Direccionamiento IPv4 y Subredes

Redes Domésticas y PyMES

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y Subredes

Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología Ingeniería en Telemática

Ingeniería en Telemática

4° semestre



Clave:

22142525 / 21142424

Universidad Abierta y a Distancia de México



Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología Ingeniería en Telemática 1

índice

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y Subredes ........................................................................................ 2

Presentación de la unidad .................................................................................................................. 2

Temario de la unidad .......................................................................................................................... 4

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y subredes ..................................................................................... 4

Tema 1.1.Subredes con clase (classful) ............................................................................................. 4

Actividad 1. Conversiones numéricas ................................................................................................. 5

Actividad 2. Identificación del tipo de dirección IP .............................................................................. 6

Actividad 3. Identificación de clases IP ............................................................................................... 7

Actividad 4. Esquematización de una red ........................................................................................... 9

Tema 1.2. Subredes sin clase (classless) .......................................................................................... 9

Actividad 5. Esquemas de red con VLSM y CIDR ............................................................................ 11

Evidencia de aprendizaje ................................................................................................................. 13

Autorreflexiones ............................................................................................................................... 13

Cierre de la unidad ........................................................................................................................... 13

Para saber más… ............................................................................................................................ 13

Fuentes de consulta ......................................................................................................................... 14





Presentación de la unidad

El diseño de una red, ya sea de tipo doméstica o una red para una Pequeña y Mediana Empresa

(PyME), te permitirá reconocer sus usos, limitaciones y alcances. En su diseño o estructura lógica, la

cual se refiere a cómo se lleva a cabo la administración del direccionamiento IP, la versión, la clase, el

tipo de dirección, y sobre todo que éstas pueden ser divididas en redes más pequeñas denominadas

subredes, lo cual permite tener una mejor administración de las mismas a través de esquemas de

direccionamiento.

Sin embargo, existen diferentes métodos para la creación de subredes IP, como el subnetting por

prefijo o requerimiento, sin embargo éste no permite un adecuado aprovechamiento de las direcciones

IP, debido a que se crean rangos fijos de direcciones IP por cada subred. Lo cual ha llevado a los

administradores a buscar formas de utilizar su espacio de direccionamiento con más eficiencia.

Por ejemplo a través del método de Mascara de Subred de Longitud Variable, Variable Length Subnet

Mask (VLSM), un administrador puede usar diferentes máscaras de subred de acuerdo al

requerimiento de cada segmento de red para cubrir la cantidad de host necesarios, todo esto a partir

de una sola dirección de Red, por lo cual el desperdicio de direcciones IP es casi nulo.

Parte de éstas características son las que iras descubriendo mediante el estudio de ésta asignatura

precisamente en ésta unidad, de acuerdo al diseño de escenarios de redes LAN y WAN, aplicando los

conceptos de subnetting y VLSM, a través de un simulador de redes, como es el caso del programa

Cisco Packet Tracer. Ya que es la herramienta de aprendizaje y simulación de redes interactiva para

los instructores y alumnos del programa Cisco CCNA. Ésta herramienta te permite crear topologías de

red, configurar dispositivos, insertar paquetes y simular una red con múltiples representaciones

visuales.

Mediante el uso de este software podrás crear la topología física de una red simplemente arrastrando

los dispositivos a la pantalla. Posteriormente al dar doble clic sobre ellos se puede ingresar a sus

consolas de configuración, donde se tiene un gran soporte para casi todos los comandos del Cisco

IOS que podrás estudiar en las unidades posteriores, incluso la abreviación de éstos. Una vez

completada la configuración física y lógica del escenario de red, también se puede hacer simulaciones

de conectividad (ping, traceroute, telnet, etc) todo ello desde las consolas de los dispositivos finales y/o

intermedios.

Por último cabe señalar que se puede descargar el archivo spanish_PT_v2.ptl desde algún sitio de

internet recomendado por algún buscador, como google, Tal es el caso del siguiente ejemplo:

http://fundamentos-redes.wikispaces.com/file/detail/spanish_PT_v2.ptl.

http://fundamentos-redes.wikispaces.com/file/detail/spanish_PT_v2.ptl




Este archivo es el traductor del programa al idioma español, pero conserva los nombres de los

dispositivos en inglés como principalmente son: los routers, switches, hubs, los cuales utilizaremos en

dicho idioma, a lo largo de las tres unidades de la asignatura.

