IPv4 - Guía rápida

Se dice que esta era es la era de las computadoras. Las computadoras han cambiado significativamente la forma en que vivimos. Un dispositivo informático cuando se conecta a otros dispositivos informáticos nos permite compartir datos e información a la velocidad del rayo.

¿Qué es la red?

Se dice que una red en el mundo de las computadoras es una colección de hosts interconectados, a través de algunos medios compartidos que pueden ser cableados o inalámbricos. Una red informática permite a sus anfitriones compartir e intercambiar datos e información a través de los medios. La red puede ser una red de área local distribuida en una oficina o una red de área metropolitana distribuida en una ciudad o una red de área amplia que se puede distribuir en ciudades y provincias.

Una red de computadoras puede ser tan simple como dos PC conectadas a través de un solo cable de cobre o puede crecer hasta la complejidad en la que cada computadora en este mundo está conectada entre sí, llamada Internet. Luego, una red incluye cada vez más componentes para alcanzar su objetivo final de intercambio de datos. A continuación se muestra una breve descripción de los componentes involucrados en la red informática:

Hosts- Se dice que los hosts están situados en el extremo final de la red, es decir, un host es una fuente de información y otro host será el destino. Los flujos de información de un extremo a otro entre hosts. Un host puede ser la PC de un usuario, un servidor de Internet, un servidor de base de datos, etc.
Media- Si está cableado, puede ser cable de cobre, cable de fibra óptica y cable coaxial. Si es inalámbrico, puede ser una radiofrecuencia abierta o alguna banda inalámbrica especial. Las frecuencias inalámbricas también se pueden utilizar para interconectar sitios remotos.
Hub- Un concentrador es un repetidor multipuerto y se utiliza para conectar hosts en un segmento de LAN. Debido a los bajos rendimientos, los concentradores ahora rara vez se utilizan. El concentrador funciona en la capa 1 (capa física) del modelo OSI.
Switch- Un Switch es un puente multipuerto y se utiliza para conectar hosts en un segmento de LAN. Los interruptores son mucho más rápidos que los concentradores y funcionan con la velocidad del cable. El conmutador funciona en la capa 2 (capa de enlace de datos), pero también están disponibles los conmutadores de capa 3 (capa de red).
Router- Un enrutador es un dispositivo de capa 3 (capa de red) que toma decisiones de enrutamiento para los datos / información enviados para algún destino remoto. Los enrutadores constituyen el núcleo de cualquier red interconectada e Internet.
Gateways - Un software o una combinación de software y hardware, funciona para intercambiar datos entre redes que utilizan diferentes protocolos para compartir datos.
Firewall - Software o combinación de software y hardware, utilizado para proteger los datos de los usuarios de destinatarios no deseados en la red / Internet.

Todos los componentes de una red sirven en última instancia a los hosts.

Direccionamiento de host

La comunicación entre hosts solo puede ocurrir si pueden identificarse entre sí en la red. En un solo dominio de colisión (donde cada paquete enviado en el segmento por un host es escuchado por todos los demás hosts) los hosts pueden comunicarse directamente a través de la dirección MAC.

La dirección MAC es una dirección de hardware de 48 bits codificada en fábrica que también puede identificar de forma única un host. Pero si un host desea comunicarse con un host remoto, es decir, no en el mismo segmento o lógicamente no conectado, entonces se requieren algunos medios de direccionamiento para identificar el host remoto de forma única. Se proporciona una dirección lógica a todos los hosts conectados a Internet y esta dirección lógica se denominaInternet Protocol Address.

La Organización Internacional de Normalización tiene un modelo bien definido para los sistemas de comunicación conocido como Interconexión de sistemas abiertos o Modelo OSI. Este modelo en capas es una vista conceptualizada de cómo un sistema debe comunicarse con el otro, utilizando varios protocolos definidos en cada capa. Además, cada capa está designada a una parte bien definida del sistema de comunicación. Por ejemplo, la capa física define todos los componentes de naturaleza física, es decir, cables, frecuencias, códigos de pulso, transmisión de voltaje, etc. de un sistema de comunicación.

