Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos - Direccionamiento IP - UD 3 PDF

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I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 DIRECCIONAMIENTO IP – PARTE 2 Objetivos Comprender el direccionamiento IP, sus componentes y su función esencial en las redes, aplicando conceptos de segmentación para optimizar el rendimiento y la seguridad mediante la creación de subredes. Entender la transición y coexistencia entre IPv4 e IPv6, reconociendo las ventajas de IPv6 en el contexto del crecimiento de Internet y el Internet de las Cosas (IoT). Configurar direcciones IP, tanto estática como dinámica, utilizando DHCP. RA 5.- Realiza operaciones básicas de configuración en redes locales cableadas relacionándolas con sus aplicaciones. José Javier Pérez Suárez Página 1 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 Sumario 1 El protocolo de Internet.................................................................................................................. 4 1.1 Propósito de una dirección IPv4.............................................................................................. 4 1.2 Estructura de la dirección IPv4................................................................................................ 4 1.2.1 IPv4 (Protocolo de Internet versión 4)............................................................................ 4 1.2.2 IPv6 (Protocolo de Internet versión 6)............................................................................ 4 1.2.3 Máscara de red (subred)................................................................................................. 4 2 Componentes de una dirección IPv4............................................................................................... 5 2.1 Identificación de la Dirección de Red...................................................................................... 5 2.1.1 Identificación de la Parte de Hosts.................................................................................. 6 2.1.2 Identificación de la Dirección Broadcast......................................................................... 6 2.1.3 Resumen.......................................................................................................................... 7 3 IPv4 y segmentación de redes......................................................................................................... 7 3.1 Unidifusión, difusión y multidifusión IPv4............................................................................... 7 3.1.1 Unidifusión (Unicast)....................................................................................................... 7 3.1.2 Difusión (Broadcast)........................................................................................................ 8 3.1.3 Multidifusión (Multicast)................................................................................................. 8 3.2 Tipos de direcciones IPv4........................................................................................................ 9 3.2.1 Direcciones Públicas........................................................................................................ 9 3.2.2 Direcciones Privadas........................................................................................................ 9 3.2.3 Direcciones Especiales................................................................................................... 10 3.2.4 Enrutamiento a Internet................................................................................................ 10 3.3 Segmentación de la red......................................................................................................... 11 3.3.1 Problemas con los dominios de difusión grandes......................................................... 12 3.3.2 Subdivisión de redes...................................................................................................... 12 3.4 Mecánica de subdivisión de redes. Subneting FLSM............................................................ 13 3.4.1 Calcular FLSM mediante hosts/red............................................................................... 13 4 Formatos y reglas de direccionamiento IPv6................................................................................ 15 4.1 Problemas con IPv4............................................................................................................... 15 4.1.1 Internet de las cosas...................................................................................................... 16 4.1.2 Coexistencia de IPv4 e IPv6........................................................................................... 17 4.2 Direccionamiento IPv6.......................................................................................................... 17 Página 2 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 4.2.1 Regla 1.