domingo, 17 de abril de 2011

Protocolo de Internet Version 4 (IP, IPv4) (segunda parte)

Bueno, esta es la segunda parte de la traducción de La Guía TCP/IP, y en este caso empezamos a analizar mas detenidamente los detalles del direccionamiento IP, las clases de direcciones así como su estructura. Antes (muy al inicio) les he dicho que en las traducciones hay términos que prefiero dejar como aparecen en el original (y lo especifico cada vez) por razones de coherencia a veces o en ocasiones porque el término en castellano no tiene mucho sentido, pues bien, aquí hay varios de estos casos, estén atentos. Antes del lunes próximo hay materiales varios que voy a procesar,   hay algunas cosas interesantes, así que espérenlos.  Pues eso, iniciamos la semana, dejen sus comentarios al final y espero les sea de utilidad, provecho!

  
Contenido:
2.- Protocolo de Internet Version 4 (IP, IPv4)
2.1.- Direccionamiento IP.
2.1.1.- Conceptos y cuestiones del direccionamiento IP.
2.1.1.1.- Direccionamiento IP generalidades y fundamentos.
2.1.1.2.- Tamaño de la dirección IP, espacio de direcciones y notación "decimal con puntos".
2.1.1.3.- Estructura básica y componentes fundamentales de la dirección IP: ID de red e ID de host.
2.1.1.4.- Categorías de direcciones IP (classful, subnetting y classless) y anexos de la dirección IP (máscara de subred y puerta de enlace predeterminada).
2.1.1.5.- Número de direcciones IP y multihoming.
2.1.1.6.- Administración, métodos de asignación y autoridades de las direcciones IP.
A pesar de que el nombre parece dar a entender que es la cuarta iteración del Protocolo de Internet, la versión 4 de IP fue la primera que se utilizó ampliamente en el TCP/IP actual. IPv4, como es llamado a veces para diferenciarlo del nuevo IPv6, es la versión de IP en uso en el Internet hoy en día, y una implementación del protocolo se está ejecutando en cientos de millones de computadoras. Proporciona las capacidades básicas de entrega de datagramas sobre las cuales se basan todas las funciones TCP/IP, y ha demostrado su calidad en uso durante un período de más de dos décadas.
En esta sección proporcionaré una descripción más detallada sobre el funcionamiento de la versión actual del Protocolo Internet, IPv4. Hay cuatro subsecciones principales, que representan las cuatro funciones principales de IP. La primera presenta una discusión general del direccionamiento IP. La segunda analiza cómo los datos son codificados y formateados en datagramas IP para su transmisión. La tercera describe los problemas de tamaño de los datagramas y como se utilizan la fragmentación y el reensamble para transportar datagramas grandes a través de redes diseñadas para transportar cuadros pequeños. La última subsección se refiera a asuntos relacionados con el envío y enrutamiento de datagramas IP. Después de las cuatro subsecciones principales concluyo nuestra visita a IPv4 con una visión general de la multidifusión IP, que se utiliza para entregar un datagrama único a más de un destinatario.

Información relacionada: Como el título de esta sección indica, nuestra cobertura aquí se limita a la versión 4 de IP, versión 6 está cubierta en su sección aparte, al igual que los protocolos relacionados con IP. Dicho esto, algunos de los principios aquí también se aplican a IPv6, IP NAT, IPSec o IP móvil de una manera limitada. Para simplificar, en esta sección utilizo la denominación simple de "IP" en lugar de "IPv4", excepto cuando la abreviatura mas larga sea necesaria para mayor claridad.

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2.1.- Direccionamiento IP.
El trabajo principal de IP es la entrega de mensajes entre dispositivos, y como cualquier buen servicio de entrega, no puede hacer su trabajo muy bien si no sabe dónde se encuentran los destinatarios. Obviamente, entonces, una de las funciones más importantes del protocolo IP es el direccionamiento. El direccionamiento IP se utiliza no sólo para identificar direcciones IP únicas, sino para facilitar el enrutamiento de los datagramas IP a través de las redes. Son utilizados y referidos ampliamente en redes TCP/IP.

En esta sección proporciono una explicación detallada de los temas y las técnicas asociadas a las direcciones IP. Hay cinco subsecciones. La primera ofrece una visión general de los conceptos y temas relativos al direccionamiento IP . La segunda analiza el esquema de direccionamiento IP original basado en clases ("classful" en el original y en lo adelante), y cómo funcionan las diferentes clases. Los apartados tercero y cuarto se dedican a las subredes IP y el direccionamiento de subredes. Esto incluye una discusión de los conceptos de subredes y también un ejemplo completo de un subneteo paso a paso. El último párrafo describe el nuevo sistema de direccionamiento sin clases (classless en el original y en lo adelante), también llamado a veces "superredes" (supernetting en el original y en lo adelante).

Nota: Esta sección contiene cerca de 30 subsecciones y temas individuales. El tamaño absoluto de esta discusión puede sorprender, sin duda me sorprendió cuando me puse a organizarlo. Hay dos razones principales por las que sentía que tanto detalle era necesario. La primera es que realmente la comprensión tanto de los conceptos como de la práctica del direccionamiento IP es esencial para llegar a una comprensión sustancial de la operación de TCP/IP en su conjunto, por lo que no quise escatimar en nada. La segunda es que las direcciones IP se ha convertido en algo complicado. Hay más de una forma en que las redes IP están configuradas, y es esencial explorarlas todas para una cobertura completa del tema.

