Descripción de los fundamentos del direccionamiento y las subredes TCP/IP

Al configurar el protocolo TCP/IP en un equipo Microsoft Windows, se requieren una dirección IP, una máscara de subred y, normalmente, una puerta de enlace, o gateway, predeterminada para las opciones de configuración TCP/IP.

Con el fin de configurar TCP/IP correctamente, es preciso conocer la forma en que se asignan direcciones en las redes TCP/IP y cómo se dividen en redes y subredes. Este artículo pretende constituir una introducción general a los conceptos relacionados con las redes y subredes IP. Al final del artículo se incluye un glosario.

El éxito de TCP/IP como protocolo de red de Internet se debe, en gran medida, a su capacidad para conectar redes de tamaño diferente y sistemas de distinto tipo. Estas redes se definen arbitrariamente en tres clases principales, junto con algunas otras más, que tienen un tamaño predefinido, cada una de las cuales puede ser dividida a su vez en subredes más pequeñas por los administradores de sistemas. Una máscara de subred se usa para dividir una dirección IP en dos partes. Una de ellas identifica al host (equipo) y la otra a la red a la que pertenece. Para conocer mejor la forma en que funcionan las direcciones IP y las máscaras de subred, examine una dirección IP y vea cómo se organiza.

Direcciones IP: redes y hosts

Una dirección IP es un número de 32 bits que identifica de forma única a un host (ya sea un equipo u otro dispositivo, como una impresora o enrutador) en una red TCP/IP.

Las direcciones IP suelen expresarse en un formato decimal con puntos, con cuatro números separados por puntos, como 192.168.123.132. Para comprender la forma en que se usan las máscaras de subred para distinguir hosts, redes y subredes, examine una dirección IP en notación binaria.

Por ejemplo, la dirección IP en notación decimal y puntos 192.168.123.132 es, en notación binaria, el número de 32 bits 110000000101000111101110000100. Este número apenas tiene sentido si no se divide en cuatro partes compuestas cada una por ocho dígitos binarios.

Estas secciones de ocho bits se conocen como octetos. La dirección IP de ejemplo, entonces, se convierte en 11000000.10101000.01111011.10000100. Este número sólo adquiere un poco más de sentido, así que para la mayor parte de los usos la dirección binaria se convierte en un formato decimal con puntos (192.168.123.132). Los números decimales separados por puntos son los octetos convertidos de notación binaria a decimal.

Para que una red TCP/IP de área extensa (WAN) funcione eficazmente como una colección de redes, los enrutadores que pasan paquetes de datos entre las redes deben saber la ubicación exacta del host al que se destina un paquete de información. Únicamente los enrutadores saben a qué red pertenece un host y usan la información almacenada en su tabla de enrutamiento para determinar cómo hacer llegar el paquete a la red del host de destino. Una vez entregado allí el paquete, se hace llegar al host apropiado.

Para que este proceso funcione, una dirección IP se divide en dos partes. La primera se usa como dirección de la red y la segunda como dirección del host. Si se toma el ejemplo 192.168.123.132 y se divide en estas dos partes, se obtiene lo siguiente: O bien

Máscara de subred

El segundo elemento, requerido para que funcione TCP/IP, es la máscara de subred. La máscara es utilizada por el protocolo TCP/IP para determinar si un host está en la subred local o en una red remota.

En TCP/IP, las partes de la dirección IP que se usan como direcciones de red y de host no son fijas, por lo que las direcciones de red y host anteriores no se pueden determinar a menos que se disponga de más información. Esta información se suministra en otro número de 32 bits denominado máscara de subred. En este ejemplo, la máscara de subred es 255.255.255.0. El significado de este número no es obvio a menos que sepa que 255 en notación binaria es igual a 11111111; por tanto, la máscara de subred es: Si se alinea la dirección IP y la máscara de subred, las partes correspondientes a la red y al host de la dirección se pueden dividir como sigue: Los primeros 24 bits (el número de unos de la máscara de subred) se identifican como la dirección de red y los últimos ocho bits (el número de ceros restantes de la máscara) constituyen la dirección del host. Esto brinda la información siguiente: Ahora ya sabe que, para este ejemplo en el que se usa la máscara de subred 255.255.255.0, el identificador de red es 192.168.123.0 y la dirección del host es 0.0.0.132. Cuando un paquete llega a la subred 192.168.123.0 (desde la subred local o desde una red remota) y tiene la dirección de destino 192.168.123.132, un equipo la recibirá de la red y la procesará.

Casi todas las máscaras de subred decimales se convierten en números binarios que son todo unos a la izquierda y ceros a la derecha. Algunas otras máscaras de subred comunes son: El documento Internet RFC 1878 (disponible en http://ds.internic.net) describe las subredes y máscaras de subred válidas que se pueden usar en redes TCP/IP.

Clases de red

Las direcciones Internet son asignadas por InterNIC ( http://www.internic.net), que es la organización que administra Internet. Estas direcciones IP se dividen en clases. Las más comunes son las clases A, B y C. Existen también las clases D y E, pero los usuarios finales no suelen usarlas. Cada una de las clases de dirección tiene una máscara de subred predeterminada diferente. Puede identificar la clase de una dirección IP si examina su primer octeto. A continuación se enumeran los intervalos de las direcciones Internet de clase A, B y C, y se muestra una dirección de ejemplo de cada uno:

• Las redes de clase A usan la máscara de subred predeterminada 255.0.0.0 y su primer octeto está comprendido entre 0 y 126. La dirección 10.52.36.11 es de clase A. Su primer octeto es 10, que se encuentra entre 1 y 126, ambos inclusive.
• Las redes de clase B usan la máscara de subred predeterminada 255.255.0.0 y su primer octeto está comprendido entre 128 y 191. La dirección 172.16.52.63 es de clase B. Su primer octeto es 172, que se encuentra entre 128 y 191, ambos inclusive.
• Las redes de clase C usan la máscara de subred predeterminada 255.255.225.0 y su primer octeto está comprendido entre 192 y 223. La dirección 192.168.123.132 es de clase C. Su primer octeto es 192, que se encuentra entre 192 y 223, ambos inclusive.

En algunos escenarios, los valores de la máscara de subred predeterminada no cubren las necesidades de la organización, debido a la topología física de la red o a que el número de redes o de hosts no encaja dentro de las restricciones de la máscara de subred predeterminada. En la sección siguiente se explica cómo se pueden dividir las redes con máscaras de subred.

Subredes

Los administradores de sistemas pueden dividir todavía más una red TCP/IP de clase A, B o C en subredes. Esto suele ser necesario al reconciliar el esquema de direcciones lógicas de Internet (el mundo abstracto de direcciones IP y subredes) con las redes físicas que se usan en el mundo real.

El administrador del sistema que asigna un bloque de direcciones IP puede estar administrando redes que no se organizan de una forma que encaje fácilmente con estas direcciones. Por ejemplo, suponga que tiene una red de área extensa con 150 hosts en tres redes de ciudades diferentes, que se conectan mediante un enrutador TCP/IP. Cada una de estas tres redes tiene 50 hosts. Se le asigna la red de clase C 192.168.123.0. (Esto sirve como ejemplo, ya que esta dirección está dentro de un intervalo que realmente no se asigna en Internet.) Esto significa que puede usar las direcciones 192.168.123.1 a 192.168.123.254 para los 150 hosts.

Hay dos direcciones que no se pueden usar en el ejemplo: 192.168.123.0 y 192.168.123.255. Esto se debe a que las direcciones binarias con la parte correspondiente al host igual a todo unos o todo ceros no son válidas. La dirección cero no es válida porque se usa para especificar una red sin indicar un host. La dirección 255 (en notación binaria, una dirección de host igual a todo unos) se usa para difundir un mensaje a cada host de una red. Simplemente recuerde que la primera y la última dirección de cualquier red o subred no se pueden asignar a ningún host individual.