- Omitir ceros iniciales...................................................................................... 18 4.2.2 Regla 2.- Dos puntos dobles.......................................................................................... 18 5 Direccionamiento dinámico con DHCP.......................................................................................... 18 5.1 Direccionamiento estático y dinámico.................................................................................. 18 5.1.1 Asignación de direcciones IPv4 estáticas...................................................................... 18 5.1.2 Asignación dinámica de direcciones IPv4...................................................................... 19 5.2 Configuración DHCPv4........................................................................................................... 20 5.2.1 Operación de DHCPv4................................................................................................... 20 José Javier Pérez Suárez Página 3 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 1 El protocolo de Internet El Protocolo de Internet es un conjunto de reglas que permite la transmisión de datos entre dispositivos en una red, asegurando que la información llegue al destino correcto. Gestiona el direccionamiento y la fragmentación de los paquetes de datos para facilitar la comunicación eficiente en redes globales como Internet. En el modelo OSI se encuentra en la Capa de Red, y en el modelo TCP/IP en la Capa de Internet. 1.1 Propósito de una dirección IPv4 Una dirección IP (Protocolo de Internet) es un identificador único asignado a cada dispositivo conectado a una red que utiliza el protocolo IP para la comunicación. Su principal propósito es permitir la identificación y localización de dispositivos dentro de una red, facilitando el enrutamiento de los paquetes de datos desde el origen hasta el destino correcto. Además, las direcciones IP permiten la segmentación de redes, la gestión eficiente del tráfico y garantizan que la información se transmita de manera efectiva y ordenada tanto en redes locales como en Internet. 1.2 Estructura de la dirección IPv4 Una dirección IP (Protocolo de Internet) es un identificador único asignado a cada dispositivo en una red que utiliza el protocolo IP para la comunicación. Existen dos versiones principales de direcciones IP, cada una con una estructura distinta: 1.2.1 IPv4 (Protocolo de Internet versión 4)  Formato: Compuesta por 32 bits.  Representación: Se escribe en cuatro grupos de números decimales separados por puntos, conocidos como octetos. Cada octeto puede tener un valor entre 0 y 255: 192.168.1.1  Estructura Interna o Identificación de Red: Los primeros bits identifican la red a la que pertenece el dispositivo. o Identificación de Host: Los bits restantes identifican al dispositivo específico dentro de esa red. 1.2.2 IPv6 (Protocolo de Internet versión 6)  Formato: Compuesta por 128 bits.  Representación: Se escribe en ocho grupos de cuatro dígitos hexadecimales separados por dos puntos. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334  Estructura Interna: o Identificación de Red: Una porción de los primeros bits identifica la red. o Identificación de Subred y Host: Los bits restantes permiten una mayor granularidad en la identificación de subredes y dispositivos individuales. 1.2.3 Máscara de red (subred) La máscara de red es una configuración que determina qué parte de la dirección IPv4 corresponde a la red y cuál al host. Está compuesta también por 32 bits y utiliza una secuencia de unos (1) seguidos de ceros (0). Por ejemplo, una máscara de subred común es 255.255.255.0. Página 4 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3  Ejemplo: o Dirección IP: 192.168.1.10 o Máscara de Subred: 255.255.255.0 En binario: o IP: 11000000.10101000.00000001.00001010 o Máscara: 11111111.11111111.11111111.00000000 Aquí, los primeros 24 bits (255.255.255.0) corresponden a la red, y los últimos 8 bits (0.0.0.255) corresponden al host. Identificación de la Red y del Host  Parte de la Red: o Función: Identifica la red específica dentro del espacio global de direcciones IPv4. o Determinación: Los bits que coinciden con los unos (1) en la máscara de subred.  Parte del Host: o Función: Identifica al dispositivo individual dentro de la red. o Determinación: Los bits que coinciden con los ceros (0) en la máscara de subred. 2 Componentes de una dirección IPv4 Consideremos la siguiente dirección IPv4 y su máscara de subred:  Dirección IP: 192.168.1.10  Máscara de Red: 255.255.255.0 (notación CIDR /24) 2.1 Identificación de la Dirección de Red  Definición: La dirección de red identifica de manera única una red específica dentro del espacio de direcciones IPv4.  