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2.1.1.- Conceptos y cuestiones del direccionamiento IP.
A pesar de que el esquema de direccionamiento original era relativamente simple, se ha vuelto complejo con el tiempo, a medida que se han realizado cambios que le permitan hacer frente a los diversos requisitos del direccionamiento. Los estilos más avanzadas de direccionamiento IP, tales como las subredes y el direccionamiento "classless", son los más utilizados en las redes modernas. Sin embargo, pueden ser confusos de entender. Para ayudar a darles sentido hay que empezar por el principio con una discusión de los fundamentos del direccionamiento IP.
En esta sección inicio una exploración más profunda del direccionamiento IP, explicando los conceptos y aspectos detrás de él. Comienzo con una visión general de direccionamiento IP y la discusión del mismo en términos generales. Describo el tamaño de las direcciones IP, el concepto del "espacio de direcciones" y la notación utiliza generalmente para las direcciones IP. Proporciono información básica sobre la estructura de una dirección IP y la forma en que se divide en el identificador de red y el identificador de host. Luego describo los diferentes tipos de direcciones IP e información adicional, como la máscara de subred y la puerta de enlace predeterminada que suele acompañar a una dirección IP en redes más grandes. Proporciono una breve descripción de cómo a veces varias direcciones son asignadas a dispositivos individuales y por qué. Concluyo con una descripción del proceso mediante el cual las direcciones IP públicas son registradas y gestionadas, y de las organizaciones que hacen este trabajo para la Internet global.

Antecedentes: Si usted no está familiarizado con al menos los conceptos básicos de cómo trabajan los números binarios, y también con la forma de convertir entre números binarios y decimales, me gustaría recomendar la lectura de la sección de antecedentes sobre la representación de datos y los métodos de cálculo antes de continuar aquí. Usted probablemente pueda pasar esta sección en particular, sin que ese conocimiento, pero lo necesitará de todas formas, cuando veamos la división en subredes, por lo que es mejor que se familiarice ahora.

Nota: Recuerde que la mayoría de los sistemas operativos tienen una aplicación de calculadora que incorpora funciones científicas, incluyendo conversiones entre números binarios, decimales y hexadecimales.


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2.1.1.1.- Direccionamiento IP generalidades y fundamentos.
En la introducción de esta sección, he mencionado que el direccionamiento IP es importante porque facilita la función principal del IP - la entrega de datagramas a través de una interconexión de redes. Comprender esto con más detalle nos obliga a examinar algunas cuestiones diferentes pero esenciales relacionadas con la forma en que operan el protocolo IP y sus direcciones.

Funciones de las direcciones IP: Identificación y enrutamiento 
El primer punto que veremos es que en realidad hay dos funciones diferentes de una dirección IP: 
  • Identificación de la interfaz de red: Al igual que la dirección de una calle, la dirección IP proporciona una identificación única de la interfaz entre un dispositivo y la red. Esto es requerido para asegurar que el datagrama se entrega al destinatario correcto. 
  • Enrutamiento: Cuando la fuente y el destino de un datagrama IP no están en la misma red, el datagrama debe ser entregado "indirectamente" por medio de sistemas intermedios, un proceso llamado enrutamiento. La dirección IP es una parte esencial del sistema utilizado para para enrutar datagramas
Usted puede notar un par de cosas en esta corta lista. Una es que he dicho que la dirección IP identifica la interfaz de red, no el dispositivo en sí. Esta distinción es importante porque pone de relieve el concepto de que IP se orienta en torno a conexiones a una gran "red virtual" en la capa tres, que pueden extenderse a múltiples redes físicas. Algunos dispositivos, tales como routers, tendrá más de una conexión de red: y debe ser así en orden de tomar los datagramas de una red y enrutarlos hacia otra. Esto significa que también tendrán más de una dirección IP, una por cada conexión.
Es posible que también resulte curioso que diga que la dirección IP facilita el enrutamiento. ¿Cómo puede hacer eso? La respuesta es que el sistema de direccionamiento se ha diseñado con una estructura que puede ser interpretada para permitir que los routers determinen qué hacer con un datagrama basados en los valores de la dirección. Números relacionados con la dirección IP, como la máscara de subred cuando se utilizan subredes, permiten esta función.
Veamos ahora algunas otras cuestiones y características importantes asociadas a las direcciones IP en términos generales.