El modelo OSI tiene las siguientes siete capas:

Application Layer (Layer-7)- Aquí es donde se encuentra la aplicación de usuario que necesita transferir datos entre hosts. Por ejemplo: HTTP, aplicación de transferencia de archivos (FTP) y correo electrónico, etc.
Presentation Layer (Layer-6)- Esta capa ayuda a comprender la representación de datos de una forma en un host a otro host en su representación nativa. Los datos del remitente se convierten a datos en el cable (formato estándar general) y en el extremo del receptor se convierten a la representación nativa del receptor.
Session Layer (Layer-5)- Esta capa proporciona capacidades de gestión de sesiones entre hosts. Por ejemplo, si algún host necesita una verificación de contraseña para acceder y si se proporcionan las credenciales, la verificación de la contraseña de esa sesión no volverá a ocurrir. Esta capa puede ayudar en la sincronización, el control del diálogo y la gestión de operaciones críticas (por ejemplo, una transacción bancaria en línea).
Transport Layer (Layer-4)- Esta capa proporciona la entrega de datos de un extremo a otro entre hosts. Esta capa toma datos de la capa anterior y los divide en unidades más pequeñas llamadas Segmentos y luego los entrega a la capa de Red para su transmisión.
Network Layer (Layer-3) - Esta capa ayuda a identificar de forma única los hosts más allá de las subredes y define la ruta que seguirán los paquetes o se enrutarán para llegar al destino.
Data Link Layer (Layer-2)- Esta capa toma los datos de transmisión sin procesar (señal, pulsos, etc.) de la capa física y crea marcos de datos, y los envía a la capa superior y viceversa. Esta capa también verifica los errores de transmisión y los clasifica en consecuencia.
Physical Layer (Layer-1) - Esta capa se ocupa de la tecnología de hardware y el mecanismo de comunicación real, como la señalización, el voltaje, el tipo y longitud de cable, etc.

Capa de red

La capa de red es responsable de transportar datos de un host a otro. Proporciona medios para asignar direcciones lógicas a los hosts e identificarlos de forma única utilizando las mismas. La capa de red toma unidades de datos de la capa de transporte y las corta en una unidad más pequeña llamada paquete de datos.

La capa de red define la ruta de datos que los paquetes deben seguir para llegar al destino. Los enrutadores funcionan en esta capa y proporcionan un mecanismo para enrutar datos a su destino.

La mayoría de Internet utiliza un conjunto de protocolos llamado Conjunto de protocolos de Internet, también conocido como conjunto de protocolos TCP / IP. Esta suite es una combinación de protocolos que abarca varios protocolos diferentes para diferentes propósitos y necesidades. Debido a que los dos protocolos principales de esta suite son TCP (Protocolo de control de transmisión) e IP (Protocolo de Internet), esto se denomina comúnmente suite de protocolo TCP / IP. Esta suite de protocolos tiene su propio modelo de referencia que sigue a través de Internet. A diferencia del modelo OSI, este modelo de protocolos contiene menos capas.

Figure - Representación comparativa de modelos de referencia OSI y TCP / IP

Este modelo es indiferente a la implementación real del hardware, es decir, la capa física del modelo OSI. Es por eso que este modelo se puede implementar en casi todas las tecnologías subyacentes. Las capas de transporte e Internet corresponden a las mismas capas de pares. Las tres capas superiores del modelo OSI se comprimen juntas en una sola capa de aplicación del modelo TCP / IP.

Protocolo de Internet versión 4 (IPv4)

El Protocolo de Internet es uno de los principales protocolos del conjunto de protocolos TCP / IP. Este protocolo funciona en la capa de red del modelo OSI y en la capa de Internet del modelo TCP / IP. Por lo tanto, este protocolo tiene la responsabilidad de identificar hosts en función de sus direcciones lógicas y de enrutar datos entre ellos a través de la red subyacente.

IP proporciona un mecanismo para identificar hosts de forma única mediante un esquema de direccionamiento IP. IP utiliza la entrega de mejor esfuerzo, es decir, no garantiza que los paquetes se entreguen al host de destino, pero hará todo lo posible para llegar al destino. La versión 4 del Protocolo de Internet utiliza una dirección lógica de 32 bits.

El protocolo de Internet, que es un protocolo de capa 3 (OSI), toma los segmentos de datos de la capa 4 (transporte) y los divide en paquetes. El paquete IP encapsula la unidad de datos recibida desde la capa superior y la agrega a su propia información de encabezado.

Los datos encapsulados se conocen como carga útil de IP. El encabezado IP contiene toda la información necesaria para entregar el paquete en el otro extremo.

