Capítulo 8:
División de redes IP en subredes
El diseño, la implementación y la administración de un plan de
asignación de direcciones IP eficaz asegura que las redes puedan operar de
manera eficaz y eficiente. Esto es así especialmente a medida que aumenta la
cantidad de conexiones de host a una red. Comprender la estructura jerárquica
de la dirección IP y cómo modificar esa jerarquía a fin de satisfacer con mayor
eficiencia los requisitos de routing constituye una parte importante de la
planificación de un esquema de asignación de direcciones IP.
En la dirección IPv4 original, hay dos niveles de jerarquía: una red y
un host. Estos dos niveles de direccionamiento permiten agrupaciones de red
básicas que facilitan el routing de paquetes hacia una red de destino. Un
router reenvía paquetes sobre la base de la porción de red de una dirección IP.
Una vez que se localiza la red, la porción de host de la dirección permite
identificar el dispositivo de destino.
Sin embargo, a medida que las redes crecen y muchas organizaciones
agregan cientos e incluso miles de hosts a su red, la jerarquía de dos niveles
resulta insuficiente.
La subdivisión de redes agrega un nivel a la jerarquía de la red, lo
cual, básicamente, crea tres niveles: una red, una subred y un host. La
introducción de un nivel adicional a la jerarquía crea subgrupos adicionales
dentro de una red IP, lo que facilita una entrega más rápida de los paquetes y
proporciona más características de filtrado al contribuir a minimizar el
tráfico local.
En este capítulo, se analiza detalladamente la creación y la asignación
de direcciones IP de red y de subred mediante el uso de la máscara de subred.
Dominios de difusión
En una LAN Ethernet, los dispositivos utilizan la
difusión para identificar lo siguiente:
- Otros
dispositivos: un dispositivo utiliza el protocolo de resolución de
direcciones (ARP), que envía difusiones de capa 2 a una dirección
IPv4 conocida en la red local para detectar la dirección MAC asociada.
- Servicios:
por lo general, un host adquiere su configuración de dirección IPv4 con el
protocolo de configuración dinámica de host (DHCP), que envía difusiones a
la red local para localizar el servidor DHCP.
Los switches propagan las difusiones por todas las
interfaces, salvo por aquella en la cual se recibieron. Por ejemplo, si un
switch de la ilustración recibiera una difusión, la reenviaría a los demás
switches y a otros usuarios conectados en la red.
Los routers no propagan difusiones. Cuando un
router recibe una difusión, no la reenvía por otras interfaces. Por ejemplo,
cuando el R1 recibe una difusión en la interfaz Gigabit Ethernet 0/0, no
la reenvía por otra interfaz.
Por lo tanto, cada interfaz de router conecta un dominio
de difusión, y las difusiones se propagan solamente dentro de su dominio de
difusión específico.
Problemas con
los dominios de difusión grandes
Un dominio de difusión grande es una red que conecta muchos hosts. Un
problema con un dominio de difusión grande es que estos hosts pueden generar
difusiones excesivas y afectar la red de manera negativa. la LAN 1 conecta 400 usuarios que podrían generar tráfico de difusión
que tenga como resultado lo siguiente:
- Operaciones de red lentas a
causa de la cantidad significativa de tráfico que se puede generar
- Operaciones de dispositivos
lentas debido a que un dispositivo debe aceptar y procesar cada paquete de
difusión.
La solución es reducir el tamaño de la red para crear dominios de
difusión más pequeños en un proceso que se denomina división en subredes.
Estos espacios de red más pequeños se denominan subredes.
Por ejemplo, se dividieron los 400 usuarios de
la LAN 1 con la dirección de red 172.16.0.0 /16 en dos subredes de
200 usuarios cada una: 172.16.0.0 /24 y 172.16.1.0 /24. Las difusiones
solo se propagan dentro de los dominios de difusión más pequeños. Por lo tanto,
una difusión en la LAN 1 no se propagaría a la LAN 2.
Observe cómo la longitud del prefijo cambió de /16 a /24. Esta es la
base de la división en subredes: el uso de bits de host para crear subredes
adicionales.
Nota: los términos subred y red se suelen usar indistintamente.
La mayoría de las redes son una subred de un bloque de direcciones más grande.
Motivos para
dividir en subredes
La división en subredes disminuye el tráfico de red general y mejora su
rendimiento. A su vez, le permite a un administrador implementar políticas de
seguridad, por ejemplo, qué subredes están habilitadas para comunicarse entre
sí y cuáles no lo están.
Existen diversas maneras de usar las subredes para contribuir a
administrar los dispositivos de red. Los administradores de redes pueden
agrupar dispositivos y servicios en subredes determinadas según lo siguiente:
- Ubicación, por ejemplo, los
pisos de un edificio.
- Unidad de organización.
- Tipo de dispositivo.
- Cualquier otra división que
tenga sentido para la red
Observe que, en cada ilustración, las subredes usan longitudes de
prefijo más largas para identificar las redes.
En este capítulo, se describe cómo se realiza la división en subredes.
Entender cómo dividir redes en subredes es una aptitud fundamental que deben
tener todos los administradores de redes. Se desarrollaron diversos métodos que
contribuyen a la comprensión de este proceso. En este capítulo, se trata la
observación del método binario. Pese a que puede parecer abrumador al
principio, concéntrese y preste mucha atención a los detalles; con la práctica,
la división en subredes se volverá más sencilla.
Límites del octeto
Cada interfaz en un router está conectada a una
red. La dirección IPv4 y la máscara de subred configuradas en la interfaz del
router se utilizan para identificar el dominio de difusión específico. Recuerde
que la longitud de prefijo y la máscara de subred son modos diferentes de
identificar la porción de red de una dirección.
Las subredes IPv4 se crean utilizando uno o más de
los bits de host como bits de red. Esto se realiza por medio de la ampliación
de la máscara de subred para que tome prestados algunos de los bits de la
porción de host de la dirección a fin de crear bits de red adicionales. Cuantos
más bits de host se tomen prestados, mayor será la cantidad de subredes que
puedan definirse.
Las redes se subdividen con más facilidad en el
límite del octeto de /8 /16 y /24. En la tabla de la ilustración, se
identifican estas longitudes de prefijo, las máscaras de subred equivalentes,
los bits de red y de host, y la cantidad de hosts que cada subred puede
conectar. Observe que el uso de longitudes de prefijo más extensas disminuye la
cantidad de hosts por subred.
División en subredes en el límite del octeto
Comprender cómo ocurre la división en subredes en
el límite del octeto puede ser de utilidad. En el siguiente ejemplo, se muestra
este proceso. Suponga que una empresa eligió como su dirección de red interna
la dirección privada 10.0.0.0/8. Dicha dirección de red puede conectar
16 777 214 hosts en un dominio de difusión. Por supuesto, esto no es
lo ideal.
La empresa puede seguir dividiendo en subredes la
dirección 10.0.0.0/8 en el límite del octeto de /16, tal como se muestra en la
figura 1. Esto le daría a la empresa la capacidad de definir hasta
256 subredes (p. ej.: 10.0.0.0/16 a 10.255.0.0/16), y cada subred
sería capaz de conectar 65 534 hosts.
Observe cómo los primeros dos
octetos identifican la porción de red de la dirección, mientras que los últimos
dos octetos corresponden a las direcciones IP del host.
Como una alternativa, la empresa puede elegir
hacer la división en subredes en el límite del octeto /24, tal como se muestra
en la figura 2. Esto le permitiría a la empresa definir 65 536
subredes, cada una capaz de conectar 254 hosts. El uso del límite /24 está
muy difundido en la división en subredes debido a que admite una cantidad
razonable de hosts y permite dividir en subredes en el límite del octeto de
manera conveniente.
División en
subredes sin clase
En los ejemplos que se vieron hasta ahora, se pidieron prestados bits de
host de los prefijos de red comunes /8, /16 y /24. Sin embargo, las subredes
pueden tomar prestados bits de cualquier posición de bit de host para
crear otras máscaras.
Por ejemplo, una dirección de red /24 se suele dividir en subredes con
longitudes de prefijo más extensas al tomar prestados bits del cuarto octeto.
Esto le proporciona al administrador mayor flexibilidad al asignar direcciones
de red a un número menor de terminales.
Tal como se muestra en la ilustración:
- Fila /25: Tomar prestado
1 bit del cuarto octeto crea 2 subredes que admiten, cada una,
126 hosts.
- Fila /26: Tomar prestados
2 bits crea 4 subredes que admiten, cada una, 62 hosts.
- Fila /27: Tomar prestados
3 bits crea 8 subredes que admiten, cada una, 30 hosts.
- Fila /28: Tomar prestados
4 bits crea 16 subredes que admiten, cada una, 14 hosts.
- Fila /29: Tomar prestados
5 bits crea 32 subredes que admiten, cada una, 6 hosts.
- Fila /30: Tomar prestados
6 bits crea 64 subredes que admiten, cada una, 2 hosts.
Por cada bit que se toma prestado en el cuarto octeto, la cantidad de
subredes disponible se duplica, al tiempo que se reduce la cantidad de
direcciones de host por subred.
Ejemplo de división en subredes sin clase
Comprender cómo realizar la división en subredes
en un nivel sin clase puede ser de utilidad. En el siguiente ejemplo, se
muestra este proceso.
Considere la dirección de red privada
192.168.1.0/24 que se muestra en la figura 1. Los primeros tres octetos se
expresan en el sistema decimal, mientras que el último octeto se muestra en
sistema binario. El motivo es que tomaremos prestados bits del último octeto
para crear subredes de la red 192.168.1.0/24.
La máscara de subred es 255.255.255.0, según lo
indica la longitud de prefijo /24. Esto identifica a los primeros tres octetos
como la porción de red, y a los 8 bits restantes en el último octeto como
la porción de host. Sin la división en subredes, esta red admite una sola
interfaz de red LAN y proporciona 254 direcciones IPv4 de host. Si se necesitara
otra LAN, sería necesario dividir la red en subredes.
Se toma prestado 1 bit
del bit más significativo (el bit que se encuentra más a la izquierda) en la
porción de host, lo que extiende la porción de red a 25 bits o /25. Esto
permite la creación de dos subredes.
Se muestran las dos subredes:
192.168.1.0/25 y 192.168.1.128/25. Las dos subredes se derivan de cambiar el
valor del bit que se pide prestado a 0 o a 1. Debido a que el bit que se pide
prestado es el 128, el valor decimal del cuarto octeto para la segunda subred
es 128.
Se muestra la máscara de
subred que se obtiene para ambas redes. Observe cómo se usa un 1 en la posición
del bit que se pidió prestado para indicar que ahora este bit forma parte de la
porción de red.
En la figura 5, se muestra la representación
decimal punteada de las dos direcciones de subred y de su máscara de subred
común. Dado que se tomó prestado un bit, la máscara de subred para cada subred
es 255.255.255.128 o /25.
Creación de dos
subredes
Para ver cómo se aplica una subred /25 en una red, tenga en cuenta la
topología que se muestra en la figura 1. El R1 tiene dos segmentos LAN
conectados a sus interfaces GigabitEthernet. Cada LAN tiene asignada una de las
subredes.
Se muestran las direcciones importantes de la
primera subred, es decir, 192.168.1.0/25. Observe lo siguiente:
- La dirección de red IPv4 es 192.168.1.0, y tiene
todos bits 0 en la porción de host de la dirección.
- La primera dirección de host
IPv4 es
192.168.1.1, y tiene todos bits 0 más un bit 1 (en la posición máxima a la
derecha) en la porción de host de la dirección.
- La última dirección de host
IPv4 es
192.168.1.126, y tiene todos bits 1 más un bit 0 (en la posición máxima a
la derecha) en la porción de host de la dirección.
- La dirección de difusión
IPv4 es
192.168.1.127, y tiene todos bits 1 en la porción de host de la dirección.
Se muestran las direcciones importantes de la
segunda subred, es decir, 192.168.1.128/25.
Las interfaces de router deben tener asignada una dirección IP dentro
del rango de host válido para la subred correspondiente. Esta es la dirección
que usarán los hosts en esa red como su gateway predeterminado. Es habitual
utilizar la primera o la última dirección disponible en un rango de red para la
dirección de la interfaz de router. En la Figura 4, se muestra la configuración
para las interfaces del R1 con la primera dirección IPv4 para las respectivas
subredes mediante el comando de configuración de interfaz ip address.
Los hosts de cada subred deben estar configurados con una dirección IPv4
y un gateway predeterminado. En la Figura 5, se muestra la configuración IPv4
para el host de la PC2 en la red 192.168.1.128/25. Observe que la dirección
IPv4 del gateway predeterminado es la dirección configurada en la interfaz G0/1
del R1, 192.168.1.129, y que la máscara de subred es 255.255.255.128.
Fórmulas de división en subredes
Para calcular la cantidad de subredes que se
pueden crear a partir de los bits que se piden prestados, utilice la fórmula
que se muestra en la figura 1. En la figura 2, se muestra la cantidad
posible de subredes que se pueden crear cuando se piden prestados 1, 2, 3, 4, 5
o 6 bits.
Nota: los
últimos dos bits no se pueden tomar prestados del último octeto, ya que no
habría direcciones de host disponibles. Por lo tanto, la longitud de prefijo
más extensa posible cuando se divide en subredes es /30 o 255.255.255.252.
Para calcular la cantidad de hosts que se pueden
admitir, utilice la fórmula. Existen dos
direcciones de subred que no se pueden asignar a un host: la dirección de red y
la dirección de difusión, de modo que debemos restar 2.
Tal como se muestra en la figura 4, existen 7
bits de host restantes, por lo que el cálculo es
2^7 = 128 - 2 = 126. Esto significa que cada una
de las subredes tiene 126 direcciones de host válidas.
Por lo tanto, si se toma prestado 1 bit de
host para la red, se crean 2 subredes, y cada una de estas puede tener un
total de 126 hosts asignados.
Creación de cuatro subredes
Ahora, considere la topología de red que se
muestra en la figura 1. La empresa usa el intervalo de direcciones de red
privado 192.168.1.0/24 y necesita tres subredes. Tomar prestado un solo bit
proporcionó únicamente dos subredes, entonces, se debe tomar prestado otro
bit de host, tal como se muestra en la figura 2. Al usar la fórmula 2^n
para los dos bits que se tomaron prestados, se obtienen 2^2 = 4
subredes como resultado. Los detalles específicos de las cuatros subredes se
muestran en la figura 3. Las cuatro subredes utilizan la máscara de subred
resultante /26 o 255.255.255.192.
Para calcular la cantidad de hosts, examine el
último octeto, que se muestra en la figura 4. Después de tomar prestados
2 bits para la subred, restan 6 bits de host. Aplique la fórmula de
cálculo de host 2^n - 2, tal como se muestra, para revelar que
cada subred puede admitir 62 direcciones de host. Las direcciones
significativas de la primera subred (p. ej.: red 0)
Solamente se requieren las primeras tres subredes,
ya que solo hay tres interfaces, se muestran las
especificaciones de las primeras tres subredes que se usarán para cumplir con
la topología.
