Propósito de las

direcciones IPPara participar en Internet, un host necesita una dirección IP. La

dirección IP es una dirección de red lógica que identifica un

host en particular. Para poder comunicarse con otros

dispositivos en Internet, dicha dirección debe estar

adecuadamente configurada y debe ser única.

La dirección IP es asignada a la conexión de la interfaz de red

para un host. Esta conexión generalmente es una tarjeta de

interfaz de red (NIC) instalada en el dispositivo. Algunos

ejemplos de dispositivos de usuario final con interfaces de red

incluyen las estaciones de trabajo, los servidores, las impresoras

de red y los teléfonos IP. Algunos servidores pueden tener más

de una NIC, y cada uno de ellas tiene su propia dirección IP. Las

interfaces de routers que proporcionan conexiones a una red IP

también tendrán una dirección IP.

Estructura de la dirección IP

dirección IP es simplemente una serie de 32 bits binarios (unos y ceros). Para una

persona sería muy difícil leer una dirección IP binaria. Por este motivo, los 32 bits

están agrupados en cuatro bytes de 8 bits llamados octetos. Una dirección IP en

este formato no es fácil de leer, escribir o recordar. Para hacer que las

direcciones IP sean más fáciles de entender, cada octeto se presenta como su

valor decimal, separado por un punto decimal. Esto se conoce como notación

decimal punteada.

Cuando un host está configurado con una dirección IP, ésta se introduce como

un número decimal punteado, por ejemplo, 192.168.1.5. Imagine que tuviera que

introducir el equivalente binario de 32 bits de

11000000101010000000000100000101. Si se confundiera en sólo un dígito, la

dirección sería diferente y el host no podría comunicarse con la red.

La dirección IP de 32 bits está definida con IP versión 4 (IPv4) y actualmente es la

forma más común de direcciones IP en Internet. Existen más de 4000 millones de

direcciones IP posibles si se utiliza un esquema de direcciones de 32 bits.

Partes de una dirección IP

La dirección IP lógica de 32 bits tiene una composición jerárquica y

consta de dos partes. La primera parte identifica la red, y la segunda

parte identifica un host en esa red. En una dirección IP, ambas partes son

necesarias.

Por ejemplo: si un host tiene la dirección IP 192.168.18.57, los primeros tres

octetos (192.168.18) identifican la porción de red de la dirección, y el

último octeto (57) identifica el host. Esto se conoce como

direccionamiento jerárquico, debido a que la porción de red indica la

red en la que cada dirección host única está ubicada. Los routers sólo

necesitan saber cómo llegar a cada red, sin tener que saber la

ubicación de cada host individual.

Interacciones entre direcciones IP

Cada dirección IP consta de dos partes. ¿Cómo saben los hosts qué

parte pertenece a la red y cuál al host? Éste es el trabajo de la máscara

de subred.

Cuando se configura un host IP, se asigna una máscara de subred junto

con una dirección IP. Como sucede con la dirección IP, la máscara de

subred tiene una longitud de 32 bits. La máscara de subred identifica

qué parte de la dirección IP corresponde a la red y cuál al host.

La máscara de subred se compara con la dirección IP, de izquierda a

derecha, bit por bit. Los 1 en la máscara de subred representan la

porción de red, los 0 representan la porción de host. En el ejemplo que se

muestra, los primeros tres octetos pertenecen a la red y el último octeto

representa el host.

Las máscaras de subred que vemos más frecuentemente en las redes domésticas y de empresas pequeñas son: 255.0.0.0 (8 bits), 255.255.0.0 (16 bits) y 255.255.255.0 (24 bits). Una máscara de subred como 255.255.255.0 (decimal) o 11111111.11111111.1111111.00000000 (binaria) utiliza 24 bits para identificar el número de red, lo que deja 8 bits para identificar los hosts en esa red.

Para calcular la cantidad de hosts que esa red puede albergar, eleve el número 2 a la potencia del número de bits de host (2 ^ 8 = 256). A este número debemos restarle 2 (256 - 2). El motivo por el que restamos 2 es porque todos los 1 dentro de la porción de host de la dirección IP conforman una dirección de broadcast para esa red y no pueden ser asignados a un host específico. Todos los 0 dentro de la porción de host indican la identificación de la red y, nuevamente, no pueden ser asignados a un host específico. Se pueden calcular fácilmente con la calculadora las potencias de 2 que incluyen todos los sistemas operativos Windows.

Otra forma de determinar la cantidad de hosts disponibles es sumar los valores de los bits de host disponibles (128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255). A este número se le debe restar 1 (255 - 1 = 254), debido a que los bits de host no pueden ser todos 1. No es necesario restar 2, ya que el valor de todos los 0 es 0 y no se incluye en la suma.

Con una máscara de 16 bits, hay 16 bits (dos octetos) para las direcciones de host; por lo tanto, una dirección host puede tener todos 1 (255) en uno de los octetos. Esto puede parecer un broadcast pero, siempre y cuando el otro octeto no contenga todos 1, es una dirección host válida. Recuerde que el host lee todos los bits de host juntos, no los valores del octeto.

Clases de direcciones IP y mascaras de sub red

por defecto La dirección IP y la máscara de subred trabajan juntas para determinar

qué porción de la dirección IP representa la dirección de red y qué

porción representa la dirección del host.

Las direcciones IP se agrupan en 5 clases. Las clases A, B y C son

direcciones comerciales que se asignan a hosts. La Clase D está

reservada para uso de multicast, y la Clase E es para uso experimental.

Las direcciones de Clase C tienen tres octetos para la porción de red y

uno para los hosts. La máscara de subred por defecto tiene 24 bits

(255.255.255.0). Las direcciones Clase C generalmente se asignan a

redes pequeñas.

Las direcciones de Clase B tienen dos octetos para representar la

porción de red y dos para los hosts. La máscara de subred por defecto

tiene 16 bits (255.255.0.0). Estas direcciones generalmente se utilizan para

redes medianas.

Direcciones IP publicas y privadas

Todos los hosts que se conectan directamente a Internet requieren una dirección IP pública exclusiva. Debido a la cantidad finita de direcciones de 32 bits disponibles, existe la posibilidad de que se acaben las direcciones IP. Una solución para este problema fue reservar algunas direcciones privadas para utilizarlas exclusivamente dentro de una organización. Esto permite que los hosts dentro de una organización se comuniquen entre sí sin necesidad de contar con una dirección IP pública única.

RFC 1918 es un estándar que reserva varios rangos de direcciones dentro de cada una de las clases, A, B y C. Como se muestra en la tabla, estos rangos de direcciones privadas constan de una única red Clase A, 16 redes Clase B y 256 redes Clase C. Esto proporciona al administrador de red una flexibilidad considerable para la asignación de direcciones internas.

Una red muy grande puede utilizar la red privada Clase A, que permite más de 16 millones de direcciones privadas.

En las redes medianas se puede utilizar una red privada Clase B, que proporciona más de 65 000 direcciones.

Las redes domésticas y de empresas pequeñas generalmente utilizan una única dirección privada Clase C, que permite hasta 254 hosts.

La red Clase A, las 16 redes Clase B o las 256 redes Clase C pueden ser utilizadas dentro de organizaciones de cualquier tamaño. Generalmente, muchas organizaciones utilizan la red privada Clase A.

$ Las direcciones privadas pueden ser utilizadas internamente por los hosts

de una organización, siempre y cuando los hosts no se conecten

directamente a Internet. Por lo tanto, múltiples organizaciones pueden

utilizar el mismo conjunto de direcciones privadas. Las direcciones

privadas no se envían a Internet y son bloqueadas rápidamente por un

router de ISP.

La utilización de direcciones privadas puede servir como medida de

seguridad, ya que dichas redes sólo son visibles en la red local, y los

usuarios externos pueden obtener acceso directo a las direcciones IP

privadas.

Direcciones de unicast, broadcast y multicast

Unicast

La dirección unicast es el tipo más común en una red IP. Un paquete con

una dirección de destino unicast está dirigido a un host específico. Un

ejemplo es un host con la dirección IP 192.168.1.5 (origen) que solicita

una página Web a un servidor con la dirección IP 192.168.1.200 (destino).

Para que un paquete unicast sea enviado y recibido, la dirección IP de

destino debe estar incluida en el encabezado del paquete IP. En el

encabezado de la trama de Ethernet también debe estar presente la

dirección MAC de destino correspondiente. Las direcciones IP y MAC se

combinan para la entrega de datos a un host de destino específico.

Broadcast

Para broadcast, el paquete contiene una dirección IP de destino con todos unos (1) en la porción de host. Esto significa que todos los hosts de esa red local (dominio de broadcast) recibirán y verán el paquete. Muchos protocolos de red, como ARP y DHCP utilizan broadcasts.

Una red Clase C con la dirección 192.168.1.0 con una máscara de subred por defecto de 255.255.255.0 tiene la dirección de broadcast 192.168.1.255. La porción de host es 255, en formato decimal, o 11111111 (todos unos), en formato binario.

Una red Clase B con la dirección 172.16.0.0 y la máscara por defecto 255.255.0.0, tiene la dirección de broadcast 172.16.255.255.

Una red Clase A con la dirección 10.0.0.0 y la máscara por defecto 255.0.0.0 tiene la dirección de broadcast 10.255.255.255.

Una dirección IP de broadcast para una red requiere una dirección MAC de broadcast correspondiente en la trama de Ethernet. En las redes Ethernet, la dirección MAC de broadcast está formada por 48 unos, que se muestran como un número hexadecimal FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Multicast

Las direcciones multicast permiten a un dispositivo de origen enviar un paquete a

un grupo de dispositivos.

A los dispositivos que participan de un grupo multicast se les asigna una dirección

IP de grupo multicast. El rango de direcciones multicast va de 224.0.0.0 a

239.255.255.255. Debido a que las direcciones multicast representan un grupo de

direcciones (a menudo denominado grupo de hosts), sólo pueden ser utilizadas

como destino de un paquete. El origen siempre será una dirección unicast.

Un ejemplo donde las direcciones multicast pueden ser útiles es en los juegos

remotos, donde muchos jugadores se conectan remotamente pero juegan al

mismo juego. Otro ejemplo puede ser la educación a distancia a través de

videoconferencias, donde muchos estudiantes se conectan a la misma clase.

Asignación de dirección estática y dinamica

Estática

Con una asignación estática, el administrador de la red debe configurar

manualmente la información de la red para un host. Como mínimo, esto incluye

la dirección IP del host, la máscara de subred y la gateway por defecto.

Las direcciones estáticas tienen algunas ventajas. Por ejemplo, son útiles para

impresoras, servidores y otros dispositivos de red que deben estar accesibles para

los clientes de la red. Si el host normalmente accede al servidor en una dirección

IP particular, no es adecuado que esta dirección cambie.

La asignación estática de la información de direccionamiento puede

proporcionar un mayor control de los recursos de red; pero introducir la

información en cada host puede ser muy lento. Cuando se introducen

direcciones IP estáticamente, el host sólo realiza análisis de errores básicos en la

dirección IP; por lo tanto, es más probable que haya errores.

Dinámica

En las redes locales, es habitual que la población de usuarios cambie

frecuentemente. Se agregan nuevos usuarios con computadoras portátiles, y

esos usuarios requieren una conexión. Otros tienen nuevas estaciones de trabajo

que deben conectarse. En lugar de que el administrador de red asigne

direcciones IP para cada estación de trabajo, es más simple que las direcciones

IP se asignen automáticamente. Esto se logra a través de un protocolo

denominado protocolo de configuración dinámica de host (DHCP).

El protocolo DHCP proporciona un mecanismo para la asignación automática

de información de direccionamiento, como una dirección IP, una máscara de

subred, una gateway por defecto y otra información de configuración.

El protocolo DHCP generalmente es el método preferido para la asignación de

direcciones IP a hosts en grandes redes, ya que reduce la carga del personal de

soporte de la red y prácticamente elimina los errores de introducción de datos.

Servidores de DHCP

Si usted se encuentra cerca de un punto de conexión inalámbrica en un aeropuerto o una cafetería, el protocolo DHCP le permite acceder a Internet. Al entrar al área, el cliente de DHCP de su computadora portátil se comunica con el servidor de DHCP local por medio de una conexión inalámbrica. El servidor de DHCP asigna una dirección IP a la computadora portátil.

Varios tipos de dispositivos pueden actuar como servidores de DHCP, siempre y cuando ejecuten software de servicios DHCP. En la mayoría de las redes medianas a grandes, el servidor de DHCP generalmente es un servidor local dedicado, basado en una PC.

En las redes domésticas, el servidor de DHCP generalmente está ubicado en el ISP, y un host en la red doméstica recibe la configuración IP directamente del ISP.

Muchas redes domésticas y de empresas pequeñas utilizan un router integrado para conectarse al módem del ISP. En este caso, el router integrado funciona como cliente de DHCP y como servidor. El router integrado actúa como cliente para recibir su configuración IP del ISP y luego actúa como servidor de DHCP para los hosts internos en la red local.

Líneas divisorias de red y espacio de dirección

El router proporciona una gateway por la cual los hosts de una red pueden comunicarse con los hosts de diferentes redes. Cada interfaz en un router está conectada a una red separada.

