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T4. Direccionamiento IP

En esta unidad trabajaremos fundamentalmente el direccionamiento lógico que en la familia de protocolos TCP/IP, la estándar en INTERNET, será fundamentalmente el direccinamiento IP.

En concreto, en esta unidad estudiaremos la versión 4 del protocolo IP y más adelante, en la unidad 9 veremos la versión 6 de dicho protocolo, donde se ha realizado un rediseño completo y NO compatible con la versión 4.

Sistemas de Numeración

Sistema Decimal

Si decimos que tenemos el número 194… ¿qué significa?

1 x 102 + 9 x 101 + 4 x 100 = 19410

Sistema Binario

¿Y si tenemos el número binario 1011?

En binario => 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20 = 10112

En decimal => 8 + 0 + 2 + 1 = 1110

  • Conversión decimal a binario

  • Conversión binario a decimal

  • Ejercicios:

    Decimal Binario
    1
    10
    11
    100
    101
    1011
    1110
    1111
    1 0000
    1011 0000
    1001 0110
    0001 1110
    0000 1011
    1000 0011
    0001 1011
    1011 0001
    0000 0000
    1111 1111
    1111 1110
    1111 1101
    Decimal Binario
    1
    2
    3
    4
    5
    7
    8
    9
    14
    15
    16
    23
    30
    31
    32
    45
    56
    63
    64
    65
    91
    92
    93
    98
    127
    128
    129
    144
    173
    222
    223
    224
    239
    240
    241
    251
    252
    253
    254
    255
    256
    257

Juego

Tetris binario

Sistema Hexadecimal

El sistema hexadecimal es un sistema en base 16.

Puesto que nosotros sólo tenemos los dígitos de 0 a 9, ¿cómo podemos solventarlo?

Para representar el sistema hexadecimal debemos añadir 6 dígitos extra a nuestro sistema de numeración, quedando por tanto de la siguiente forma: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F, tomando A el valor de 10, B el valor 11 y así hasta la F el valor 15. Éste sistema de numeración se utiliza fundamentalmente para compactar el binario y que el número de dígitos a utilizar sea inferior. Ejemplos:

Binario Hexadecimal
1001 0110
0001 1110
1001 0110 1100 0111
0001 1110 1001 0110 1100 0111

Como podemos ver, es mucho más práctico representar en hexadecimal que en binario, y uno y otro encajan perfectamente en bloques de 4 dígitos binarios a 1 dígito hexadecimal.

Ejercicios

Binario Hexadecimal
96
1E
96 C7
1E 96 C7

Características del protocolo IP versión 4.

Como ya veíamos, este protocolo se enmarca en la capa 3 o capa de red y nos proporciona el direccionamiento lógico de equipos. Con él podemos direccionar "todos" los dispositivos que se conectan a internet… hasta el máximo práctico de dicho protocolo.

El protocolo IPv4 es un protocolo que utiliza para el direccionamiento 32 bits ("1"s y "0"s), los cuales se dividen en grupos de 8 bits para su jerarquización y simplicidad de uso.

Teóricamente, con 32 bits podríamos direccionar hasta 4.294.967.296… esto es, algo más de 4.200 millones de dispositivos.

En la práctica, el número de dispositivos direccionables es bastante inferior, por lo que a día de hoy ya tenemos un serio problema de direccionamiento y por ello se encuentra en plena fase de expansión el protocolo IPv6 que cuenta con la capacidad de 128 bits.

Pese a lo anterior, en redes locales el uso de la versión IPv4 es más que suficiente y por eso vamos a estudiarla a fondo.

Direccionamiento IPv4:

  • Consta de 4 grupos de 8 bits y se clasifican en 5 clases según se distribuyan dichos bits.
  • Identifican a:
    • Host: PC, móvil, router, etc…
    • Red o subred: grupo de equipos
    • Broadcast (difusión): todos los equipos de una red o subred.
  • La IP es un identificador LÓGICO y no físico como la MAC.

Direccionamiento CON clases

Clase A:

  • Tienen su primer bit (de más peso) a 0, lo que hace que sus direcciones (en decimal) vayan de la 0.0.0.0 a la 127.255.255.255.
  • 8 bits de red (28 redes), 24 bits de equipos (224-2 equipos).

Nota: la ip 0.0.0.0 no es válida de forma general, por lo que no puede utilizarse como el resto de las de clase A.

Clase B:

  • Tienen su primer bit a 1 y el segundo a 0, lo que hace que sus direcciones vayan de la 128.0.0.0 a la 191.255.255.255.
  • 16 bits de red, 16 bits de equipos.

Clase C:

  • Tienen sus dos primeros bits a 1 y el tercero a 0, lo que hace que sus direcciones vayan de la 192.0.0.0 a la 223.255.255.255.
  • 24 bits de red y 8 bits de equipos (28-2 equipos).

