martes, 19 de febrero de 2013

Direccionamiento IPv4

Direccionamiento IP (IP addressing)
Para el funcionamiento de una red, todos sus dispositivos requieren una dirección IP única: La dirección MAC. Las direcciones IP están construidas de dos partes: el identificador de red (ID network) y el identificador del dispositivo (ID host). Por Host entenderemos que es cualquier dispositivo que tiene asignado una dirección IP.
El sistema de direccionamiento IP consiste de números binarios de 32 bits. Estos números binarios, para su comprensión, están separados en 4 octetos (bytes) y se pueden representar también en forma decimal separados por puntos cada byte.
209.206.202.64
es un ejemplo de una dirección IP
La misma dirección en binario sería la siguiente:
11010001.11001110.11001010.01000000
Cada uno de los números representa 8 bits de la dirección, lo cual significa que cada valor puede ser un numero entre 0 (00000000) y 255 (11111111) (8 bits proveen 256 combinaciones posibles).
Clases de direcciones IP
 Te preguntaras que tanto de una dirección IP representa la red (ID network)y que tanto representa el host (Id host). La respuesta depende del tipo de dirección que tengas. Existen tres tipos de direcciones: Clase A, Clase B y Clase C.
La principal diferencia entre estos tres tipos principales de dirección deriva en el número de octetos usados para identificar la red.
  • La clase A utiliza sólo el primer octeto para identificar la red, dejando los 3 octetos (24 bits) restantes para identificar el host. La clase A es utilizada para grandes corporaciones internacionales (e.g. carriers como AT&T, IBM, GM,..) ya que provee 16,777,214 (224-2) direcciones IP para los hosts, pero está limitada a sólo 127 redes de clase A.
  • La clase B utiliza los primeros dos octetos para identificar la red, dejando los 16 bits restantes (2 octetos) para el host. La clase B es utilizada por grandew compañías que necesitan un gran número de nodos (e.g. universidades, GM, FORD, ..). Los 2 octetos le dan cabida a 16,384 redes supliendo todas ellas un total de 65,534 (216-2) direcciones IP para los hosts.
  • La clase C usa los primeros 3 octetos para el identificador de red, dejando los 8 bits restantes para el host. La clase C es utilizada por pequeñas redes, que suman un total de 2,097,152 redes con un máximo de 254 (28-2) hosts cada una.
¿Porqué se le resta un 2 a la formula? 2n-2 = número de host/redes
donde n es el número de bits
El 2 significa que se esta reservando un lugar para la dirección de subred y el restante para la dirección de broadcast. Siempre será la primer dirección IP para la subred y la última dirección IP para efectos de broadcast. La siguiente dirección IP seguida de la dirección de subred generalmente se asigna al enrutador o default gateway.
Dirección IP Clase A
Network Host Host Host
1er. Octeto 2do. Octeto 3er. Octeto 4to. Octeto
Dirección IP Clase B
Network Network Host Host
Dirección IP Clase C
Network Network Network Host



Tabla 1. Clases de direcciones IP
Clases Rango del 1er octeto Número de redes Número de hosts Ejemplo
A 1-126 127 16,777,214 10.15.121.5
B 128-191 16,384 65,534 130.13.44.52
C 192-223 2,097,152 254 200.15.23.8
Que paso con la red 127 de la Clase A? bueno, pues la red 127.x.x.x está reservada para pruebas de diagnóstico conocidas como loopback (ida y regreso), el cual permite a las computadoras enviarse a ellas mismas un paquete sin afectar el ancho de banda de la red. También existen una clase D y una clase E. La clase D es usada para multicast de grupos de datos de una determinada aplicación o servicio de un servidor. La clase E está reservada para usos experimentales.
Máscaras de subred (subnet mask)
Otro aspecto del direccionamiento IP que es muy importante para saber como el direccionamiento IP opera es el uso de las máscaras de subred (subnet masks).
La subnet mask para una dirección IP en particular es utilizada por los enrutadores para resolver que parte de la dirección IP provee la dirección de red y que parte provee la dirección del host.

Tabla 2. Mascaras segun la Clase
Clase Máscara de subred
A 255.0.0.0
B 255.255.0.0
C 255.255.255.0


La gran pregunta es como el enrutador utiliza la máscara de subred para determinar que parte de una dirección IP se refiere a la dirección de red. Las direcciones IP y la mascara de red son vistas por el enrutador en formato binario. Los bits de la subred y los bits correspondientes de la dirección IP se les aplica un AND lógico. Cuando los dos bits correspondientes son 1s el resultado es 1, en caso contrario es 0 [ver tabla 3].
Tabla 3. Tabla de verdad del AND
A B A AND B
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1

Ejemplo 1: Dirección IP 180.20.5.9
Subnet mask 255.255.0.0

Host address
180.20.5.9 		10110100 00010100 00000101 00001001
Mascara subred
255.255.0.0 		11111111 11111111 00000000 00000000 AND
Subred
180.20.0.0 		10110100 00010100 00000000 00000000
Broadcast
180.20.255.255 		10110100 00010100 11111111 11111111
Primer host
180.20.0.1 		10110100 00010100 00000000 00000001
Ultimo host
180.20.255.254 		10110100 00010100 11111111 11111110
La dirección de red resultante de 180.20.5.9 AND 255.255.0.0 es 180.20.0.0 (según las reglas del AND de la tabla 3)
10110100 00010100 00000101 00001001 (180.20.5.9)
11111111 11111111 00000000 00000000 (255.255.0.0)
10110100 00010100 00000000 00000000 (180.20.0.0)