Por último, se aplica la
primera dirección de host válida de cada subred a la interfaz de la red LAN del
R1 respectiva.
Creación de subredes con un prefijo /16
En una situación en la que se necesita una mayor
cantidad de subredes, se requiere una red IPv4 con más bits de host para tomar
prestados. Por ejemplo, la dirección de red 172.16.0.0 tiene una máscara
predeterminada de 255.255.0.0 o /16. Esta dirección tiene 16 bits en la
porción de red y 16 bits en la porción de host. Estos 16 bits en la
porción de host se pueden tomar prestados para crear subredes. En la tabla de
la ilustración, se destacan todas las situaciones posibles para la división en
subredes de un prefijo /16.
Pese a que no se requiere una memorización
completa de la tabla, se sugiere que adquiera un buen nivel de conocimiento
sobre cómo se genera cada valor en ella. No se deje intimidar por el tamaño de
la tabla. La razón de su gran tamaño es que tiene 8 bits adicionales que
se pueden tomar prestados y, por lo tanto, la cantidad de subredes y hosts es
simplemente más grande.
Creación de 100 subredes con una
red /16
Imagine una gran empresa que requiere, como
mínimo, 100 subredes y eligió la dirección privada 172.16.0.0/16 como su
dirección de red interna.
Al tomar prestados bits de una dirección /16,
comience a tomarlos del tercer octeto, de izquierda a derecha. Tome prestado un
solo bit por vez hasta que se alcance la cantidad de bits necesarios para crear
100 subredes.
Se muestra la cantidad de
subredes que se pueden crear cuando se toman prestados bits del tercer y del
cuarto octetos. Observe que ahora hay hasta 14 bits de host que se pueden
tomar prestados.
Para cumplir con los requisitos de la empresa, se
tendrían que tomar prestados 7 bits (p. ej.:
2^7 = 128 subredes)
Recuerde que la máscara de subred debe modificarse
para que se muestren los bits que se tomaron prestados. En este ejemplo, cuando
se toman prestados 7 bits, la máscara se extiende 7 bits en el tercer
octeto. En formato decimal, la máscara se representa como 255.255.254.0, o como
el prefijo /23, debido a que, en formato binario, el tercer octeto es 11111110
y el cuarto octeto es 00000000.
Cálculo de hosts
Para calcular la cantidad de hosts que puede
admitir cada subred, examine el tercer y el cuarto octetos. Después de tomar
prestados 7 bits para la subred, restan 1 bit de host en el tercer
octeto y 8 bits de host en el cuarto octeto, lo que da un total de
9 bits que no se tomaron prestados.
Aplique la fórmula de cálculo de host que se
muestra en la figura 1. Existen solo 510 direcciones de host
disponibles para cada subred /23.
La primera
dirección de host para la primera subred es 172.16.0.1, y la última dirección
de host es 172.16.1.254.
Creación de 1000 subredes con una red /8
Es posible que algunas organizaciones, como
pequeños proveedores de servicios o grandes empresas, puedan necesitar aún más
subredes. Tome, por ejemplo, un ISP pequeño que requiera 1000 subredes
para sus clientes. Cada cliente necesita gran cantidad de espacio en la porción
de host para crear sus propias subredes.
La dirección de red 10.0.0.0 tiene una máscara de
subred predeterminada 255.0.0.0 o /8. Esto significa que hay 8 bits en la
porción de red y 24 bits de host disponibles para tomar prestados a fin de
realizar la división en subredes. Por lo tanto, el ISP pequeño dividirá la red
10.0.0.0/8 en subredes.
Como siempre, para crear subredes, debemos tomar
prestados bits de la porción de host de la dirección IP de la interconexión de
redes existente. Comenzaremos de izquierda a derecha con el primer bit de host
disponible y tomaremos prestado un único bit por vez hasta alcanzar la cantidad
de bits necesarios para crear 1000 subredes. Tal como se muestra en la
figura 1, necesitamos tomar prestados 10 bits para crear 1024
subredes. Específicamente, necesitamos tomar prestados 8 bits del segundo
octeto y 2 bits más del tercero.
Se muestra la dirección de
red y la máscara de subred resultante, la cual se convierte en 255.255.192.0 o
un prefijo /18.
Se muestran las subredes
resultantes al tomar prestados 10 bits, con lo que se crean las subredes
de 10.0.0.0 /18 a 10.255.255.128.0 /18.
Se muestra que no se tomaron
prestados 14 bits de host, por lo tanto,
2^14 - 2 = 16 382. Esto indica que cada una de las
1000 subredes puede admitir hasta 16 382 hosts.
En la figura 5, se muestran las
especificaciones de la primera subred.
División en
subredes basada en necesidad de hosts
Existen dos factores que se deben tener en cuenta al planificar las
subredes:
- El número de direcciones de
host que se requieren para cada red
- El número de subredes
individuales necesarias
En la tabla de la ilustración, se muestran las especificaciones para una
división en subredes de una red /24. Observe que existe una relación inversa
entre la cantidad de subredes y la cantidad de hosts. Cuantos más bits se toman
prestados para crear subredes, menor es la cantidad de bits de host
disponibles. Si se necesitan más direcciones de host, se requieren más bits de
host, lo que tiene como resultado menos subredes.
La cantidad de direcciones de host que se requieren en la subred más
grande determina cuántos bits se deben dejar en la porción de host. Recuerde
que dos de las direcciones no se pueden utilizar, de modo que la cantidad
utilizable de direcciones se puede calcular mediante la fórmula
2^n - 2.
División en subredes basada en necesidad de redes
En ocasiones, se requiere una cantidad determinada
de subredes, con menor énfasis en la cantidad de direcciones de host por
subred. Esto puede suceder en el caso de que una organización decida separar el
tráfico de red sobre la base de la estructura interna o de la organización de
los departamentos, como se muestra en la ilustración. Por ejemplo, una
organización puede elegir colocar todos los dispositivos host que utilizan los
empleados del departamento de Ingeniería en una red, y todos los dispositivos
host que utiliza la gerencia en una red diferente. En este caso, la cantidad de
subredes es el factor más importante para determinar cuántos bits se deben
tomar prestados.
Recuerde que se puede calcular la cantidad de
subredes que se crean cuando se toman bits prestados mediante la fórmula 2^n
(donde “n” representa la cantidad de bits que se toman prestados). La clave es
equilibrar la cantidad de subredes y la cantidad de hosts que se requieren para
la subred más grande. Cuantos más bits se toman prestados para crear subredes
adicionales, menor es la cantidad de hosts disponibles por subred.
Ejemplo basado en requisitos de la red
Los administradores de redes deben diseñar un
esquema de direccionamiento de red que admita la cantidad máxima de hosts para
cada red y la cantidad de subredes. El esquema de direccionamiento debe
permitir el crecimiento tanto de la cantidad de direcciones de host por subred
como de la cantidad total de subredes.
En este ejemplo, las oficinas centrales de la
empresa asignaron la dirección de red privada 172.16.0.0/22 (10 bits de
host) a una sucursal. Como se muestra en la figura 1, esto proporciona
1022 direcciones de host.
La topología para las sucursales, descrita en la
figura 2, consiste en 5 segmentos LAN y 4 conexiones de interconexión
de redes entre routers. Por lo tanto, se requieren 9 subredes. La subred
más grande requiere 40 hosts.
La dirección de red 172.16.0.0/22 tiene
10 bits de host, tal como se muestra en la figura 3. Debido a que la
subred más grande requiere 40 hosts, se debe tomar prestado un mínimo de
6 bits de host para proporcionar el direccionamiento de los 40 hosts.
Esto se determina mediante la fórmula
2^6 – 2 = 62 hosts.
La fórmula para determinar subredes da un
resultado de 16 subredes: 2^4 = 16. Dado que la interconexión de
redes que se utilizó como ejemplo requiere 9 subredes, esto cumple con el
requisito y permite cierto crecimiento adicional.
Por lo tanto, los primeros 4 bits de host se
pueden utilizar para asignar subredes, tal como se muestra en la figura 4.
Cuando se piden prestados 4 bits, la nueva longitud de prefijo es /26, con
la máscara de subred 255.255.255.192.
Las subredes
se pueden asignar a los segmentos LAN y a conexiones de router a router.
Desperdicio de direcciones en la división en
subredes tradicional
Mediante la división en subredes tradicional, se
asigna la misma cantidad de direcciones a cada subred. Si todas las subredes
tuvieran los mismos requisitos en cuanto a la cantidad de hosts, estos bloques
de direcciones de tamaño fijo serían eficaces. Sin embargo, esto no es lo que
suele suceder.
Por ejemplo, la topología que se muestra en la
figura 1 requiere siete subredes, una para cada una de las cuatro LAN y
una para cada una de las tres conexiones WAN entre los routers. Si se utiliza
la división en subredes tradicional con la dirección dada 192.168.20.0/24, se
pueden tomar prestados 3 bits de la porción de host en el último octeto
para cumplir el requisito de siete subredes. Como se muestra en la
figura 2, si se toman prestados 3 bits, se crean 8 subredes, y
quedan 5 bits de host con 30 hosts utilizables por subred. Mediante
este esquema, se crean las subredes necesarias y se cumplen los requisitos de
host de la LAN más grande.
Si bien la división en subredes tradicional
satisface las necesidades de la LAN más grande y divide el espacio de
direcciones en una cantidad adecuada de subredes, da como resultado un
desperdicio significativo de direcciones sin utilizar.
Por ejemplo, solo se necesitan dos direcciones en
cada subred para los tres enlaces WAN. Dado que cada subred tiene
30 direcciones utilizables, hay 28 direcciones sin utilizar en cada
una de estas subredes. Como se muestra en la figura 3, esto da como
resultado 84 direcciones sin utilizar (28 x 3).
Además, de esta forma se limita el crecimiento
futuro al reducir el número total de subredes disponibles. Este uso ineficiente
de las direcciones es característico de la división en subredes tradicional. La
aplicación de un esquema de división en subredes tradicional a esta situación
no resulta muy eficiente y genera desperdicio.
La subdivisión de subredes, o el uso de una
máscara de subred de longitud variable (VLSM), se diseñó para evitar que se
desperdicien direcciones.