Propósitos de la unidad

El estudio de ésta unidad te permitirá:

Identificar las direcciones IP de Red, de

Subred, de Host y de Broadcast, de acuerdo a

su clase, a partir de la máscara por default o de

subred que emplean.

Identificar los requerimientos de una Red LAN

para la creación de subredes a partir de la

cantidad de host necesarios para cada

segmento por el método de Subnetting.

Crear un esquema de red WAN a partir del

requerimiento de Host para cada Subred

necesaria a partir del método de VLSM para la

optimización y administración de las

direcciones IP.

Competencia específica

Diseñar el funcionamiento de redes tipo LAN

o WAN para la optimización de las

direcciones de red mediante el manejo de

subredes.




Temario de la unidad


1.1. Subredes con clase (classful)

1.1.1. Redes en las PyMES

1.1.2. Sistemas numéricos: binario y hexadecimal

1.1.3. Rangos IP públicos y privados de las clases A, B y C

1.1.4. Uso de la máscara por defecto y máscara de subred

1.1.5. Desarrollo de Subredes con clase A, B y C

1.2. Subredes sin clase (classless)

1.2.1. Máscara de Subred de Longitud Variable (VLSM)

1.2.2 Sumarización de redes (CIDR)

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y subredes

Tema 1.1.Subredes con clase (classful)

Durante el estudio de la asignatura de Redes domésticas y PyMES será fundamental que comprendas

la forma en que se encuentra estructurada una dirección IP versión 4 (IPv4). La cual está formada

básicamente por 32 bits, separada en 4 octetos por un punto decimal y representada en forma

decimal. Además de que dicho protocolo sigue siendo de uso común en todas las redes privadas y

públicas como Internet. Sin embargo en materias posteriores verás la estructura de la versión 6 de IP

(IPv6), la cual se conforma de 128 bits a diferencia de IPv4, que sólo cuenta con 32 bits.

Estructura de una dirección IPv6

Por lo cual es muy importante que entiendas cómo funciona el sistema numérico binario, ya que este

es el sistema que utilizan las computadoras para representar cualquier carácter de acuerdo al código

ASCII, así como una dirección IP. Por lo que es muy importante que desarrolles la habilidad para




realizar conversiones del sistema decimal al sistema binario y viceversa, de acuerdo al valor de cada

octeto en una dirección IPv4.

“Como sabes el sistema binario y el decimal tienen importantes aplicaciones en relación a los sistemas

digitales, es por ello que debes realizar una revisión sobre el sistema hexadecimal, pues al igual que

otros, ofrece un medio para representar números binarios grandes.” (Tocci, R. J. y Neals W., 2003).

Específicamente, en este documento encontrarás las características y los elementos esenciales de las

conversiones de:

Octal a hexadecimal

Decimal a hexadecimal

Hexadecimal a binario

Binario a hexadecimal

Por lo que debes leer el tema 01_Sistemas de numeración digital (Tocci, R. J.

y. Widmer, N., 2003), para que analices la importancia del sistema decimal y

binario, y puedas realizar las conversiones entre dichos sistemas, de acuerdo

a los fundamentos matemáticos de un sistema de numeración llamado

notación de posición.

Lo que significa que un digito representa diferentes valores según la posición que

ocupa. Por lo que el valor que un digito representa es el valor multiplicado por la

potencia de la base o raíz representado por la posición que el digito ocupa.

Se sugiere que revises el siguiente video, “Aprende Sistema binario-

explicación básica” ubicado en el vínculo:

http://www.youtube.com/watch?v=KySjjvBEDaA

Para concluir este tema, realiza la primera actividad que se presenta en el documento de actividades

de la unidad 1:

Actividad 1. Conversiones numéricas

Una vez que has comprendido y practicado la conversión del sistema decimal al sistema binario,

podrás comprenderla importancia de una dirección IPv4 y la función que ésta realiza en un host para

poder establecer comunicación a nivel LAN y/o WAN, así como de reconocer el rango válido de una

dirección IP, según su clase, además de identificar su estructura o formato, es decir la función que

realiza cada octeto, lo cual depende de una dirección especial llamada máscara por default o de





subred, la cual se asocia a una dirección IP, sin importar si se trata de una dirección IP de tipo privada

o pública.