Número de direcciones IP por dispositivo.
Cualquier dispositivo al que se le envíen datos en la capa de red tendrá al menos una dirección IP: una por cada interfaz de red. Como he mencionado anteriormente, esto significa que hosts normales, como computadoras e impresoras con capacidades de red por lo general obtienen una dirección IP, mientras que los routers tienen más de una dirección IP. Algunos hosts especiales pueden tener más de una dirección IP si son multihomed, es decir, con conexiones a más de una red.
Los dispositivos de interconexión de bajo nivel, como repetidores, puentes y switches no requieren una dirección IP, ya que manipulan el tráfico basados en direcciones de capa dos (capa de enlace de datos). Los segmentos de red conectados por puentes y switches forman un único dominio de difusión y cualquier otro dispositivo en estos dominios pueden enviar datos unos a otros entre sí directamente, sin enrutamiento. Para el protocolo IP, estos dispositivos son "invisibles", no son más importantes que los cables que los conectan entre sí (con un par de excepciones). Tales dispositivos pueden, sin embargo, opcionalmente disponer de una dirección IP para fines de administración. En este sentido, actúan como hosts regulares en la red. Ver Figura 55 para una ilustración.
Figura 55: Interfaces IP para dispositivos comunes de redes.
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Esta ilustración muestra las interfaces IP de varios dispositivos de LAN comunes como pequeños círculos cían. Cada host regular tiene una interfaz, mientras que el router que sirve esta LAN tiene tres, ya que se conecta tres redes diferentes. Tenga en cuenta que el switch de LAN no tiene interfaces IP, sino que conecta a los hosts y el router en la capa dos. También vea la Figura 59, que muestra las interfaces IP de varios dispositivos en una configuración más compleja.

Unicidad de las direcciones. 
Cada dirección IP en una red interna debe ser única. Esto parece bastante obvio (aunque hay excepciones en IPv6, en forma de direcciones anycast especiales!)

La especificidad de las direcciones IP. 
Dado que las direcciones IP representan interfaces de red y se utilizan para el enrutamiento, la dirección IP es específica de la red a la que está conectada. Si el dispositivo se mueve a una nueva red, la dirección IP por lo general tendrá que cambiar también. Para tener el por qué completo, véase el análisis de la estructura básica de una dirección IP. Este asunto fue la motivación principal para la creación de IP móvil.

Contrastando las direcciones IP y las direcciones de la capa de enlace de datos. 
Las direcciones IP se utilizan para la entrega de datos en la capa de red a través de una interconexión de redes. Esto hace a las direcciones IP muy diferentes de las direcciones de capa de enlace de datos de un dispositivo, como su dirección Ethernet MAC. (En el lenguaje TCP/IP estas direcciones de llaman a veces direcciones físicas o de hardware.) En la capa de red, un solo datagrama puede ser enviado "desde el dispositivo A al dispositivo B". Sin embargo, la entrega efectiva de los datagramas puede requerir que pase a través de una docena o más de dispositivos físicos, si A y B no están en la misma red.

También es necesario proporcionar una función que haga el mapeo entre las direcciones IP y las direcciones de capa de enlace de datos. En TCP/IP este es el trabajo del Protocolo de resolución de direcciones (ARP Address Resolution Protocol).

Problemas de entrega de datagramas a direcciones IP. 
En una red física, tales como Ethernet, la dirección MAC es toda la información necesaria para enviar datos entre los dispositivos. Por el contrario, una dirección IP representa sólo el punto de entrega final del datagrama. La ruta tomada depende de las características del camino en la red entre los dispositivos fuente y destino. Incluso es posible que no exista una ruta entre dos dispositivos, lo que significa que estos dispositivos no pueden intercambiar datos, incluso si conocen sus mutuas direcciones!

Direcciones IP de redes públicas y privadas. 
Hay dos formas distintas en que una red puede ser configurada con direcciones IP. En una red privada una sola organización controla la asignación de las direcciones de todos los dispositivos, y tienen el control casi absoluto para hacer lo que quieran en la selección de números, siempre y cuando cada dirección sea única. Por el contrario, en una red pública es necesario un mecanismo para garantizar tanto que las organizaciones no utilicen direcciones superpuestas como para permitir el enrutamiento eficiente de datos entre estas organizaciones. El ejemplo más conocido de esto es por supuesto el Internet, donde se han creado mecanismos de registro y administración de direcciones IP para abordar este asunto. También existen ahora técnicas avanzadas como traducción de direcciones de red IP que permiten a una red que usa direcciones privadas la interconexión a redes TCP/IP públicas.

Configuración de direcciones IP. 
Hay dos formas básicas en que las direcciones IP se pueden configurar. En una configuración estática, cada dispositivo se configura manualmente con una dirección IP que no cambia. Esto está bien para redes pequeñas, pero rápidamente se convierte en una pesadilla administrativa en redes más grandes cuando se requieren cambios. La alternativa, la configuración dinámica, permite asignar direcciones IP a los dispositivos y cambiarlas a nivel de software. Los dos protocolos de configuración de hosts, BOOTP y DHCP, fueron creados para cubrir esta última función.

Direccionamiento Unicast, Multicast y Broadcast. 
Se incluye la capacidad en el esquema de direccionamiento IP para los tres tipos básicos de direccionamiento.

Concepto clave: Las direcciones IP cumplen una doble función de identificación de dispositivos y de enrutamiento. Cada interfaz de red requiere una dirección IP, que es específica de la red. Las direcciones IP puede ser asignadas estática o dinámicamente, y vienen en formas unicast, multicast y broadcast.

Los temas que siguen en esta sección, y las otras secciones en nuestra discusión del protocolo IP, amplian estos conceptos con más detalles.

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2.1.1.2.- Tamaño de la dirección IP, espacio de direcciones y notación "decimal con puntos".
Ahora que hemos examinado las cuestiones generales y las características asociadas a las direcciones IP, es el momento de pasar de las presentaciones y profundizar en la "carne" de nuestra discusión sobre las direcciones IP. Vamos a empezar mirando la construcción física y el tamaño de la dirección IP y la forma en que se conoce y utiliza.

El tamaño de la dirección IP y la notación binaria. 
En su forma más simple, la dirección IP es un número binario de 32 bits: un conjunto de 32 unos y ceros. A los niveles mas bajos los equipos siempre trabajan en binarios y esto también se aplica al hardware y software de red. Si bien diferentes significados se atribuyen a diversos bits de la dirección como veremos más adelante, la propia dirección es sólo este número binario de 32 dígitos.
Los seres humanos no funcionan demasiado bien con números binarios, ya que son largos y complicados, y el uso de sólo dos dígitos los hace difíciles de diferenciar. (Rápido, ¿cuál de estos es más grande: 11100011010100101001100110110001 o 11100011010100101001101110110001 ?) Por esta razón, cuando usamos las direcciones IP no trabajamos con ellas en binario, excepto cuando sea absolutamente necesario.
La primera cosa que los humanos, naturalmente, harían con una larga cadena de bits fue dividirla en cuatro octetos de ocho bits (o bytes, aunque los dos no son técnicamente lo mismo), para que sea más manejable. Por lo tanto, 11100011010100101001101110110001 se convertiría en "11100011-01010010-10011101-10110001". Entonces, se podría convertir cada uno de los octetos en un número hexadecimal más manejable de dos dígitos, para producir lo siguiente: "E3 - 52 - 9D - B1". Esta es, de hecho, la notación usada para las direcciones MAC IEEE 802, excepto que estas tienen 48 bits de longitud por lo que tienen seis números hexadecimales de dos dígitos, y suelen estar separados por dos puntos, no guiones como he hecho aquí.

Notación "decimal con puntos" de la dirección IP.
La mayoría de la gente todavía encuentra la notación hexadecimal un poco difícil de trabajar. Así que las direcciones IP se expresan normalmente con cada octeto de 8 bits convertido a un número decimal y los octetos separados por un punto). Así, el ejemplo anterior se convertiría en 227.82.157.177, como se muestra en la Figura 56. A esto generalmente se llama notación decimal, por razones bastante obvias. Cada uno de los octetos de una dirección IP puede tomar valores de 0 a 255 (nota no de 1 a 256!) por lo que el valor más bajo es teóricamente 0.0.0.0 y el mayor es 255.255.255.255.
Concepto clave: Las direcciones IP son números binarios de 32 bits, que pueden ser expresadas en formato binario, hexadecimal o decimal. Por lo general, se expresan dividiendo los 32 bits en cuatro bytes y convirtiendo cada uno a decimal, y luego separar estos números con puntos para crear la notación decimal con puntos.
La notación decimal con puntos proporciona una forma cómoda de trabajar con direcciones IP en la comunicación entre los seres humanos. Nunca hay que olvidar que para los equipos, la dirección IP será siempre un número binario de 32 bits, la importancia de esto vendrá cuando veamos cómo la dirección IP es dividida lógicamente en varios componentes en el siguiente tema, así como cuando examinemos las técnicas de manipulación de direcciones IP, tales como la división en subredes (subnetting).
Figura 56: Representaciones binaria, hexadecimal y decimal con puntos de una dirección IP.
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Las representaciones binario, hexadecimal y decimal de una dirección IP son equivalentes.

Espacio de direcciones IP.
Dado que la dirección IP tiene 32 bits de ancho, esto nos proporciona un espacio de direcciones teórico de 2^32, o 4.294.967.296 de direcciones. Esto parece una buena cantidad de direcciones! Y en cierto modo lo es. Sin embargo, como veremos, debido a cómo se estructuran y se asignan las direcciones IP, no se pueden usar cada una de esas direcciones realmente. Uno de los legados desafortunados del hecho de que el protocolo IP se creó originalmente en una interconexión de redes más bien pequeña, es que se tomaron decisiones que "malgastaron" la mayor parte del espacio de direcciones. Por ejemplo, todas las direcciones IP que comienzan con "127" en el primer octeto son reservadas para la función de bucle invertido. Esta misma decisión hace que 1/256th del número total de direcciones, o 16277216 direcciones, ya no estén disponibles. También hay otras maneras en que el espacio de direcciones IP no se "conserva", lo que causó dificultades cuando la Internet creció en tamaño. Veremos más sobre esto en la sección de direccionamiento "classful".

Concepto clave: Como las direcciones IP son de 32 bits, el espacio de direcciones IPv4 total es de 2^32 ó 4.294.967.296 direcciones. Sin embargo, no todas estas direcciones se pueden utilizar, por una variedad de razones.

Este espacio de direcciones IP determina el límite en el número de interfaces direccionables en cada interconexión de redes IP. Por lo tanto, si usted tiene una red privada puede, en teoría, tener mas de 4 millones de direcciones IP. Sin embargo, en una red pública como Internet, todos los dispositivos deben compartir el espacio de direcciones disponibles. Técnicas tales como CIDR ("supernetting") y Network Address Translation (NAT) fueron diseñadas en parte para utilizar de manera más eficiente espacio de direcciones IP existente en Internet . Por supuesto, IP versión 6 amplía el tamaño de la dirección IP de 32 bits hasta llegar a 128, lo que aumenta el espacio de direcciones a un número ridículamente grande y hace que todo el asunto del espacio de direcciones sea discutible.

(Por cierto, el segundo número binario es el más grande.)