Máscaras de subred de longitud variable
Observe que, en todos los ejemplos de división en
subredes anteriores, se aplicó la misma máscara de subred a todas las subredes.
Esto significa que cada subred tiene la misma cantidad de direcciones de host
disponibles.
Mediante la
división en subredes tradicional se crean subredes de igual tamaño. Cada subred
en un esquema tradicional utiliza la misma máscara de subred. Como se muestra
en la figura 2, VLSM permite dividir un espacio de red en partes
desiguales. Con VLSM, la máscara de subred varía según la cantidad de bits que
se toman prestados para una subred específica, de lo cual deriva la parte
“variable” de la VLSM.
La división en subredes de VLSM es similar a la
división en subredes tradicional en cuanto a que se toman prestados bits para
crear subredes. Las fórmulas para calcular la cantidad de hosts por subred y la
cantidad de subredes que se crean también son válidas para VLSM.
La diferencia es que la división en subredes no es
una actividad que conste de un único paso. Con VLSM, la red primero se divide
en subredes y, a continuación, las subredes se subdividen en subredes. Este
proceso se puede repetir varias veces crear subredes de diversos tamaños.
Nota:
cuando utilice la VLSM, siempre comience por cumplir los requisitos de host de
la subred más grande. Siga con la división en subredes hasta que se cumplan los
requisitos de host de la subred más pequeña.
VLSM básica
Para comprender mejor el proceso de VLSM, vuelva
al ejemplo anterior que se muestra en la figura 1. La red 192.168.20.0/24
se dividió en ocho subredes del mismo tamaño. Se asignaron siete de las ocho
subredes. Cuatro subredes se utilizaron para las LAN, y tres se utilizaron para
las conexiones WAN entre los routers. Recuerde que el espacio de direcciones
desperdiciado estaba en las subredes utilizadas para las conexiones WAN, dado
que esas subredes requerían solo dos direcciones utilizables: una para cada
interfaz de router. Para evitar este desperdicio, se puede utilizar VLSM para
crear subredes más pequeñas para las conexiones WAN.
Para crear subredes más pequeñas para los enlaces
WAN, se dividirá una de las subredes. En este ejemplo, la última subred,
192.168.20.224/27, puede subdividirse aún más.
Recuerde que cuando se conoce la cantidad de
direcciones de host necesarias, puede utilizarse la fórmula 2^n - 2
(donde “n” es igual a la cantidad de bits de host restantes). Para proporcionar
dos direcciones utilizables, se deben dejar 2 bits de host en la porción
de host.
Debido a que hay 5 bits de host en el espacio
de direcciones 192.168.20.224/27 subdividido, se pueden tomar prestados
3 bits más y dejar 2 bits en la porción de host, tal como se muestra
en la figura 2. Los cálculos que se realizan llegado este punto son
exactamente los mismos que se utilizan
para la división en subredes
tradicional: Se toman prestados los bits, y se determinan los rangos de subred.
Este esquema de división en subredes VLSM reduce
la cantidad de direcciones por subred a un tamaño adecuado para las WAN. La
división de la subred 7 para las WAN permite que las subredes 4, 5 y 6
estén disponibles para redes futuras y que haya 5 subredes más disponibles para
las WAN.
VLSM en la
práctica
Si se utilizan subredes VLSM, se pueden direccionar los segmentos LAN y
WAN sin desperdicios innecesarios.
Los hosts en cada una de las
LAN se les asignan una dirección de host válida con el rango para esa subred y
una máscara /27. Cada uno de los cuatro routers tendrá una interfaz de red LAN
con una subred /27 y una o más interfaces seriales con una subred /30.
Mediante un esquema de direccionamiento común, la primera dirección IPv4
de host para cada subred se asigna a la interfaz de la red LAN del router. A
las interfaces WAN de los routers se les asignan las direcciones IP y la
máscara para las subredes /30.
Se muestra la configuración de interfaz
para cada uno de los routers.
Los hosts en cada subred tendrán una dirección IPv4 de host del
intervalo de direcciones de host para esa subred y una máscara adecuada. Los
hosts utilizarán la dirección de la interfaz de la red LAN del router conectada
como dirección de gateway predeterminado.
- El gateway predeterminado
para los hosts del edificio A (192.168.20.0/27) es 192.168.20.1.
- El gateway predeterminado
para los hosts del edificio B (192.168.20.32/27) es 192.168.20.33.
- El gateway predeterminado
para los hosts del edificio C (192.168.20.64/27) es 192.168.20.65.
- El gateway predeterminado
para los hosts del edificio D (192.168.20.96/27) es 192.168.20.97.
Cuadro de VLSM
Un cuadro de direccionamiento se puede usar para
identificar los bloques de direcciones que están disponibles para usar y cuáles
ya se encuentran asignados, tal como se muestra en la figura 1. Este
método ayuda a evitar la asignación de direcciones que ya han sido asignadas.
Como se muestra en la figura 2, para utilizar
el espacio de direcciones de manera más eficaz, se crean subredes /30 para los
enlaces WAN. A fin de mantener juntos los bloques de direcciones sin utilizar
en un bloque de espacio de direcciones contiguo, la última subred /27 se volvió
a subdividir para crear subredes /30. Las primeras 3 subredes se asignaron
a enlaces WAN.