El encabezado IP incluye mucha información relevante, incluido el número de versión, que, en este contexto, es 4. Otros detalles son los siguientes:

Version- Versión no. del protocolo de Internet utilizado (por ejemplo, IPv4).
IHL- Longitud del encabezado de Internet; Longitud de todo el encabezado de IP.
DSCP- Punto de código de servicios diferenciados; este es el tipo de servicio.
ECN- Notificación de congestión explícita; Lleva información sobre la congestión observada en la ruta.
Total Length - Longitud de todo el paquete IP (incluido el encabezado IP y la carga útil IP).
Identification- Si el paquete IP se fragmenta durante la transmisión, todos los fragmentos contienen el mismo número de identificación. para identificar el paquete IP original al que pertenecen.
Flags- Según lo requieran los recursos de la red, si el paquete IP es demasiado grande para manejarlo, estas 'banderas' indican si pueden fragmentarse o no. En esta bandera de 3 bits, el MSB siempre se establece en '0'.
Fragment Offset - Este desplazamiento indica la posición exacta del fragmento en el paquete IP original.
Time to Live- Para evitar bucles en la red, cada paquete se envía con algún valor TTL establecido, que le dice a la red cuántos enrutadores (saltos) puede cruzar este paquete. En cada salto, su valor se reduce en uno y cuando el valor llega a cero, el paquete se descarta.
Protocol- Le dice a la capa de red en el host de destino, a qué Protocolo pertenece este paquete, es decir, el Protocolo de siguiente nivel. Por ejemplo, el número de protocolo de ICMP es 1, TCP es 6 y UDP es 17.
Header Checksum - Este campo se usa para mantener el valor de la suma de comprobación de todo el encabezado que luego se usa para verificar si el paquete se recibió sin errores.
Source Address - Dirección de 32 bits del remitente (o fuente) del paquete.
Destination Address - Dirección de 32 bits del receptor (o destino) del paquete.
Options - Este es un campo opcional, que se utiliza si el valor de DIH es mayor que 5. Estas opciones pueden contener valores para opciones como Seguridad, Ruta de registro, Sello de tiempo, etc.

IPv4 admite tres tipos diferentes de modos de direccionamiento. -

Modo de direccionamiento unidifusión

En este modo, los datos se envían solo a un host de destino. El campo Dirección de destino contiene la dirección IP de 32 bits del host de destino. Aquí el cliente envía datos al servidor de destino:

Modo de direccionamiento de transmisión

En este modo, el paquete se dirige a todos los hosts de un segmento de red. El campo Dirección de destino contiene una dirección de transmisión especial, es decir255.255.255.255. Cuando un host ve este paquete en la red, está obligado a procesarlo. Aquí el cliente envía un paquete, que es entretenido por todos los servidores -

Modo de direccionamiento de multidifusión

Este modo es una mezcla de los dos modos anteriores, es decir, el paquete enviado no está destinado a un solo host ni a todos los hosts del segmento. En este paquete, la dirección de destino contiene una dirección especial que comienza con 224.xxx y puede ser entretenida por más de un anfitrión.

Aquí un servidor envía paquetes que son entretenidos por más de un servidor. Cada red tiene una dirección IP reservada para el Número de red que representa la red y una dirección IP reservada para la Dirección de transmisión, que representa a todos los hosts de esa red.

Esquema de direccionamiento jerárquico

IPv4 utiliza un esquema de direccionamiento jerárquico. Una dirección IP, que tiene 32 bits de longitud, se divide en dos o tres partes como se muestra:

Una sola dirección IP puede contener información sobre la red y su subred y, en última instancia, el host. Este esquema permite que la dirección IP sea jerárquica donde una red puede tener muchas subredes que a su vez pueden tener muchos hosts.

Máscara de subred

La dirección IP de 32 bits contiene información sobre el host y su red. Es muy necesario distinguir ambos. Para esto, los enrutadores usan la máscara de subred, que es tan larga como el tamaño de la dirección de red en la dirección IP. La máscara de subred también tiene una longitud de 32 bits. Si la dirección IP en binario está asociada con su máscara de subred, el resultado produce la dirección de red. Por ejemplo, digamos que la dirección IP es 192.168.1.152 y la máscara de subred es 255.255.255.0 y luego -

De esta manera, la máscara de subred ayuda a extraer la ID de red y el host de una dirección IP. Ahora se puede identificar que 192.168.1.0 es el número de red y 192.168.1.152 es el host en esa red.