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2.1.1.3.- Estructura básica y componentes fundamentales de la dirección IP: ID de red e ID de host.
Como ya he mencionado en las generalidades del direccionamiento IP, una de las formas en se utilizan las direcciones IP es para facilitar el enrutamiento de datagramas IP en Internet. Esto es posible dada la forma en que las direcciones IP están estructuradas, y cómo esa estructura es interpretada por los routers de red.

Estructura de direcciones IP de Internet. 
Como acabamos de ver, cada dirección IPv4 tiene 32 bits de longitud. Cuando nos referimos a la dirección IP se utiliza una notación decimal con puntos, mientras que el equipo lo convierte en binario. Sin embargo, a pesar de que estos conjuntos de 32 bits se consideran una sola "entidad", tienen una estructura interna que contiene dos componentes:
  • Identificador de red (Network ID): Un cierto número de bits, comenzando por los bits mas a la izquierda, se utiliza para identificar la red donde se encuentra el host o interfaz de red. Este es también llamado a veces prefijo de red o simplemente prefijo. 
  • Identificador de host (ID de host): El resto de los bits se utilizan para identificar el host en la red. 

Nota: Por convención, los dispositivos IP a menudo se llaman hosts (anfitrión) para simplificar, como lo hago a través de esta Guía. A pesar de que cada equipo suele tener una única dirección IP, recuerde que las direcciones IP están estrictamente relacionadas con las interfaces de red de capa de red, no los dispositivos físicos, y un dispositivo por lo tanto puede tener más de una dirección IP.

Como se puede ver en la Figura 57, este realmente es un concepto bastante simple, es la misma idea que la estructura utilizada para los números de teléfono en América del Norte. El número de teléfono (401) 555-7777 es un número de diez dígitos normalmente se conoce como un "número de teléfono" simple. Sin embargo, tiene una estructura. En particular, tiene un código de área ("401") y un número local ("555-7777").
Figura 57: División básica de una dirección IP: ID de red y ID de host
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La división fundamental de los bits de una dirección IP es en el identificador de red y el ID de host. En este caso, el identificador de red es de 8 bits de longitud, que se muestra en cian, y el ID de host es de 24 bits de longitud.

Implicaciones de la inclusión de la identificación de red en las direcciones IP
El hecho de que el identificador de red se encuentre en la dirección IP es lo que en parte facilita el enrutamiento de los datagramas IP cuando se conoce la dirección. Los routers dan vistazo a la porción de red de la dirección IP para determinar en primer lugar si la dirección IP de destino está en la misma red que la dirección IP del host. A continuación, se realizan las decisiones de encaminamiento basándose en la información que los routers mantienen acerca de dónde se encuentran varias redes. De nuevo, esto es conceptualmente similar a cómo el código de área es utilizado por el equivalente de los "routers" en la red de telefonía para pasar llamadas telefónicas. La porción de host de la dirección IP es utilizada por los dispositivos de la parte local de la red.
Dado que la dirección IP se puede dividir en identificador de red e identificador de host, también es posible utilizar uno o el otro por sí mismo, según el contexto. Estas direcciones tienen asignados significados especiales. Por ejemplo, si el ID de red se utiliza con los bits de hosts todos en 1, esto indica una difusión a toda la red. Del mismo modo, si el ID de host se utiliza por sí mismo con todos los bits en ceros para el ID de red, esto implica una dirección IP que se envía al host con ese identificador en la "red local", sea la que sea.
Es la inclusión del identificador de red en la dirección IP de cada host en la red la que hace que las direcciones IP sean específicas para esa red. Si mueve un dispositivo de una red a otra distinta el ID de red debe cambiar a la de la nueva red. Por lo tanto, la dirección IP debe cambiar también. Este es un inconveniente lamentable que aparece con más frecuencia cuando se trata de dispositivos móviles.

Ubicación de la división entre ID de red e ID de host
Una diferencia entre las direcciones IP y los números de teléfono es que el punto de división entre los bits utilizados para identificar la red y los que identifican el host no es fijo. Depende de la naturaleza de la dirección, el tipo de direccionamiento utilizado, y otros factores. Tomemos el ejemplo del último tema, 227.82.157.177. Es posible dividir esto en un identificador de red de "227,82" y un ID de host de "157.177". Alternativamente, el identificador de red podría ser "227" y el identificador de host "82.157.177" dentro de esa red. 
Para expresar los identificadores de red y host como direcciones de 32 bits, se añaden ceros para sustituir los "pedazos" omitidos. En el ejemplo anterior, la dirección de la red se convierte en "227.0.0.0", y la dirección del host en "0.82.157.177". (En la práctica, las direcciones de red de este tipo se observan habitualmente con los ceros añadidos; los identificadores de red no vienen tan a menudo en forma de 32 bits de esta manera.) 
Para que no piense de estos ejemplos que la división debe estar siempre entre conjuntos de octetos de la dirección, también es posible dividirla en medio de un octeto. Por ejemplo, podríamos dividir la dirección IP 227.82.157.177 de modo que queden 20 bits para el ID de red y 12 bits para el ID de host. El proceso es el mismo, pero la determinación de los valores decimales con puntos es más difícil porque aquí, el "157" está "dividido" en dos números binarios. Los resultados son "227.82.144.0" para el identificador de red y "0.0.0.13.177" para el ID de host, como se muestra en la Figura 58.
Figura 58: División de una dirección IP en mitad de un octeto.
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Dado que las direcciones IP se expresan normalmente como cuatro números con puntos decimales, los recursos educativos a menudo muestran la división entre el ID de red y el ID de host ocurriendo en los límites del octeto. Sin embargo, es esencial recordar que el punto de división a menudo aparece en el centro de uno de estos números de ocho bits. En este ejemplo, el ID de red tiene 20 bits de longitud y el ID de host de 12 bits de largo. Esto resulta en el tercer número de la dirección IP original, 157, dividido en 144 y 13.

