KRDP U1. Direccionamiento IPv4 y Subredes

Redes Domsticas y PyMES

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y Subredes

Ciencias Exactas, Ingeniera y Tecnologa | Ingeniera en Telemtica

Ingeniera en: Telemtica

Programa de la asignatura: Redes Domsticas y PyMES


Clave: 220920623 / 210920623

Universidad Abierta y a Distancia de Mxico

UnADM



Ciencias Exactas, Ingeniera y Tecnologa | Ingeniera en Telemtica 1


Presentacin de la unidad

El diseo de una red, ya sea de tipo domstica o una red para una Pequea y Mediana

Empresa (PyME), te permitir reconocer sus usos, limitaciones y alcances. En su diseo o

estructura lgica, la cual se refiere a cmo se lleva a cabo la administracin del

direccionamiento IP, la versin, la clase, el tipo de direccin, y sobre todo que stas

pueden ser divididas en redes ms pequeas denominadas subredes, lo cual permite

tener una mejor administracin de las mismas a travs de esquemas de direccionamiento.

Sin embargo, existen diferentes mtodos para la creacin de subredes IP, como el

subnetting por prefijo o requerimiento, sin embargo ste 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 ms eficiencia.

Por ejemplo a travs del mtodo de Mascara de Subred de Longitud Variable, Variable

Length Subnet Mask (VLSM), un administrador puede usar diferentes mscaras 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 direccin de Red, por lo cual el desperdicio de

direcciones IP es casi nulo.

Parte de stas caractersticas son las que iras descubriendo mediante el estudio de sta

asignatura precisamente en sta unidad, de acuerdo al diseo de escenarios de redes

LAN y WAN, aplicando los conceptos de subnetting y VLSM, a travs de un simulador de

redes, como es el caso del programa Cisco Packet Tracer. Ya que es la herramienta de

aprendizaje y simulacin de redes interactiva para los instructores y alumnos del

programa Cisco CCNA. sta herramienta te permite crear topologas de red, configurar

dispositivos, insertar paquetes y simular una red con mltiples representaciones visuales.

Mediante el uso de este software podrs crear la topologa fsica de una red simplemente

arrastrando los dispositivos a la pantalla. Posteriormente al dar doble clic sobre ellos se

puede ingresar a sus consolas de configuracin, donde se tiene un gran soporte para casi

todos los comandos del Cisco IOS que podrs estudiar en las unidades posteriores,

incluso la abreviacin de stos. Una vez completada la configuracin fsica y lgica del

escenario de red, tambin se puede hacer simulaciones de conectividad (ping, traceroute,

telnet, etc) todo ello desde las consolas de los dispositivos finales y/o intermedios.

Por ltimo cabe sealar que se puede descargar el archivo spanish_PT_v2.ptl desde

algn sitio de internet recomendado por algn buscador, como google, Tal es el caso del

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




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

de los dispositivos en ingls como principalmente son: los routers, switches, hubs, los

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

Propsitos de la unidad

El estudio de sta unidad te permitir:

Identificar las direcciones IP de Red, de

Subred, de Host y de Broadcast, de acuerdo a

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

subred que emplean.

Identificar los requerimientos de una Red LAN

para la creacin de subredes a partir de la

cantidad de host necesarios para cada

segmento por el mtodo de Subnetting.

Crear un esquema de red WAN a partir del

requerimiento de Host para cada Subred

necesaria a partir del mtodo de VLSM para la

optimizacin y administracin de las

direcciones IP.

Competencia especfica

Disear el funcionamiento de redes tipo LAN

o WAN para la optimizacin 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 numricos: binario y hexadecimal

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

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

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

1.2. Subredes sin clase (classless)

1.2.1. Mscara de Subred de Longitud Variable (VLSM)

1.2.2 Sumarizacin de redes (CIDR)

Unidad 1. Direccionamiento IPv4 y subredes

Tema 1.1.Subredes con clase (classful)

Durante el estudio de la asignatura de Redes domsticas y PyMES ser fundamental que

comprendas la forma en que se encuentra estructurada una direccin IP versin 4 (IPv4).

La cual est formada bsicamente por 32 bits, separada en 4 octetos por un punto

decimal y representada en forma decimal. Adems de que dicho protocolo sigue siendo

de uso comn en todas las redes privadas y pblicas como Internet. Sin embargo en

materias posteriores vers la estructura de la versin 6 de IP (IPv6), la cual se conforma

de 128 bits a diferencia de IPv4, que slo cuenta con 32 bits.

