Direccionamiento IP (Classful y Subnetting)
- 1. Direccionamiento IP (1ª parte) Daniel Morató Area de Ingeniería Telemática Departamento de Automática y Computación Universidad Pública de Navarra daniel.morato@unavarra.es Laboratorio de Programación de Redes http://www.tlm.unavarra.es/asignaturas/lpr IP • Es un protocolo de nivel de red • Nos va a permitir enviar paquetes entre redes diferentes • Las redes pueden ser de tecnologías diferentes, la forma de direccionar a los interfaces a nivel de enlace puede ser diferente • IP ofrece un espacio de direcciones único para todos los interfaces conectados a la red • Las direcciones IP son números de 32 bits • Además se organizan en grupos o redes de forma que sea más sencillo para los encaminadores saber dónde (en qué red) está conectada la máquina de cierta IP 22 Oct Direccionamiento IP 1/30 1
- 2. Esquemas de direccionamiento IP • Vamos a ver desde una perspectiva histórica cómo ha evolucionado la forma de crear redes y subredes IP • Veremos: – Direccionamiento Classful Hoy – Subnetting – VLSM (Variable Length Subnet Masks) – Supernetting – CIDR (Classless InterDomain Routing) • Hay que tener claro que la técnica actual empleada es CIDR pero resultará útil entender los conceptos uno a uno como se fueron creando 22 Oct Direccionamiento IP 2/30 Direccionamiento Classful • Originalmente Internet era la interconexión de una serie de LANs • Cada LAN tiene un router de acceso que la conecta con el backbone de Internet (en sus comienzos, ARPANET) y así con las otras redes • A cada LAN se le asigna un rango de direcciones IP LAN LAN LAN LAN 22 Oct Direccionamiento IP 3/30 2
- 3. Direccionamiento Classful • Originalmente Internet era la interconexión de una serie de LANs • Cada LAN tiene un router de acceso que la conecta con el backbone de Internet (en sus comienzos, ARPANET) y así con las otras redes • A cada LAN se le asigna un rango de direcciones IP Backbone LAN LAN LAN 22 Oct Direccionamiento IP 4/30 Direccionamiento Classful • Se pensó que podría haber redes de diferentes tamaños (respecto a número de hosts conectados) • Se crearon 3 tipos de redes: Clase A, Clase B y clase C • En las direcciones de una red de clase A: bit 0 bit 31 0 Network ID Host ID - El primer bit vale siempre 0 con lo que el primer byte puede ir de 0 a 127 - Junto con los siguientes 7 bits forman el identificador de la red o Network ID - Los últimos 24 bits son el identificador del host o Host ID - Algunas direcciones son especiales: • La dirección de Host ID=0 es las dirección que hace referencia a toda la red • La dirección de Host ID=“todo 1s en binario” es las dirección que hace referencia a todos los hosts de la red (dirección de broadcast de red) - Dentro de cada red hay 224=16.777.216, más de 16 millones de direcciones IP posibles con lo que podríamos tener 224-2 hosts (la dirección de la red y la de broadcast no son válidas para hosts) - Algunos identificadores de red están reservados y tienen un significado especial: • El Network ID=0 hace referencia a “esta red”, la red en la que se esté • El Network ID=10 está reservado para redes privadas • El Network ID=127 está reservado para los interfaces de loopback - Hay 27-3=125 posibles redes de clase A 22 Oct Direccionamiento IP 5/30 3
- 4. Direccionamiento Classful • Se penso que podría haber redes de diferentes tamaños (respecto a número de hosts conectados) • Se crearon 3 tipos de redes: Clase A, Clase B y clase C • En las direcciones de una red de clase A: bit 0 bit 31 0 Network ID Host ID • En las direcciones de una red de clase B: bit 0 bit 31 10 Network ID Host ID - Los dos primeros bits valen siempre 10 con lo que el primer byte vale siempre entre 128 y 191 - Junto con los siguientes 14 bits forman el identificador de la red o Network ID - Los últimos 16 bits son el identificador del host o Host ID - Algunas direcciones son especiales: • La dirección de Host ID=0 es las dirección que hace referencia a toda la red • La dirección de Host ID=“todo 1s en binario” es las dirección de broadcast de la red - Dentro de cada red hay 216-2=65.534 direcciones IP posibles para hosts - Algunos identificadores de red están reservados y tienen un significado especial: • El Network ID= 169.254 se emplea cuando el host no obtiene configuración IP ni manual ni automática • Los Network IDs desde 172.16 a 172.31 están reservados para redes privadas - Hay 214 -17=16.367 posibles redes de clase B 22 Oct Direccionamiento IP 6/30 Direccionamiento Classful • Se penso que podría haber redes de diferentes tamaños (respecto a número de hosts conectados) • Se crearon 3 tipos de redes: Clase A, Clase B y clase C • En las direcciones de una red de clase A: bit 0 bit 31 0 Network ID Host ID • En las direcciones de una red de clase B: bit 0 bit 31 10 Network ID Host ID • En las direcciones de una red de clase C: bit 0 bit 31 110 Network ID Host ID - Los tres primeros bits valen siempre 110 con lo que el primer byte vale siempre entre 192 y 223 - Junto con los siguientes 21 bits forman el identificador de la red o Network ID - Los últimos 8 bits son el identificador del host o Host ID - Algunas direcciones son especiales: • La dirección de red (Host ID=0) y la de Broadcast (todo 1s) - Dentro de cada red hay 28-2=254 direcciones IP posibles para hosts - Algunos identificadores de red están reservados y tienen un significado especial: • El Network ID=192.0.2 se llama la “TEST-NET”, se emplea en ejemplos de documentación y no en Internet • Los Network IDs desde 192.168.0 a 192.168.255 están reservados para redes privadas • Los Network IDs 192.18.0 y 192.19.255 están reservados para pruebas de prestaciones de equipos de red - Hay 221-769=2.096.383 posibles redes de clase C 22 Oct Direccionamiento IP 7/30 4
- 5. Direccionamiento Classful • Y el resto de las direcciones? • Existe lo que se llama la Clase D: bit 0 bit 31 1110 Grupo multicast - Se emplean para el Multicast IP - Los cuatro primeros bits valen siempre 1110 con lo que el primer byte vale siempre entre 224 y 239 - Junto con los siguientes 28 bits forman el identificador de un Grupo Multicast • Vale, pero y el resto? • Existe lo que se llama la Clase E: bit 0 bit 31 1111 - Están “reservadas para su futuro uso” - Los cuatro primeros bits valen siempre 1111 con lo que el primer byte vale siempre al menos 240 • Hay una dirección IP más que es especial, la todo 1s: 255.255.255.255 - Se llama la dirección de “broadcast limitado” - Hace referencia a todos los hosts de la red - Paquetes a esa dirección destino nunca deben ser reenviados por los routers. 22 Oct Direccionamiento IP 8/30 Direccionamiento Classful ¿Por qué así? • Los routes emplean el Network ID para decidir por dónde deben reenviar un paquete • Cuando reciben un paquete deben averiguar rápidamente cuál es el Network ID de la red a la que pertenece el destino • Si el primer bit es un 0 entonces pertenece a una red de clase A y el NetID son los primeros 8 bits • Si el primer bit es un 1 pero el segundo un 0 entonces pertenece a una red de clase B y el NetID son los primeros 16 bits • Si los dos primeros bits son 1 pero el tercero es un 0 entonces pertenece a una red de clas C y el NetID son los primeros 24 bits • En la propia dirección IP está codificado el número de bits del NetID • Son comprobaciones rápidas de realizar • Cuanto menos tiempo emplee el router con cada paquete más paquetes podrá procesar por segundo 22 Oct Direccionamiento IP 9/30 5