Clases D: Direcciones de multicast

Ejercicio: Streaming MULTICAST con VLC

Clase E: Reservado para investigación y usos futuros.

No lo trabajaremos en este curso con excepción de la IP 255.255.255.255

Máscara de red:

Nos indica que bits pertenecen a la red y cuales al host:

  • 255 -> 1111 1111 - Todo son bits de red

  • 0 -> 0000 0000 - Todo son bits de host

  • Otro - Habrá que pasar a binario para conocer cuantos bits son de red y cuantos de host, dentro de una dirección IP.

Vídeo aclaratorio 1 (UPV)

Rango de IPs: públicas, privadas y reservadas

  • IPs PÚBLICAS: Clases de IPv4:

    Clase Rango
    A 1.0.0.0 - 127.255.255.255
    B 128.0.0.0 - 191.255.255.255
    C 192.0.0.0 - 223.255.255.255
    Multicast 224.0.0.0 - 239.255.255.255

    (*) En binario, se atiende a donde nos encontramos el primer cero y la posición corresponde a la clase.

    La IP 0.0.0.0 veremos que es una IP especial que el HOST interpreta como que debe atender a todas las interface por igual.

  • IPs PRIVADAS: Los siguentes rangos son de uso en redes privadas (no accesibles desde internet) sin una IP pública correspondiente.

    Clase Rango Máscara RED
    A 10.0.0.0 - 10.255.255.255 255.0.0.0
    B 172.16.0.0 - 172.31.255.255 255.255.0.0
    C 192.168.0.0 - 192.168.255.255 255.255.255.0

  • IPs RESERVADAS:

    • IP no VÁLIDA: La IP 0.0.0.0 no es una dirección válida ya que es utilizada como dirección COMODÍN. Esto es, cuando un equipo escucha en 0.0.0.0 lo que hace es escuchar en TODAS sus interfaces de red.
    • IPs de BUCLE: De las anteriores, debemos quitar la 127.x.x.x ya que es la dirección de LOOPBACK, que también podemos invocar con localhost
    • IPs INTERNAS DE ENRUTAMIENTO: Las direcciones de 0.0.0.1 a 0.255.255.255 son utilizadas sólo por software. Nosotros no le prestaremos atención.

  • IPs locales de enlace: Cuando un HOST no puede establecer comunicación con ningún DHCP y no está configurado estático (a mano), comienza un proceso de autoconfiguración y se asigna a sí mismo una IP aleatoria dentro del rango 169.254.0.0 - 169.254.255.255.

Importante: si nos encontramos que un HOST está en dicho rango es síntoma de que no pudo establecer comunicación con ningún DHCP.

Resúmen en vídeo

Ejercicios IP

Nos dicen que nuestro equipo está en la dirección 31.4.149.59. ¿Qué sabemos de él?

  1. ¿A que clase pertenece?
  2. ¿Cuantos bits de RED y de HOST tiene?
  3. ¿Cuántas redes existen en esa clase?
  4. ¿Cuántos HOST puede haber en esa RED?
  5. ¿Qué máscara de RED le pertenece?
  6. IP de la RED a la que pertenece
  7. Dirección de difusión o BROADCAST
  8. Dirección del primer host de la RED
  9. Dirección del último host de la RED

Repite para las IPs:

  1. 192.168.20.154
  2. 192.168.255.154
  3. 172.16.20.154
  4. 172.31.20.154
  5. 10.1.2.3
  6. 10.255.2.3
  7. 1.2.3.4
  8. 1.1.1.1
  9. 223.0.255.253
  10. 223.255.0.253
  11. 223.255.255.253
  12. 223.255.255.254

¿Puedes decir que equipos de los anteriores NO podrán comunicarse NUNCA?

Enrutamiento entre dominios sin clases (CIDR por sus siglas inglesas)

Su introducción permitió una mayor flexibilidad al dividir rangos de direcciones IP en redes separadas. De esta manera permitió:

  • Un uso más eficiente de las direcciones IPv4 (Se acaban!!!!).
  • Un mayor uso de la jerarquía de direcciones (agregación de prefijos de red).

De IPv4 192.168.0.6 pasamos a 192.168.0.6/24. El CIDR, 24 en este caso, indica el número de bits de red, con lo que ya no tenemos que pasar de 254 a 65.534 equipos. Si necesitamos, podemos "contratar" 510 equipos (23 bits de red y 9 de host).

Direccionamiento SIN clases

Una subred toma prestados bits de la parte de host para formar una agrupación intermedia. P.e. la dirección 192.168.0.6/30 está creando una subred, donde tenemos entonces: 24 bits de red + 6 bits de subred + 2 bits de host = 32 bits (eso SIEMPRE constante).

El CIDR es siempre la suma de los bits de red y de subred.

Análisis de la red con CIDR.

Nos dicen que nuestro equipo está en la dirección 192.168.0.6/30. ¿Qué sabemos de él?

