En este artículo, exploramos el direccionamiento IP y las subredes y mostramos cómo aplicar esta valiosa información a escenarios del mundo real. Abordamos cómo calcular una máscara de subred utilizando fórmulas de host y subred. Sin embargo, antes de seguir adelante, debemos responder a dos preguntas clave.

¿Qué es la subred?

Los ISP asignan rangos de direcciones IP a las organizaciones en función del número potencial de redes y hosts, o puntos finales, que las organizaciones requieren. Hoy en día, las asignaciones siguen el método de asignación de Enrutamiento entre dominios sin clases (CIDR). A continuación, la organización subdivide el espacio de direcciones asignado en asignaciones más pequeñas para cada subred dentro de la organización, utilizando un proceso llamado subred. El resultado de la subred es que el número de subredes aumenta, mientras que el número de direcciones IP de host utilizables disminuye. Cada subred se conoce como subred IP.

¿Por qué usar subredes?

La subred permite dividir las direcciones de red asignadas en asignaciones más pequeñas y eficientes que son más adecuadas para cada red dentro de la organización. Por ejemplo, un enlace WAN punto a punto entre dos enrutadores solo necesita dos direcciones, mientras que un segmento LAN puede necesitar admitir muchos hosts, como servidores, estaciones de trabajo, computadoras portátiles y dispositivos móviles conectados a Wi-Fi.

La subredes y el resumen de rutas trabajan juntos para hacer que los enrutadores sean más eficientes al reducir el tamaño de las tablas de enrutamiento. Los enrutadores lejos de un destino no necesitan muchos detalles de direccionamiento, por lo que las rutas se pueden resumir en gran medida. Pero, a medida que los paquetes se acerquen a la red de destino, los enrutadores necesitarán más información de enrutamiento local, como la máscara de subred local. Al aplicar la máscara a la dirección de destino de un paquete, los enrutadores pueden determinar qué segmento de red específico contiene el host de destino y entregar correctamente el paquete.

A continuación, revisemos información de antecedentes, incluido lo que los administradores de red necesitan saber sobre el direccionamiento IP y la subred. Recomendamos comenzar con una revisión de algunos elementos básicos de direccionamiento IP y subredes:

• Las direcciones IP deben ser únicas en Internet cuando se utilicen direcciones IP públicas y en una red privada cuando se utilicen direcciones IP privadas.
• Las direcciones IPv4 son de 32 bits compuestos por cuatro octetos de 8 bits cada uno. Para calcular la máscara de subred, convierta una dirección IP en binaria, realice el cálculo y, a continuación, vuelva a convertir a la representación numérica decimal IPv4 conocida como cuadrante punteado. El mismo procedimiento de subredes funciona para direcciones IPv6.
• Una máscara de subred indica al equipo qué parte de la dirección IP es la parte de red de la dirección y qué parte identifica el rango de direcciones de host, que son direcciones asignadas a los equipos host de esa red. Una máscara de subred más larga, es decir, más de 1 bits en la máscara, crea más subredes IP que tienen un tamaño de bloque de dirección de host más pequeño.
• La subred divide una red grande en redes más pequeñas al extender la longitud de la máscara de subred. Esto aumenta el número de subredes, al tiempo que reduce el número de hosts por subred. Por lo general, las organizaciones utilizarán varias máscaras de subred diferentes para diferentes tamaños de redes. Por ejemplo, un enlace punto a punto con solo dos dispositivos usaría una máscara de 31 bits. Una LAN de oficina o de centro de datos, sin embargo, usaría una máscara de subred más corta que permite más hosts. La determinación de la compensación entre el número y el tamaño de las subredes se explica a continuación.
• Hoy en día, las direcciones IP sin clase con máscaras de subred de longitud variable se utilizan casi exclusivamente, y las direcciones IP de clase, conocidas como Red de Clase A, Red de Clase B o red de Clase C, se utilizan solo para pruebas de certificación o protocolos de enrutamiento más antiguos. Una red de Clase D se usa para multidifusión, y hay una asignación experimental conocida como Clase E.
• Una puerta de enlace predeterminada es un dispositivo, típicamente un enrutador, donde los hosts envían paquetes destinados a un dispositivo que no está en la LAN local. Una vez más, el dispositivo sabe lo que está y lo que no está en la LAN local mediante el uso de su máscara de subred asignada para comparar su dirección IP y subred locales con la dirección IP y la subred del destino.
• Las direcciones IP privadas, también conocidas como direcciones de solicitud de comentarios 1918, son utilizadas por la mayoría de las redes en la actualidad. Estas direcciones IP especiales no se pueden enrutar a través de Internet y deben traducirse a direcciones IP públicas cuando esos dispositivos necesitan comunicarse con Internet, ya sea a través de un servidor proxy o a través de la Traducción de direcciones de puerto.