El lugar donde "se dibuja la línea" entre el ID de red y el ID de host debe ser conocido para que los dispositivos tales como routers puedan interpretar la dirección. Esta información se transmite de forma implícita o explícita, dependiendo del tipo de direccionamiento IP en uso. Describo esto en el siguiente tema.

Concepto clave: La estructura básica de una dirección IP consta de dos componentes: el identificador de red y el ID de host. El punto de división de la dirección de 32 bits no es fijo, sino más bien, depende de una serie de factores, y puede ocurrir en una variedad de lugares, incluso en medio de un octeto con puntos decimales.

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2.1.1.4.- Categorías de direcciones IP (classful, subnetting y classless) y anexos de la dirección IP (máscara de subred y puerta de enlace predeterminada).
El tema anterior ilustra cómo la división fundamental de los 32 bits en una dirección IP es en el identificador de red (ID de red) y el identificador de host (ID de host). El ID de red se utiliza para fines de enrutamiento, mientras que el ID de host identifica de forma única cada interfaz de red en la red. Para que los dispositivos sepan cómo utilizar las direcciones IP en la red deben ser capaces de determinar que bits se utilizan para cada ID. Sin embargo, la "línea divisoria" no está predefinida. Depende del tipo de direccionamiento utilizado en la red. 

Categorías de esquemas de direccionamiento IP. 
La comprensión de cómo estos identificadores se determinan nos lleva a una discusión más amplia de las tres categorías principales de los sistemas de direccionamiento IP. Cada uno de estos utiliza un sistema un poco diferente para indicar donde se localiza el ID de host en la dirección IP.

Direccionamiento convencional ("classful"). 
El esquema de direccionamiento IP original está configurado de modo que la línea divisoria se produce sólo en uno de pocos lugares: en los límites del octeto. Tres clases principales de direcciones, A, B y C se diferencian según que tantos octetos se utilizan para la identificación de la red y que tantos para el ID de host. Por ejemplo, las direcciones de clase C dedican 24 bits para el ID de red y 8 para el ID de host. Este tipo de direccionamiento es referido a menudo con la palabra inventada "classful", para diferenciarla del esquema más reciente "classless".
Este tipo más básico de direccionamiento utiliza el método más sencillo de dividir los identificadores de red y host: la clase, y por lo tanto el punto de división, están codificadas en los primeros bits de cada dirección. Los routers puede decir basados en estos bits que octetos pertenecen a cada identificador.

Direccionamiento subneteado "classful". 
En el sistema de direccionamiento de subredes, la división de dos niveles red/host de la dirección IP se convierte en un sistema de tres niveles mediante la adopción de un cierto número de bits del ID de host de clase A, B o C para usarlo como identificador de red. El identificador de red no se modifica. El ID de subred se utiliza para el enrutamiento dentro de las diferentes subredes que constituyen una red completa, proporcionando una mayor flexibilidad para los administradores. Por ejemplo, considere una dirección de clase C que normalmente utiliza los primeros 24 bits para el ID de red y los restantes 8 bits para el ID de host. El ID de host puede dividirse en, por ejemplo, 3 bits para un ID de subred y 5 para el ID de host. 
Este sistema se basa en el esquema original "classful", por lo que la línea divisoria entre el ID de red y el ID de host "completo" se basa en los primeros bits de la dirección como antes. La línea divisoria entre el ID de subred y el "sub ID de host" se indica mediante un número de 32 bits llamado máscara de subred. En el ejemplo anterior, la máscara de subred sería de 27 unos seguidos de cinco ceros, los ceros indican qué parte de la dirección es el host. En la notación decimal con puntos, esto sería 255.255.255.224.

Direccionamiento "classless".
En el sistema classless (sin clases), las clases del esquema de direccionamiento original se tiran por la ventana. La división entre el ID de red y el ID de host puede ocurrir en un punto arbitrario, no sólo en los límites de octeto como en el esquema "classful".
El punto de división se indica poniendo el número de bits utilizados para la identificación de la red, llamada la longitud del prefijo, después de la dirección (recordemos que los bits de ID de red son también llamado a veces el prefijo de red, por lo que el tamaño del identificador de red es la longitud de prefijo) . Por ejemplo, si 227.82.157.177 es parte de una red donde los primeros 27 bits se utilizan para la identificación de la red, esa red se especifica como 227.82.157.160/27. El "/27" es conceptualmente lo mismo que la máscara de subred 255.255.255.224, ya que cuenta con 27 bits en 1 seguido de 5 bits en ceros.

Concepto clave: Un factor esencial en la determinación de cómo una dirección IP se interpreta es el esquema de direccionamiento en el que se utiliza. Los tres métodos, dispuestos en orden creciente de edad, complejidad y flexibilidad, son direccionamiento "classful" , direccionamiento de subredes "classful" y direccionamiento "classless".