Cálculo: Se obtiene realizando una operación AND bit a bit entre la dirección IP y la máscara de subred. Ejemplo: o Dirección IP en binario: 11000000.10101000.00000001.00001010 (192.168.1.10) o Máscara en binario: 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) Aplicando la operación AND: 11000000.10101000.00000001.00001010 (192.168.1.10) AND 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) = 11000000.10101000.00000001.00000000 (192.168.1.0) o Dirección de Red: 192.168.1.0 José Javier Pérez Suárez Página 5 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 2.1.1 Identificación de la Parte de Hosts  Definición: La parte de hosts de una dirección IP identifica a los dispositivos individuales dentro de una red específica.  Cálculo: Son los bits restantes de la dirección IP que no están asignados a la red, según la máscara de subred. Se corresponden con los bits a 0 de la máscara de red. Ejemplo: o Dirección de Red: 11000000.10101000.00000001.00000000 (192.168.1.0) o Máscara de red /24: 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) 11000000.10101000.00000001.00001010 (192.168.1.10) 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) PARTE DE RED HOSTS 2.1.2 Identificación de la Dirección Broadcast  Definición: La dirección broadcast es la última dirección de una subred y se utiliza para enviar mensajes a todos los hosts dentro de esa red.  Cálculo: Se obtiene estableciendo todos los bits de la parte de hosts a 1. Ejemplo: o Dirección de Red: 11000000.10101000.00000001.00000000 (192.168.1.0) o Máscara de Subred /24: 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) 11000000.10101000.00000001.00001010 (192.168.1.10) 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0) = TODOS LOS BITS DE HOST A 1 11000000.10101000.00000001.11111111 (192.168.1.0) o Dirección de Red: 192.168.1.0 Página 6 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 2.1.3 Resumen 3 IPv4 y segmentación de redes En este punto vamos a entender cómo se utilizan las direcciones IPv4 en la comunicación y segmentación de la red. 3.1 Unidifusión, difusión y multidifusión IPv4 3.1.1 Unidifusión (Unicast) La unidifusión es la comunicación uno a uno entre un emisor y un receptor único en una red IPv4. Cada dispositivo en la red tiene una dirección IP única, lo que permite que los paquetes de datos se envíen directamente a un destino específico. Este método es el más común en las comunicaciones de red, como el acceso a páginas web o el envío de correos electrónicos. Características Principales: 1. Dirección Única: o Cada dispositivo en la red posee una dirección IP única que lo identifica de manera exclusiva. o Los paquetes de datos se envían directamente a la dirección IP del destinatario, garantizando que solo el dispositivo objetivo reciba la información. 2. Eficiencia en la Comunicación: o Al dirigirse a un único destino, se optimiza el uso del ancho de banda y se reduce el tráfico innecesario en la red. o Minimiza la posibilidad de colisiones y congestión, mejorando el rendimiento general de la red. 3. Seguridad: o Facilita la implementación de medidas de seguridad, ya que la comunicación está dirigida exclusivamente al destinatario deseado. o Permite el uso de mecanismos de autenticación y cifrado para proteger los datos transmitidos. José Javier Pérez Suárez Página 7 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 3.1.2 Difusión (Broadcast) La difusión permite que un paquete de datos se envíe desde un emisor a todos los dispositivos de una red local simultáneamente. En IPv4, la dirección de difusión típica es la dirección de red con todos los bits de host establecidos a 1 (por ejemplo, 192.168.1.255 para una subred 192.168.1.0/24). Este método es útil para enviar mensajes que deben ser recibidos por todos los dispositivos, como actualizaciones de ARP. Características Principales: 1. Alcance Amplio: o Los paquetes de datos enviados en modo broadcast son recibidos por todos los dispositivos dentro del dominio de broadcast de la red. 2. Uso de Direcciones Especiales: o Se utiliza una dirección IP especial para indicar que el paquete debe ser recibido por todos los dispositivos. En IPv4, esto se logra configurando todos los bits de la parte del host de la dirección a 1. o En una red IPv4, la dirección de broadcast es la última dirección de una subred, por ejemplo, 192.168.1.255 en una subred 192.168.1.0/24. 3. Eficiencia y Limitaciones: o Aunque es eficiente para enviar información a múltiples destinatarios simultáneamente, el uso excesivo de transmisiones broadcast puede generar congestión en la red y afectar el rendimiento. o No es adecuado para comunicaciones frecuentes o de alto volumen debido al tráfico adicional que genera. 