La dirección IP asignada a la interfaz identifica qué red local está conectada directamente a ésta.

Cada host de una red debe utilizar el router como gateway hacia otras redes. Por lo tanto, cada host debe conocer la dirección IP de la interfaz del router conectada a la red donde el host se encuentra. Esta dirección se conoce como dirección de gateway por defecto. Puede configurarse estáticamente en el host o puede recibirse dinámicamente por DHCP.

Cuando un router integrado está configurado para actuar como servidor de DHCP para la red local, envía automáticamente la dirección IP de la interfaz correcta a los hosts como la dirección de gateway por defecto. De esta manera, todos los hosts de la red pueden usar esa dirección IP para enviar mensajes a los hosts ubicados en el ISP y pueden obtener acceso a otros hosts en Internet. Los routers integrados generalmente están configurados por defecto para actuar como servidores de DHCP.

La dirección IP de la interfaz de router local se convierte en la dirección de gateway por defecto para la configuración del host. La gateway por defecto puede proporcionarse estáticamente o por DHCP.

Asignación de direcciones

El router integrado actúa como servidor de DHCP para todos los hosts locales conectados a él, ya sea por medio de cable Ethernet o de forma inalámbrica. Se dice que estos hosts locales son internos, ya que se encuentran dentro de la red. La mayoría de los servidores de DHCP está configurada para asignar direcciones privadas a los hosts de la red interna, en lugar de direcciones públicas enrutables de Internet. Esto garantiza que, por defecto, no sea posible acceder directamente desde Internet a la red interna.

La dirección IP por defecto configurada en la interfaz de router integrado local generalmente es una dirección privada Clase C. Los hosts internos deben recibir direcciones dentro de la misma red que el router integrado, ya sea mediante una configuración estática o a través de DHCP. Cuando se configura como servidor de DHCP, el router integrado proporciona direcciones dentro de este rango. También proporciona información acerca de la máscara de subred y su propia dirección IP de interfaz como gateway por defecto.

Muchos ISP también utilizan servidores de DHCP para proporcionar direcciones IP al lado de Internet del router integrado instalado en los sitios de sus clientes. La red asignada al lado de Internet del router integrado se conoce como externa o fuera de la red.

Cuando se conecta un router integrado al ISP, actúa como un cliente de DHCP para recibir la dirección IP correcta de la red externa para la interfaz de Internet. Los ISP generalmente proporcionan una dirección enrutable para Internet, que permite que los hosts conectados al router integrado tengan acceso a Internet.

Conexión directa

Algunos clientes sólo poseen una computadora con conexión directa desde el ISP a través de un módem. En este caso, la dirección pública es asignada al host simple desde el servidor de DHCP del ISP.

Conexión a través de un router integrado

Cuando más de un host necesita acceso a Internet, el módem del ISP puede conectarse directamente a un router integrado en lugar de conectarse directamente a una única computadora. Esto permite la creación de una red doméstica o para una empresa pequeña. El router integrado recibe la dirección pública desde el ISP. Los hosts internos reciben direcciones privadas desde el router integrado.

Conexión a través de un dispositivo gateway

Los dispositivos gateway combinan un router integrado y un módem en una sola unidad y se conectan directamente al servicio del ISP. Como sucede con los routers integrados, el dispositivo gateway recibe una dirección pública desde el ISP, y las PC internas reciben las direcciones privadas desde el dispositivo gateway.

Traducción de direcciones red

El router integrado recibe una dirección pública desde el ISP, lo que le permite enviar y recibir paquetes en Internet. Éste, a su vez, proporciona direcciones privadas a los clientes de la red local. Dado que las direcciones privadas no están permitidas en Internet, se necesita un proceso para traducir las direcciones privadas a direcciones públicas únicas para permitir que los clientes locales se comuniquen por Internet.

El proceso que se utiliza para convertir las direcciones privadas en direcciones enrutables para Internet se denomina traducción de direcciones de red (NAT, Network Address Translation). Con NAT, una dirección IP de origen privado (local) se traduce a una dirección pública (global). En el caso de los paquetes entrantes, el proceso es inverso. Por medio de NAT, el router integrado puede traducir muchas direcciones IP internas a la misma dirección pública.

Sólo es necesario traducir los paquetes destinados a otras redes. Estos paquetes deben pasar por la gateway, donde el router integrado reemplaza la dirección IP privada del host de origen con su propia dirección IP pública.

A pesar de que cada host de la red interna tiene asignada una dirección IP privada única, los hosts deben compartir la dirección enrutable de Internet única asignada al router integrado.