Estructura de la dirección IPv4 - CCNA V6.0
Modulo 1.
Capítulo 7 - Asignación de direcciones IP.
Sección 7.1 - Direcciones de red IPv4.
Tema 7.1.2 - Estructura de la dirección IPv4.
7.1.2.1 Porciones de red y de host.
Es importante entender la notación binaria para determinar si dos hosts están en la misma red. Recuerde que una dirección IPv4 es una dirección jerárquica compuesta por una porción de red y una porción de host. Cuando se determina la porción de red en comparación con la porción de host, se debe observar la secuencia de 32 bits. Dentro de la secuencia de 32 bits, una porción de los bits identifica la red y una porción identifica el host, como se muestra en la ilustración.
Los bits dentro de la porción de red de la dirección deben ser idénticos para todos los dispositivos que residen en la misma red. Los bits dentro de la porción de host de la dirección deben ser únicos para identificar un host específico dentro de una red. Si dos hosts tienen el mismo patrón de bits en la porción de red especificada de la secuencia de 32 bits, esos dos hosts residen en la misma red.
¿Pero cómo saben los hosts qué porción de los 32 bits identifica la red y qué porción identifica el host? Esa es la función de la máscara de subred.
7.1.2.2 La máscara de subred.
Como se muestra en la figura 1, se deben configurar tres direcciones IPv4 decimales punteadas cuando se asigna una configuración IPv4 al host.
- Dirección IPv4: dirección IPv4 única del host.
- Máscara de subred: se usa para identificar la porción de red/host de la dirección IPv4.
- Gateway predeterminado: identifica el gateway local (es decir, la dirección IPv4 de interfaz de router local) para llegar a redes remotas.
Cuando se asigna una dirección IPv4 a un dispositivo, la máscara de subred se usa para determinar la dirección de red a la que pertenece el dispositivo. La dirección de red representa todos los dispositivos de la misma red.
En la figura 2, se muestra la dirección decimal punteada y la máscara de subred de 32 bits. Observe que la máscara de subred es básicamente una secuencia de bits 1 seguida de una secuencia de bits 0.
Para identificar las porciones de red y de host de una dirección IPv4, se compara la máscara de subred con la dirección IPv4 bit por bit, de izquierda a derecha, como se muestra en la figura 3. Los 1 de la máscara de subred identifican la porción de red, mientras que los 0 identifican la porción de host. Se debe tener en cuenta que la máscara de subred no contiene en efecto la porción de red o de host de una dirección IPv4, sino que simplemente le dice a la PC dónde buscar estas porciones en una dirección IPv4 dada.
El proceso real que se usa para identificar la porción de red y la porción de host se denomina AND.
7.1.2.3 AND lógico.
El AND lógico es una de las tres operaciones binarias básicas que se utilizan en la lógica digital. Las otras dos son OR y NOT. Si bien en las redes de datos se usan las tres, solo AND se usa para determinar la dirección de red. Por lo tanto, nuestro debate en este punto se limita a la operación lógica AND.
La operación lógica AND es la comparación de dos bits que producen los resultados que se muestran en la figura 1. Observe que solo mediante 1 AND 1 se obtiene 1.
Para identificar la dirección de red de un host IPv4, se recurre a la operación lógica AND para la dirección IPv4, bit por bit, con la máscara de subred. El uso de la operación AND entre la dirección y la máscara de subred produce la dirección de red.
Para demostrar cómo se usa AND para detectar una dirección de red, piense en un host con la dirección IPv4 192.168.10.10 y la máscara de subred 255.255.255.0. En la figura 2, se muestra la dirección de host IPv4 y la conversión a dirección binaria. En la figura 3, se agrega la dirección binaria de la máscara de subred del host.
En las secciones resaltadas en amarillo de la figura 4, se identifican los bits AND que produjeron un 1 binario en la fila de Resultados AND. Todas las demás comparaciones de bits producen 0 binarios. Observe cómo el último octeto ya no tiene bits 1 binarios.
Por último, en la figura 5, se muestra la dirección de red resultante 192.168.10.0 255.255.255.0. Por lo tanto, el host 192.168.10.10 está en la red 192.168.10.0 255.255.255.0.
