martes, 16 de marzo de 2010

SUBREDES

Definicion de las Porciones de Red y de Host:
Una dirección IPv4 tiene una porción de red y una porción de host. Se hizo referencia a la duración del prefijo como la cantidad de bits en la dirección que conforma la porción de red. El prefijo es una forma de definir la porción de red para que los humanos la pueden leer. La red de datos también debe tener esta porción de red de las direcciones definidas.
Para definir las porciones de red y de host de una dirección, los dispositivos usan un patrón separado de 32 bits llamado máscara de subred. La máscara de subred se expresa con el mismo formato decimal punteado que la dirección IPv4. La máscara de subred se crea al colocar un 1 binario en cada posición de bit que representa la porción de red y un 0 binario en cada posición de bit que representa la porción de host.
El prefijo y la máscara de subred son diferentes formas de representar lo mismo, la porción de red de una dirección.
Como se muestra en la figura, un prefijo /24 se expresa como una máscara de subred como 255.255.255.0 (11111111.11111111.11111111.00000000). Los bits restantes (orden inferior) de la máscara de subred son ceros, que indican la dirección host dentro de la red.
La máscara de subred se configura en un host junto con la dirección IPv4 para definir la porción de red de esa dirección.
172.16.4.1 (/24)
Direccion IP 172 . 16 . 4 . 1
Binario 10101100 . 00010000 . 00000100 . 00000001
Máscara de Subred 255 . 255 . 255 . 0
Binario 11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000


Por ejemplo, veamos el host 172.16.20.35/27:
dirección
172.16.20.35
10101100.00010000.00010100.00100011

máscara de subred

255.255.255.224
11111111.11111111.11111111.11100000

dirección de red
172.16.20.32
10101100.00010000.00010100.00100000

Como los bits de orden superior de las máscaras de subred son números 1 contiguos, existe solamente una cantidad limitada de valores de subred dentro de un octeto. Sólo es necesario ampliar un octeto si la división de red y host entra en dicho octeto. Por lo tanto, se usan patrones de 8 bits limitados en las máscaras de subred.

Estos patrones son:

00000000 = 0
10000000 = 128
11000000 = 192
11100000 = 224
11110000 = 240
11111000 = 248
11111100 = 252
11111110 = 254
11111111 = 255

Si la máscara de subred de un octeto se representa con 255, entonces todos los bits equivalentes de ese octeto de la dirección son bits de red. De igual manera, si la máscara de subred de un octeto está representada por 0, entonces todos los bits equivalentes de ese octeto de la dirección son bits de host. En cada uno de estos casos, no es necesario ampliar este octeto a binario para determinar las porciones de red y host.

El Proceso de Aplicación de AND
Dentro de los dispositivos de redes de datos, se aplica la lógica digital para interpretar las direcciones. Cuando se crea o envía un paquete IPv4, la dirección de red de destino debe obtenerse de la dirección de destino. Esto se hace por medio de una lógica llamada AND.
La lógica AND es la comparación de dos bits que produce los siguientes resultados:

1 AND 1 = 1
1 AND 0 = 0
0 AND 1 = 0
0 AND 0 = 0

Estas propiedades de la aplicación de AND se usan con la máscara de subred para "enmascarar" los bits de host de una dirección IPv4. Se aplica la lógica AND a cada bit de la dirección con el bit de máscara de subred correspondiente.


Motivos para utilizar AND
La aplicación de AND a la dirección host y a la máscara de subred se realiza mediante dispositivos en una red de datos por diversos motivos.
- Los routers usan AND para determinar una ruta aceptable para un paquete entrante. El router verifica la dirección de destino e intenta asociarla con un salto siguiente. Cuando llega un paquete a un router, éste realiza el procedimiento de aplicación de AND en la dirección IP de destino en el paquete entrante y con la máscara de subred de las rutas posibles. De esta forma, se obtiene una dirección de red que se compara con la ruta de la tabla de enrutamiento de la cual se usó la máscara de subred.
- Un host de origen debe determinar si un paquete debe ser directamente enviado a un host en la red local o si debe ser dirigido al gateway. Para tomar esta determinación, un host primero debe conocer su propia dirección de red.
Un host obtiene su dirección de red al aplicar la lógica AND a la dirección con la máscara de subred. La lógica AND también es llevada a cabo por un host de origen entre la dirección de destino del paquete y la máscara de subred de este host. Esto produce la dirección de red de destino. Si esta dirección de red coincide con la dirección de red del host local, el paquete es directamente enviado al host de destino. Si las dos direcciones de red no coinciden, el paquete es enviado al gateway.