  1. >= 192 y <224 ➡️ Red de clase C.

  2. 30 bits CIDR = 24 bits de red + 6 bits de subred.

  3. 32 bits totales IPv4 - 30 bits CIDR = 2 bits de host

  4. Máscara de red:

    255.255.255.252 ➡️ 11111111.11111111.11111111.11111100

  5. Dir de subred:

    111111 ➡️ 6 bits ➡️ 26 = 64 subredes[^2]

  6. Bits de host:

    00 ➡️ 2 bits ➡️ 22-2 = 2 host

  7. Dirección de subred: Operación IP & Mascara de red

. IP (dec) dir IP (bin)
IP 192.168. 0. 6 ➡️ 11100000.10101000.00000000.00000110
Máscara 255.255.255.252 ➡️ 11111111.11111111.11111111.11111100
Subred 192.168. 0. 4 ⬅️ 11100000.10101000.00000000.00000100

  1. Dirección de broadcast de subred:

    11100000.10101000.00000000.00000111 ➡️ 192.168.0.7

  2. Primer host de la red (la siguiente a la de la subred): 192.168.0.5

  3. Dirección del último host (la anterior a la de broadcast): 192.168.0.6

RFC 950 y RFC 1812:

En la RFC 950 hay que reservar la primera subred y la última sin utilizar (similar a los host), por lo que el número de estas es 2N-2.

En la RFC 1812 no hay que reservar nada. Entonces hay 2N redes. Éste es el estándar actual, por lo que si no se indica lo contrario, será el utilizado.

No necesitáis recordar los nombre de los estándares, sólo que si os lo indican sepáis que lo tenéis que tener en cuenta ya que os encontráis ante un equipo antiguo.

Ejercicios

Se pide determinar:

  1. Clase
  2. nº de bits de red y nº de redes
  3. nº de bits subred y nº de subredes
  4. nº de bits de host y nº de host
  5. Máscara de red (decimal y binario)
  6. Dirección de subred
  7. Dirección de broadcast de subred
  8. Primer host de la subred
  9. Último host de la subred
  10. Primera subred de la red
  11. Última subred de la red

De las direcciones IP:

  • 192.168.20.154/27
  • 192.168.20.154/28
  • 192.168.20.154/29
  • 192.168.20.154/30
  • 172.25.184.253/19
  • 172.25.184.253/20
  • 172.25.184.253/21

Repaso:

Vídeo resúmen (25 min) Vídeo resúmen 2 (24 min) Subnetting: dividir una red para tener una subred donde podamos tener 12 equipos (16 min)

Máscara de Subred de Logitud Variable - VLSM

La siguiente vuelta de tuerca el direccionamiento IP es no usar subredes de tamaño fijo, con lo que se aprovecha mejor el tamaño.

Esto es, si partimos por ejemplo de la subred 192.168.20.128/25 de 126 host, podemos a su vez segmentarla en las subredes 192.168.20.0/26 de 62 host, y 192.168.20.128/27 y 192.168.20.160/27, de 30 host cada una.

Ejercicio de enrutamiento entre dominios sin clases (CIDR por sus siglas inglesas)

Dada la IPv4 172.54.12.26/26 podemos decir de ella:

  • Es una IP de la clase B, por lo que tiene 16 bits de RED. Ésto hace un total de 216 redes (65536 redes).
  • Nos indica además que tiene un CIDR de 26, por lo que el número de subredes disponibles serán 26 bits CIDR - 16 bits RED => 10 bits SUBREDES, 210 subredes (1024 subredes).
  • Nos deja por tanto 32 - 26 bits para HOST, esto es 26-2 HOST (62 host), ya que sabemos que la 00 0000 y la 11 1111 son las direcciones de la subred concreta y de difusión (BROADCAST) de dicha subred.
    IMPORTANTE: tenemos una subred cada 26 (64) direcciones.
  • Otros datos de interés:
. IP (dec) . IP (bin)
IP 172.54.12.26/26 ➡️ 1010 1100.0011 0110.0000 1100.0001 1010
Másc. red 255.255.255.192 ⬅️ 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1100 0000
& => IP red 172.54.12.0 ⬅️ 1010 1100.0011 0110.0000 1100.0000 0000
difusión 172.54.12.63 ⬅️ 1010 1100.0011 0110.0000 1100.0011 1111
1er host 172.54.12.1 (En decimal -> IP de la red + 1)
último host 172.54.12.62 (En decimal -> IP de difusión - 1)
1ª subred 172.54.0.0 (1) 1010 1100.0011 0110.0000 0000.0000 0000
Última subred 172.54.255.192 (2) 1010 1100.0011 0110.1111 1111.1100 0000

(1) Todos los bits de subred a 0 (no de la máscara).
(2) Todos los bits de subred a 1.

Escape_en_la_red_(Scape_room)

enlace -> aquí

Ejemplos:

IPv4: