109.1 Lección 1
Certificación: |
LPIC-1 |
|---|---|
Versión: |
5.0 |
Tema: |
109 Fundamentos de redes |
Objetivo: |
109.1 Fundamentos de los protocolos de Internet |
Lección: |
1 de 2 |
Introducción
El TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet) es una pila de protocolos que permite la comunicación entre ordenadores. A pesar de su nombre, la pila consta de varios protocolos como IP, TCP, UDP, ICMP, DNS, SMTP, ARP y otros.
IP (Internet Protocol)
El IP es el protocolo responsable del direccionamiento lógico de un host, que permite el envío de paquetes de un host a otro. Para ello, a cada dispositivo de la red se le asigna una dirección IP única, y es posible asignar más de una dirección al mismo dispositivo.
En la versión 4 del protocolo IP, normalmente llamada IPv4, la dirección está formada por un conjunto de 32 bits separados en 4 grupos de 8 bits, representados en forma decimal. Por ejemplo:
Formato binario (4 grupos de 8 bits):: 11000000.10101000.00001010.00010100
- Formato decimal
-
192.168.10.20
En IPv4, los valores de cada octeto pueden ir de 0 a 255, lo que equivale a 11111111 en formato binario.
Clases de direcciones
En teoría, las direcciones IP están separadas por clases, que se definen por el rango del primer octeto, como se muestra en la siguiente tabla:
| Clase | Primer Octeto | Rango | Ejemplo |
|---|---|---|---|
A |
1-126 |
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B |
128-191 |
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C |
192-223 |
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Direcciones IP públicas y privadas
Como se ha mencionado anteriormente, para que se produzca la comunicación, cada dispositivo de la red debe estar asociado con al menos una dirección IP única. Sin embargo, si cada dispositivo conectado a Internet en el mundo tuviera una dirección IP única, no habría suficientes direcciones IP (v4) para todos. Por ello, se definieron las direcciones IP privadas.
Las direcciones IP privadas son rangos de direcciones IP que se han reservado para su uso en las redes internas (privadas) de empresas, instituciones, hogares, etc. Dentro de la misma red, el uso de una dirección IP sigue siendo único. Sin embargo, la misma dirección IP privada puede ser utilizada dentro de cualquier red privada.
Así, en Internet tenemos un tráfico de datos que utiliza direcciones IP públicas, que son reconocibles y se enrutan a través de Internet, mientras que dentro de las redes privadas se utilizan estos rangos de direcciones IP reservados. El router se encarga de convertir el tráfico de la red privada a la red pública y viceversa.
Los rangos de direcciones IP privadas, separadas por clases, pueden verse en la siguiente tabla:
| Clase | Primer Octeto | Rango | Ejemplo |
|---|---|---|---|
A |
1-126 |
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|
B |
128-191 |
|
|
C |
192-223 |
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Conversión de formato decimal a binario
Para los sujetos de este tema, es importante saber cómo convertir las direcciones IP entre los formatos binario y decimal.
La conversión del formato decimal al binario se realiza mediante divisiones consecutivas por 2. Como ejemplo, convirtamos el valor 105 mediante los siguientes pasos:
-
Dividiendo el valor 105 entre 2 tenemos:
105/2 Quotient = 52 Rest = 1
-
Divida el cociente secuencialmente por 2, hasta que el cociente sea igual a 1:
52/2 Rest = 0 Quotient = 26
26/2 Rest = 0 Quotient = 13
13/2 Rest = 1 Quotient = 6
6/2 Rest = 0 Quotient = 3
3/2 Rest = 1 Quotient = 1
-
Agrupe el último cociente seguido del resto de todas las divisiones:
1101001
-
Rellene con "0" a la izquierda hasta completar 8 bits:
01101001
-
Al final, tenemos que el valor 105 en decimal es igual a 01101001 en binario.
Conversión de formato binario a decimal
En este ejemplo, utilizaremos el valor binario 10110000.
-
Cada bit está asociado a un valor con una potencia de base dos. Las potencias se inician en 0, y se incrementan de derecha a izquierda. En este ejemplo tendremos:
1
0
1
1
0
0
0
0
27
26
25
24
23
22
21
20
-
Cuando el bit es 1, asignamos el valor de la potencia respectiva, cuando el bit es 0 el resultado es 0.
1
0
1
1
0
0
0
0
27
26
25
24
23
22
21
20
128
0
32
16
0
0
0
0
-
Sume todos los valores:
128 + 32 + 16 = 176
-
Así, 10110000 en binario es igual a 176 en decimal.
Máscara de red
La máscara de red se utiliza junto con la dirección IP para determinar qué parte de la dirección representa la red y cuántos hosts. Tiene el mismo formato que las direcciones IP, es decir, hay 32 bits en 4 grupos de 8. Por ejemplo:
| Decimal | Binario | CIDR |
|---|---|---|
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Utilizando la máscara 255.255.0.0 como ejemplo, indica que en la IP asociada, los primeros 16 bits (2 primeros decimales) identifican la red/subred y los últimos 16 bits se utilizan para identificar de forma única los hosts dentro de la red.
