Redes IP: Direcciones Especiales, Subnetting y ARP Explicados

Conceptos Fundamentales de Direccionamiento IP

Direcciones IP Especiales y su Propósito

• Cuando un host arranca, la IP inicial es 0.0.0.0. En la configuración del router, esta es la dirección de encaminamiento por defecto.
• La IP con número de red 0 se utiliza para referirse a la red actual.
• Para la difusión de red local (broadcast) se utiliza 255.255.255.255. No es reenviada por el router.
• La IP 127.0.0.0 (y su rango) se usa para pruebas de realimentación (loopback). Específicamente, 127.0.0.1 es localhost.
• Las IPs entre 169.254.0.0 y 169.254.255.255 están reservadas para enlace local (APIPA - Automatic Private IP Addressing).
• Las IPs entre 192.0.0.0 y 192.0.0.255 están reservadas para tareas de protocolos (IANA - Internet Assigned Numbers Authority).
• Las IPs entre 192.88.99.0 y 192.88.99.255 se utilizan para la comunicación con IPv6 desde IPv4 (6to4).
• Las IPs entre 192.18.0.0 y 192.19.255.255 se usan para pruebas de conexión entre redes (BENET - Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices).

Máscaras de Red: Determinando la Dirección de Red

Las máscaras de red se utilizan para obtener la dirección de red a partir de una dirección IP. En binario, una máscara de red tiene todos los bits de red en '1' y los de host en '0'.

La dirección de red se obtiene aplicando una operación lógica AND entre la dirección IP y la máscara de red:

IP + Máscara de Red = Dirección de Red (AND Lógico)

Subredes y Máscaras de Subred

Todos los ordenadores de una misma red o subred deben tener la misma máscara de red.

Subnetting: División de Redes

• Subnetting es la división de una red en varias subredes de forma transparente para el mundo exterior.
• La parte de la IP correspondiente a la red no cambia, pero la parte del host se divide en dos componentes: subred y hosts.

VLSM (Máscara de Subred de Longitud Variable)

VLSM permite utilizar distintas máscaras de subred para dividir una red en subredes de diferentes tamaños, optimizando el uso del espacio de direcciones IP.

CIDR (Direccionamiento Sin Clases)

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) utiliza VLSM para crear rangos de direcciones que no se ajustan a las restricciones del direccionamiento con clases (Classful).

Los rangos de direcciones CIDR deben cumplir las siguientes normas:

• Las direcciones de un rango deben ser contiguas.
• El número de direcciones de un rango debe ser una potencia de dos.
• La primera dirección de un rango debe ser divisible por el número total de direcciones de ese rango.

CIDR introduce una nueva notación: no es necesario especificar la máscara de subred completa, sino un sufijo en la IP (por ejemplo, /24) que indica el número de bits '1' en la máscara. La primera dirección de un rango CIDR se considera la dirección de red.

Supernetting: Agregación de Rutas

Supernetting es el proceso de combinar varios rangos CIDR para crear un rango de direcciones más grande. Su principal beneficio es que reduce el tamaño de las tablas de encaminamiento en los routers.

Este resumen de rutas se denomina agregación de rutas. La acción de resumir rutas se llama sumarización.

Asociación de Direcciones: Lógicas y Físicas

• Direcciones físicas (MAC): Son locales y únicas en un segmento de red.
• Direcciones lógicas (IP): Son únicas en el mundo (o en una red privada) y se utilizan para el encaminamiento.

Se utilizan tablas de direcciones para localizar recursos de red, asociando direcciones lógicas con sus correspondientes direcciones físicas.

ARP (Address Resolution Protocol): Resolución de Direcciones

ARP (Address Resolution Protocol) es un protocolo fundamental para asociar direcciones lógicas (IP) a direcciones físicas (MAC).

Cuando un host necesita enviar un datagrama IP a otro host en la misma red local, y conoce la IP lógica del destinatario, necesita conocer la dirección física (MAC) del destinatario para poder enviar el paquete a través de la red física (cables).

1. El emisor envía a la red una trama de consulta ARP (ARP Request), que incluye las direcciones física e IP del emisor y la IP del destinatario.
2. Todos los equipos de la red reciben el paquete, pero solo el destinatario cuya IP coincide lo procesa.
3. El destinatario envía una trama de respuesta ARP (ARP Reply) al emisor, que contiene su dirección MAC.

Para evitar que ARP sea ineficiente (realizando un broadcast de petición ARP por cada paquete IP a enviar), los sistemas mantienen una caché ARP. Antes de enviar una petición ARP, el sistema comprueba su caché para ver si ya existe una asociación IP-MAC. Si la encuentra, la utiliza directamente.