Estructura de una direccin IPv6

Por lo cual es muy importante que entiendas cmo funciona el sistema numrico binario,

ya que este es el sistema que utilizan las computadoras para representar cualquier

carcter de acuerdo al cdigo ASCII, as como una direccin 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 direccin IPv4.

Como sabes el sistema binario y el decimal tienen importantes aplicaciones en relacin a

los sistemas digitales, es por ello que debes realizar una revisin sobre el sistema

hexadecimal, pues al igual que otros, ofrece un medio para representar nmeros binarios

grandes. (Tocci, R. J. y Neals W., 2003).

Especficamente, en este documento encontrars las caractersticas 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 numeracin 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 matemticos de un

sistema de numeracin llamado notacin de posicin.

Lo que significa que un digito representa diferentes valores segn la posicin que

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

potencia de la base o raz representado por la posicin que el digito ocupa.

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

explicacin bsica ubicado en el vnculo:

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 numricas

Una vez que has comprendido y practicado la conversin del sistema decimal al sistema

binario, podrs comprenderla importancia de una direccin IPv4 y la funcin que sta

realiza en un host para poder establecer comunicacin a nivel LAN y/o WAN, as como de

reconocer el rango vlido de una direccin IP, segn su clase, adems de identificar su

estructura o formato, es decir la funcin que realiza cada octeto, lo cual depende de una




direccin especial llamada mscara por default o de subred, la cual se asocia a una

direccin IP, sin importar si se trata de una direccin IP de tipo privada o pblica.

Estructura de una direccin IPv4

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

Libro Servicios avanzados de telecomunicaciones (Espaa, M. C.

2003), donde se aborda el tema de las direcciones IP pblicas y

privadas, adems 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 seccin 1 y 2, los cuales

te pueden servir para reforzar este tema.

Para concluir este tema, realiza la actividad 2 que encontrars en el documento de

actividades.

Actividad 2. Identificacin del tipo de direccin IP

Posteriormente, en el siguiente tema se aborda la forma en que se identifica la mscara

por default y la de subred segn su clase (A, B y C) y cmo acta la mscara para poder

determinar a travs de una operacin AND (&) booleana a que red o subred pertenece,

junto con la direccin de broadcast y el rango total de host vlido para dicho segmento

(red o subred). Y finalmente vers cmo utilizndolas 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 informacin para que lleguen

a su destino, as como evitar que se produzca congestin durante el envo de paquetes

por la red; esto durante la gestin del trfico y enrutamiento (routing).

Por lo cual debes de leer 03_Elaboracin de un plan de

enrutamiento, del libro TCP/IP y protocolos de Internet (Atelin, P. y

Dordoigne, J., 2007), que encontrars en el material de consulta.

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

actividades.

Actividad 3. Identificacin de clases IP

Por ltimo, en este primer tema subredes con clase es muy importante que comprendas la

funcin de la mscara de subred, tambin conocida como subnet mask, ya que sta es la

encargada de establecer el rango vlido de cada subred, la direccin de broadcast y la

direccin de subred vlida. Y a partir de ah seas capaz de disear escenarios de redes

LAN y/o WAN de acuerdo a las necesidades de cada una de las empresas y poder utilizar

mtodos de optimizacin y administracin de las direcciones IP de tipo pblico o privado

en el mbito de las Pequeas y Medianas Empresas (PyMES).

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

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

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

Es importante que revises el siguiente el video Clculo de las

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

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

Tambin es recomendable que realices los ejercicios que se sugieren

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

cuales te ayudaran a entender mejor estos temas.

Mtodos subnetting

En estos momentos del curso debers desarrollar la capacidad de analizar y disear

escenarios de redes de acuerdo a los requerimientos establecidos previamente, cuando




defines el esquema de red a utilizar. Cabe mencionar que el mtodo de Subnetting, se

puede realizar de dos maneras bsicamente:

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

escenario particular, debers de ser capaz de elaborar dichos escenarios en el simulador

de redes Packet Tracer y configurar los dispositivos finales, tambin llamados host (como

computadoras, impresoras o servidores) de acuerdo a la IP asignada, adems de los

puertos LAN del router, acorde a la situacin particular de cada escenario.