Estructura de una dirección IPv4

Por lo cual es necesario que leas 02_Direcciones IP privadas, del Libro

Servicios avanzados de telecomunicaciones (España, M. C. 2003), donde se

aborda el tema de las direcciones IP públicas y privadas, además se explica

su utilidad y los rangos que abarcan en el proceso de direccionamiento de red

de acuerdo con el protocolo IPv4.

Es muy importante que realices los ejercicios que se sugieren en el

cuadernillo de ejercicios de la Unidad 1, de la sección 1 y 2, los cuales

te pueden servir para reforzar este tema.

Para concluir este tema, realiza la actividad 2 que encontrarás en el documento de actividades.

Actividad 2. Identificación del tipo de dirección IP

Posteriormente, en el siguiente tema se aborda la forma en que se identifica la máscara por default y la

de subred según su clase (A, B y C) y cómo actúa la máscara para poder determinar a través de una

operación AND (&) booleana a que red o subred pertenece, junto con la dirección de broadcast y el

rango total de host válido para dicho segmento (red o subred). Y finalmente verás cómo utilizándolas

puedes obtener las direcciones de red y de host.

Debes de tomar en cuenta que el protocolo de red IP se ocupa del control de las subredes y su

principal objetivo es el enrutamiento de los paquetes de información para que lleguen a su destino, así

como evitar que se produzca congestión durante el envío de paquetes por la red; esto durante la

gestión del tráfico y enrutamiento (routing).

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=67W67VkMsqW78M&tbnid=GD2F88oATSIb7M:&ved=0CAUQjRw&url=http://artigoo.com/con-el-tiempo-aprendes&ei=1xPBUfqvJcuvqwGfrICAAg&psig=AFQjCNEUiGdHTI2Bt4N5TpeMJ0jL1i1G6Q&ust=1371694071538857




Por lo cual debes de leer 03_Elaboración de un plan de enrutamiento, del

libro TCP/IP y protocolos de Internet (Atelin, P. y Dordoigne, J., 2007), que

encontrarás en el material de consulta.

Para concluir este tema, realiza la actividad 3 que puedes consultar en el documento de actividades.

Actividad 3. Identificación de clases IP

Por último, en este primer tema subredes con clase es muy importante que comprendas la función de

la máscara de subred, también conocida como subnet mask, ya que ésta es la encargada de

establecer el rango válido de cada subred, la dirección de broadcast y la dirección de subred válida. Y

a partir de ahí seas capaz de diseñar escenarios de redes LAN y/o WAN de acuerdo a las necesidades

de cada una de las empresas y poder utilizar métodos de optimización y administración de las

direcciones IP de tipo público o privado en el ámbito de las Pequeñas y Medianas Empresas (PyMES).

Dicho procedimiento se conoce como el método de Subnetting, lo cual no es otra

cosa que dividir una Red original en subredes o segmentos, los cuales serán

asignados a un esquema de red LAN y/o WAN.

Es importante que revises el siguiente el video Cálculo de las

direcciones IP de red, broadcast y host ubicado en el siguiente vínculo:

http://www.youtube.com/watch?v=RT-2mPVokqk&feature=related

También es recomendable que realices los ejercicios que se sugieren

en el cuadernillo de ejercicios de la Unidad 1, de la sección 3 y 4 los

cuales te ayudaran a entender mejor estos temas.

Métodos subnetting

En estos momentos del curso deberás desarrollar la capacidad de analizar y diseñar escenarios de

redes de acuerdo a los requerimientos establecidos previamente, cuando defines el esquema de red a

utilizar. Cabe mencionar que el método de Subnetting, se puede realizar de dos maneras básicamente:






De manera especial ten presente que una vez que se proponga una solución para un escenario

particular, deberás de ser capaz de elaborar dichos escenarios en el simulador de redes Packet Tracer

y configurar los dispositivos finales, también llamados host (como computadoras, impresoras o

servidores) de acuerdo a la IP asignada, además de los puertos LAN del router, acorde a la situación

particular de cada escenario.