Ahora, vamos a obtener más información sobre direcciones IP y subredes y cómo se aplican a su red del mundo real.

Usando la fórmula del host

Una pregunta común del mundo real al diseñar su red es: «¿Qué máscara de subred necesito para mi red?»Para responder a esta pregunta, aprendamos a usar la fórmula del anfitrión.

La fórmula del host le indicará cuántos hosts se permitirán en una red que tenga una máscara de subred determinada. La fórmula del huésped es 2h-2. La h representa el número de 0 en la máscara de subred, si la máscara de subred se convirtió en binaria. Se reservan la primera y la última dirección: la primera para identificar la red y la última para ser utilizada como dirección de difusión.

Paso 1. Buscar rango de host

Para usar la fórmula del host, veamos primero un ejemplo simple. Digamos que planea usar el espacio de direcciones IP 192.168.0.0. Actualmente, tiene una pequeña subred de red con 20 hosts. Sin embargo, esta red crecerá a 300 hosts en el próximo año, y planea tener varias ubicaciones de un tamaño similar en el futuro y necesita permitirles comunicarse utilizando este espacio de direcciones.

Con una única subred de red y solo 20 hosts, lo más sencillo sería usar 255.255.255.0 como máscara de subred. Esto significaría que tendría del 192.168.0.1 al 192.168.0.254 para sus anfitriones. La dirección 192.168.0.0 está reservada como identificador de subred de red, y 192.168.0.255 está reservada para la dirección de difusión de red.

Paso 2. Convertir a binario

Sin embargo, antes de decidir usar esta máscara de subred, apliquémosle la fórmula del host. Para usar la fórmula del host en este escenario, tome la máscara de subred 255.255.255.0 y convertirlo en binario. Esto le daría: 111111111 11111111 11111111 00000000.

Como puede ver, hay ocho 0 en la máscara de subred. Para usar esto con la fórmula del host, calcularía 28-2. Esto equivale a 256 menos las 2 direcciones reservadas, o 254. Por lo tanto, con la máscara de subred especificada, obtendrá 254 hosts utilizables. Esto se adaptaría a su red de 20 usuarios ahora, pero no admitirá su futura expansión de red a 300 hosts.

Paso 3. Calcule el número total de hosts por subred

Debe planificar con anticipación y elegir la mejor máscara de subred la primera vez. Esto evita que tenga que volver más tarde y cambiar todas las direcciones IP de esta red. Agregar 1s a la máscara de subred significa que obtiene menos hosts por subred de red, pero más subredes de red. Si elimina 1s de la máscara de subred, obtendrá más hosts por red pero menos redes. Esto último es lo que tenemos que hacer.

Para hacer esto, quitemos uno de los 1s para hacer nuestra máscara de subred:

11111111 11111111 11111110 0000000

En número decimal, o representación cuadriculada punteada, esto es 255.255.254.0.

Esto significa que tiene nueve 0 en la parte host de la máscara de subred. Para aplicar la fórmula del host con esta máscara de subred, calcularíamos 29-2. El número de direcciones IP de host utilizables es 512 menos 2, o 510. Esto definitivamente se adaptaría a una red de 20 usuarios ahora y futuras expectativas de red y host de 300 hosts.

Teniendo en cuenta esa información, sabemos que la máscara de subred más eficiente para la red es 255.255.254.0. El rango de direcciones de host válido para cada subred debe escribirse como dos rangos, debido a las limitaciones de escribir las direcciones como cuadrantes punteados. La primera subred IP sería de 192.168.0.1 a 192.168.0.255 y de 192.168.1.0 a 192.168.1.254. Tenga en cuenta que 192.168.0.0 identifica la subred y 192.168.1.255 es la dirección de difusión de la red.

Así es como se llega al total de 510 hosts utilizables.

Paso 4. Calcule el número de subredes

Ahora que comprende la fórmula del host, también debe conocer la fórmula de la subred, lo que garantizará que tenga la máscara de subred correcta para el número de subredes que tiene. El hecho de que determine que tiene el número correcto de hosts para su LAN utilizando la fórmula del host no significa que tendrá suficientes subredes para su red. Veamos cómo funciona la fórmula de la subred.

La fórmula de la subred es 2s, donde s es el número de 1s añadidos a la máscara de subred, de lo que fuera la máscara de subred. Tomemos el mismo ejemplo que el anterior, pero construyamos sobre él.

Utilizando la red 192.168.0.0, esperamos tener 100 sitios remotos con 300 PC cada uno. ¿Qué máscara de subred debemos usar? En nuestro último ejemplo, encontramos que la máscara de subred 255.255.254.0 proporcionaba 510 hosts por subred. Eso era más que adecuado para soportar 300 PC, pero ¿esa misma máscara de subred proporciona redes para al menos 100 sitios remotos? Averigüémoslo.

Paso 5. Verificar el número total de subredes

El número de subredes se encuentra contando el número de bits por los que se extendió la máscara inicial, también conocidos como bits de subred. Nuestra asignación inicial de direcciones era 192.168.0.0 con una máscara de 255.255.0.0. Usando la fórmula del host, seleccionamos una máscara de subred de 255.255.254.0. Comparemos las dos máscaras y contemos los bits de subred.

Vamos a convertir a binario:

255.255.0.0 = 11111111 11111111 00000000 00000000
255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000

La nueva máscara utiliza siete bits de subred. Usando la fórmula de la subred, esto nos daría 27 = 128 redes. Esto es al menos 100, así que tenemos suficientes subredes para 100 redes remotas. Esto significa que hemos encontrado la máscara de subred adecuada para nuestra red. Convertimos nuestra máscara de subred de binaria a decimal y obtenemos 255.255.254.0.

A medida que agrega bits de subred, el número de subredes aumenta en un factor de dos y el número de hosts por subred disminuye en un factor de dos. La siguiente tabla muestra el número de subredes y hosts para cada uno de los ocho bits de máscara en el tercer octeto de una dirección IPv4.

Subred de longitud variable

La mayoría de las redes requieren subredes de varios tamaños diferentes, a veces llamadas máscaras de subred de longitud variable. Esto se logra fácilmente tomando una de las subredes más grandes, una subred con una máscara más corta, y aplicándole el algoritmo de subredes. Esto se conoce como subred de longitud variable, ya que la red tendrá máscaras de subred de varias longitudes diferentes.

Extendiendo el ejemplo de arriba, digamos que la mayoría de los 100 sitios también requieren dos enlaces WAN punto a punto o 200 subredes con dos hosts cada una, un enrutador en cada extremo del enlace. Estamos empezando con una máscara de subred de 255.255.254.0. Usando la fórmula del host, necesitamos dos bits de host(22 – 2 = 4 – 2 = 2). Extender la máscara de subred resulta en lo siguiente en binario:

255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000
255.255.255.252 = 11111111 11111111 11111111 11111100

La máscara de subred se amplió en siete bits. Usando la fórmula de 2s de la subred, tenemos 27 = 128 subredes. Esto no es suficiente para todos nuestros enlaces WAN, así que hacemos lo mismo con otra subred grande. Si reserváramos las dos subredes más grandes para subredes para enlaces WAN, tendríamos suficiente capacidad para 256 enlaces punto a punto.