3.1.3 Multidifusión (Multicast) La transmisión de multidifusión, también conocida como multicast, es un método de comunicación en redes IPv4 donde un único emisor envía datos a un grupo específico de receptores que han expresado interés en recibir ese tipo de información. A diferencia de la unidifusión (unicast) que envía datos a un solo destinatario, y la difusión (broadcast) que envía datos a todos los dispositivos de una red, la multidifusión permite una distribución eficiente de datos a múltiples destinatarios seleccionados. Características Principales: 1. Grupo de Receptores: o Los dispositivos interesados en recibir datos de un emisor particular se suscriben a un grupo de multidifusión utilizando una dirección de multidifusión específica. Protocolo IGMP capa de red. o Los grupos de multidifusión están identificados por direcciones IP en el rango de 224.0.0.0 a 239.255.255.255. Página 8 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 2. Eficiencia en el Uso del Ancho de Banda: o Permite que el emisor envíe una sola copia de los datos que es replicada por los routers a todos los miembros del grupo, optimizando el uso del ancho de banda y reduciendo la carga en la red. 3. Escalabilidad: o Es ideal para aplicaciones que requieren enviar datos a múltiples destinatarios sin incrementar proporcionalmente el tráfico de red, como transmisiones de video en directo o actualizaciones de software. 3.2 Tipos de direcciones IPv4 Del mismo modo que podemos transmitir un paquete IPv4, también hay diferentes tipos de direcciones IPv4. Algunas no se pueden usar para salir a internet, otras se usan específicamente para enrutar a internet, otras se usan para verificar una conexión y otras se autoasignan. Las direcciones IPv4 públicas son direcciones que se enrutan globalmente entre routers de proveedores, sin embargo, no todas las direcciones IPv4 disponibles se pueden usar en internet, existen bloques de direcciones, denominadas privadas, que las organizaciones usan para organizar sus redes internas. 3.2.1 Direcciones Públicas Son direcciones únicas a nivel global que permiten la comunicación entre dispositivos a través de Internet. Cada dirección pública es única en todo el mundo, lo que evita conflictos y garantiza la correcta entrega de datos. Son asignadas por organismos como la IANA (Internet Assigned Numbers Authority) y distribuidas por los RIR (Regional Internet Registries). Las tienen asignadas servidores web, servidores de correo electrónico y cualquier dispositivo que necesite ser accesible desde Internet. 3.2.2 Direcciones Privadas Utilizadas dentro de redes locales (LAN) y no son enrutable en Internet. Permiten la reutilización de direcciones en diferentes redes privadas sin conflictos globales. Rangos de Direcciones Privadas (RFC 1918): Clase A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255 Clase B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255 Clase C: 192.168.0.0 – 192.168.255.255 Características: Reutilización: Múltiples redes privadas pueden usar el mismo rango de direcciones privadas sin interferir entre sí. Seguridad: Al no ser enrutable desde Internet, ofrecen una capa adicional de seguridad para los dispositivos internos. José Javier Pérez Suárez Página 9 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 Ejemplos de Uso: Redes domésticas, redes de oficinas y cualquier entorno donde se requiera una red privada aislada. 3.2.3 Direcciones Especiales 3.2.3.1 Dirección de Loopback (127.0.0.1): Permite que un dispositivo se comunique consigo mismo para probar la pila de red local. Se usan para diagnóstico y pruebas internas de la red. 3.2.3.2 Direcciones de Enlace Local (Link-Local) (APIPA) (169.254.0.0/16): Asignadas automáticamente por un dispositivo cuando no puede obtener una dirección IP a través de DHCP. Se emplea en la comunicación básica entre dispositivos en una red local sin necesidad de un servidor DHCP. 3.2.4 Enrutamiento a Internet Para que los dispositivos en una red privada (como en una oficina o en tu casa) puedan acceder a Internet, es necesario que la información viaje desde tu red local hacia la red pública de Internet y viceversa. Este procedimiento lo realiza el router de tu red local. Un router, es un dispositivo que conecta tu red privada con Internet. Tiene dos tipos de direcciones IP:  IP Privada: Se comunica con los dispositivos de tu red local.  IP Pública: Se comunica con Internet. NAT (Network Address Translation) es una función del router que permite que múltiples dispositivos en tu red privada compartan una sola dirección IP pública para acceder a Internet. Veamos cómo Funciona NAT  Solicitud de Internet: Cuando un dispositivo de tu red (por ejemplo, tu ordenador con IP 192.168.1.10) quiere acceder a una página web, envía una solicitud al router.  Traducción de la Dirección: El router usa NAT para cambiar la dirección IP privada (192.168.1.10) por su propia dirección IP pública (por ejemplo, 203.0.113.5).  Envío a Internet: La solicitud traducida se envía a Internet usando la dirección pública del router.  Recepción de la Respuesta: Cuando la página web responde, el router recibe los datos dirigidos a su IP pública (203.0.113.5).  