Es necesario que desarrolles la habilidad para realizar los cálculos

adecuados en el proceso de subnetting, por lo cual puedes realizar los

ejercicios de subnetting que se sugieren en el cuadernillo de ejercicios

de la Unidad 1 de la sección 5.

Requerimiento

•El primero de ellos se conoce como requerimiento, donde se toman bits prestados de la porción del octeto de Host ID a partir del bit menos significativo (de derecha a izquierda) cuando se requiere una cantidad de Host especifica por cada segmento de red y de izquierda a derecha (bit más significativo), cuando el requerimiento es de acuerdo a una cantidad de subredes en particular. En este caso es importante que consideres que la cantidad de host será la misma para cada subred obtenida.

Prefijo

•El segundo método se conoce como prefijo, donde se proporciona al final de una dirección IP una diagonal y posteriormente un número, el cual indica la cantidad de bits necesarios para formar la máscara de subred. Por lo que dicho número siempre deberá ser mayor al prefijo por default, y por ende la diferencia entre estos dos valores indican la cantidad de bits prestados para las subredes obtenidas y la cantidad de host por cada subred. Por ejemplo, la dirección IP 138.100.0.0/22, tiene como prefijo por default /16 y al restar el nuevo prefijo (/22), se obtienen 6 bits prestados para la cantidad de subredes, lo que da como resultado 64 subredes y cada subred soporta 1022 host, (recuerda que en el rango de host la primera dirección IP y la última no se utilizan).





Además debes de leer 04_Planificación de la estructura de direccionamiento,

de la Guía portátil Cisco CCNA Discovery: Trabajar en una pequeña o

mediana empresa o ISP (2008); en la cual se hace un repaso del tema de

direccionamiento de red con el protocolo IPv4, así como la explicación sobre

los diferentes tipos de direcciones, las clases y los rangos.

Una vez que has entendido la importancia de la división de una red para crear Subredes y el método

para lograr esto conocido como subnetting. En este capítulo también se abarcan la importancia de

temas como VLSM (Variable Length Subnet Mask) o en español Mascara de Subred Variable y el

método de CIDR (Classless Inter Domain Routing) o en español Enrutamiento Entre Dominios Sin

Clases, los cuales se verán con mayor detalle en los próximos temas.

Ahora, antes de continuar con el siguiente tema realiza la actividad que se presentan en el documento

de actividades.

Actividad 4. Esquematización de una red

Tema 1.2. Subredes sin clase (classless)

Como se pudo apreciar en el tema anterior, el método de Subnetting, no es otra cosa que dividir una

red original en subredes o segmentos, los cuales serán asignados a un esquema de red LAN y/o WAN,

de acuerdo a los requerimientos establecidos previamente por el administrador de red o en éste caso

por tu docente. Por lo cual tú deberás ser capaz de proponer una solución acorde a la situación

particular de cada escenario. Es por ello, la importancia que comprendas la función de la máscara de

subred (subnet mask), ya que ésta es la encargada de establecer el rango válido de las direcciones de

los host de cada subred, la dirección IP de broadcast de dichas subredes y la dirección de subred

válida.

Actualmente el crecimiento exponencial de las redes ha hecho que el direccionamiento IPv4 no

permita un desarrollo y una escalabilidad acorde a lo deseado por los administradores de red. IPv4, y

pronto será remplazado por IPv6, ya que posee un espacio de direccionamiento prácticamente

ilimitado. Sin embargo para dar soporte a IPv4 se han creado métodos como VLSM y CIDR para poder

lograr una mejor administración de dichas direcciones.

El primer método permite incluir más de una máscara de subred dentro de una misma dirección de red,

lo cual se conoce también como subnetting recursivo, esto quiere decir que de acuerdo a los

principios de subnetting podemos volver a subnetear (dividir) una dirección de subred ya subneteada.