7.1.2.4 Actividad: Uso de la operación AND para determinar la dirección de red.
7.1.2.5 La longitud de prefijo.
Puede ser difícil expresar direcciones de red y de host con la dirección de la máscara de subred decimal punteada. Afortunadamente, existe un método alternativo más simple para identificar una máscara de subred que se denomina "longitud de prefijo".
Específicamente, la longitud de prefijo es el número de bits fijados en 1 en la máscara de subred. Se escribe mediante la "notación de barra diagonal", es decir, una "/" seguida por el número de bits fijados en 1. Por lo tanto, cuente el número de bits en la máscara de subred y anteponga una barra diagonal.
Para ver un ejemplo, consulte la tabla de la ilustración. En la primera columna, se enumeran varias máscaras de subred que se pueden usar con una dirección de host. En la segunda columna, se muestra la dirección binaria de 32 bits convertida. En la última columna, se muestra la longitud de prefijo resultante.
Más adelante se analiza el uso de varios tipos de longitudes de prefijo. De momento, nos centraremos en la máscara de subred /24 (es decir, 255.255.255.0).
7.1.2.6 Direcciones de red, de host y de difusión.
Cada dirección de red contiene (o identifica) direcciones de host y una dirección de difusión, como se describe en la figura 1.
- En la figura 2, se enumeran y se describen las direcciones específicas dentro de la red 192.168.10.0 /24.
- Para ver otro ejemplo, consulte las figuras 3 a 7. En estas ilustraciones, observe cómo la porción de red de las direcciones se mantiene igual, al tiempo que la porción de host cambia.
- En la figura 3, se muestra la dirección de red 10.1.1.0 /24. Los bits de host son todos 0.
- En la figura 4, se muestra la dirección de host IPv4 10.1.1.10. Los bits de host son una mezcla de 0 y 1.
- En la figura 5, se muestra la primera dirección de host IPv4 10.1.1.1. Los bits de host son todos 0 con un 1. Observe que se asigna a la interfaz de router y, por lo tanto, se transformaría en el gateway predeterminado para todos los hosts en esa red.
- En la figura 6, se muestra la última dirección de host IPv4 10.1.1.254. Los bits de host son todos 1 con un 0.
- En la figura 7, se muestra la dirección de difusión 10.1.1.255. Los bits de host son todos 1.
Los conceptos que se debaten en este tema son fundamentales para comprender el direccionamiento IPv4. Asegúrese de entender cómo una dirección de red identifica una porción de red y una porción de host mediante la máscara de subred o la longitud de prefijo y la operación AND. También debe tomar nota de los diferentes tipos de direcciones de red dentro de una red.
Dirección de red
La dirección y la máscara de subred hacen referencia a una red. Todos los hosts dentro de la red comparten la misma dirección de red. La porción de host se compone solo de ceros.
Direcciones de Host
Direcciones IP únicas asignadas a los hosts y a los dispositivos. La porción de host siempre contiene ceros y unos combinados, pero nunca ceros o unos solamente.
Primera dirección de host
Primera dirección IP de host disponible en la red. La porción de host siempre se compone de todos ceros, excepto el último número, que es un uno.
Última dirección de host
Última dirección IP de host disponible en la red. La porción de host siempre se compone de todos números uno, excepto el último, que es un cero.
dirección de difusión
Una dirección especial que se comunica con todos los hosts en una red, por ejemplo, cuando un host envía un paquete a la dirección IPv4 de difusión de la red, y todos los demás hosts de la red reciben el paquete. La dirección de difusión utiliza la dirección más alta en el rango de la red. La porción de host se compone solo de unos.
Dirección de red
La porción de host se compone solo de ceros (.00000000)
Direcciones de Host
La porción de host contiene ceros y unos (.00000001 a .11111110)
Primera dirección de host
La porción de host se compone de todos ceros, excepto el último número, que es un uno (.00000001)
Última dirección de host
La porción de host se compone de todos números uno, excepto el último, que es un cero (.11111110)
dirección de difusión
La porción de host se compone solo de unos (.11111111)
7.1.2.7 Demostración en vídeo: Direcciones de red, de host y de difusión.
Haga clic en Reproducir para ver una demostración de cómo se determinan las direcciones de red, de host y de difusión para una dirección IPv4 y una máscara de subred dadas.