Traducción Inversa: El router usa NAT para identificar a qué dispositivo interno debe enviarse la respuesta (192.168.1.10) y redirige los datos correctamente. Página 10 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 3.3 Segmentación de la red ¿Ha recibido alguna vez un correo electrónico dirigido a todas las personas de su trabajo o escuela? Este era un email de transmisión (broadcast). Con suerte, contenía información que cada uno de ustedes necesitaba saber. Pero a menudo una transmisión no es realmente pertinente para todos en la lista de correo. A veces, sólo un grupo de personas necesita leer esa información. En una LAN Ethernet, los dispositivos utilizan difusiones (broadcast) y el Protocolo de resolución de direcciones (Address Resolution Protocol - ARP) para localizar otros dispositivos. ARP envía transmisiones de capa 2 (OSI) a una dirección IPv4 conocida en la red local para descubrir la dirección MAC asociada. Los dispositivos de LAN Ethernet también localizan otros dispositivos que utilizan servicios. Un host normalmente adquiere su configuración de dirección IPv4 utilizando el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) que envía transmisiones en la red local para localizar un servidor DHCP. Los switches propagan las difusiones por todas las interfaces, salvo por aquella en la cual se recibieron. Por ejemplo, el switch de la ilustración está enviado un mensaje de broadcast (difusión), este será reenviado a los demás switches y a otros usuarios conectados en la red. Los routers no propagan difusiones. Cuando un router recibe una difusión, no la reenvía por otras interfaces. Por ejemplo, cuando el R1 recibe una difusión en la interfaz Gigabit Ethernet 0/0, no la reenvía por otra interfaz. José Javier Pérez Suárez Página 11 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 Por lo tanto, cada interfaz de router se conecta a un dominio de transmisión y las transmisiones solo se propagan dentro de ese dominio de transmisión específico. 3.3.1 Problemas con los dominios de difusión grandes Un dominio de difusión grande es una red que conecta muchos hosts. Un problema con un dominio de difusión grande es que estos hosts pueden generar difusiones excesivas y afectar la red de manera negativa. En la figura, LAN 1 conecta a 400 usuarios que podrían generar una cantidad excesiva de tráfico de difusión. Esto da como resultado operaciones de red lentas debido a la cantidad significativa de tráfico que puede causar, y operaciones de dispositivo lentas porque un dispositivo debe aceptar y procesar cada paquete de difusión. La solución es reducir el tamaño de la red para crear dominios de difusión más pequeños mediante un proceso que se denomina división en subredes. Estos espacios de red más pequeños se denominan subredes. En la figura, los 400 usuarios en LAN 1 con la dirección de red 172.16.0.0 / 16 se han dividido en dos subredes de 200 usuarios cada una: 172.16.0.0 / 24 y 172.16.1.0 / 24. Las difusiones solo se propagan dentro de los dominios de difusión más pequeños. Por lo tanto, una transmisión en LAN 1 no se propagaría a LAN 2. 3.3.2 Subdivisión de redes La división en subredes disminuye el tráfico de red general y mejora su rendimiento. A su vez, le permite a un administrador implementar políticas de seguridad, por ejemplo, qué subredes están habilitadas para comunicarse entre sí y cuáles no lo están. Otra razón es que reduce el número de dispositivos afectados por el tráfico de difusión anormal debido a configuraciones incorrectas, problemas de hardware o software o intenciones malintencionadas. Existen diversas maneras de usar las subredes para contribuir a administrar los dispositivos de red.  Ubicación Página 12 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3  Grupo o función  Tipo de dispositivo 3.4 Mecánica de subdivisión de redes. Subneting FLSM. El subnetting de FLSM o bien, Máscara de Subred de Longitud Fija (Fixed Length Subnet Mask), es una práctica que nos permite dividir una dirección de red en varias direcciones lógicas más pequeñas prestando bits de host a la parte de red manteniendo el mismo tamaño en cada una. FLSM es la división de un espacio común o una dirección (IP) en un cantidad equitativa para todas las subredes que vayamos a sacar. Es decir, lo que se hace es, robar bits de red (préstamo) para poder asignar hosts a nuestros bloques o viceversa. 3.4.1 Calcular FLSM mediante hosts/red Cuando nos dicen que lo que queremos por ejemplo son 21 hosts/red, el número de subredes nos da igual, lo que nos interesa es que en cada bloque/red nos entren esos hosts. Por lo tanto, la ecuación que hay que calcular es la siguiente: min(x) 2x >= hosts + 2 2x >= red Obtendremos de esta manera el tamaño de bloque mediante la X, esto es, la cantidad de direcciones que caben en cada red. Además, al calcular la cantidad de subredes, obtendremos el rango de bloques que vamos a necesitar. Para el siguiente supuesto: subdivide la red 192.168.0.0/24 para 50 host o 4 subredes 1.- Calculamos el número de bits de subred necesarios Nuestra dirección ip tiene el prefijo /24, esto significa que 24 bits representan la parte de red y 8 bits a la parte de host, esto se representa de la forma: 11111111.11111111.1111111.00000000 Para determinar el número de bits que hay que tomar de la parte de host para obtener 50 hosts se utiliza la expresión. 