Es necesario que desarrolles la habilidad para realizar los clculos

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 seccin 5.

Requerimiento

El primero de ellos se conoce como requerimiento, donde se toman bits prestados de la porcin 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 ms 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 ser la misma para cada subred obtenida.

Prefijo

El segundo mtodo se conoce como prefijo, donde se proporciona al final de una direccin IP una diagonal y posteriormente un nmero, el cual indica la cantidad de bits necesarios para formar la mscara de subred. Por lo que dicho nmero siempre deber 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 direccin 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 direccin IP y la ltima no se utilizan).




Adems debes de leer 04_Planificacin de la estructura de

direccionamiento, de la Gua porttil Cisco CCNA Discovery:

Trabajar en una pequea o mediana empresa o ISP (2008); en la

cual se hace un repaso del tema de direccionamiento de red con el

protocolo IPv4, as como la explicacin sobre los diferentes tipos de

direcciones, las clases y los rangos.

Una vez que has entendido la importancia de la divisin de una red para crear Subredes y

el mtodo para lograr esto conocido como subnetting. En este captulo tambin se

abarcan la importancia de temas como VLSM (Variable Length Subnet Mask) o en

espaol Mascara de Subred Variable y el mtodo de CIDR (Classless Inter Domain

Routing) o en espaol Enrutamiento Entre Dominios Sin Clases, los cuales se vern con

mayor detalle en los prximos temas.

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

el documento de actividades.

Actividad 4. Esquematizacin de una red

Tema 1.2. Subredes sin clase (classless)

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

dividir una red original en subredes o segmentos, los cuales sern asignados a un

esquema de red LAN y/o WAN, de acuerdo a los requerimientos establecidos previamente

por el administrador de red o en ste caso por tu Facilitador(a). Por lo cual t debers ser

capaz de proponer una solucin acorde a la situacin particular de cada escenario. Es por

ello, la importancia que comprendas la funcin de la mscara de subred (subnet mask), ya

que sta es la encargada de establecer el rango vlido de las direcciones de los host de

cada subred, la direccin IP de broadcast de dichas subredes y la direccin de subred

vlida.

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 ser remplazado por IPv6, ya que posee un

espacio de direccionamiento prcticamente ilimitado. Sin embargo para dar soporte a IPv4

se han creado mtodos como VLSM y CIDR para poder lograr una mejor administracin

de dichas direcciones.

El primer mtodo permite incluir ms de una mscara de subred dentro de una misma

direccin de red, lo cual se conoce tambin como subnetting recursivo, esto quiere decir

que de acuerdo a los principios de subnetting podemos volver a subnetear (dividir) una

direccin 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 direccin de red clase

B, donde el requerimiento mayor es de 8,000 host para dos segmentos, el tercer

segmento requiere 4000 host y los ltimos tres segmentos slo requiere de 500 host, por

lo que se puede apreciar de primer instancia un gran desperdicio implcito en los ltimos

segmentos.

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

partir de un requerimiento tendrn la misma cantidad de host vlidos.

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

que slo se tendran 6 subredes vlidas en este ejemplo y no se tendran una

escalabilidad en la red WAN, es decir que si se requieren ms segmentos en la red WAN

esto no es posible.

Sin embargo, a travs de VLSM stas limitantes son eliminadas, ya que permite un

aprovechamiento ptimo 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, sta 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 slo utilizaras 3 subredes, por lo que te sobran

todava 5 subredes con un rango de 510 host vlidos (ms 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 podr haber comunicacin entre ambos segmentos, por lo que para

que exista conectividad total en el escenario tendrs que aplicar los conocimientos sobre

enrutamiento esttico y dinmico, los cuales vern en las siguientes unidades.

Escenario de una red WAN con VLSM




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

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

la unidad 3. Protocolos de Enrutamiento.

Ahora debers de leer el siguiente texto 05_Direccionamiento IP del

libro electrnico 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 explicacin precisa sobre dichos mtodos, as como

ejemplos aplicando dichos conceptos. Adems de la administracin

de dichas direcciones IP por parte de los cuerpos administrativos de

Internet. Por ltimo el tema Sumarizacin, donde se ofrece una

explicacin sobre la importancia de la Sumarizacin, tambin

conocida como agregacin de rutas, o tambin llamado

Supernetting; lo cual reduce la cantidad de rutas que un Router

debe mantener en sus tablas, anunciando y manteniendo una sola

direccin que contenga a las dems.