Ahora debería ser capaz de asignar direcciones IP a 254 hosts. Esto funciona correctamente si los 150 equipos están en una única red. Sin embargo, sus 150 equipos se hallan en tres redes físicas independientes. En lugar de solicitar más bloques de direcciones para cada red, divide su red en subredes, lo que le permite usar un bloque de direcciones en varias redes físicas.

En este caso, divide la red en cuatro subredes mediante una máscara de subred que hace que la dirección de red sea más larga y que el intervalo posible de direcciones de host sea menor. En otras palabras, está 'tomando prestados' algunos de los bits que se suelen usar para la dirección del host y los está usando para la parte correspondiente a la red. La máscara de subred 255.255.255.192 le da cuatro redes de 62 hosts cada una. Esto funciona porque, en notación binaria, 255.255.255.192 es lo mismo que 1111111.11111111.1111111.11000000. Los primeros dos dígitos del último octeto se convierten en direcciones de red, con lo que se obtienen las redes adicionales 00000000 (0), 01000000 (64), 10000000 (128) y 11000000 (192). (Algunos administradores sólo usarán dos de las subredes usando 255.255.255.192 como máscara de subred. Para obtener más información acerca de este tema, consulte el documento RFC 1878. En estas cuatro redes, los últimos seis dígitos binarios se pueden emplear para las direcciones de host.

Al utilizar la máscara de subred 255.255.255.192, la red 192.168.123.0 se convierte entonces en las cuatro redes 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 y 192.168.123.192. Estas cuatro redes tendrían como direcciones de host válidas: Recuerde de nuevo que las direcciones binarias de host con todo unos o todo ceros no son válidas, por lo que no puede usar direcciones con 63, 64, 127, 128, 191, 192 o 255 como último octeto.

Puede ver cómo funciona esto si examina las dos direcciones de host 192.168.123.71 y 192.168.123.133. Si usó la máscara de subred de clase C 255.255.255.0, ambas direcciones están en la red 192.168.123.0. Sin embargo, si usó la máscara de subred 255.255.255.192, se encuentran en redes diferentes: 192.168.123.71 se encuentra en la red 192.168.123.64 y 192.168.123.133 en la red 192.168.123.128.

Puertas de enlace predeterminadas

Si un equipo TCP/IP necesita comunicarse con un host de otra red, normalmente lo hará a través de un dispositivo denominado enrutador. En términos de TCP/IP, un enrutador que se especifica en un host, que vincula la subred del host con otras redes, se denomina puerta de enlace, o gateway, predeterminada. En esta sección se explica cómo determina TCP/IP si enviar o no los paquetes a su puerta de enlace predeterminada para llegar a otro equipo o dispositivo de la red.

Cuando un host intenta comunicarse con otro dispositivo mediante TCP/IP, realiza un proceso de comparación con la máscara de subred definida y la dirección IP de destino frente a la máscara de subred y su propia dirección IP. El resultado de esta comparación indica al equipo si el destino es un host local o un host remoto.

Si el resultado de este proceso determina que el destino es un host local, el equipo simplemente enviará el paquete a la subred local. Si determina que el destino es un host remoto, el equipo reenviará el paquete a la puerta de enlace predeterminada en sus propiedades TCP/IP. Ahora es el enrutador el responsable de reenviar el paquete a la subred correcta.

Solución de problemas

Los problemas de redes TCP/IP suelen estar ocasionados por la configuración incorrecta de las tres entradas principales de las propiedades TCP/IP de un equipo. Si se conoce la forma en que los errores TCP/IP afectan a las operaciones de red, puede resolver muchos problemas comunes de TCP/IP.