Por ejemplo, imagina el siguiente escenario: una red WAN con 6 segmentos de red (subredes) con

requerimientos de host diferentes de acuerdo a una dirección de red clase B, donde el requerimiento

mayor es de 8,000 host para dos segmentos, el tercer segmento requiere 4000 host y los últimos tres

segmentos sólo requiere de 500 host, por lo que se puede apreciar de primer instancia un gran

desperdicio implícito en los últimos segmentos.




Recuerda que con el método de subnetting todas las subredes que se obtienen a

partir de un requerimiento tendrán la misma cantidad de host válidos.

Tomando en cuenta que se debe partir del requerimiento mayor (8,000 host). Además de que sólo se

tendrían 6 subredes válidas en este ejemplo y no se tendrían una escalabilidad en la red WAN, es

decir que si se requieren más segmentos en la red WAN esto no es posible.

Sin embargo, a través de VLSM éstas limitantes son eliminadas, ya que permite un aprovechamiento

óptimo de las direcciones IP, por ejemplo en el planteamiento anterior, con VLSM solo se requieren 3

subredes, es decir las primeras 2 subredes cubren el requerimiento de 8,000 host y a partir de la

tercera subred, ésta se divide primero en 2 subredes para 4000 host, utilizando la primera y la segunda

subred se vuelve a dividir en 8 subredes de 500 host, de los cuales sólo utilizarías 3 subredes, por lo

que te sobran todavía 5 subredes con un rango de 510 host válidos (más de 2500 host) para una

mayor escalabilidad de LA red WAN.

Como se puede apreciar en el escenario siguiente se tienen los 6 segmentos o subredes requeridas,

donde cada router administra de forma directa dos segmentos, es decir que una vez configurados

podrá haber comunicación entre ambos segmentos, por lo que para que exista conectividad total en el

escenario tendrás que aplicar los conocimientos sobre enrutamiento estático y dinámico, los cuales

verán en las siguientes unidades.

Escenario de una red WAN con VLSM

Es importante que tomes en cuenta que VLSM es soportado únicamente por

protocolos sin clase tales como OSPF, RIPv2 y EIGRP, los cuales se abordarán en

la unidad 3. Protocolos de Enrutamiento.

Ahora deberás de leer el siguiente texto 05_Direccionamiento IP del libro

electrónico Fundamentos de Routing (Collado, C. E., 2009) en esta lectura se

tratan tres temas importantes. En primer lugar el tema Prefijo de routing

/CIDR; en segundo lugar el tema VLSM, del cual se aborda de una manera

excelente el tema de VLSM y CIDR, con una explicación precisa sobre dichos




métodos, así como ejemplos aplicando dichos conceptos. Además de la

administración de dichas direcciones IP por parte de los cuerpos

administrativos de Internet. Por último el tema Sumarización, donde se ofrece

una explicación sobre la importancia de la Sumarización, también conocida

como agregación de rutas, o también llamado Supernetting; lo cual reduce la

cantidad de rutas que un Router debe mantener en sus tablas, anunciando y

manteniendo una sola dirección que contenga a las demás.

En estos temas es muy importante que identifiques que en CIDR, una dirección IP se divide en un

número de red y un número de host con base en una máscara de longitud variable, y para poder

aplicar CIDR la organización que administra las direcciones debe tener intervalos de dirección

continuos. Tales direcciones tienen el mismo prefijo, por lo que gracias a CIDR, el ISP tiene la

posibilidad de seccionar bloques del espacio de dirección asignado a él de acuerdo a los

requerimientos de cada cliente.

Es importante tomar en cuenta que los dos últimos temas de ésta unidad serán

aplicados en el tema 3.1. de la unidad 3. Protocolos de Enrutamiento.

Para concluir este tema, realiza la actividad que se presentan en el documento de actividades.

Actividad 5. Esquemas de red con VLSM y CIDR

Mapa conceptual

En el siguiente mapa conceptual se aprecia la forma en que una dirección IP está estructurada, es

decir, se divide en clases, tipo de asignación, la función que desempeña dicha dirección de acuerdo a

la máscara asignada (por default o de subred).

Es importante recordar que una dirección de red puede ser dividida en subredes a través de diferentes

métodos como: subnetting, VLSM, además de CIDR, para la sumarización de varias direcciones de

red.