En estos temas es muy importante que identifiques que en CIDR, una direccin IP se

divide en un nmero de red y un nmero de host con base en una mscara de longitud

variable, y para poder aplicar CIDR la organizacin que administra las direcciones debe

tener intervalos de direccin continuos. Tales direcciones tienen el mismo prefijo, por lo

que gracias a CIDR, el ISP tiene la posibilidad de seccionar bloques del espacio de

direccin asignado a l de acuerdo a los requerimientos de cada cliente.

Es importante tomar en cuenta que los dos ltimos temas de sta unidad sern

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 direccin IP est

estructurada, es decir, se divide en clases, tipo de asignacin, la funcin que desempea

dicha direccin de acuerdo a la mscara asignada (por default o de subred).




Es importante recordar que una direccin de red puede ser dividida en subredes a travs

de diferentes mtodos como: subnetting, VLSM, adems de CIDR, para la sumarizacin

de varias direcciones de red.

Mapa conceptual sobre direccionamiento IPv4




Autoevaluacin

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

los mtodos para la optimizacin de la direcciones IP de una red LAN y WAN, para esto:

1. Ingresa en el aula y selecciona la autoevaluacin 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 permitirn entender los que se expone en la siguiente unidad

adems de brindarte elementos que complementan tu formacin en redes.

Evidencia de aprendizaje

Para elaborar tu evidencia de aprendizaje, analizars un caso de estudio relacionado

con un escenario de una red WAN, junto con los diferentes escenarios de redes LAN

utilizando el mtodo de VLSM y CIDR para obtener las subredes necesarias para dicho

caso de estudio, adems de realizar la configuracin 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 Autorreflexin. Para

ello, Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexin y a partir de las preguntas

presentadas por tu Facilitador(a), realiza tu ejercicio y sbelo en la seccin

Autorreflexiones.

Cierre de la unidad

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

que a partir de ste pudiste realizar diferentes clculos con una direccin IP de 32 bits,

como la divisin de una red en subredes de acuerdo a la clase, comnmente conocido

como subnetting.




Tambin lograste aplicar los conceptos de VLSM y CIDR a diferentes escenarios de redes

LAN y WAN de acuerdo al diseo de dichos escenarios. Recuerda que para lograr la

comunicacin total en una red domstica y/o PYME todo depende del diseo que se haga

de dicho escenario y del correcto direccionamiento que se genere para cada segmento de

red, adems de la optimizacin de dichas direcciones aplicando los conceptos

mencionados anteriormente.

Para saber ms

Para el siguiente link se pueden apreciar ejemplos y explicacin de proceso de VLSM y CIDR aplicados a un escenario. Tutorial Subneteo VLSM / CIDR - Mscara 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 explicacin sobre el proceso de sumarizacin o tambin conocido como Resumen de Rutas (Supernetting, Sumarizacin o Agregacin de Rutas, Superredes). Recuperado de: http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=199

Fuentes de consulta

Fuentes bsicas

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

TechNote. Barcelona: Ediciones Eni.

Cisco Press, (2008). Gua porttil Cisco CCNA Discovery: Trabajar en una

pequea o mediana empresa o ISP, Versin 4.1. Mxico: Cisco Press.

Espaa, B, M. C. (2003). Servicios avanzados de telecomunicacin. Madrid:

Ediciones Daz de Santos S.A.

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

Mxico: Pearson Educacin.

Fuentes electrnicas bsicas

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

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

Fuentes complementarias

igo, G. J.; Barcel, O., J. M.; Cerd, A. L.; Peig, O. E.; Abella, i F. J.; Corral, i T.

G., (2008). Estructura de redes de computadores. Barcelona: UOC




Fuentes complementarias electrnicas

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:

http://www.garciagaston.com.ar/verpost.php?id_noticia=106

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

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

Gaston, (2009). Resumen de Rutas (Supernetting, Sumarizacin o Agregacin de

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

Homero_gamino, (2011). Archivo versin en espaol. Consultado

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

Leo D., (2008). Nmero binarios. Extracto del programa de Paenza, Alterados por

Pi del canal Encuentros. Recuperado de:

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

Zambrano, A., (2012). Clculo 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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