Tabla 4. Valor decimal de las posiciones de bits
128 64 32 16 8 4 2 1 Valor decimal
1 0 0 0 0 0 0 0 128
1 1 0 0 0 0 0 0 192
1 1 1 0 0 0 0 0 224
1 1 1 1 0 0 0 0 240
1 1 1 1 1 0 0 0 248
1 1 1 1 1 1 0 0 252
1 1 1 1 1 1 1 0 254
1 1 1 1 1 1 1 1 255
Calculando una subred
En el siguiente ejemplo vamos a calcular la dirección de subred con una máscara 255.255.255 .192 y una dirección IP de un host 172.16.2.160. El .192 de la máscara es el número binario 11 000000. Esto nos permite 6 bits (los 6 0s) para alojar la cantidad de hosts. Es decir podemos tener como máximo 26-2 hosts= 64-2= 62 hosts posibles. Haciendo un AND a la dirección 172.16.2.160 con las mascara 255.255.255.192 nos da como resultado la dirección de la subred, es decir 172.16.2 .128 . El cuarto octeto .128 es equivalente a 10 000000 en binario.
Esto significa que el primer host sera el 10 000001 o sea 172.16.2 .129 , el último host será el 10 111110 o sea el 172.16.2 .190. Por último, la dirección para el broadcast siempre es la última de ese rango, es decir (del cuarto octecto) la 10 111111 que es equivalente en decimal a la 172.16.2 .191 .
Tabla 5. Ejemplo 1 de direccionamiento IP
1er octeto 2do. Octeto 3er. octecto 4to. octeto
172.16.2.160 10101100 00010000 00000010 10100000 host
255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11 000000 mascara
172.16.2.128 10101100 00010000 00000010 10 000000 subred
172.16.2.191 10101100 00010000 00000010 10 111111 broadcast
172.16.2.129 10101100 00010000 00000010 10 000001 1er. Host
172.16.2.190 10101100 00010000 00000010 10 111110 Último host
O sea que el rango de direcciones tomando como base o ejemplo la dirección 172.16.2.160 es del 172.16.2 .128 a la 172.16.2 .191 , pero la primer dirección IP está reservada para la dirección de subred ( .128 ) y la última para la dirección de broadcast ( .191 ), el resto entre ellas la pueden utilizar los hosts restantes( de la .129 a la .190 ), es decir 26-2 = 61 hosts posibles.
En resumen la mascara nos ayuda para saber el número de hosts posibles en una red, determinando la dirección de la subred, la dirección broadcast y las direcciones disponibles de los hosts restantes.
Otra forma para representar las mascaras es con el numero de 1s, por ejemplo la mascara 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000), tiene 24 unos (1s).
Entonces el ejemplo anterior se representaría como
172.16.2.160/24 .
El /24 es el número de 1s de la máscara 255.255.255.192 1111111.11111111.11111111.11 000000.


Ejemplo 2:
IP host 100.231177.35
Mascara 255.255.255.192
Calcular la direccion de subred, broadcast, primer y ultimo host, y los hosts disponibles
Tabla 6. Ejemplo 2 de direccionamiento IP
1er octeto 2do. Octeto 3er. octecto 4to. Octeto
100.231177.35 01100100 11110111 10110001 00100011 host
255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11 000000 mascara
100.231177.0 01100100 11110111 10110001 00 000000 subred
100.231177.63 01100100 11110111 10110001 00 111111 broadcast
100.231177.1 01100100 11110111 10110001 00 000001 1er. Host
100.231177.62 01100100 11110111 10110001 00 111110 Último host
El número de hosts = 26-2= 62 hosts disponibles


Ejemplo 3:
IP host 100.231152.146
Mascara 255.255.255.192
Calcular la direccion de subred, broadcast, primer y ultimo host, y los hosts disponibles

Tabla 7. Ejemplo 3 de direccionamiento IP
1er octeto 2do. Octeto 3er. octecto 4to. Octeto
100.231152.146 01100100 11110111 10011000 10010010 host
255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11 000000 mascara
100.231152.128 01100100 11110111 10011000 10 000000 subred
100.231152.191 01100100 11110111 10011000 10 111111 broadcast
100.231152.129 01100100 11110111 10011000 10 000001 1er. Host
100.231152.190 01100100 11110111 10011000 10 111110 Último host
El número de hosts = 26-2= 62 hosts disponibles
Ejemplo 4:
Calcular la máscara de subred, primer y ultimo host, broadcast y el número de subredes disponibles.
Subred 100.252.12.0 con un máximo de 26 hosts

Aplicando la formula 2n-2
Si n=5 25-2 = 32-2 = 30 hosts, lo cual esta dentro de ese rango
No podemos poner n=4, ya que nos darian 14 hosts y no nos alcanzaria completar los 26 hosts que se nos piden. Por tal motivo utilizamos 5 bits [del cuarto octeto] para completar los 26 hosts entonces nuestra máscara sería.
11111111.11111111.11111111.111 00000
equivalente a 255.255.255.224

Tabla 8. Ejemplo 4 de direccionamiento IP
1er octeto 2do. Octeto 3er. octecto 4to. Octeto
255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 111 00000 mascara
100.252.12.0 01100100 11111100 00001100 000 00000 subred
100.252.12.31 01100100 11111100 00001100 000 11111 broadcast
100.252.12.1 01100100 11111100 00001100 000 00001 1er. Host
100.252.12.30 01100100 11111100 00001100 000 11110 Último host
a la/s
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