- 6. Direccionamiento Classful Ejemplos • Describa las siguientes direcciones: 32.45.65.21 130.206.160.0 63.0.0.0 193.45.234.255 10.12.145.1 1.0.0.0 127.0.0.1 187.45.0.0 25.45.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 10/30 Direccionamiento Classful Envío y reenvío de paquetes • ¿Cómo actúan los hosts?: - Tienen configurado: • Su dirección IP • La dirección IP que tiene el router de salida de su LAN en el interfaz conectado a la misma • Pueden averiguar el NetID de su LAN a partir de su IP - Dada la IP del destino al que desean enviar un paquete : • Calculan el NetID de la red a la que pertenece • ¿Es el mismo que el de mi red? - Sí: está en mi red, se lo envío directamente (a su MAC) - No: está en otra red, se lo envío al router (a la MAC del router) 22 Oct Direccionamiento IP 11/30 6
- 7. Direccionamiento Classful Envío y reenvío de paquetes • ¿Cómo actúan los routers?: - Sin estado. Toman decisiones paquete a paquete. - Tienen configurado: • La dirección IP de cada uno de sus interfaces (cada interfaz está en una LAN y por lo tanto tiene una IP de dentro de esa LAN) • Una tabla de rutas que indica por dónde enviar el paquete según el destino del mismo Red destino Next-hop Interfaz - Si recibe un paquete que no es para ninguna de sus direcciones IP: • Busca en la tabla si hay alguna fila que en el campo Red destino tenga esa dirección IP - Sí: Es una ruta a ese host en concreto, lo envía según indica la fila - No: Calcula el NetID de la red a la que pertenece esa IP y busca una ruta a esa red en la tabla. ¿Encuentra una entrada? - Sí: Es una ruta a esa red, lo envía según indica la fila - No: Busca en la tabla una ruta por defecto. ¿Encuentra una? - Sí: Lo envía según indica la fila - No: No sabe cómo hacer llegar el paquete al destino. Lo descarta (lo tira) 22 Oct Direccionamiento IP 12/30 Subnetting • El esquema Classful ocasionaba ciertos problemas prácticos: – Las redes pueden llegar a ser muy grandes – Una red de clase A contiene direcciones para millones de hosts pero es difícil que una tecnología de LAN soporte esa cifra de máquinas conectadas – Podemos necesitar conectar dentro de la red con otro tipo de tecnología que nos permita llegar mayores distancias – Puede que el tráfico de broadcast a nivel de enlace sea demasiado abundante y queramos reducir el tamaño de la red LAN LAN LAN 22 Oct Direccionamiento IP 13/30 7
- 8. Subnetting • Empezó como una solución interna practicada por algunas redes muy grandes hasta que se estandarizó • También llamado FLSM (Fixed Length Subnet Masks) • Desde el exterior es como si la LAN no hubiera cambiado • En el interior se divide la LAN en LANs más pequeñas interconectadas por routers 22 Oct Direccionamiento IP 14/30 Subnetting • Empezó como una solución interna practicada por algunas redes muy grandes hasta que se estandarizó • Tambien llamado FLSM (Fixed Length Subnet Masks) • Desde el exterior es como si la LAN no hubiera cambiado • En el interior se divide la LAN en LANs más pequeñas interconectadas por routers Subred Subred Subred 22 Oct Direccionamiento IP 15/30 8
