KRDP U1. 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

Programa de la asignatura: Redes Domésticas y PyMES


Clave: 220920623 / 210920623

Universidad Abierta y a Distancia de México

UnADM



Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Ingeniería en Telemática 1


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.

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








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).

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 Facilitador(a). 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




Autoevaluación

A lo largo de la unidad has estudiado los temas básicos sobre el direccionamiento IPv4 y

los métodos para la optimización de la direcciones IP de una red LAN y WAN, para esto:

1. Ingresa en el aula y selecciona la autoevaluación de la Unidad 1.

2. Lee cuidadosamente las instrucciones para que respondas.

3. Verifica tus respuestas y en los casos necesarios repasa los temas que necesites

fortalecer.

El asimilar estos temas te permitirán entender los que se expone en la siguiente unidad

además de brindarte elementos que complementan tu formación en redes.

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 Facilitador(a), realiza tu ejercicio y súbelo en la sección

Autorreflexiones.

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

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

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


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




Fuentes complementarias electrónicas

Gaston, (2009). Subneteo Manual de una Red Clase C. Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=162

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:


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

Rutas, Superredes). Recuperado de:


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:


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

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







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