Ejemplo:
Utilización de la máscara de subred para determinar la dirección de red para el hos aplicando la lógica ANDt:
IP:     172.16.132.70/20
MK:  255.255.240.0



Subnetting:
  • Es un segmento físico de una red separado del resto de la red mediante uno o varios enrutadores
  • Consiste en dividir una red en partes más pequeñas. 
  • Permite reducir la congestión de la red mediante la segmentación del tráfico y la reducción del número de difusiones enviadas a cada segmento
Cuando se trabaja con una red pequeña, con pocos host conectados, el adminitrador de red puede fácilmente configurar el rango de direcciones IP usado para conseguir un funcionamiento óptimo del sistema. Pero conforme la red va creciendo se hace necesaria una división en partes de la misma.
En primer lugar, porque conforme se va extendiendo la red va aumentando de forma pareja el dominio de colisión, llegando un momento en el que el rendimiento de la red se ve afectado seriamente. Esto se puede mitigar segmentando la red, dividiendo la misma en una serie de segmentos significativos, de tal forma que mediante switches podremos limitar estos dominios de colisión, enviando las tramas tan sólo al segmento en el que se encuentra el host destino.
En segundo lugar, y aunque segmentemos la red, conforme aumenta el número de host aumenta también el número de transmisiones de broadcast (cuando un equipo origen envía datos a todos los dispositivos de la red), llegando un momento que dicho tráfico puede congestionar toda la red de forma inaceptable, al consumir un ancho de banda excesivo. Esto es así porque todos los host están enviando de forma constante peticiones de este tipo: peticiones ARP, envíos RIP, peticiones DNS, etc.
Para solventar este hecho es preciso dividir la red primaria en una serie de subredes, de tal forma que cada una de ellas va a funcionar luego, a nivel de envío y recepción de paquetes, como una red individual, aunque todas pertenezcan a la misma red principal (y por lo tanto, al mismo dominio). De esta forma, aunque la red en su conjunto tendrá una dirección IP única, administrativamente, a nivel administrativo podremos considerar subredes bien diferenciadas, consiguiendo con ello un control del tráfico de la red y una limitación de las peticiones de broadcast que la atraviesan.

Máscaras de Subred Predeterminadas

Clases de Dirección
Bits Usados para la Máscara de Subred Notación Decimal con Puntos
Clase A 11111111 00000000 00000000 00000000 255.0.0.0
Clase B 11111111 11111111 00000000 00000000 255.255.0.0
Clase C 11111111 11111111 11111111 00000000 255.255.255.0

Ejemplo con Clase B:
Dirección IP 131.107..16.200
Máscara de Subred 255.255.0.0
ID de Red 131.107.y.z
ID de Host w.x.16.200

Consideraciones para crear un Subred
  1. Determine el número de segmentos físicos de la red.
  2. Determine el número de direcciones de host necesarias para cada segmento físico. Cada interfaz del segmento físico requiere al meno un dirección IP.
  3. En función de los requisitos determinados en los pasos 1 y 2, defina lo siguiente.
    - Una máscara de subred para toda la red.
    - Un identificador de subred exclusivo para cada segmento físico.
    - Un intervalo de identificadores de host para cada subred.
Números IP de las Máscaras de Subred
Números IP de la máscara se utilizan para dividir las direcciones de Internet en bloques denominados subredes.
La primera dirección de un bloque de subred (todos los 0s) es la dirección de red o el identificador de red. La última dirección (todos 1s) es la dirección de difusión de la red. Normalmente la dirección de red +1 o la dirección de difusión -1 es la puerta de acceso a Internet. La 'barra' anotación (es decir, / 24) es conocido como formato CIDR mientras que las notaciones más convencionales 255.255.255.0 se considera una máscara de subred.
El prefijo de red de la dirección CIDR indica cuántas direcciones IPv4 hay disponibles para los hosts de su red. Tenga en cuenta que estas direcciones de host se asignan a las interfaces de un host. Si un host tiene más de una interfaz física, debe asignar una dirección de host para cada interfaz física que se utilice.