- 9. Subnetting • Generalmente se aplicó en redes de clase B porque: - Redes de clase A hay muy pocas - Las de clase C son muy pequeñas (solo 254 hosts) • Lo que se hace es dividir la parte del HostID en dos: bit 0 bit 31 10 Network ID Subnetwork ID Host ID Host ID Extended Network ID - A la primera parte se le llama el Subnetwork ID e identifica a la Subred dentro de la Red - La segunda parte es el Host ID e identifica al host dentro de la Subred - A la concatenación del Network ID y el Subnetwork ID se le llamó el Extended Network ID Subred Subred Subred 22 Oct Direccionamiento IP 16/30 Subnetting bit 0 bit 31 10 Network ID Subnetwork ID Host ID Host ID Extended Network ID • El Subnetwork ID puede tener cualquier número de bits entre 2 y la longitud del Host ID original menos 2 (al menos 2 bits para el Host ID) • ¿Cómo sabemos dónde acaba el Extended Network ID? - Se añade a la configuración de los interfaces de red otro número de 32 bits - Este número se llama la máscara - La máscara tiene 1s en el Extended Network ID y 0s en el Host ID 11111...................111 000.....00 Subred Subred Subred 22 Oct Direccionamiento IP 17/30 9
- 10. Subnetting bit 0 bit 31 10 Network ID Subnetwork ID Host ID Host ID 11111...................111 000.....00 • La máscara está asociada al interfaz de red • Debe ser la misma para todos los interfaces conectados a esta red • Aparecen nuevas direcciones reservadas: - La dirección con el Host ID a 0s es la dirección de la Subred - La dirección con el Host ID a 1s en la dirección de broadcast de la Subred - El Subnetwork ID todo 0s hace referencia a toda la red así que no se puede emplear para identificar a una subred (la direccion de esa subred se confundiría con la de la red) - El Subnetwork ID todo 1s hace referencia a todas las subredes, tampoco se puede emplear para identificar a una subred (la direccion de broadcast de esa subred se confundiría con la de toda la red) Subred Subred Subred 22 Oct Direccionamiento IP 18/30 Subnetting Ejemplo • Supongamos que nuestra LAN tiene asignada la red 135.65.0.0 • Queremos separar nuestra red en varias subredes como se ve en la figura 135.65.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 19/30 10
- 11. Subnetting Ejemplo • Supongamos que nuestra LAN tiene asignada la red 135.65.0.0 • Queremos separar nuestra red en varias subredes como se ve en la figura • ¿Cuál es el número mínimo de bits que debe tener el Subnetwork ID si deseo crear 3 subredes?... • Con 2 bits tengo 4 posibles valores del subnetwork ID (00, 01, 10 y 11) pero 2 de ellos están reservados así que solo me quedan 2 (como se ve menos de 2 bits no dejaría ninguno libre) • Con 3 bits tengo 8 posibles valores del subnetwork ID, menos los 2 reservados me deja 6 identificadores de subred diferentes. Este sería el mínimo. • El resto de bits los puedo repartir entre el subnetwork ID y el host ID como quiera: - Cuantos más haya en el subnetwork ID más subredes podré crear en el futuro - Cuantos más haya en el host ID más hosts podré direccionar en cada subred 135.65.0.0 Subred Subred Subred 22 Oct Direccionamiento IP 20/30 Subnetting Ejemplo • Supongamos que decidimos emplear 4 bits para el subnetwork ID: bit 0 bit 31 1000011101000001 WXYZ Host IDost ID H 135.65 • Numeramos las subredes con esos 4 bits WXYZ. Por ejemplo empleamos 0001, 0010 y 0011 • La dirección de la red 0001 será: 10000111010000010001000000000000 = 135.65.16.0 • La máscara a emplear por todos los interfaces de la red será: 11111111111111111111000000000000 = 255.255.240.0 • Por ejemplo las direcciones para hosts de la subred 2 irán de la 135.65.32.1 a la 135.65.47.254 y la dirección de broadcast de la subred será 135.65.47.255 135.65.0.0 Subred 2 Subred 3 135.65.16.0 135.65.48.0 135.65.32.0 Subred 1 22 Oct Direccionamiento IP 21/30 11