¿Acabo de confundirte? Lo sentimos, y no te preocupes. Solo estoy introduciendo los conceptos de "classful", subredes y direccionamiento "classless" y mostrando cómo afectan la manera de interpretar la dirección IP. Esto significa por necesidad que tengo que resumir aquí en gran medida los conceptos importantes. Los tres métodos se explican en sus propias secciones con todo detalle.

Anexos de direcciones IP: Máscara de subred y puerta de enlace predeterminada.
Como puede ver, en el esquema "classful" original la división entre el ID de red y el ID de host está implícita. Sin embargo, si se emplea el subnetting o el direccionamiento "classless", entonces, deben especificarse la máscara de subred o "barra número" para definir completamente la dirección. Estas cifras se consideran adjuntos a la dirección IP y por lo general son mencionadas "en la misma", como la propia dirección, ya que sin ellas, no es posible saber dónde termina el identificador de red y comienza el ID de host.
Otro número que se especifican a menudo junto con la dirección IP de un dispositivo es el identificador de puerta de enlace. En términos más sencillos, esta es la dirección IP del router que proporciona funciones de enrutamiento por defecto para un dispositivo concreto. Cuando un dispositivo en una red IP quiere enviar un datagrama a un dispositivo que no puede ver en su red IP local, lo envía a la puerta de enlace predeterminada que se encarga de las funciones de enrutamiento. Sin esto, cada dispositivo IP también tendría que tener conocimiento de las funciones de enrutamiento y rutas, lo cual sería ineficaz. Vea las secciones sobre los conceptos de enrutamiento y los protocolos TCP/IP de enrutamiento para obtener más información.

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2.1.1.5.- Número de direcciones IP y multihoming.
Cada interfaz de red en una interconexión de redes IP tiene una dirección IP. En una red clásica, cada equipo regular, generalmente llamdo host, se conecta a la red exactamente en un solo lugar, por lo que tendrá una única dirección IP. Esto es con lo que la mayoría de nosotros estamos familiarizados al utilizar una red IP (y también por qué la mayoría de la gente usa el término "host", cuando en realidad quieren decir "interfaz de red".)
Si un dispositivo tiene más de una interfaz a la red interna, tendrá más de una dirección IP. El caso más evidente cuando se produce esto es con los routers, que conectan las diferentes redes y por lo tanto debe tener una dirección IP para la interfaz de cada una. También es posible para los hosts tener más de una dirección IP, sin embargo. Tal dispositivo se define a veces como multihomed. 

Métodos de Multihoming. 
Hay dos maneras en que un host puede ser multihomed:
  • Dos o más interfaces a la misma red: Los dispositivos tales como servidores o estaciones de trabajo de alta potencia pueden ser equipados con dos interfaces físicas a la misma red por razones de rendimiento y/o fiabilidad. Tendrán entonces dos direcciones IP en la misma red con idéntico identificador de red. 
  • Interfaces a dos o más redes diferentes: Los dispositivos pueden tener varias interfaces a redes diferentes. Las direcciones IP típicamente tienen diferente ID de red cada una. 

La figura 59 muestra ejemplos de ambos tipos de dispositivos multihomed. Por supuesto, estas podrían ser combinadas, con un host usando dos conexiones a una red y una tercera a otra red diferente. Hay también algunos otros "casos especiales", tales como una máquina con una única conexión de red que tiene múltiples alias de direcciones IP.
Figura 59: Dispositivos multihomed en la interconexión de redes IP.
Clic para ampliar.
Esta interconexión se compone de dos redes de área local, A (que se muestra en color morado) y B (en azul). La LAN A tiene una estación de trabajo multihomed, que se muestra con dos "círculos" de interfaces de redes IP. Las dos redes LAN están conectadas entre sí a través de un servidor multihomed compartido, que se ha configurado para enrutar el tráfico entre ellas. Tenga en cuenta que este servidor también se encarga de todo el tráfico que pasa entre la LAN B e Internet (dado que la conexión a Internet solo la tiene la LAN A)

Nota: Cuando se emplea el subnetting la misma distinción puede hacerse entre el multihoming a la misma subred o una subred diferente.

El uso de un host multihomed como un router.
Ahora, consideremos el segundo caso. Si un host tiene interfaces a dos o más redes diferentes, entonces no podía pasar datagramas IP entre ellas? Por supuesto, ciertamente podría, si ejecutara el software adecuado. Si lo hace, no convertiría a este hosts en un router, o algo así? De hecho, este es exactamente el caso! Un host multihomed con interfaces a dos redes puede utilizar el software para funcionar como un router. A veces se denomina enrutamiento por software.
El uso de un host como un router tiene ciertas ventajas y desventajas en comparación con un enrutador por hardware. Un servidor multihomed puede realizar funciones de enrutamiento y, claro, actuar como servidor. Un router por hardware dedicado está diseñado para el trabajo de enrutamiento y por lo general será más eficiente que un programa de software que se ejecuta en un host.

Concepto clave: Un host con más de una interfaz de red IP se dice que es multihomed. Un dispositivo multihomed puede tener varias conexiones a la misma red, a redes diferentes, o ambas. Un host conectado a dos redes se puede configurar para funcionar como un router.