192.168.252.0 through 192.168.253.254: WAN subnets 0 through 127
192.168.254.0 through 192.168.255.254: WAN subnets 128 through 255

Se puede usar el mismo proceso si tenemos muchos sitios remotos pequeños que tienen pocos hosts en cada sitio, como en un negocio minorista.

Es importante asignar subredes a los sitios de una manera que permita el resumen de direcciones que reduzca el tamaño de la tabla de enrutamiento y aumente la eficiencia del enrutador.

Enrutamiento entre dominios sin clases

CIDR elimina la designación original de clase de direcciones IPv4. Habilita un único prefijo y máscara de red para representar una agregación de varias redes. Esto también se llama supernetting. La representación de direcciones CIDR simplifica la representación de una dirección y una máscara. CIDR también admite agregación de redes y resumen de direcciones.

La notación CIDR añade el número de bits de máscara de subred a la dirección de red. En lugar de escribir la dirección y la máscara usando notación punteada, añadimos una barra diagonal (/) y el número de bits en la máscara de subred. En nuestro ejemplo anterior de 100 subredes que admiten más de 300 hosts cada una, encontramos que la máscara de subred contiene 23 bits.

192.168.0.1 255.255.254.0
11000000 10101000 00000000 00000001 11111111 11111111 11111110 00000000
=
192.168.0.1/23

Cálculo del prefijo de subred

Los enrutadores calculan la dirección de subred como parte del proceso para determinar qué interfaz usar para reenviar paquetes a su destino. En este proceso, se realiza una operación binaria y en una dirección y su máscara. El resultado es el prefijo de subred, que elimina todos los bits del host. El enrutador utiliza el prefijo de red para encontrar la entrada de la tabla de enrutamiento que mejor coincida con el prefijo, la coincidencia más larga o la ruta predeterminada. El paquete se reenvía a la interfaz que está asociada con el prefijo de mejor coincidencia.

En el diagrama de red y el gráfico anteriores, digamos que R1 recibe un paquete dirigido a 192.168.5.19, un host que está conectado a la LAN de R2. Utilice el binario Y la operación entre la máscara y la dirección para determinar el prefijo de ruta a buscar en la tabla de enrutamiento:

192.168.5.19 = 11000000 10101000 00000101 00010011
255.255.254.0 = 11111111 11111111 11111110 00000000
192.168.4.0 = 11000000 10101000 00000100 00000000

R1 encuentra 192.168.4.0 en la tabla de enrutamiento y reenvía el paquete a la interfaz S0 a R2. R2 hará el mismo cálculo de prefijos y determinará que debe enviar el paquete en la interfaz E0 y que es una entrega local al host 5.19.

Diseño de red a gran escala

En el mundo real, es probable que nunca tenga la oportunidad de diseñar una red grande como esta desde cero. Sin embargo, las habilidades de diseño de redes a gran escala son valiosas por varias razones:

• comprender la subred de una red a gran escala que ya está implementada;
• comprender qué efecto tendrán los cambios en una red, su dirección IP y su subred; y
• para demostrar en una prueba de certificación que comprende el direccionamiento IP y las subredes y que puede aplicarlas certifications certificaciones como Cisco Certified Network Associate requieren que aplique estas habilidades y calcule el direccionamiento IP sin una calculadora.

Es importante entender las subredes y poder calcular máscaras, rangos de host y subredes a mano, pero con frecuencia verificamos nuestros cálculos con una calculadora de subred.