- 12. Subnetting Ejemplo • Supongamos la siguiente asignación de direcciones a los interfaces de los routers: • Las tablas de rutas de los routers de la red serán: Router R1 Router R2 Router R3 Red destino Next-hop Interfaz Red destino Next-hop Interfaz Red destino Next-hop Interfaz 135.65.16.0 - Ethernet 0 135.65.16.0 - Ethernet 0 135.65.16.0 135.65.32.2 Ethernet 0 135.65.32.0 135.65.16.2 Ethernet 0 135.65.32.0 - Ethernet 1 135.65.32.0 - Ethernet 0 135.65.48.0 135.65.16.2 Ethernet 0 135.65.48.0 135.65.32.1 Ethernet 1 135.65.48.0 - Ethernet 1 64.0.0.0 otro router Ethernet 1 0.0.0.0 135.65.16.1 Ethernet 0 0.0.0.0 135.65.32.2 Ethernet 0 130.14.0.0 otro router Ethernet 1 (etc...) (etc...) 135.65.0.0 R3 Subred 2 135.65.32.1 Subred 3 135.65.48.1 R1 135.65.16.0 135.65.32.2 135.65.32.0 135.65.48.0 135.65.16.1 R2 Subred 1 135.65.16.2 22 Oct Direccionamiento IP 22/30 Subnetting Envío y reenvío de paquetes • ¿Cómo actúan los hosts?: - Tienen configurado: • Su dirección IP • La máscara de red • La dirección IP que tiene el router de salida de su LAN en el interfaz en la misma • Pueden averiguar el Extended Network ID de su subred aplicando a su dirección IP la máscara con una operación AND de bits. Por ejemplo: IP 129.65.19.54 = 10000001010000010001001100110110 AND Máscara 255.255.255.240 = 11111111111111111111000000000000 ExtNetID 129.65.16.0 = 10000001010000010001000000000000 - Dada la IP del destino al que desean enviar un paquete : • Le aplica la máscara de su interfaz • ¿El resultado es igual a mi Extended Network ID? - Sí: está en mi subred, se lo envío directamente (a su MAC) - No: está en otra red o subred, se lo envío al router (a la MAC del router) 22 Oct Direccionamiento IP 23/30 12
- 13. Subnetting Envío y reenvío de paquetes • ¿Cómo actúan los routers?: - Tienen configurado: • La dirección IP de cada uno de sus interfaces (cada interfaz está en una LAN y por lo tanto tiene una IP de dentro de esa LAN) • Cada interfaz tiene configurada la máscara empleada en la red en la que está conectado • Una tabla de rutas con rutas a subredes de redes a las que esta conectado y tal vez rutas a otras redes - Sin estado. Toman decisiones para cada paquete. - Si recibe un paquete que no es para ninguna de sus direcciones IP: • Busca en la tabla si hay alguna fila que en el campo Red destino tenga esa dirección IP. ¿Encuentra? - Sí: Es una ruta a ese host en concreto, lo envía según indica la fila - No: Calcula el NetID de la red a la que pertenece esa IP (classful) ¿Tiene algún interfaz en esa red? - No: Ya tiene el identificador de la red destino - Sí: Extrae la mascara de un interfaz que tenga en esa red. La aplica (AND) a la direccion. Ya tiene el identificador de la subred destino Busca ese identificador de red o subred en su tabla de rutas. ¿Lo encuentra? - Sí: Lo envía según indica la fila - No: Busca una ruta por defecto en la tabla de rutas. ¿Encuentra? - Sí: Lo envía según indica la fila - No: No sabe cómo hacer llegar el paquete al destino. Lo descarta. 22 Oct Direccionamiento IP 24/30 Subnetting Envío y reenvío de paquetes • Ejemplo 1: El router R2 tiene un paquete cuya dirección IP destino es 190.65.32.14 - La tabla de rutas de R2 es por ejemplo: Red destino Next-hop Interfaz 190.65.0.0 R4 IPiface0 0 45.0.0.0 R4 IPiface0 0 64.0.0.0 R1 IPiface0 1 192.15.24.0 R3 IPiface0 2 (etc...) (etc...) - ¿Tiene una ruta a ese host? - No... El NetID de esa red es 190.65.0.0 (es clase B). ¿Algún interfaz en esa red? - No... Busca ese identificador en la tabla de rutas. ¿Lo encuentra? - Sí... Indica reenviar al router R4, a su interfaz 0 (en la tabla aparecerá su IP). Lo reenvía. - Fin R1 R2 R3 45.0.0.0 R7 255.255.0.0 45.2.0.0 R6 45.1.0.0 R8 190.65.32.0 190.65.48.0 R5 190.65.0.0 45.3.0.0 R4 190.65.16.0 255.255.240.0 R9 45.4.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 25/30 13