Popularidad del multihoming. 
El multihoming una vez fue considerado una aplicación algo "esotérica", pero se ha vuelto más común en los últimos años. Esto también es cierto para el software de enrutamiento en el multihoming para redes diferentes. De hecho, usted puede estar haciendo esto en su casa sin darse cuenta!

Suponga que tiene dos ordenadores conectados en red y una sola línea telefónica para conectarse a Internet. Un ordenador hace el dial-up a su proveedor de servicios de Internet, y ejecuta un software tal como Microsoft's Internet Connection Sharing (ICS) para permitir el acceso al otro ordenador a Internet. Millones de personas hacen esto todos los días - tienen un sistema multihomed (el primero conectado a Internet y a la otra PC) con ICS haciendo el papel de un enrutador por software (aunque hay algunas diferencias técnicas entre ICS y un router de verdad, por supuesto.)

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2.1.1.6.- Administración, métodos de asignación y autoridades de las direcciones IP.
¿Qué pasaría si usted le dijera a alguien que vive en el No 34 de Elm Street, y cuando esa persona busca su dirección se encuentra cuatro casas diferentes, con el número "34" en ellas? Probablemente encuentre su casa con el tiempo, pero no estaría muy contenta. Tampoco usted o su proveedor de correo. Y ustedes son mucho más inteligentes que las computadoras. Lo que quiero decir con esto es que como con las direcciones de calles, las direcciones IP debe ser únicas para que puedan ser útiles. 

La necesidad de una inscripción centralizada de direcciones IP 
Dado que los datagramas IP son enviados solamente dentro de los confines de la interconexión de redes IP, deben ser únicos dentro de cada red interna. Si usted es una empresa con su red interna privada, esto no es realmente un gran problema. Quien se encarga del mantenimiento de la red interna mantiene una lista de que números ha utilizado y donde y se asegura de que no haya dos dispositivos que tengan la misma dirección. Sin embargo, ¿que ocurre en una red pública con muchas organizaciones diferentes? En este caso, es esencial que el espacio de direcciones IP se gestione a través de las organizaciones para garantizar que se utilicen direcciones diferentes. No es posible que cada organización coordine sus actividades con cada otra. Por lo tanto, es obligatorio una especie de órgano de gestión centralizado.

Al mismo tiempo que necesitamos a alguien para asegurarse de que no haya conflictos en la asignación de direcciones, no queremos que cada usuarios de la red tenga que ir a esta autoridad central cada vez que necesite hacer un cambio en su red. Tiene más sentido que la autoridad asigne los números en bloques o en trozos, a las organizaciones basada en el número de dispositivos que desean conectar a la red. Las organizaciones pueden administrar los bloques de la forma que consideren apropiada, y el trabajo de la autoridad se hace más fácil porque se trata de bloques en lugar de miles de millones de direcciones y máquinas individuales.

La autoridad de direcciones IP original: IANA
La Internet es, por supuesto "la" gran interconexión de redes IP, y requiere que esta tarea de coordinación se ejecute para millones de organizaciones en todo el mundo. El trabajo de la gestión de asignación de direcciones IP en Internet se llevó a cabo originalmente por una sola organización: la Autoridad de Asignación de Números en Internet (Internet Assigned Number Authority IANA). IANA se encarga de asignar direcciones IP, junto con otras importantes funciones de coordinación centralizada como la gestión de parámetros universales utilizados para los protocolos TCP/IP. A finales de 1990, se creó una nueva organización llamada Corporación de Internet para la Asignación de Números y Nombres (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ICANN). ICANN ahora supervisa la tarea de asignación de direcciones IP de IANA, así como la gestión de tareas tales como el registro de nombres DNS.

Autoridades y registro de direcciones IP modernas. 
Las direcciones IP se asignaron originalmente directamente a las organizaciones. El esquema de direccionamiento IP original se basó en las clases, y así se IANA asignaría direcciones en bloques de las Clases A, B y C. Hoy en día, el direccionamiento es classless (sin clases), utilizando un esquema de direccionamiento jerárquico CIDR. IANA no asigna direcciones directamente, sino que lo delega a los registros regionales de Internet (Regional Internet Registries RIR). Se trata de APNIC, ARIN, LACNIC y RIPE NCC. Cada RIR a su vez puede delegar bloques de direcciones a los registros de nivel inferior como los registros nacionales de Internet (National Internet Registries RIN) y los registros locales de Internet (Local Internet Registries LIR).
Finalmente, los proveedores de servicios Internet (Internet Service Providers ISP) obtienen estos bloques de direcciones para su distribución a las organizaciones de usuario final. Algunos de los clientes del ISP son organizaciones de "usuarios finales", pero otros son ISPs mas pequeños. Ellos a su vez pueden usar o "delegar" las direcciones de sus bloques. Esto puede continuar por varias etapas en una forma jerárquica. Este sistema ayuda a asegurar que las direcciones IP se asignen y utilicen de la manera más eficiente posible. Vea la sección de CIDR para obtener más información sobre cómo funciona esto.
IANA, la ICANN y los RIRs son responsables de algo más que la asignación de direcciones IP, aunque me he concentrado aquí en las direcciones IP por razones obvias. Para obtener más información general sobre la IANA, la ICANN, APNIC, ARIN, LACNIC y RIPE NCC, pruebe con una lata de sopa de letras ... o el tema sobre las autoridades de registro de Internet


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