Representación binaria

El método de valor posicional es la forma más simple de convertir binario de valor decimal. La dirección IP tiene un valor de 32 bits que se divide en 4 octetos. Un octeto binario contiene 8 bits y el valor de cada bit se puede determinar mediante la posición del valor de bit '1' en el octeto.

El valor posicional de los bits está determinado por 2 elevado a potencia (posición - 1), es decir, el valor de un bit 1 en la posición 6 es 2 ^ (6-1) que es 2 ^ 5 que es 32. El valor total del El octeto se determina sumando el valor posicional de los bits. El valor de 11000000 es 128 + 64 = 192. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos:

La jerarquía del Protocolo de Internet contiene varias clases de direcciones IP que se utilizarán de manera eficiente en diversas situaciones según los requisitos de los hosts por red. En términos generales, el sistema de direccionamiento IPv4 se divide en cinco clases de direcciones IP. Las cinco clases están identificadas por el primer octeto de dirección IP.

La Corporación de Internet para la Asignación de Nombres y Números es responsable de asignar direcciones IP.

El primer octeto al que se hace referencia aquí es el más a la izquierda. Los octetos numerados de la siguiente manera representan la notación decimal con puntos de la dirección IP:

El número de redes y el número de hosts por clase se pueden derivar mediante esta fórmula:

Al calcular las direcciones IP de los hosts, se reducen 2 direcciones IP porque no se pueden asignar a los hosts, es decir, la primera IP de una red es el número de red y la última IP está reservada para Broadcast IP.

Dirección de clase A

El primer bit del primer octeto siempre se establece en 0 (cero). Por lo tanto, el primer octeto varía de 1 a 127, es decir

Las direcciones de clase A solo incluyen IP comenzando desde 1.xxx hasta 126.xxx solamente. El rango de IP 127.xxx está reservado para direcciones IP de bucle invertido.

La máscara de subred predeterminada dirección de IP de clase A es 255.0.0.0 lo que implica que la clase A direccionamiento puede tener 126 redes (2 ⁷ -2) y 16777214 anfitriones (2 ²⁴ -2).

El formato de la dirección IP de clase A es por tanto: 0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Dirección de clase B

Una dirección IP que pertenece a la clase B tiene los dos primeros bits en el primer octeto establecidos en 10, es decir

Las direcciones IP de clase B van de 128.0.xx a 191.255.xx La máscara de subred predeterminada para la clase B es 255.255.xx

Clase B tiene 16384 (2 ¹⁴ ) direcciones de red y 65534 (2 ¹⁶ -2) direcciones de host.

El formato de la dirección IP de clase B es: 10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Dirección de clase C

El primer octeto de la dirección IP de clase C tiene sus primeros 3 bits establecidos en 110, es decir:

Las direcciones IP de clase C van desde 192.0.0.xa 223.255.255.x. La máscara de subred predeterminada para la Clase C es 255.255.255.x.

Clase C da 2097152 (2 ²¹ ) direcciones de red y 254 (2 ⁸ -2) direcciones de host.

El formato de la dirección IP de clase C es: 110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH

Dirección de clase D

Los primeros cuatro bits del primer octeto en las direcciones IP de Clase D se establecen en 1110, dando un rango de -

La clase D tiene un rango de direcciones IP de 224.0.0.0 a 239.255.255.255. La clase D está reservada para multidifusión. En la multidifusión, los datos no están destinados a un host en particular, por eso no es necesario extraer la dirección del host de la dirección IP y la Clase D no tiene ninguna máscara de subred.

Dirección de clase E

Esta clase de propiedad intelectual está reservada para fines experimentales solo para I + D o estudio. Las direcciones IP de esta clase van de 240.0.0.0 a 255.255.255.254. Como la clase D, esta clase tampoco está equipada con ninguna máscara de subred.

Cada clase de IP está equipada con su propia máscara de subred predeterminada que limita esa clase de IP para tener un número prefijado de redes y un número prefijado de hosts por red. El direccionamiento IP con clase no ofrece la flexibilidad de tener menos cantidad de hosts por red o más redes por clase de IP.