- 14. Subnetting Envío y reenvío de paquetes • Ejemplo 2: El router R4 tiene un paquete cuya dirección IP destino es 190.65.32.14 - La tabla de rutas de R4 es por ejemplo: Red destino Next-hop Interfaz - ¿Tiene una ruta a ese host? 190.65.16.0 - 0 - No... El NetID de esa red es 190.65.0.0 (es clase B). ¿Algún 190.65.32.0 R5 IPiface0 0 interfaz en esa red? 190.65.48.0 R5 IPiface0 0 64.0.0.0 R2 IPiface0 1 - Sí... Máscara 255.255.240.0 luego el ExtNetID es 190.65.32.0 45.1.0.0 - 2 Busca ese identificador en la tabla de rutas. ¿Lo encuentra? 45.2.0.0 R7 IPiface0 2 - Sí... Indica reenviar al router R5, a su interfaz 0 (en la tabla 45.3.0.0 R9 IPiface0 2 45.4.0.0 - 3 aparecerá su IP). Lo envía a su dirección MAC 0.0.0.0 R2 IPiface0 1 - Fin R1 R2 R3 45.0.0.0 R7 255.255.0.0 45.2.0.0 R6 45.1.0.0 R8 190.65.32.0 190.65.48.0 R5 190.65.0.0 45.3.0.0 R4 190.65.16.0 255.255.240.0 R9 45.4.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 26/30 Subnetting Envío y reenvío de paquetes • Ejemplo 3: El router R5 tiene un paquete cuya dirección IP destino es 190.65.32.14 - La tabla de rutas de R5 es por ejemplo: Red destino Next-hop Interfaz - ¿Tiene una ruta a ese host? 190.65.16.0 - 0 - No... El NetID de esa red es 190.65.0.0 (es clase B). ¿Algún 190.65.32.0 - 1 interfaz en esa red? 190.65.48.0 R6 IPiface0 1 0.0.0.0 R4 IPiface0 0 - Si... Máscara 255.255.240.0 luego el ExtNetID es 190.65.32.0 Busca ese identificador en la tabla de rutas. ¿Lo encuentra? - Sí... Indica enviar directamente al host destino (si es una Ethernet hará un ARP para averiguar la MAC y se lo enviará) - Fin R1 R2 R3 45.0.0.0 R7 255.255.0.0 45.2.0.0 R6 45.1.0.0 R8 190.65.32.0 190.65.48.0 R5 190.65.0.0 45.3.0.0 R4 190.65.16.0 255.255.240.0 R9 45.4.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 27/30 14
- 15. Subnetting Envío y reenvío de paquetes • Ejemplo 4: El router R8 tiene un paquete cuya dirección IP destino es 201.234.14.56 - La tabla de rutas de R8 es por ejemplo: Red destino Next-hop Interfaz - ¿Tiene una ruta a ese host? 45.1.0.0 R7 IPiface1 0 - No... El NetID de esa red es 201.234.14.0 (es clase C). ¿Algún 45.2.0.0 - 0 interfaz en esa red? 45.3.0.0 - 1 45.4.0.0 R9 IPiface1 1 - No... Busca ese identificador en la tabla de rutas. ¿Lo encuentra? 0.0.0.0 R9 IPiface1 1 - No... Busca una ruta por defecto en la tabla de rutas. ¿Encuentra? - Sí. Lo envía a la MAC del interfaz 1 del router R9 - Fin R1 R2 R3 45.0.0.0 R7 255.255.0.0 45.2.0.0 R6 45.1.0.0 R8 193.65.32.0 193.65.48.0 R5 193.65.0.0 45.3.0.0 R4 193.65.16.0 255.255.240.0 R9 45.4.0.0 22 Oct Direccionamiento IP 28/30 Resumen hasta ahora • El direccionamiento classful ofrece 3 tipos de redes de diferente tamaño • Subnetting nos permite introducir routers dentro de una red y dividirla en subredes • Desde el exterior de la red no se sabe si hay subredes o no (compatible hacia atrás, como si no hubiera habido cambios) • Una vez escogida la máscara queda fijada para toda la red 22 Oct Direccionamiento IP 29/30 15
- 16. Próximo día VLSM Supernetting CIDR 22 Oct Direccionamiento IP 30/30 16