El CIDR (Classless Inter-Domain Routing) mencionado anteriormente está relacionado con una notación de máscara simplificada, que indica el número de bits (1) asociados a la red/subred. Esta notación se utiliza habitualmente para sustituir el formato decimal, por ejemplo /24 en lugar de 255.255.255.0.
Es interesante observar que cada clase de IP tiene una máscara estándar, como se indica a continuación:
| Clase | Primero octeto | Rango | Máscara por defecto |
|---|---|---|---|
A |
1-126 |
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B |
128-191 |
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|
C |
192-223 |
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Sin embargo, este patrón no significa que esta sea la máscara que se utilizará siempre. Es posible utilizar cualquier máscara con cualquier dirección IP, como veremos a continuación.
Aquí hay algunos ejemplos de uso de direcciones IP y máscaras:
192.168.8.12 / 255.255.255.0 / 24
- Rango
-
192.168.8.0-192.168.8.255 - Dirección de la red
-
192.168.8.0 - Dirección de Broadcast
-
192.168.8.255 - Hosts
-
192.168.8.1-192.168.8.254
En este caso tenemos que los 3 primeros dígitos (primeros 24 bits) de la dirección IP definen la red y el último dígito identifica las direcciones de los hosts, es decir, el rango de esta red va de 192.168.8.0 a 192.168.8.255.
Ahora tenemos dos conceptos importantes: Cada red/subred tiene 2 direcciones reservadas, la primera dirección del rango se llama dirección de red. En este caso 192.168.8.0, que se utiliza para identificar la propia red/subred. La última dirección del rango se llama dirección de Broadcast (difusión), en este caso 192.168.8.255. Esta dirección de destino se utiliza para enviar el mismo mensaje (paquete) a todos los hosts IP de esa red/subred.
Las direcciones de red y de broadcast no pueden ser utilizadas por los dispositivos de la red. Por lo tanto, la lista de direcciones IP que se pueden configurar efectivamente va desde 192.168.8.1 hasta 192.168.8.254.
Ahora el ejemplo de la misma dirección IP, pero con una máscara diferente:
192.168.8.12 / 255.255.0.0 / 16
- Rango
-
192.168.0.0-192.168.255.255 - Dirección de la red
-
192.168.0.0 - Dirección de Broadcast
-
192.168.255.255 - Hosts
-
192.168.0.1–192.168.255.254
Vea cómo esta máscara cambia el rango de direcciones IP que están dentro de la misma red/subred.
La división de las redes por máscaras no se limita a los valores por defecto (8, 16, 24). Podemos crear subdivisiones a nuestro gusto, añadiendo o quitando bits en la identificación de la red, creando las nuevas subredes.
Por ejemplo:
11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.0 = 24
Si queremos subdividir la red anterior en 2, basta con añadir otro bit a la identificación de la red en la máscara, así:
11111111.11111111.11111111.10000000 = 255.255.255.128 = 25
Tenemos entonces las siguientes subredes:
192.168.8.0 - 192.168.8.127 192.168.8.128 - 192.168.8.255
Si aumentamos la subdivisión de la red:
11111111.11111111.11111111.11000000 = 255.255.255.192 = 26
Tendremos:
192.168.8.0 - 192.168.8.63 192.168.8.64 - 192.168.8.127 192.168.8.128 - 192.168.8.191 192.168.8.192 - 192.168.8.255
Hay que tener en cuenta que en cada subred tendremos las direcciones reservadas de red (la primera del rango) y de broadcast (la última del rango), por lo que cuanto más se subdivida la red, menos IPs podrán ser utilizadas efectivamente por los hosts.
Identificación de las direcciones de red y de difusión
A través de una Dirección IP y una Máscara, podemos identificar la dirección de red y la dirección de difusión (Broadcast) y así definir el rango de direcciones IP para la red/subred.
La dirección de red se obtiene mediante un “AND lógico” entre la dirección IP y la máscara en sus formatos binarios. Tomemos el ejemplo utilizando la IP 192.168.8.12 y la máscara 255.255.255.192.
Convirtiendo del formato decimal al binario, como vimos anteriormente, tenemos:
11000000.10101000.00001000.00001100 (192.168.8.12) 11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192)
Con el “AND lógico”, tenemos 1 y 1 = 1, 0 y 0 = 0, 1 y 0 = 0, así que:
11000000.10101000.00001000.00001100 (192.168.8.12) 11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192) 11000000.10101000.00001000.00000000
Así que la dirección de red para esa subred es 192.168.8.0.
Ahora para obtener la dirección de difusión debemos utilizar la dirección de red donde todos los bits relacionados con la dirección del host a 1:
11000000.10101000.00001000.00000000 (192.168.8.0) 11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192) 11000000.10101000.00001000.00111111
La dirección de difusión es entonces 192.168.8.63.