Máscara de subred incorrecta: si una red usa una máscara de subred distinta a la predeterminada para su clase de direcciones y un cliente se configura con la máscara de subred predeterminada para la clase de direcciones, la comunicación fallará en algunas redes cercanas pero no en las distantes. Como ejemplo, si crea cuatro subredes, como en el ejemplo de subred, pero usa la máscara de subred incorrecta 255.255.255.0 en la configuración TCP/IP, los hosts no podrán determinar que algunos equipos están en subredes distintas a la suya. Cuando sucede esto, los paquetes destinados a los hosts de redes físicas diferentes que formen parte de la misma dirección de clase C no se enviarán a la puerta de enlace predeterminada para ser entregados. Un síntoma común de este problema es que un equipo no pueda comunicarse con los hosts que se encuentran en su red local y pueda hacerlo con todas las redes remotas excepto con aquéllas próximas que tienen una dirección de la misma clase A, B o C. Para solucionar este problema, especifique la máscara de subred correcta en la configuración TCP/IP de ese host.

Dirección IP incorrecta: si coloca juntos en una red equipos con direcciones IP que deberían estar en subredes independientes, no podrán comunicarse. Intentarán enviarse los paquetes entre sí a través de un enrutador que no será capaz de reenviarlos correctamente. Un síntoma de este problema es que un equipo pueda comunicarse con host de redes remotas y no pueda comunicarse con algunos equipos o con todos los de su red local. Para corregir este problema, asegúrese de que todos los equipos de la misma red física tengan direcciones IP de la misma subred IP. Si se queda sin direcciones IP en un segmento de red, hay otras soluciones que no se explican porque no entran dentro del objetivo de este artículo.

Puerta de enlace predeterminada incorrecta: un equipo configurado con una puerta de enlace predeterminada incorrecta podrá comunicarse con hosts de su propio segmento de red pero no podrá hacerlo con los de algunas o todas las redes remotas. Si una red física tiene más de un enrutador y se configura uno incorrecto como puerta de enlace predeterminada, un host podrá comunicarse con algunas redes remotas y no con otras. Este problema es común si una organización tiene un enrutador para una red TCP/IP interna y otro enrutador diferente conectado a Internet.

Las siguientes son dos referencias habituales acerca de TCP/IP:

"TCP/IP Illustrated, volumen 1: The Protocols", Richard Stevens, Addison Wesley, 1994

"Internetworking with TCP/IP, volumen 1: Principles, Protocols, and Architecture", Douglas E. Comer, Prentice Hall, 1995

Se recomienda encarecidamente que el administrador del sistema responsable de las redes TCP/IP disponga al menos de una de estas referencias.

Glosario

Dirección de difusión: dirección IP con la parte correspondiente al host igual a todo unos.

Host: equipo u otro dispositivo en una red TCP/IP.

Internet: colección global de redes que se conectan entre sí y comparten un intervalo común de direcciones IP.

InterNIC: organización responsable de la administración de las direcciones IP en Internet.

IP: protocolo de red usado para enviar paquetes de red sobre una red TCP/IP o Internet.

Dirección IP: dirección única de 32 bits para un host de una red o conexión de redes TCP/IP.

Red: en este artículo, el término se usa de dos formas. Una se refiere a un grupo de equipos en un único segmento de red física; la otra hace referencia al intervalo de direcciones de red IP que asigna un administrador de sistema.

Dirección de red: dirección IP con la parte correspondiente al host igual a todo ceros.

Octeto: número de ocho bits en el que cuatro de ellos conforman una dirección IP de 32 bits. Se encuentran en el intervalo de 00000000 a 11111111 que se corresponde con los valores decimales de 0 a 255.

Paquete: unidad de datos que se pasan a través de una red TCP/IP o red de área extensa.

RFC (Request for Comment o solicitud de comentarios): documento usado para definir estándares en Internet.

Enrutador: dispositivo que pasa tráfico de red entre diferentes redes IP.

Máscara de subred: número de 32 bits usado para distinguir la parte correspondiente a la red y al host en una dirección IP.

Subred: red más pequeña creada mediante la división de una red mayor en partes iguales.

TCP/IP: conjunto de protocolos, estándares y utilidades que se suelen usar en Internet y en redes grandes.

Red de área extensa (WAN, Wide Area Network): red grande que es una colección de redes más pequeñas separadas por enrutadores. Internet es un ejemplo de WAN muy grande.