2x >= hosts + 2 2x >= 50 +2 2x >= 52 José Javier Pérez Suárez Página 13 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 Donde x es el número de bits necesario. Para obtener x puede usar la siguiente tabla. x 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 4 8 16 32 64 128 En nuestro caso: 26 >= 64 que es mayor que 52 Por lo que tenemos que con 6 bits en la parte de hosts es suficiente para almacenar 50 host. 11111111.11111111.1111111.11000000 Esto significa que la nueva máscara de red tiene el prefijo /26. Si convertimos a decimal cada uno de los ocetos, obtenemos la nueva máscara de red, que será la misma para todas las subredes. 255.255.255.192 En caso que nos piden que calculemos 4 subredes el procedimiento es similar. Para determinar el número de bits que hay que tomar de la parte de host para obtener 4 redes se utiliza la expresión. 2x >= red 2x >= 4 Dónde x es el número de bits necesarios. Podemos usar la tabla anterior. En nuestro caso: 22 >= 4 Por lo que tenemos que agregando 2 bits en la parte de red es suficiente para dividir la red en 4. 11111111.11111111.1111111.11000000 Esto significa que la nueva máscara de red tiene el prefijo /26. Si convertimos a decimal cada uno de los ocetos, obtenemos la nueva máscara de red, que será la misma para todas las subredes. 255.255.255.192 Página 14 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 2.- Obtener subredes Para obtener la dirección de red de cada subred basta con combinar los bits de la parte de red calculados en el paso anterior. En nuestro caso hay 4 posibles combinaciones: desde 00 hasta 11; cada una de las combinaciones es una dirección de red diferente. en nuestro ejemplo esto se aplica de esta forma. 192.168.0.00000000 -> 192.168.0.0 /26 192.168.0.01000000 -> 192.168.0.64 /26 192.168.0.10000000 -> 192.168.0.128 /26 192.168.0.11000000 -> 192.168.0.192 /26 3.- Calcular los parámetros de cada subred La dirección de red la obtenemos del paso anterior 192.168.0.00000000 -> 192.168.0.0 /26 Las direcciones de host se obtienen combinando los bits de host desde 000001 hasta 111110. De esta forma obtenemos las direcciones del primero y el último host 192.168.0.00000001 -> 192.168.0.1 /26 192.168.0.00111110 -> 192.168.0.62 /26 La dirección de broadcast se obtiene haciendo 1 todos los bits de la parte de host 192.168.0.00111111 -> 192.168.0.63 /26 Y repetiremos el proceso con el resto de direcciones de red. Subred Hosts IP Red Máscara 1º Host Ult. Host Broadcast 1 64 -2 192.168.0.0 255.255.255.192 /24 192.168.0.1 192.168.0.62 192.168.0.63 2 62 192.168.0.64 255.255.255.192 /24 192.168.0.65 192.168.0.126 192.168.0.127 3 62 192.168.0.128 255.255.255.192 /24 192.168.0.129 192.168.0.190 192.168.0.191 4 62 192.168.0.192 255.255.255.192 /24 192.168.0.193 192.168.0.254 192.168.0.255 4 Formatos y reglas de direccionamiento IPv6 4.1 Problemas con IPv4 IPv4 se está agotando porque solo puede generar unos 4,300 millones de direcciones únicas, y hoy en día hay muchos más dispositivos conectados a Internet, como teléfonos, computadoras y dispositivos inteligentes. Además, al inicio se asignaron muchas direcciones de forma ineficiente, y algunas están reservadas para usos específicos. Para solucionar esto, se está adoptando IPv6, una nueva versión que tiene muchísimas más direcciones disponibles, pero el cambio lleva tiempo porque requiere actualizar equipos y sistemas. IPv6 está diseñado para ser el sucesor de IPv4. IPv6 tiene un espacio de direcciones más grande de 128 bits, que proporciona 340 undecillones (es decir, 340 seguidos de 36 ceros) posibles direcciones. Sin embargo, IPv6 es más que solo direcciones más extensas. José Javier Pérez Suárez Página 15 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 Cuando el IETF comenzó a desarrollar un sucesor de IPv4, aprovechó esta oportunidad para corregir las limitaciones de IPv4 e incluir mejoras. Un ejemplo es el Protocolo de mensajes de control de Internet versión 6 (ICMPv6), que incluye la resolución de direcciones y la configuración automática de direcciones que no se encuentran en ICMP para IPv4 (ICMPv4). El agotamiento del espacio de direcciones IPv4 fue el factor que motivó la migración a IPv6. A medida que África, Asia y otras áreas del mundo están más conectadas a Internet, no hay suficientes direcciones IPv4 para acomodar este crecimiento. Como se muestra en la ilustración, a cuatro de cinco Registros Regionales de Internet (RIR) se les agotaron las direcciones IPv4. IPv4 tiene un máximo teórico de 4300 millones de direcciones. Las direcciones privadas en combinación con la traducción de direcciones de red (NAT) fueron esenciales para demorar la reducción del espacio de direcciones IPv4. Sin embargo, NAT es problemático para muchas aplicaciones, crea latencia y tiene limitaciones que impiden severamente las comunicaciones entre pares. Con el número cada vez mayor de dispositivos móviles, los proveedores de telefonía móvil han estado liderando el camino con la transición a IPv6. Los dos principales proveedores de telefonía móvil en los Estados Unidos informan que más del 90% de su tráfico es sobre IPv6. La mayoría de los principales proveedores de Internet y proveedores de contenido, como YouTube, Facebook y Netflix, también han hecho la transición. Muchas empresas como Microsoft, Facebook y LinkedIn están haciendo la transición a IPv6 solo internamente. En 2018, el ISP de banda ancha Comcast reportó un despliegue de más del 65% y British Sky Broadcasting más del 86%. 