Diseñar el esquema de direccionamiento de esta
manera deja 3 subredes /27 continuas sin utilizar y 5 subredes /30
contiguas sin utilizar.
Planificación
de direcciones de red
Como se muestra en la ilustración, es necesario que la asignación del
espacio de direcciones de la capa de red dentro de la red de la empresa esté
bien diseñada. La asignación de direcciones no debe ser aleatoria.
La planificación de las subredes de la red requiere un análisis tanto de
las necesidades de uso de red de la organización como de la forma en que se
estructurarán las subredes. El punto de partida consiste en llevar a cabo un
estudio de los requisitos de la red. Esto significa analizar la totalidad de la
red y determinar sus secciones principales y el modo en que se segmentarán. El
plan de direcciones incluye la determinación de las necesidades de cada subred
en cuanto al tamaño, la cantidad de hosts por subred, la forma en que se
asignarán las direcciones de host, cuáles son los hosts que requerirán
direcciones IPv4 estáticas y cuáles pueden utilizar DHCP para obtener la
información de asignación de direcciones.
El tamaño de la subred implica planificar la cantidad de hosts que
requerirán direcciones IPv4 de host en cada subred de la red privada
subdividida. Por ejemplo, en un diseño de red de campus, sería recomendable
considerar cuántos hosts se necesitan en la LAN de la administración, cuántos
en la LAN del cuerpo docente y cuántos en la LAN de los estudiantes. En una red
doméstica, se podrían considerar la cantidad de hosts en la LAN principal de la
casa y la cantidad de hosts en la LAN de la oficina en el hogar.
Como ya se mencionó, el administrador de redes decide el rango de
direcciones IPv4 privadas utilizado en una LAN, y debe considerarlo
cuidadosamente para asegurarse de que haya suficientes direcciones de host
disponibles para los hosts conocidos hasta el momento y para futuras
expansiones. Recuerde que los rangos de direcciones IPv4 privadas son los
siguientes:
- De 10.0.0.0 a
10.255.255.255, con la máscara de subred 255.0.0.0 o /8
- De 172.16.0.0 a
172.31.255.255, con la máscara de subred 255.240.0.0 o /12
- De 192.168.0.0 a
192.168.255.255, con la máscara de subred 255.255.0.0 o /16
Conocer los requisitos de direcciones IPv4 permite determinar el o los
rangos de direcciones de host que se deben implementar. La división en subredes
del espacio de direcciones IPv4 privadas seleccionado proporciona las
direcciones de host para satisfacer las necesidades de la red.
En cuanto a las direcciones públicas que se utilizan para conectarse a
Internet, suelen ser asignadas por un proveedor de servicios. Por lo tanto, si
bien se aplicarían los mismos principios de la división en subredes, esto
generalmente no es responsabilidad del administrador de redes de la
organización.
Planificación del direccionamiento de la red
En la ilustración, se muestran tres
consideraciones principales para planificar la asignación de direcciones.
Evitar la duplicación de direcciones hace
referencia al hecho de que cada host en una interconexión de redes debe tener
una dirección única. Sin la planificación y el registro adecuados, se podría
asignar una dirección a más de un host, lo que ocasionaría problemas de acceso
para ambos hosts.
Proporcionar acceso y controlarlo hace referencia
al hecho de que algunos hosts, como los servidores, proporcionan recursos a
hosts tanto internos como externos. La dirección de capa 3 asignada a un
servidor puede utilizarse para controlar el acceso a ese servidor. Sin embargo,
si la dirección se asigna de manera aleatoria y no está bien registrada, es más
difícil controlar el acceso.
Supervisar la seguridad y el rendimiento de los
hosts significa que se examina el tráfico de red para las direcciones IP de
origen que generan o reciben paquetes excesivos. Si el direccionamiento de la
red se planifica y se registra de forma correcta, es posible encontrar
fácilmente los dispositivos de red problemáticos.
Asignación de
direcciones a dispositivos
Dentro de una red, existen distintos tipos de dispositivos que requieren
direcciones, incluidos los siguientes:
- Clientes usuarios finales: la mayoría de las redes
asignan direcciones de manera dinámica con el protocolo de configuración
dinámica de host (DHCP). Esto reduce la carga sobre el personal de soporte
de red y elimina de manera virtual los errores de entrada. Del mismo modo,
las direcciones solo se conceden por un período determinado. Cambiar el
esquema de división en subredes significa que se necesita volver a
configurar el servidor DHCP y que los clientes deben renovar sus
direcciones IP. Los clientes IPv6 pueden obtener información de dirección
mediante DHCPv6 o SLAAC.
- Servidores y periféricos: deben tener una dirección
IP estática predecible. Utilice un sistema de numeración coherente para
estos dispositivos.
- Servidores a los que se
puede acceder mediante Internet: en muchas redes, los servidores deben ponerse
a disposición de usuarios remotos. En la mayoría de los casos, a estos
servidores se les asignan direcciones privadas internamente, y el router o
firewall en el perímetro de la red debe estar configurado para traducir la
dirección interna a una dirección pública.
- Dispositivos intermediarios: a estos dispositivos se
asignan direcciones para la administración, la supervisión y la seguridad
de redes. Debido a que es necesario saber cómo comunicarse con
dispositivos intermediarios, estos deben tener asignadas direcciones
predecibles y estáticas.
- Gateway: los routers y los
dispositivos de firewall tienen una dirección IP asignada para cada
interfaz que sirve como gateway para los hosts de dicha red. Normalmente,
la interfaz de router utiliza la dirección más baja o más alta de la red.
En la tabla de la ilustración, se muestra un ejemplo de la asignación de
direcciones para una red pequeña.
Al desarrollar un esquema de asignación de direcciones IP, por lo
general se recomienda tener un patrón establecido de la forma en que se asignan
las direcciones a cada tipo de dispositivo. Esto beneficia a los
administradores a la hora de agregar y quitar dispositivos, ya que filtra el
tráfico basado en IP, y también simplifica el registro.
Dirección IPv6 de unidifusión global
La división en subredes IPv6 requiere un enfoque
diferente que la división en subredes IPv4. Las mismas razones para la división
en subredes del espacio de asignación de direcciones IPv4 para administrar el
tráfico de red también se aplican a IPv6. Sin embargo, debido a la gran
cantidad de direcciones IPv6, ya no es necesario preocuparse por conservar
direcciones. El plan de direcciones IPv6 puede concentrarse en el mejor enfoque
jerárquico para administrar y asignar subredes IPv6. Consulte la ilustración
para hacer una revisión rápida de la estructura de una dirección IPv6 de
unidifusión global.
La división en subredes IPv4 no comprende
solamente limitar los dominios de difusión, sino que también incluye la
administración de la escasez de dirección. Para ayudar a conservar las
direcciones IPv4, se debe determinar la máscara de subred y utilizar VLSM. En
la división en subredes IPv6, la conservación del espacio de direcciones no es
un problema que considerar. La ID de subred incluye más subredes que las
suficientes. La división en subredes IPv6 tiene que ver con la creación de una
jerarquía de direccionamiento basada en la cantidad de subredes necesarias.
Recuerde que existen dos tipos de direcciones IPv6
asignables: una dirección IPv6 link-local nunca se subdivide, ya que solo
existe en el enlace local; sin embargo, una dirección IPv6 de unidifusión
global se puede dividir.
La dirección IPv6 de unidifusión global consiste,
por lo general, en un prefijo de routing global /48, una ID de subred de
16 bits y una ID de interfaz de 64 bits.
División en
subredes mediante la ID de subred
La sección de ID de subred de 16 bits de la dirección IPv6 de
unidifusión global puede ser utilizada por una organización para crear subredes
internas.
La ID de subred proporciona más subredes que las necesarias y admite más
hosts de los que puedan llegarse a necesitar para una subred. Por ejemplo, la
sección de 16 bits permite realizar lo siguiente:
- Crear hasta 65 536
subredes /64. Esto no incluye la posibilidad de tomar prestados bits de la
ID de interfaz de la dirección.
- Admitir hasta
18 trillones de direcciones IPv6 de host por subred (p. ej.:
18 000 000 000 000 000 000).
Nota: también se puede dividir en subredes en la ID de interfaz de 64 bits (o
porción de host), pese a que no suele ser necesario.
La división en subredes IPv6 también es más fácil de implementar que la
IPv4, ya que no se requiere la conversión al sistema binario. Para determinar
la siguiente subred disponible, simplemente se suman los valores en el sistema
hexadecimal.
Por ejemplo, suponga que a una organización se le asignó el prefijo de
routing global 2001:0DB8:ACAD::/48 con una ID de subred de 16 bits. Esto
permitiría a la organización crear subredes /64, tal como se muestra en la
ilustración. Observe que el prefijo de routing global es igual para todas las
subredes. Solo se incrementa el hexteto de la ID de subred en sistema
hexadecimal para cada subred.
Asignación de subred IPv6
Con la posibilidad de elegir entre más de
65 000 subredes, la tarea del administrador de redes se convierte en la
tarea de diseñar un esquema lógico para direccionar la red.
Como se muestra en la figura 1, la topología
que se utiliza de ejemplo requerirá subredes para cada LAN, así como para el
enlace WAN entre el R1 y el R2. A diferencia del ejemplo para IPv4, con IPv6 la
subred del enlace WAN no se sigue dividiendo en subredes. Aunque esto puede
provocar el “desperdicio” de direcciones, eso no constituye un motivo de
preocupación al utilizar IPv6.
Como se muestra en la figura 2, para este ejemplo
se utiliza la asignación de cinco subredes IPv6, con el campo de ID de subred
del 0001 al 0005. Cada subred /64 proporcionará más direcciones de las que
jamás se necesitarán.
Se asigna una
subred /64 a cada segmento LAN y al enlace WAN.
De manera similar a la configuración de IPv4, en
la figura 4 se muestra que cada una de las interfaces de router se
configuró en una subred IPv6 distinta.
Consulte el apéndice del capítulo para obtener más
información sobre la división en subredes IPv6 en la ID de interfaz.