Mapa conceptual sobre direccionamiento IPv4




Evidencia de aprendizaje

Para elaborar tu evidencia de aprendizaje, analizarás un caso de estudio relacionado con un

escenario de una red WAN, junto con los diferentes escenarios de redes LAN utilizando el método

de VLSM y CIDR para obtener las subredes necesarias para dicho caso de estudio, además de

realizar la configuración de los host de las redes LAN y los routers a nivel de interfaces LAN y

seriales, por lo que debe de haber conectividad en todas las redes LAN que pertenezcan a un

mismo router.

Autorreflexiones

Al terminar la Evidencia de aprendizaje es muy importante hacer tu Autorreflexión. Para ello,

Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexión y a partir de las preguntas presentadas por tu

docente, realiza tu ejercicio y súbelo.

Cierre de la unidad

Cómo pudiste apreciar a lo largo de esta unidad, es muy importante el sistema binario, ya que a partir

de éste pudiste realizar diferentes cálculos con una dirección IP de 32 bits, como la división de una red

en subredes de acuerdo a la clase, comúnmente conocido como subnetting.

También lograste aplicar los conceptos de VLSM y CIDR a diferentes escenarios de redes LAN y WAN

de acuerdo al diseño de dichos escenarios. Recuerda que para lograr la comunicación total en una red

doméstica y/o PYME todo depende del diseño que se haga de dicho escenario y del correcto

direccionamiento que se genere para cada segmento de red, además de la optimización de dichas

direcciones aplicando los conceptos mencionados anteriormente.

Para saber más…

Para el siguiente link se pueden apreciar ejemplos y explicación de proceso de VLSM y CIDR aplicados a un escenario. Tutorial Subneteo VLSM / CIDR - Máscara de Subred de Longitud Variable. Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=189

En este sitio se puede apreciar una breve explicación sobre el proceso de sumarización o también conocido como Resumen de Rutas (Supernetting, Sumarización o Agregación de Rutas, Superredes). Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=199

http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=189





Fuentes de consulta

Fuentes básicas

Atelin, J.; Dordoigne. J. (2007). TCP/IP y protocolos de Internet. Colección TechNote.

Barcelona: Ediciones Eni.

Cisco Press, (2008). Guía portátil Cisco CCNA Discovery: Trabajar en una pequeña o mediana

empresa o ISP, Versión 4.1. México: Cisco Press.

España, B, M. C. (2003). Servicios avanzados de telecomunicación. Madrid: Ediciones Díaz de

Santos S.A.

Tocci, R. J.; Widmer, N., (2003). Sistemas digitales: Principios y aplicaciones. México: Pearson

Educación.

Fuentes electrónicas básicas

Collado, C. E., (2009). Fundamentos de Routing. Recuperado de:

https://colladoeu.wordpress.com/libro-fundamentos-de-routing

Fuentes complementarias

Íñigo, G. J.; Barceló, O., J. M.; Cerdà, A. L.; Peig, O. E.; Abella, i F. J.; Corral, i T. G., (2008).

Estructura de redes de computadores. Barcelona: UOC

Fuentes complementarias electrónicas

Gaston, (2009). Subneteo Manual de una Red Clase C. Recuperado de:


Gaston, (2009). Subneteo Manual de una Red Clase B. Recuperado de:


Gaston, (2009). Tutorial Subneteo VLSM / CIDR - Máscara de Subred de Longitud Variable.

Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=189

Gaston, (2009). Resumen de Rutas (Supernetting, Sumarización o Agregación de Rutas,

Superredes). Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=199

Homero_gamino, (2011). Archivo versión en español. Consultado http://fundamentos-

redes.wikispaces.com/file/detail/spanish_PT_v2.ptl.

Leo D., (2008). Número binarios. Extracto del programa de Paenza, Alterados por Pi del canal

Encuentros. Recuperado de: http://www.youtube.com/watch?v=KySjjvBEDaA

Zambrano, A., (2012). Cálculo de las direcciones IP de red, broadcast y host. Recuperado de:


https://colladoeu.wordpress.com/libro-fundamentos-de-routing







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