4.1.1 Internet de las cosas En la actualidad, Internet es significativamente distinta de cómo era en las últimas décadas. Actualmente, Internet es mucho más que el correo electrónico, las páginas web y la transferencia de archivos entre equipos. Internet evoluciona y se está convirtiendo en una Internet de las cosas (IoT). Ya no serán solo los equipos, las tabletas y los teléfonos inteligentes los únicos dispositivos que accedan a Internet. Los dispositivos del futuro preparados para acceder a Internet y equipados con sensores incluirán desde automóviles y dispositivos biomédicos hasta electrodomésticos y ecosistemas naturales. Página 16 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 Con una población de Internet cada vez mayor, un espacio limitado de direcciones IPv4, problemas con NAT y el IoT, ha llegado el momento de comenzar la transición a IPv6. 4.1.2 Coexistencia de IPv4 e IPv6 No hay una fecha específica para pasar a IPv6. Tanto IPv4 como IPv6 coexistirán en un futuro próximo y la transición llevará varios años. El IETF creó diversos protocolos y herramientas para ayudar a los administradores de redes a migrar las redes a IPv6. Las técnicas de migración pueden dividirse en tres categorías:  Doble pila: Doble pila permite que IPv4 e IPv6 coexistan en el mismo segmento de red. Los dispositivos dual-stack ejecutan pilas de protocolos IPv4 e IPv6 de manera simultánea. Conocido como IPv6 nativo, esto significa que la red del cliente tiene una conexión IPv6 a su ISP y puede acceder al contenido que se encuentra en Internet a través de IPv6.  Tunelización: La tunelización es un método para transportar un paquete IPv6 a través de una red IPv4. El paquete IPv6 se encapsula dentro de un paquete IPv4, de manera similar a lo que sucede con otros tipos de datos.  Traducción: La Traducción de Direcciones de Redes 64 (NAT64) permite que los dispositivos con IPv6 habilitado se comuniquen con dispositivos con IPv4 habilitado mediante una técnica de traducción similar a la NAT para IPv4. Un paquete IPv6 se traduce a un paquete IPv4 y un paquete IPv4 se traduce a un paquete IPv6. 4.2 Direccionamiento IPv6 Las direcciones IPv6 tienen una longitud de 128 bits y se escriben como una cadena de valores hexadecimales. Cada cuatro bits está representado por un solo dígito hexadecimal; para un total de 32 valores hexadecimales, como se muestra en la figura. Las direcciones IPv6 no distinguen entre mayúsculas y minúsculas, y pueden escribirse en minúsculas o en mayúsculas. La figura anterior también muestra que el formato preferido para escribir una dirección IPv6 es x: x: x: x: x: x: x: x, donde cada "x" consta de cuatro valores hexadecimales. El término octeto hace referencia a los ocho bits de una dirección IPv4. En IPv6, un “hexteto” es el término no oficial que se utiliza para referirse a un segmento de 16 bits o cuatro valores hexadecimales. Cada "x" es un único hexteto que tiene 16 bits o cuatro dígitos hexadecimales. José Javier Pérez Suárez Página 17 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 El formato preferido significa que dirección IPv6 se escribe utilizando los 32 dígitos hexadecimales. No significa necesariamente que sea el método ideal para representar la dirección IPv6. Vamos a ver dos reglas que ayudan a reducir la cantidad de dígitos necesarios para representar una dirección IPv6. fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000: 0001 fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : c012 : 9aff : fe9a: 19ac fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0123 : 4567 : 89ab: cdef 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000: 0001 Estos son ejemplos de direcciones IPv6 en el formato preferido. 4.2.1 Regla 1.- Omitir ceros iniciales La primera regla para reducir la notación de las direcciones IPv6 es omitir los ceros iniciales en cualquier hexteto. 01ab -> 1ab 09f0 -> 9f0 0a00 -> a00 00ab -> ab Esta regla es solo válida para los ceros iniciales y NO para los ceros finales. 4.2.2 Regla 2.- Dos puntos dobles La segunda regla es la de los dos puntos dobles, que puede reemplazar cualquier cadena única y contigua de uno o más hextetos de 16 bits que consisten en todos los ceros. Los puntos dobles (: :) se pueden usar solamente una vez dentro de una dirección Si una dirección tiene más de una cadena contigua de hextetos, todos cero, la práctica recomendada es usar los dos puntos dobles en la cadena más larga, si la cadena es igual se debe usar en la primera cadena. fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0001 fe80 : 0 : 0 : 0 : c012 : 9aff : fe9a : 19ac fe80 : : c012 : 9aff : fe9a : 19ac 5 Direccionamiento dinámico con DHCP 5.1 Direccionamiento estático y dinámico 5.1.1 Asignación de direcciones IPv4 estáticas Las direcciones IPv4 pueden asignarse de manera estática o dinámica. Con una asignación estática, el administrador de red debe configurar manualmente la información de red para un host. Como mínimo, esto incluye lo siguiente:  Dirección IP - Identifica al host en la red.  