Haga clic aquí para leer la transcripción de este vídeo.
Transcripción de este vídeo: Direcciones de red, host y difusión (11 min)
Este video trata sobre el proceso AND y la detección de la dirección de red, las direcciones de host y de difusión en una red IPv4. En este ejemplo, asumimos que nuestra dirección IP es 192.168.1.100/24. El objetivo es responder estas preguntas: ¿Qué es la máscara de subred? Vemos que la máscara de subred es /24 en barra, pero qué es en notación decimal punteada. 2. La dirección de red. La dirección de red es la primera dirección en la red. Es una dirección reservada que no se puede asignar a cualquier host en la red. ¿Y la dirección de difusión? La dirección de difusión es la última dirección en la red, y es una dirección reservada especial que no se puede asignar a un host en la red. Por eso, como no podemos usar la dirección de red y la dirección de difusión, ¿cuál es el primer host utilizable en la red, y cuál es el último host utilizable en la red que puede usarse para asignar a hosts, ya sean PC, impresoras o servidores o puntos de acceso? Primero la pregunta uno: ¿Qué es la máscara de subred? Si la dirección IP es 192.168.1.100/24 esta es la máscara de subred con barra. Lo primero es convertir esto a binario. Entonces, he convertido /24 a binario. Observe que /24 indica que hay 24 unos en la máscara de subred de izquierda a derecha. Si los contamos aquí vemos que tenemos 8 unos en el primer octeto, otros 8 aquí lo que da 16, y luego otros 8 lo que da 24. Ahora, debo convertir esto a decimal. En decimal la máscara de subred es 255.255.255.0. ¿Cómo lo hice? Recuerde: Podemos tomar un octeto de 8 bits y verlo según los valores de lugar binarios. Estos valores van del 2 al 0 en el lugar del 1, hasta 2 a la 7ma potencia, que es el lugar de 128. Si tenemos todos 1 en este grupo de 8 bits convertirlo a decimal es tan fácil como sumar 128+64+32+16 +8+4+2+1 =255. Entonces, cada octeto con unos es igual a 255. Y la respuesta es 255.255.255.0.
Ahora, vamos a la segunda pregunta, ¿Qué es dirección de red? Primero, la dirección de red, para decirlo de manera fácil, es la primer dirección en la red. En este caso, sería la dirección 192.168.1.0. Ahora puede que asuma correctamente que esta es la dirección de red. A partir de una dirección IP clase C como 192.168.1.100 y una máscara de subred de 255.255.255.0, usted tendría razón. La dirección de red es 192.168.1.0. Pero, miremos desde la perspectiva de la computadora o la perspectiva del router. ¿Cómo sabe el router que 192.168.1.100 con esta máscara de subred tiene una dirección de red de 1.0? Para ello tomamos la dirección IP y la máscara de subred y las convertimos a binarios. Puede ver en esta tabla que tengo la dirección IP 192.168.1.100 aquí en la fila superior convertida a binario. La máscara de subred 255.255.255.0 se convierte en binaria en la fila inferior. El router y la computadora pueden calcular la dirección de red combinando la dirección IP y la máscara de subred. Este proceso se llama AND. La operación AND o AND lógica es una conjunción lógica donde tenemos que pensar si la instrucción A y B es verdadera o falsa o, dado un valor para A y un valor para B. La operación AND implica una tabla verdadera. Si A y B son verdaderas luego la verdad de A y de B donde la condición necesaria es la conjunción Y también es verdadera. Dado que A y B son verdaderas, luego A Y B, el requisito Y, que significa ambos , también es verdadero. Pero, si A es verdadera y B falsa, la conjunción A y B es falsa. Y si A es falsa y B verdadera, el requisito Y para ambos es falso. Y si A y B son falsas entonces el requisito de que sean verdaderas no se cumple y A Y B son falsas. Convertimos la verdadera y falsa a los valores booleanos para verdadera y falsa, 1 y 0 y tenemos una tabla de verdad booleana. El router y la computadora usan esta AND lógica donde uno representa verdadero y 0 representa falso para hacer una AND lógica entre la dirección de IP y la máscara de subred. Puede verse en el ejemplo que la dirección IP tiene un bit, la máscara de subred tiene un bit, y la conjunción o la operación AND entre ellos da 1 o un verdadero y un verdadero, que da verdadero. Y entonces un 1 y un 1 dan un 1 y un falso y verdadero o un 0 y un 1 dan un 0. Entonces ahora tiene todos ceros aquí. Y en el siguiente octeto tiene un 1 y 1 igual a un 1 y 0 y un 1, o falso y un verdadero dan falso, y un verdadero y un verdadero dan verdadero, y falso y verdadero da un falso etc., etc. En el octeto final la máscara de subred es todos ceros y el resultado es todos ceros, y la dirección de red resultante es 192.168.1.0. Esta operación AND es fundamental para que los routers y las computadoras puedan determinar la red según la dirección de IP y la máscara de subred.