CIDR o Classless Inter Domain Routingproporciona la flexibilidad de tomar prestados bits de la parte del Host de la dirección IP y usarlos como Red en Red, denominada Subred. Al usar la división en subredes, se puede usar una única dirección IP de Clase A para tener subredes más pequeñas que brinden mejores capacidades de administración de red.

Subredes de clase A

En la Clase A, solo el primer octeto se usa como identificador de red y el resto de los tres octetos se usan para ser asignados a hosts (es decir, 16777214 hosts por red). Para crear más subredes en la Clase A, se toman prestados bits de la parte del Host y la máscara de subred se cambia en consecuencia.

Por ejemplo, si un MSB (Most Significant Bit) es tomado de bits de host de segundo octeto y se añade a la dirección de red, se crea dos subredes (2 ¹ = 2) con (2 ²³ -2) 8388606 hosts por subred.

La máscara de subred se cambia en consecuencia para reflejar la división en subredes. A continuación se muestra una lista de todas las combinaciones posibles de subredes de Clase A:

En el caso de la división en subredes también, la primera y la última dirección IP de cada subred se utilizan para el número de subred y la dirección IP de transmisión de subred, respectivamente. Debido a que estas dos direcciones IP no se pueden asignar a los hosts, la subred no se puede implementar utilizando más de 30 bits como bits de red, lo que proporciona menos de dos hosts por subred.

Subredes de clase B

Por defecto, usando Classful Networking, 14 bits se utilizan como bits de red proporcionar (2 ¹⁴ ) 16384 Redes y (2 ¹⁶ -2) 65534 Hosts. Las direcciones IP de clase B se pueden dividir en subredes de la misma manera que las direcciones de clase A, tomando prestados bits de los bits del host. A continuación se muestran todas las combinaciones posibles de división en subredes de Clase B:

Subredes de clase C

Las direcciones IP de clase C normalmente se asignan a una red de tamaño muy pequeño porque solo puede tener 254 hosts en una red. A continuación se muestra una lista de todas las combinaciones posibles de direcciones IP de Clase B en subredes:

Los proveedores de servicios de Internet pueden enfrentarse a una situación en la que necesitan asignar subredes IP de diferentes tamaños según los requisitos del cliente. Un cliente puede solicitar una subred de clase C de 3 direcciones IP y otro puede solicitar 10 IP. Para un ISP, no es factible dividir las direcciones IP en subredes de tamaño fijo, sino que puede querer dividir las subredes en subredes de tal manera que resulte en un desperdicio mínimo de direcciones IP.

Por ejemplo, un administrador tiene una red 192.168.1.0/24. El sufijo / 24 (pronunciado como "barra inclinada 24") indica el número de bits utilizados para la dirección de red. En este ejemplo, el administrador tiene tres departamentos diferentes con diferente número de hosts. El departamento de ventas tiene 100 computadoras, el departamento de compras tiene 50 computadoras, las cuentas tienen 25 computadoras y la administración tiene 5 computadoras. En CIDR, las subredes son de tamaño fijo. Usando la misma metodología, el administrador no puede cumplir con todos los requisitos de la red.

El siguiente procedimiento muestra cómo se puede utilizar VLSM para asignar direcciones IP por departamento como se menciona en el ejemplo.

Paso 1

Haga una lista de subredes posibles.

Paso 2

Ordene los requisitos de las direcciones IP en orden descendente (de mayor a menor).

Ventas 100
Compra 50
Cuentas 25
Gestión 5

Paso 3

Asigne el rango más alto de direcciones IP al requisito más alto, así que asignemos 192.168.1.0 / 25 (255.255.255.128) al departamento de ventas. Esta subred IP con número de red 192.168.1.0 tiene 126 direcciones IP de host válidas que satisfacen los requisitos del departamento de ventas. La máscara de subred utilizada para esta subred tiene 10000000 como último octeto.

Etapa 4

Asigne el siguiente rango más alto, así que asignemos 192.168.1.128 / 26 (255.255.255.192) al departamento de compras. Esta subred IP con número de red 192.168.1.128 tiene 62 direcciones IP de host válidas que se pueden asignar fácilmente a todas las PC del departamento de compras. La máscara de subred utilizada tiene 11000000 en el último octeto.

Paso - 5

Asigne el siguiente rango más alto, es decir, Cuentas. El requisito de 25 IP se puede cumplir con la subred IP 192.168.1.192 / 27 (255.255.255.224), que contiene 30 IP de host válidas. El número de red del departamento de Cuentas será 192.168.1.192. El último octeto de la máscara de subred es 11100000.