Máscara de subred - Se utiliza para identificar la red a la que está conectado el host.  Puerta de enlace predeterminada - Identifica el dispositivo de red que utiliza el host para acceder a Internet o a otra red remota. Página 18 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 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 los hosts normalmente acceden al servidor en una dirección IPv4 en particular, no es adecuado que se cambie esa dirección. 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 IPv4 estáticamente, el host solo realiza comprobaciones de errores básicas en la dirección IPv4. Por lo tanto, es más probable que haya errores. Cuando se utiliza el direccionamiento IPv4 estático, es importante mantener una lista precisa de qué direcciones IPv4 se asignan a qué dispositivos. Además, estas direcciones son permanentes y generalmente no se reutilizan. 5.1.2 Asignación dinámica de direcciones IPv4 En las redes locales, es habitual que la población de usuarios cambie frecuentemente. Los nuevos usuarios llegan con ordenadores portátiles y necesitan una conexión. Otros tienen nuevos PC de trabajo que necesitan conexión. En lugar de que el administrador de red deba asignar las direcciones IPv4 para cada estación de trabajo, es más fácil que las direcciones IPv4 se asignen automáticamente. Esto se logra a través de un protocolo denominado Protocolo de Configuración Dinámica de Host (DHCP). DHCP asigna automáticamente la información de direccionamiento, como la dirección IPv4, la máscara de subred, la puerta de enlace predeterminada y otra información de configuración, como se muestra en la figura. DHCP es generalmente el método preferido para asignar direcciones IPv4 a los hosts de grandes redes, dado que reduce la carga para al personal de soporte de la red y prácticamente elimina los errores de entrada. Otro de los beneficios del DHCP es que las direcciones no se asignan permanentemente a un host, sino que son arrendadas durante un período. Si el host se apaga o se desconecta de la red, la dirección regresa al pool para volver a utilizarse. Esto es especialmente útil en el caso de los usuarios móviles que entran en una red y salen de ella. Un servidor DHCP asigna una dirección IPv4 a su ordenador. Varios tipos de dispositivos pueden actuar como servidores DHCP, siempre y cuando ejecuten software de servicios DHCP. En la mayoría de las redes medianas a grandes, el servidor DHCP generalmente es un servidor local dedicado, basado en una PC. José Javier Pérez Suárez Página 19 de 21  2º GRADO BÁSICO I.E.S. VIRGEN Instalación y mantenimiento de redes para transmisión de datos DE LA VICTORIA UD 3 En el caso de las redes domésticas, el servidor DHCP puede estar ubicado en el ISP y un host de la red doméstica recibe su configuración IPv4 directamente del ISP, tal como se indica en la figura. 5.2 Configuración DHCPv4 5.2.1 Operación de DHCPv4 El protocolo DHCP (Protocolo de Configuración Dinámica de Host) es como un "repartidor automático de direcciones IP" para dispositivos en una red. Cuando conectas un dispositivo, como tu computadora o teléfono, a una red (por ejemplo, Wi-Fi), este protocolo asegura que el dispositivo reciba la información necesaria para comunicarse sin que tengas que configurarlo manualmente. Opera de la siguiente forma: 1.- Petición inicial. DHCPDISCOVER Cuando conectas tu dispositivo, este pide una dirección IP enviando una solicitud a la red diciendo: "¿Hay alguien que pueda darme una dirección IP?" 2.- Respuesta del servidor DHCP. DHCPOFFER. Un servidor DHCP (normalmente integrado en el router) escucha la solicitud y responde diciendo: “Te puedo dar la siguiente dirección IP”. Además envía información extra como la máscara de red, la puerta de enlace (para acceder a Internet) y los servidores DNS (para navegar por páginas web). Página 20 de 21 José Javier Pérez Suárez  I.E.S. INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS VIRGEN DE LA DIRECCIONAMIENTO IP VICTORIA G.B. 2º FECHA: UD 3 3.- Confirmo la dirección ofrecida. DHCPREQUEST El DHCPREQUEST es el mensaje del cliente que confirma o solicita una dirección IP al servidor DHCP, asegurando que el cliente tenga la configuración de red necesaria para conectarse y funcionar en la red. Además, este mensaje será leído por los switches de la red para rellenar la tabla de direcciones MAC (Switching Table) 4.- Confirmo la dirección IP. DHCPACK El mensaje DHCPACK es una respuesta enviada por el servidor DHCP para confirmar que el cliente ha recibido y aceptado la dirección IP y el resto de configuración de red ofrecida por el servidor. El servidor DHCP asigna la dirección IP al dispositivo por un tiempo limitado, llamado "tiempo de concesión". Al final de ese tiempo, el dispositivo puede pedir renovar la dirección o conseguir una nueva. José Javier Pérez Suárez Página 21 de 21