Formato CIDR Máscara de Subred Total de Direcciones Direcciones de Host Disponibles
/8 255.0.0.0 16777216 16777214
/9 255.128.0.0 8388608 8388606
/10
255.192.0.0
41943044194302
/11255.224.0.0
20971522097150
/12255.240.0.0
10485761048574
/13255.248.0.0
524288524286
/14255.252.0.0
262144262142
/15255.254.0.0
131072131070
/16255.255.0.0
6553665534
/17255.255.128.0
32768
32766
/18255.255.192.0
16384
16382
/19255.255.224.0
8192
8190
/20255.255.240.0
4096
4094
/21255.255.248.0
2048
2046
/22255.255.252.0
1024
1022
/23255.255.254.0
512
510
/24255.255.255.0
256
254
/25255.255.255.128
128
126
/26255.255.255.19264
62
/27255.255.255.22432
30
/28255.255.255.24016
14
/29255.255.255.2488
6
/30255.255.255.2524
2


Explicación - Subneteo:
Supongamos que tenemos una direccion IP de clase C:192.168.100.x

Mascara = /24 
Dirección IP Máscara de Subred Formato CIDR Binario # de SubRedes Host Válidos
192.168.100.x 255.255.255.0 /24 11111111 11111111 11111111 00000000 1 254

# de SubRedes

El número de Subredes se calcula teniendo en cuenta el número de 1s(unos) del último octeto de bits que identifican la máscara de subred. 
Fórmula:  2^m (2 elevado a la m)
m= número de 1s ( unos )
Calculando  # de SubRedes: 2^0=1



# de Host Válidos
El número de host válidos se calcula teniendo en cuenta el número de 0s(ceros) del último octeto de bits que identifican la máscara de subred. 
Fórmula:  ((2^n) -2).
n= número de 0s ( ceros )
Calculando # de Host Válidos: ((2^8)-2)=254



Rango de Direcciones:
  • 192.168.100.0  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.1 - 192.168.100.254 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.255: Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)
___________________________________________________________________________________



Mascara = /25
Dirección IP Máscara de Subred Formato CIDR Binario # de SubRedes Host Válidos
192.168.100.x 255.255.255.128 /25 11111111 11111111 11111111 10000000 2

126

# de SubRedes

Calculando  # de SubRedes: 2^1=2


# de Host Válidos
Calculando # de Host Válidos: ((2^7)-2)=126


Rango de Direcciones:
Primera Subred:
  • 192.168.100.0  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.1 - 192.168.100.126 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.127 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Segunda Subred:
  • 192.168.100.128  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.129 - 192.168.100.254 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.255 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

___________________________________________________________________________________

Mascara = /26
Dirección IP Máscara de Subred Formato CIDR Binario # de SubRedes Host Válidos
192.168.100.x 255.255.255.192 /26 11111111 11111111 11111111 11000000 4

62

# de SubRedes

Calculando  # de SubRedes: 2^2=4


# de Host Válidos
Calculando # de Host Válidos: ((2^6)-2)=62


Rango de Direcciones:
Primera Subred:
  • 192.168.100.0  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.1 - 192.168.100.62 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.63 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Segunda Subred:
  • 192.168.100.64  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.65 - 192.168.100.126 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.127 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

Tercera Subred:
  • 192.168.100.128  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.129 - 192.168.100.190 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.191 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Cuarta Subred:
  • 192.168.100.192  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.193 - 192.168.100.254 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.255 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)
___________________________________________________________________________________

Mascara = /27
Dirección IP Máscara de Subred Formato CIDR Binario # de SubRedes Host Válidos
192.168.100.x 255.255.255.224 /27 11111111 11111111 11111111 11100000 8

30


# de SubRedes

Calculando  # de SubRedes: 2^3=8


# de Host Válidos
Calculando # de Host Válidos: ((2^5)-2)=30


Rango de Direcciones:
Primera Subred:
  • 192.168.100.0  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.1 - 192.168.100.30 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.31  Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Segunda Subred:
  • 192.168.100.32  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.33 - 192.168.100.62 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.63  Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