Paso - 6

Asigne el siguiente rango más alto a Administración. El departamento de administración contiene solo 5 computadoras. La subred 192.168.1.224 / 29 con la máscara 255.255.255.248 tiene exactamente 6 direcciones IP de host válidas. Entonces esto se puede asignar a la Administración. El último octeto de la máscara de subred contendrá 11111000.

Al usar VLSM, el administrador puede dividir en subredes la subred IP de tal manera que se desperdicie la menor cantidad de direcciones IP. Incluso después de asignar direcciones IP a cada departamento, el administrador, en este ejemplo, todavía tiene muchas direcciones IP, lo que no era posible si usaba CIDR.

Hay algunos espacios de direcciones IPv4 reservados que no se pueden utilizar en Internet. Estas direcciones tienen un propósito especial y no se pueden enrutar fuera de la red de área local.

Direcciones IP privadas

Cada clase de IP (A, B y C) tiene algunas direcciones reservadas como direcciones IP privadas. Estas direcciones IP se pueden utilizar dentro de una red, campus, empresa y son privadas. Estas direcciones no se pueden enrutar en Internet, por lo que los enrutadores eliminan los paquetes que contienen estas direcciones privadas.

Para comunicarse con el mundo exterior, estas direcciones IP deben traducirse a algunas direcciones IP públicas mediante el proceso NAT, o se puede utilizar un servidor proxy web.

El único propósito de crear un rango separado de direcciones privadas es controlar la asignación del grupo de direcciones IPv4 ya limitado. Al utilizar un rango de direcciones privadas dentro de la LAN, el requisito de direcciones IPv4 ha disminuido significativamente a nivel mundial. También ha ayudado a retrasar el agotamiento de la dirección IPv4.

La clase de IP, mientras se usa un rango de direcciones privadas, se puede elegir según el tamaño y los requisitos de la organización. Las organizaciones más grandes pueden elegir un rango de direcciones IP privadas de clase A, mientras que las organizaciones más pequeñas pueden optar por la clase C. Estas direcciones IP se pueden dividir en subredes y asignar a departamentos dentro de una organización.

Direcciones IP de bucle invertido

El rango de direcciones IP 127.0.0.0 - 127.255.255.255 está reservado para el bucle invertido, es decir, la dirección propia de un host, también conocida como dirección de host local. Esta dirección IP de bucle invertido es administrada completamente por y dentro del sistema operativo. Las direcciones de bucle invertido permiten que los procesos de servidor y cliente en un solo sistema se comuniquen entre sí. Cuando un proceso crea un paquete con la dirección de destino como dirección de bucle de retorno, el sistema operativo lo devuelve a sí mismo sin tener ninguna interferencia de NIC.

El sistema operativo reenvía los datos enviados en loopback a una interfaz de red virtual dentro del sistema operativo. Esta dirección se utiliza principalmente con fines de prueba, como la arquitectura cliente-servidor en una sola máquina. Aparte de eso, si una máquina host puede hacer ping con éxito a 127.0.0.1 o cualquier IP del rango de loopback, implica que la pila de software TCP / IP en la máquina está cargada y funcionando correctamente.

Direcciones de enlace local

En caso de que un host no pueda adquirir una dirección IP del servidor DHCP y no se le haya asignado ninguna dirección IP manualmente, el host puede asignarse a sí mismo una dirección IP de un rango de direcciones locales de enlace reservadas. La dirección local de enlace varía entre 169.254.0.0 y 169.254.255.255.

Suponga un segmento de red donde todos los sistemas están configurados para adquirir direcciones IP de un servidor DHCP conectado al mismo segmento de red. Si el servidor DHCP no está disponible, ningún host del segmento podrá comunicarse con otro. Windows (98 o posterior) y Mac OS (8.0 o posterior) admiten esta funcionalidad de autoconfiguración de la dirección IP local de enlace. En ausencia de un servidor DHCP, cada máquina host elige aleatoriamente una dirección IP del rango mencionado anteriormente y luego verifica para determinar mediante ARP, si algún otro host tampoco se ha configurado con la misma dirección IP. Una vez que todos los hosts utilizan direcciones locales de enlace del mismo rango, pueden comunicarse entre sí.