Ahora sabemos que la dirección de red es la primer dirección de la red, también sabemos un poco sobre cómo la dirección de red es determinada por la computadora o el router. Y podemos ir a la pregunta número 3, sobre la dirección de difusión. Si la dirección de red es la primera dirección en la red la de difusión es la última dirección en la red. En este caso, la dirección de difusión sería 192.168.1.255. Ponemos la dirección de difusión 192.168.1.255 en la tabla y hacemos la operación AND para probar que aún está dentro de la red uno. Si subimos en la tabla podemos cambiar este 100 aquí en este cuarto octeto por 255. Ahora vemos que la dirección IP es 192.168.1.255. Si hacemos una operación AND entre la dirección de difusión y la máscara de subred, se genera el mismo resultado. Un verdadero y 1 verdadero da verdadero, 1 verdadero y 1 verdadero da verdadero 1 falso y 1 falso da 1 falso, hasta terminar. Y cuando vamos al último octeto 1 verdadero y 1 falso da falso, 1 verdadero y 1 falso da falso, y el resultado final de la dirección de red sigue siendo 192.168.1.0. Si vamos a la dirección superior siguiente y saltamos de 1.255 a 2.0, supongamos. Cambiamos aquí, ponemos un 1 aquí, y un 0 aquí y ahora es un 2. Y cambiamos esto a todos ceros. Vamos a obtener un resultado diferente. Observe la operación AND, un falso y verdadero es un falso, falso, falso, falso, pero cuando llegamos acá un verdadero y un verdadero es un verdadero y un falso y un verdadero es un falso y ahora la dirección de red es la red dos, 2.0. Así vemos la importancia de AND cuando definimos dónde están las redes. Esto nos lleva a la última pregunta. ¿Cuáles es la primera y la última dirección de host utilizable en la red? La primera dirección de host utilizable es la 1ra dirección después de la dirección de red. En este caso, la dirección de red es 0, la 1ra dirección de host utilizable sería 1. La última dirección de host utilizable es la anterior a la dirección de difusión. En este caso, la dirección de difusión es 255, y la última de host utilizable sería 254. Hemos respondido las cinco preguntas: máscara de subred, dirección de red, dirección de difusión, y la 1ra y la última dirección de host utilizable, dada una IP de 192.168.1.100/24 con una máscara de subred de 24 bits.
7.1.2.8 Práctica de laboratorio: Uso de la calculadora de Windows con direcciones de red.
En esta práctica de laboratorio se cumplirán los siguientes objetivos:
- Parte 1: Acceder a la calculadora de Windows
- Parte 2: Convertir entre sistemas de numeración
- Parte 3: Convertir direcciones de host y máscaras de subred IPv4 al sistema binario
- Parte 4: Determinar la cantidad de hosts en una red mediante potencias de 2
- Parte 5: Convertir direcciones MAC y direcciones IPv6 al sistema binario
7.1.2.9 Práctica de laboratorio: Conversión de direcciones IPv4 al sistema binario.
En esta práctica de laboratorio se cumplirán los siguientes objetivos:
- Parte 1: Convertir direcciones IPv4 de formato decimal punteado a binario
- Parte 2: Utilizar la operación AND bit a bit para determinar las direcciones de red
- Parte 3: Aplicar los cálculos de direcciones de red
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