 Diseño de subredes:
1. Cantidad total de hosts: Tipo de dirección que se utilizará para
albergar a todos los dispositivos de la red corporativa.
2. Cantidad y el tamaño de las redes: Agrupación de hosts según
ubicación, aplicaciones y propiedades comunes.
3. Asignación de direcciones: Designación de direcciones y
prefijos a partir del bloque de direcciones del punto 1.

División en subredes. Tamaño adecuado

División de subredes – subdivisión de una red
 La subdivisión en redes (máscara de subred variable VLSM), maximiza la
eficiencia del direccionamiento.
 Si el criterio para variar la máscara de subred solo se basara en el número
de redes que se necesita o un armado standar, existiría demasiado
desperdicio de direcciones IP.

 Podemos tomar el direccionamiento desde otro punto de vista,
desde el número de hosts requeridos.
–AtlantaHQ 58 direcciones de host
–PerthHQ 26 direcciones de host
–SydneyHQ 10 direcciones de host
–CorpusHQ 10 direccciones de host
–Enlaces WAN 2 direcciones de host (cada una)

Basado en # de hosts en una ubicación geográfica
común

Cuadro de VLSM

Ping 127.0.0.1 prueba del stack local
 Ping es una utilidad para probar conectividad y disponibilidad de
los hosts.
 Utiliza el protocolo de mensajes de control de internet (ICMP).
 Es usado como medida de rendimiento de la red ya que muestra
el tiempo de ida y vuelta del paquete.
 La prueba de la configuración interna del IP en el host local se
realiza mediante el ping a la dirección 127.0.0.1.
–No refleja la configuración de DNS ni de DHCP en lo absoluto, es una
prueba de funcionamiento de capa 3.

Ping de gateway – prueba de conectividad
local
 Para probar la conectividad local, es útil hacer ping a la dirección
del gateway por defecto porque es una interfaz que siempre está
en funcionamiento.
 Si el ping al gateway falla pero ping a otro host conocido si
responde, la configuración del router o la dirección de gateway
deben ser revisadas.
 Si no existe ping a ningún host, se debe revisar la parte de
direccionamiento.
 Un ping puede no responder a pesar que si existe conectividad y
el direccionamiento es correcto
–Esto se debe a que puede existir un firewall levantado en el dispositivo
al que se quiere hacer referencia el cual no permite el paso de
paquetes ICMP.

Prueba de conectividad con una LAN remota

Traceroute (tracert) prueba de la ruta
 Ping es una utilidad que muestra conectividad y disponibilidad entre
hosts.
 Tracert muestra la ruta completa hasta un destino remoto.
 Este comando es utilizado para la resolución de problemas. Si la
ruta final es mostrada con éxito, las interfaces de los routers y las
LAN´s extremas funcionan correctamente.
 De lo contrario con el Tracert podemos ver cual fue el último router
que reenvia paquetes y ver exactamente el origen de la falla o las
restricciones de seguridad.
 RTT: tiempo que tarda un paquete en cada salto en llegar al host
remoto y regresar. ( * significa la pérdida de un paquete).
 TTL se utiliza para limitar el número de saltos que dan los paquetes
antes de llegar a su destino.

ICMP v4
 ICMP pueden mostrar mensajes de error en el protocolo IP.
 Generalmente ICMP es bloqueado por cuestiones de seguridad.
 ICMP usa los servicios del protocolo IP como si fuera un protocolo
de mayor nivel.
 Confirmación de un host: Cuando el host remoto responde con un
eco correctamente.
 Destino o servicio inalcanzable: se utiliza cuando el router o un
host no puede enviar un paquete por los siguientes motivos:
–0= red inalcanzable (cuando el router no posee una ruta para el
paquete).
–1= host inalcanzable (cuando el router tiene la ruta conectada pero no
puede conectarse con el host destino) .
–2=protocolo inalcanzable (cuando el segmento o datagrama no pudo
ser enviado al servicio de capa superior o el servicio no estuvo
disponible).
–3= puertro inalcanzable.

ICMP v4
 Tiempo superado: Cuando un router se topa con un
paquete cuyo TTL=1 y lo disminuye a 0, se descarta el
paquete.
 Redireccionamiento de ruta: Los routers utilizan
mensajes ICMP para informar a otros routers a cerca
de una mejor ruta hacia un destino.
 Disminución de velocidad de origen: es utilizado para o
pedirle al origen que deje de enviar paquetes por un
tiempo en caso que el buffer de un router se quede
corto para el procesamiento de paquetes.
–La capa de transporte se entera de esta solicitud y toma
medidas para controlar el flujo de datos (tamaño de ventanas)

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