Estas direcciones IP no pueden ayudar al sistema a comunicarse cuando no pertenecen al mismo segmento físico o lógico. Estas direcciones IP tampoco son enrutables.

Este capítulo describe cómo se produce la comunicación real en la red utilizando el Protocolo de Internet versión 4.

Flujo de paquetes en la red

A todos los hosts en el entorno IPv4 se les asignan direcciones IP lógicas únicas. Cuando un host desea enviar algunos datos a otro host en la red, necesita la dirección física (MAC) del host de destino. Para obtener la dirección MAC, el anfitrión emite un mensaje ARP y solicita dar la dirección MAC a quien sea el propietario de la dirección IP de destino. Todos los hosts de ese segmento reciben el paquete ARP, pero solo el host que tiene su IP coincidente con la del mensaje ARP responde con su dirección MAC. Una vez que el remitente recibe la dirección MAC de la estación receptora, los datos se envían en el medio físico.

En caso de que la IP no pertenezca a la subred local, los datos se envían al destino mediante el Gateway de la subred. Para comprender el flujo de paquetes, primero debemos comprender los siguientes componentes:

MAC Address- La dirección de control de acceso a medios es una dirección física codificada de fábrica de 48 bits del dispositivo de red que se puede identificar de forma única. Esta dirección la asignan los fabricantes de dispositivos.
Address Resolution Protocol- El protocolo de resolución de direcciones se utiliza para adquirir la dirección MAC de un host cuya dirección IP se conoce. ARP es un paquete de difusión que es recibido por todos los hosts en el segmento de red. Pero solo el host cuya IP se menciona en ARP responde proporcionando su dirección MAC.
Proxy Server- Para acceder a Internet, las redes utilizan un servidor proxy que tiene asignada una IP pública. Todas las PC solicitan el servidor proxy para un servidor en Internet. El servidor proxy en nombre del PCS envía la solicitud al servidor y cuando recibe una respuesta del servidor, el servidor proxy la reenvía a la PC cliente. Esta es una forma de controlar el acceso a Internet en las redes informáticas y ayuda a implementar políticas basadas en la web.
Dynamic Host Control Protocol- DHCP es un servicio mediante el cual se asigna una dirección IP a un host de un grupo de direcciones predefinido. El servidor DHCP también proporciona la información necesaria, como la IP de la puerta de enlace, la dirección del servidor DNS, la concesión asignada con la IP, etc. Al utilizar los servicios DHCP, un administrador de red puede administrar la asignación de direcciones IP con facilidad.
Domain Name System- Es muy probable que un usuario no conozca la dirección IP de un Servidor remoto al que quiere conectarse. Pero conoce el nombre que se le asigna, por ejemplo, tutorialpoints.com. Cuando el usuario escribe el nombre de un servidor remoto al que desea conectarse, el host local detrás de las pantallas envía una consulta de DNS. El sistema de nombres de dominio es un método para adquirir la dirección IP del host cuyo nombre de dominio es conocido.
Network Address Translation- A casi todas las PC de una red informática se les asignan direcciones IP privadas que no se pueden enrutar en Internet. Tan pronto como un enrutador recibe un paquete IP con una dirección IP privada, lo descarta. Para acceder a los servidores en direcciones públicas privadas, las redes informáticas utilizan un servicio de traducción de direcciones, que traduce entre direcciones públicas y privadas, llamado Traducción de direcciones de red. Cuando una PC envía un paquete IP fuera de una red privada, NAT cambia la dirección IP privada por la dirección IP pública y viceversa.

Ahora podemos describir el flujo de paquetes. Suponga que un usuario desea acceder a www.TutorialsPoint.com desde su computadora personal. Tiene conexión a Internet de su ISP. El sistema tomará los siguientes pasos para ayudarla a llegar al sitio web de destino.

Paso 1: adquisición de una dirección IP (DHCP)

Cuando la PC del usuario se inicia, busca un servidor DHCP para adquirir una dirección IP. Para lo mismo, la PC envía un broadcast DHCPDISCOVER que es recibido por uno o más servidores DHCP en la subred y todos responden con DHCPOFFER que incluye todos los detalles necesarios como IP, subred, Gateway, DNS, etc. La PC envía DHCPREQUEST paquete para solicitar la dirección IP ofrecida. Finalmente, el DHCP envía el paquete DHCPACK para decirle a la PC que puede conservar la IP durante un período de tiempo determinado que se conoce como arrendamiento de IP.