Tercera Subred:
  • 192.168.100.64  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.65 - 192.168.100.94 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.95 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Cuarta Subred:
  • 192.168.100.96  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.97 - 192.168.100.126 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.127 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

Quinta Subred:
  • 192.168.100.128  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.129 - 192.168.100.158 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.159 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Sexta Subred:
  • 192.168.100.160  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.161 - 192.168.100.190 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.191 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

Séptima Subred:
  • 192.168.100.192  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.193 - 192.168.100.222 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.223 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

 Octava Subred:
  • 192.168.100.224  : Dirección de Red (Dirección NO utilizable)
  • 192.168.100.225 - 192.168.100.254 (Rango de Direcciones Válidos)
  • 192.168.100.255 Dirección de Broadcast (Dirección NO utilizable)

División de una Subred
La subdivisión de una subred, o el uso de una máscara de subred de longitud variable (VLSM), se diseñó para maximizar la eficiencia del direccionamiento. Al identificar la cantidad total de hosts que utiliza la división tradicional en subredes, se asigna la misma cantidad de direcciones para 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 eficientes. Sin embargo, esto no es lo que suele suceder.
Por ejemplo, la topología en la Figura 1 muestra los requisitos de subred de siete subredes, una para cada una de las cuatro LAN y una para cada una de las tres WAN. Con la dirección 192.168.20.0, es necesario pedir prestados 3 bits de los bits del host en el último octeto para satisfacer los requisitos de subred de siete subredes.


  Estos bits son bits que se toman prestados al cambiar la máscara de subred correspondiente por números "1" para indicar que estos bits ahora se usan como bits de red. Entonces, el último octeto de la máscara se representa en binario con 11100000, que es 224. La nueva máscara 255.255.255.224 se representa mediante la notación /27 para representar un total de 27 bits para la máscara.

En binario, esta máscara de subred se representa como: 11111111.11111111.11111111.11100000

Luego de tomar prestado tres de los bits de host para usar como bits de red, quedan cinco bits de host. Estos cinco bits permitirán más de 30 hosts por subred.

A pesar de que se ha cumplido la tarea de dividir la red en una cantidad adecuada de redes, esto se hizo mediante la pérdida significativa de direcciones no utilizadas. Por ejemplo: sólo se necesitan dos direcciones en cada subred para los enlaces WAN. Hay 28 direcciones no utilizadas en cada una de las tres subredes WAN que han sido bloqueadas en estos bloques de direcciones. Además, de esta forma se limita el crecimiento futuro al reducir el número total de subredes disponibles. Este uso ineficiente de direcciones es característico del direccionamiento con clase.

Aplicar un esquema de división en subredes estándar a la situación no es muy eficiente y puede causar desperdicio. De hecho, este ejemplo es un modelo satisfactorio para mostrar cómo la división en subredes de una subred puede utilizarse para maximizar el uso de la dirección.

Obtención de más subredes para menos hosts
Como se mostró en ejemplos anteriores, se comenzó con las subredes originales y se obtuvieron subredes adicionales más pequeñas para usar en los enlaces WAN. Creando subredes más pequeñas, cada subred puede admitir 2 hosts, dejando libres las subredes originales para asignarlas a otros dispositivos y evitando que muchas direcciones puedan ser desperdiciadas.

Para crear estas subredes más pequeñas para los enlaces WAN, comience con 192.168.20.192. Podemos dividir esta subred en subredes más pequeñas. Para suministrar bloques de direcciones para las WAN con dos direcciones cada una, se tomarán prestados tres bits de host adicionales para usar como bits de red.

Dirección: 192.168.20.192 En binario: 11000000.10101000.00010100.11000000
Máscara: 255.255.255.252 30 bits en binario: 11111111.11111111.11111111.11111100

La topología en la Figura 1 muestra un plan de direccionamiento que divide las subredes 192.168.20.192 /27 en subredes más pequeñas para suministrar direcciones para las WAN. De esta forma se reduce la cantidad de direcciones por subred a un tamaño apropiado para las WAN. Con este direccionamiento, se obtienen subredes 4, 5 y 7 disponibles para futuras redes, así como varias subredes disponibles para las WAN.

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