En conclusión, tenemos:
192.168.8.12 / 255.255.255.192 / 26
- Rango
-
192.168.8.0-192.168.8.63 - Dirección de la red
-
192.168.8.0 - Dirección de Broadcast
-
192.168.8.63 - Hosts
-
192.168.8.1–192.168.8.62
Ruta por defecto
Como hemos visto hasta ahora, las máquinas que están dentro de la misma red/subred lógica pueden comunicarse directamente a través del protocolo IP. Pero consideremos el siguiente ejemplo:
- Red 1
-
192.168.10.0/24 - Red 2
-
192.168.200.0/24
En este caso, la máquina 192.168.10.20 no puede enviar directamente un paquete a la 192.168.200.100, ya que están en redes lógicas diferentes.
Para permitir esta comunicación se utiliza un router (o un conjunto de routers). Un router en esta configuración también puede llamarse puerta de enlace, ya que proporciona una puerta de enlace entre dos redes. Este dispositivo tiene acceso a ambas redes ya que está configurado con direcciones IP de ambas redes. Por ejemplo 192.168.10.1 y 192.168.200.1, y por ello consigue ser el intermediario en esta comunicación.
Para ello, cada host de la red debe tener configurada lo que se denomina ruta por defecto. La ruta por defecto indica la IP a la que deben enviarse todos los paquetes cuyo destino sea una dirección IP que no forme parte de la red lógica del host.
En el ejemplo anterior, la ruta por defecto para las máquinas de la red 192.168.10.0/24 será 192.168.10.1, que es la dirección IP del router/gateway, mientras que la ruta por defecto para las máquinas de la red 192.168.200.0/24 será 192.168.200.1.
La ruta por defecto también se utiliza para que las máquinas de la red privada (LAN) tengan acceso a Internet (WAN), a través de un router.
Ejercicios guiados
-
Utilizando la dirección IP
172.16.30.230y la máscara de red255.255.255.224, identifique:La notación CIDR para la máscara de red
Dirección de la red
Dirección de Broadcast
Número de direcciones IP que se pueden utilizar para los hosts en esta subred
-
¿Qué configuración se requiere en un host para permitir una comunicación IP con un host en una red lógica diferente?
Ejercicios de exploración
-
¿Por qué los rangos de direcciones IP que empiezan por
127y el rango posterior a224no están incluidos en las clases de direcciones IP A, B o C? -
Uno de los campos pertenecientes a un paquete IP que es muy importante es el TTL (Time To Live). ¿Cuál es la función de este campo y cómo funciona?
-
Explique la función de NAT y cuándo se utiliza.
Resumen
En esta lección se han tratado los principales conceptos del protocolo IPv4, que es el responsable de permitir la comunicación entre los hosts de una red.
También se estudiaron las principales operaciones que el profesional debe conocer para convertir las direcciones IP en diferentes formatos y para poder analizar y realizar las configuraciones lógicas en redes y subredes.
Se abordaron los siguientes temas:
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Clases de direcciones IP
-
DIrecciones IP públicas y privadas
-
Cómo convertir direcciones IP de formato decimal a binario, y viceversa
-
La máscara de red (netmask)
-
Cómo identificar las direcciones de red y de difusión a partir de la dirección IP y la máscara de red
-
Ruta por defecto
Respuestas a los ejercicios guiados
-
Utilizando la dirección IP
172.16.30.230y la máscara de red255.255.255.224, identifique:La notación CIDR para la máscara de red
27Dirección de la red
172.16.30.224Dirección de Broadcast
172.16.30.255Número de direcciones IP que se pueden utilizar para los hosts en esta subred
30 -
¿Qué configuración se requiere en un host para permitir una comunicación IP con un host en una red lógica diferente?
Ruta por defecto
Respuestas a los ejercicios de exploración
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¿Por qué los rangos de direcciones IP que empiezan por
127y el rango posterior a224no están incluidos en las clases de direcciones IP A, B o C?El rango que comienza con
127está reservado para direcciones loopback, utilizadas para pruebas y comunicación interna entre procesos, como la dirección127.0.0.1. Además, las direcciones por encima de224tampoco se utilizan como direcciones de host, sino para multidifusión y otros fines. -
Uno de los campos pertenecientes a un paquete IP que es muy importante es el TTL (Time To Live). ¿Cuál es la función de este campo y cómo funciona?
El TTL define el tiempo de vida de un paquete. Esto se implementa a través de un contador en el que el valor inicial definido en el origen se decrementa en cada puerta de enlace/enrutador por el que pasa el paquete, que también se denomina “salto”. Si este contador llega a 0, el paquete se descarta.
-
Explique la función de NAT y cuándo se utiliza.
La función NAT (Traducción de direcciones de red) permite a los hosts de una red interna, que utiliza direcciones IP privadas, tener acceso a Internet como si estuvieran conectados directamente a ella, con la IP pública utilizada en la puerta de enlace.