Alternativamente, a una PC se le puede asignar una dirección IP manualmente sin necesidad de ayuda del servidor DHCP. Cuando una PC está bien configurada con los detalles de la dirección IP, puede comunicarse con otras computadoras en toda la red habilitada para IP.

Paso 2: consulta de DNS

Cuando un usuario abre un navegador web y escribe www.tutorialpoints.com, que es un nombre de dominio y una PC no comprende cómo comunicarse con el servidor mediante nombres de dominio, la PC envía una consulta de DNS a la red para obtener la dirección IP correspondiente al nombre de dominio. El servidor DNS preconfigurado responde a la consulta con la dirección IP del nombre de dominio especificado.

Paso 3: solicitud de ARP

La PC encuentra que la dirección IP de destino no pertenece a su propio rango de direcciones IP y tiene que reenviar la solicitud al Gateway. La puerta de enlace en este escenario puede ser un enrutador o un servidor proxy. Aunque la máquina cliente conoce la dirección IP de la puerta de enlace, las computadoras no intercambian datos sobre direcciones IP, sino que necesitan la dirección de hardware de la máquina, que es la dirección MAC codificada de fábrica de Capa 2. Para obtener la dirección MAC de la puerta de enlace, la PC cliente transmite una solicitud ARP que dice "¿Quién es el propietario de esta dirección IP?" El Gateway en respuesta a la consulta ARP envía su dirección MAC. Al recibir la dirección MAC, la PC envía los paquetes al Gateway.

Un paquete IP tiene direcciones de origen y de destino y conecta el host con un host remoto de manera lógica, mientras que las direcciones MAC ayudan a los sistemas en un solo segmento de red a transferir datos reales. Es importante que las direcciones MAC de origen y destino cambien a medida que viajan por Internet (segmento por segmento), pero las direcciones IP de origen y destino nunca cambian.

La versión 4 del Protocolo de Internet fue diseñada para ser asignada a aprox. aproximadamente 4,3 mil millones de direcciones. Al comienzo de Internet, esto se consideraba un espacio de direcciones mucho más amplio por el que no había nada de qué preocuparse.

El repentino crecimiento de los usuarios de Internet y su uso generalizado ha aumentado exponencialmente el número de dispositivos que necesitan una IP real y única para poder comunicarse. Poco a poco, casi todos los equipos digitales que se fabricaron para facilitar la vida humana requieren un IPS, como teléfonos móviles, automóviles y otros dispositivos electrónicos. La cantidad de dispositivos (que no sean computadoras / enrutadores) expandió la demanda de direcciones IP adicionales, que no se consideraron anteriormente.

La asignación de IPv4 es administrada globalmente por la Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA) en coordinación con la Corporación de Números y Nombres Asignados de Internet (ICANN). IANA trabaja en estrecha colaboración con los registros regionales de Internet, que a su vez son responsables de distribuir de manera eficiente las direcciones IP en sus territorios. Hay cinco de estos RIRS. Según los informes de IANA, se han asignado todos los bloques de direcciones IPv4. Para hacer frente a la situación, se estaban realizando las siguientes prácticas:

Private IPs − Se declararon pocos bloques de IP para uso privado dentro de una LAN, de modo que se pueda reducir el requisito de direcciones IP públicas.
NAT − La traducción de direcciones de red es un mecanismo mediante el cual múltiples PC / hosts con direcciones IP privadas pueden acceder utilizando una o pocas direcciones IP públicas.
Los RIR recuperaron las direcciones IP públicas no utilizadas.

Protocolo de Internet v6 (IPv6)

IETF (Grupo de trabajo de ingeniería de Internet) ha rediseñado las direcciones IP para mitigar los inconvenientes de IPv4. La nueva dirección IP es la versión 6, que es una dirección de 128 bits, mediante la cual cada pulgada de la tierra puede recibir millones de direcciones IP.

Hoy en día, la mayoría de los dispositivos que se ejecutan en Internet utilizan IPv4 y no es posible cambiarlos a IPv6 en los próximos días. Existen mecanismos proporcionados por IPv6, mediante los cuales IPv4 e IPv6 pueden coexistir a menos que Internet cambie por completo a IPv6.

Pila de IP dual
Túneles (6to4 y 4to6)
Traducción de protocolo NAT

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