Subnetting / ¿Qué debo saber antes de hacer el proceso de subneteo en IPv4?
El tema de división de redes, es fundamental para mejorar el rendimiento de una LAN, dándole calidad a los servicios. Una de las actividades principales a la hora de una planificación de red, es el proceso de creación de redes lógicas, dependiendo del direccionamiento que maneje la organización donde se trabaje. En algunos casos, incluso, si no existe un previo plan de trabajo, el administrador debe formularlo desde cero (“0”). Es por ello, que el conocimiento en el proceso denominado: Subnetting o subneteo es importante, a pesar que actualmente encontramos calculadoras de subnettting en muchos sitios de Internet.
Este tipo de actividad, no es complejo, pero si algo difícil de entender, por lo cual se debe prestar la atención debida; para que, llegado el momento de realizarlo, la lógica sea quien desarrolle el problema. Este Artículo, brinda los conceptos y conocimientos necesarios para el proceso de Subnetting para IPv4, y así, en los próximos Post atender simulaciones de las tres clases de direcciones principales, además del tema de IPv6.
Planificación Lógica de una Red IPv4
Las Direcciones IP
La gran ventaja de las redes e incluso del mismo Internet, es el poder llevar información de un punto a otro dentro de un área geográfica pequeña, como un campus, o extensa, como países o incluso el espacio, recordemos que hay muchos proyectos, como el llamado: Proyecto Tierra – Luna o Tierra – Marte. Para todo ello, se requiere de algo llamado direccionamiento lógico, formado por varias direcciones, que al igual que un número telefónico, permiten establecer un proceso de comunicación entre dos o más nodos.
Estas direcciones son llamadas Direcciones IP, y son el punto de inicio de la comunicación, debido a que poseen el direccionamiento lógico que permite el tráfico de datos por las diferentes redes que se encuentran en la ruta hasta su destino. Pero, no es tan sencillo, ya que este proceso requiere de muchos cálculos y equipos que permiten hacer el proceso. Iniciando éste, desde donde se realiza la solicitud de conexión, técnicamente llamado Dispositivo de Origen, hasta llegar al que hace la función de servidor, denominado Dispositivo de Destino.
Las Direcciones IP, son números representados por cuatro (4) valores decimales separados por puntos, denominado formato de numeración decimal puntada. Pero en realidad es una cadena de 32 números binarios, que, al ser separados y convertidos al formato decimal, se facilita su interpretación. Cada grupo de 8 bit representa un número decimal en la cadena, por lo que es llamado octeto. Un ejemplo de este formato, se muestra en la Figura 1, donde 192.168.1.10, es la dirección IP y los números debajo, son su equivalente binario.
Figura 1. Representación de una Dirección IP y su equivalente binario (Imagen del Autor)
Máscaras de Subred
Otro elemento importante en el proceso de comunicación es el enmascaramiento, o máscara de subred, la cual, para un usuario común es transparente, he incluso, muchas veces sin sentido; ¿para qué sirve?, se preguntan, si al colocar la IP, se ajusta de forma automática en los dispositivos. La máscara, según convenciones realizadas durante el nacimiento de las redes, se ajustaron a varias clases, que les indican a los dispositivos la dirección de red a la cual pertenecen e incluso el número de host que pueden poseer. La Figura 2, muestra la pantalla de configuración de una interfaz en el sistema operativo Windows 10.
Figura 2. Ventanas de configuración de la Dirección IP en Windows 10 (Imagen del Autor)
La Máscara de Subred permite dividir a una Dirección IP en dos porciones, éstas son red y host, que son las que representan al direccionamiento y el número asignado a los dispositivos. La Figura 3, muestra la separación de las porciones y la representación en binario de una Máscara de Subred. De igual forma se puede observar una línea que representa el punto de separación, a causa del enmascaramiento.
Figura 3. Cálculo de la Dirección de Red, usando la Máscara de Subred (Imagen del Autor)
La Máscara de Subred es la representación de un número de 32 bits, como la Dirección IP, pero formada por una cantidad de 1 o 0 seguidos, es decir, que no existen valores opuestos intercalados, un grupo inicia con un 1 y termina con un 1, igual los 0. Los 1 binarios representan la porción de red, mientras que los 0 representan a la porción de hosts; por ejemplo, una máscara 255.255.255.0, indica que los tres primeros octetos representan a la red.
Los dispositivos de red, usan la máscara para calcular la red a la que pertenecen, mediante una operación lógica AND, entre la Dirección IP y la Máscara de Subred, dando como resultado la Dirección de Red.
Dirección con Clase y sin Clase
En el pasado todos los direccionamientos eran desarrollados usando las clases, por lo que no se requería de subdividir las redes, la cantidad de dispositivos que existían en el momento era poco. Actualmente, la metodología es otra, debido al crecimiento exponencial que han sufrido los equipos que se conectan, requiriéndose una mayor cantidad, o de redes lógicas, o dispositivos en una red.
Dirección Con Clase
Cuando se habla de una dirección con clase, quiere decir que se está usando el método antiguo, donde las redes escogidas tenían que cumplir con una serie de parámetros establecidos y de ahí, el Administrador no podía salir, debido a que los sistemas operativos, tanto de los dispositivos, como de los equipos intermediarios ya se configuraban para ello.
Las clases se identifican de dos formas, una por el primer octeto, donde las primeras posiciones de la cadena de 32 bits las representan, y, la otra, por la máscara de subred que usan. Las clases conocidas son cisco (5) y se denotan con las letras del alfabeto, desde la A hasta la E, donde las tres primeras son las que estaremos estudiando, por ser ellas, las que tienen rango dentro de las redes privadas. Cuando la cadena de 32 bits inicia con cero (0) en el primer octeto, se dice que es una dirección de Clase A (Vea en la Figura 4), siendo su rango de 1.0.0.0 hasta 127.255.255.255.255; para la Clase B, el primer octeto inicia con 10 en binario, dando como resultado un rango que va desde 128.0.0.0 hasta 191.255.255.255; y, por último, la Clase C, inicia con 110, en la cadena de 32 bits, con el rango 192.0.0.0 hasta 223.255.255.255. La Figura 4, ejemplifica mejor el contexto.
Figura 4. Representación de las clases privadas por su primer octeto, mostrando la porción de red y de host, además de los rangos (Imagen de Autor)
Cuando los dispositivos evalúan el primer octeto y determinan la clase a la que pertenece la red configurada, colocan la máscara correspondiente. Donde, si la red es de Clase A, la máscara de subred es 255.0.0.0, indicando que el primer octeto de la Dirección IP corresponde a las redes y los otros 3 últimos corresponden a los hosts; si es de Clase B, será 255.255.0.0, correspondiente a los dos primeros octetos para las redes y los dos últimos para los hosts, y, si es de Clase C, será 255.255.255.0, donde los 3 primeros octetos son para las redes y el último para los hosts.
La Figura 5, corresponde al enmascaramiento de Clase A, donde se puede notar que el primer grupo de 8 bits de la cadena total están en 1 y los próximos 24 están en 0. Es de recordar, como se indica en la Figura 4, el primer bit de las Direcciones IP de ésta clase es cero (0), empezando de ahí su rango. El direccionamiento de Clase A puede brindar 128 redes, que es el resultado de calcular 2^7=128; dos, que es la base binaria y 7, los 7 bits del primer octeto, debido a que el bit número uno se usa para identificar a la clase. En cuanto a la cantidad de hosts, sería de 16.777.214 por cada red, dato que proviene de calcular 2^24-2, dos de la base y 24 bits de la porción hosts. El dos que resta, significa que cuando se calculan los hosts, siempre se eliminan la dirección de red y la de difusión (broadcast), ya que no se pueden usar para los dispositivos de la red, están reservados en IPv4.
Figura 5. Representación de una máscara de subred de Clase A (Imagen de Autor)
La Clase B, tiene en sus Direcciones IP, los bits iniciales del primero octeto fijos en 10, por lo que al hacer el cálculo de redes el número de bits usados para red es 14, dando 2^14=16.384 redes, mientras que para los hosts daría 65.534, debido a que la fórmula queda 2^16-2.
Figura 6. Representación de una máscara de subred de Clase B (Imagen de Autor)
En cuanto a la Clase C, siendo la más común, brindará valores que un usuario básico puede reconocer, y son, que, para las redes, se cuenta con 21 bits, y para los hosts con 8. El resultado es que podemos tener 2.097.152 redes, con 254 hosts en cada una, las fórmulas utilizadas serían, para las redes 2^21 y para los hosts 2^8-2.
Figura 7. Representación de una máscara de subred de Clase C (Imagen de Autor)
Dirección Sin Clase
El direccionamiento con clase que se usaba en las redes, no todo el tiempo cumplía con las necesidades, dando como resultado un derroche alto de direcciones IP. Este mal uso del espectro de direcciones, provocó el agotamiento de éstas, a tal punto que, para poder resolver los problemas, a finales de los noventa el modelo con clase fue abandonado. Aun se ven restos de éste proyecto en los sistemas operativos actuales, que al poner una dirección IP que cumple con las condiciones de alguna de las clases, se evalúan los primeros bits del primer octeto y se brinda de forma automática la máscara de subred.
Las Direcciones sin Clase, son una mejora del direccionamiento con clase, consistiendo en que se escoge un direccionamiento cualquiera, dependiendo de la red, y luego se toman bits prestados a la derecha de la porción de red, en la porción de host. Este proceso se realiza para subdividir aún más las redes y optimizar la perdida de direcciones, permitiendo usar una Clase A o B, como si fuera una Clase C. Es decir, el direccionamiento sin clase, es cuando se rompe el estilo de las clases antiguas, donde se debía mantener un formato establecido, cambiándole la máscara de subred por la de otra clase o creando máscaras de subred fuera de las normas ya conocidas, pidiendo los bits necesarios, en la porción de host, hasta obtener un número de hosts adecuado, para la cantidad de dispositivos con que se cuente, ya sea en el momento o a futuro.
Longitud de Prefijo
La Longitud de Prefijo, es otro concepto importante a la hora del subneteo, siendo una forma más simple de representar a la máscara. Consiste en contar la cantidad de 1 en la cadena de 32 bits de la máscara de subred y colocar el resultado al final de la dirección IP, separando los dos números por una barra, a esto se le da el nombre de formato de barra inclinada. Por ejemplo, si se cuenta con la máscara de red 255.255.255.0, ésta es formada por los primeros 24 bits con valor 1: 11111111.11111111.11111111.00000000, por lo que su longitud de prefijo es: /24, siendo el compañero de la dirección IP, de esta forma: 192.168.1.10/24. La Tabla anexa, muestra claramente la Longitud del Prefijo, para varias máscaras.
Máscara de Subred
| Decimal | Binario | Longitud de Prefijo |
|---|---|---|
| 255.0.0.0 | 11111111 00000000 00000000 00000000 | /8 |
| 255.255.0.0 | 11111111 11111111 00000000 00000000 | /16 |
| 255.255.255.0 | 11111111 11111111 11111111 00000000 | /24 |
| 255.255.255.128 | 11111111 11111111 11111111 10000000 | /25 |
| 255.255.255.192 | 11111111 11111111 11111111 11000000 | /26 |
| 255.255.255.224 | 11111111 11111111 11111111 11100000 | /27 |
| 255.255.255.240 | 11111111 11111111 11111111 11110000 | /28 |
| 255.255.255.248 | 11111111 11111111 11111111 11111000 | /29 |
| 255.255.255.252 | 11111111 11111111 11111111 11111100 | /30 |
La máscara de subred 255.255.255.252, es la máxima división que se puede hacer en subredes, debido a que, al hacer el cálculo, brinda sólo dos (2) direcciones de hosts posibles en la red (2^2-2=2). Si se pidiera otro bit prestado en la porción de host, dando un /31, no existirían direcciones de host posibles (2^1-2=0).
Subnetting en los límites del octeto
Cuando se trabaja con las Clases A y B, se puede hacer un subnetting especial, el cual permite usar los octetos intercalados. La Clase A, usa el segundo y tercero octeto para este propósito, mientras que el cuarto octeto se usa para los dispositivos de la red. En la Clase B, se usa el tercer octeto, dejando igual, el cuarto octeto para los dispositivos de la red. En la Figura 8 y 9, se puede observar la división de redes usando esta metodología para la Clase A y la Clase B, donde todas las subredes tendrían una cantidad igual de direcciones de hosts, debido a que, al usar el último octeto para hosts, se generan 254 dirección utilizables en la red, pero en cuanto a la cantidad de redes y subredes los datos cambian, como se puede observar en los cálculos de las imágenes.
Figura 8. Subneting en el límite del octeto para la Clase A, con sus cálculos (Imagen de Autor)
Figura 9. Subneting en el límite del octeto para la Clase A, con sus cálculos (Imagen de Autor)
Redes Privadas y Públicas
Existen dos tipos de direcciones, las direcciones privadas, que son las que interesan en este artículo, y las direcciones públicas, que de igual forma son importantes, pero no entran en el contexto de las redes LAN, se enfocan en las direcciones usadas por los proveedores de Internet. Es decir, las Direcciones IP Públicas, son las direcciones usadas de forma externa en las redes, y las que brinda Proveedor de Servicios de Internet (ISP). Para una empresa pequeña u oficina en casa, con un modelo SOHO (Small Office – Home Office), se podría contar con una sola IP pública, que es la que se obtiene desde fuera y brida Internet.
Las redes SOHO, normalmente, usan un Router de Sistema Integrado (ISR), que recibe la Dirección IP Pública y la comparte con un grupo de direcciones, que el mismo ISR, genera, llamadas Direcciones IP Privadas. Este dispositivo traduce las direcciones a través de un método llamado NAT (traducción de direcciones de red), que es quien permite hacer el uso de una única dirección pública, por muchas direcciones privadas.
Las Direcciones IP Privadas, tienen un rango especial y no son enrutables hacia Internet, por lo cual a la hora de planificar redes LAN, deben ser usadas. Las Direcciones fuera de estos rangos tienen otras categorías o son Direcciones Públicas. A continuación, se muestran los rangos de direcciones privas por cada una de las clases utilizadas en redes privadas.
Direcciones privadas:
| Clase | Red | Rango de la porción de host |
|---|---|---|
| A | 10.0.0.0/8 | 10.0.0.0 a 10.255.255.255 |
| B | 172.16.0.0/12 | 172.16.0.0 a 172.31.255.255 |
| C | 192.168.0.0/16 | 192.168.0.0 a 192.168.255.255 |
En Conclusión
El direccionamiento IP, es el encargado de enrutar el tráfico de datos a través de las redes privadas y públicas, creando la comunicación entre dispositivos. Este proceso se hace normalmente, mediante el modelo cliente-servidor, donde existe un dispositivo que solicita el servicio, llamado origen, y, otro u otros, llamados destino. Cuando se habla de las direcciones IP y del enrutamiento, se habla de la Capa de Red del Modelo de Referencias OSI o la Capa de Internet en el Modelo de Protocolos TCP/lP, considerando este aspecto de la comunicación, como un servicio de mejor esfuerzo, debido a que no se monitorea el recorrido de la información.
El direccionamiento tiene dos partes fundamentales, la porción de red y la de host, las cuales se identifican por medio de la máscara de red. Para ello se utilizaban las clases anteriormente, donde las más comunes son, las Clases A, B y C, que determinan cuales octetos se usan para el enmascaramiento. Proceso que le indicaba a los dispositivos cual era la dirección de red. Actualmente, la máscara es variable, porque permite un mejor control de los hosts. Para calcular la red y las subredes, se desarrolla un cálculo lógico, a través de un AND, separando las dos porciones, que son los indicadores necesarios para enviar los mensajes.
El direccionamiento lógico tiene sus ventajas, por ser él, quien determina la cantidad de host y redes que se puede tener en una única red física. Mientras menos dispositivos se puedan agrupar lógicamente, la red será más eficiente. Dependiendo del Subnetting, los mensajes de difusión serán mayores o menores, siendo el uso de la máscara el elemento fundamental para que este tráfico repercuta en todos los dispositivos. El uso de la máscara de red y las direcciones IP, es un tema fundamental para un profesional de redes.
Referencias:
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Por: @fregonzalez
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Excelente post @fregonzalez, les dejaré unos tips para calcular la dirección de red, dada una IP Y Mascara.
Si tenemos Una dirección IP y una máscara, se puede calcular la dirección de Red mediante la operación lógica AND que mencionas en tu post, solo debemos convertir la dirección IP y Mascara a binario para luego realizar la operación AND, Ejemplo:
Tenemos la IP 172.16.33.100 con Mascara 255.255.240.0 y deseamos calcular la dirección de red:
Luego convertimos el resultado de la operación a decimal: 172.16.32.0
Y listo ya calculamos la dirección de RED.
Gracias amigo @alepaez,
La finalidad de obtener la red, es permitir calcular el resto de direcciones. De ahí se calcularía, la primera dirección utilizable, la última e incluso, la dirección de difusión.
En próximos artículos escribiré sobre esos temas.
Muy buen "post" me gusta mucho la manera en que haces una introducción detallada para que sea del manejo de todo publico y asi poder ser entendido más facilmente. Excelente! Saludos.
Pues si! los Post que se colocan en la plataforma de Steemit deben ser explícitos y simples, por lo que he notado, no hay mucho material técnico y hay que redactar con cautela, para que el publica sea mayor. Gracias por tu apoyo!!!
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