Subred
Una subred o subred es una subdivisión lógica de una red IP. La práctica de dividir una red en dos o más redes se denomina división en subredes.
Las computadoras que pertenecen a la misma subred se direccionan con un grupo de bits idéntico más significativo en sus direcciones IP. Esto da como resultado la división lógica de una dirección IP en dos campos: el número de red o prefijo de enrutamiento y el campo restante o host identificador. El campo de descanso es un identificador para un host específico o una interfaz de red.
El prefijo de enrutamiento puede expresarse en notación de enrutamiento entre dominios sin clase (CIDR) escrita como la primera dirección de una red, seguida de un carácter de barra inclinada (/) y terminando con la longitud en bits del prefijo. Por ejemplo, 198.51.100.0/24 es el prefijo de la red de la versión 4 del Protocolo de Internet que comienza en la dirección dada, con 24 bits asignados para el prefijo de red y los 8 bits restantes reservados para el direccionamiento del host. Direcciones en el rango 198.51.100.0 a 198.51.100.255 pertenecen a esta red, con 198.51.100.255 como la dirección de difusión de la subred. La especificación de dirección IPv6 2001:db8:: //span>32 es un gran bloque de direcciones con 296 direcciones, con un Prefijo de enrutamiento de 32 bits.
Para IPv4, una red también puede caracterizarse por su máscara de subred o máscara de red, que es la máscara de bits que, cuando se aplica mediante una operación AND bit a bit a cualquier dirección IP en la red, produce el prefijo de enrutamiento. Las máscaras de subred también se expresan en notación decimal como una dirección IP. Por ejemplo, el prefijo 198.51.100.0/ 24 tendría la máscara de subred 255.255.255.0.
El tráfico se intercambia entre subredes a través de enrutadores cuando los prefijos de enrutamiento de la dirección de origen y la dirección de destino difieren. Un enrutador sirve como límite lógico o físico entre las subredes.
Los beneficios de dividir en subredes una red existente varían con cada escenario de implementación. En la arquitectura de asignación de direcciones de Internet que utiliza CIDR y en grandes organizaciones, es necesaria una asignación eficiente del espacio de direcciones. La división en subredes también puede mejorar la eficiencia del enrutamiento o tener ventajas en la administración de la red cuando las subredes están controladas administrativamente por diferentes entidades en una organización más grande. Las subredes se pueden organizar lógicamente en una arquitectura jerárquica, dividiendo el espacio de direcciones de red de una organización en una estructura de enrutamiento similar a un árbol u otras estructuras, como mallas.
Direccionamiento y enrutamiento de red
Las computadoras que participan en una red como Internet tienen cada una al menos una dirección de red. Por lo general, esta dirección es única para cada dispositivo y puede configurarse automáticamente con el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) por un servidor de red, manualmente por un administrador o automáticamente mediante la configuración automática de direcciones sin estado.
Una dirección cumple las funciones de identificar el host y ubicarlo en la red. La arquitectura de direccionamiento de red más común es el Protocolo de Internet versión 4 (IPv4), pero su sucesor, IPv6, se ha implementado cada vez más desde aproximadamente 2006. Una dirección IPv4 consta de 32 bits. Una dirección IPv6 consta de 128 bits. En ambos sistemas, una dirección IP se divide en dos partes lógicas, el prefijo de red y el identificador de host. Todos los hosts de una subred tienen el mismo prefijo de red. Este prefijo ocupa los bits más significativos de la dirección. La cantidad de bits asignados dentro de una red al prefijo puede variar entre las subredes, según la arquitectura de la red. El identificador de host es una identificación local única y es un número de host en la red local o un identificador de interfaz.
Esta estructura de direccionamiento permite el enrutamiento selectivo de paquetes IP a través de múltiples redes a través de computadoras de puerta de enlace especiales, llamadas enrutadores, a un host de destino si los prefijos de red de los hosts de origen y destino difieren, o se envían directamente a un host de destino en la red local. si son iguales. Los enrutadores constituyen fronteras lógicas o físicas entre las subredes y gestionan el tráfico entre ellas. Cada subred es atendida por un enrutador predeterminado designado, pero puede consistir internamente en múltiples segmentos físicos de Ethernet interconectados por conmutadores de red.
El prefijo de enrutamiento de una dirección se identifica mediante la máscara de subred, escrita en la misma forma que se usa para las direcciones IP. Por ejemplo, la máscara de subred para un prefijo de enrutamiento que se compone de los 24 bits más significativos de una dirección IPv4 se escribe como 255.255.255.0.
La forma estándar moderna de especificación del prefijo de red es la notación CIDR, que se usa tanto para IPv4 como para IPv6. Cuenta el número de bits en el prefijo y agrega ese número a la dirección después de un separador de caracteres barra (/). Esta notación se introdujo con Classless Inter-Domain Routing (CIDR). En IPv6, esta es la única forma basada en estándares para indicar prefijos de red o enrutamiento.
Por ejemplo, la red IPv4 192.0.2.0 con el máscara de subred 255.255.255.0 se escribe como 192.0.2.0/24, y la notación IPv6 2001: db8::/32 designa la dirección 2001:db8:: y su prefijo de red que consiste de los 32 bits más significativos.
En las redes con clase en IPv4, antes de la introducción de CIDR, el prefijo de red se podía obtener directamente de la dirección IP, según su secuencia de bits de orden más alto. Esto determinaba la clase (A, B, C) de la dirección y por lo tanto la máscara de subred. Sin embargo, desde la introducción de CIDR, la asignación de una dirección IP a una interfaz de red requiere dos parámetros, la dirección y una máscara de subred.
Dada una dirección de origen IPv4, su máscara de subred asociada y la dirección de destino, un enrutador puede determinar si el destino está en una red conectada localmente o en una red remota. La máscara de subred del destino no es necesaria y, por lo general, un enrutador no la conoce. Para IPv6, sin embargo, la determinación en el enlace es diferente en detalle y requiere el Protocolo de descubrimiento de vecinos (NDP). La asignación de direcciones IPv6 a una interfaz no requiere un prefijo en el enlace coincidente y viceversa, con la excepción de las direcciones locales de enlace.
Dado que cada subred conectada localmente debe estar representada por una entrada separada en las tablas de enrutamiento de cada enrutador conectado, la división en subredes aumenta la complejidad del enrutamiento. Sin embargo, mediante un diseño cuidadoso de la red, las rutas a colecciones de subredes más distantes dentro de las ramas de una jerarquía de árbol pueden agregarse en una superred y representarse mediante rutas únicas.
Protocolo de Internet versión 4
Determinación del prefijo de red
Una máscara de subred IPv4 consta de 32 bits; es una secuencia de unos (1) seguida de un bloque de ceros (0). Los unos indican bits en la dirección utilizada para el prefijo de red y el bloque final de ceros designa esa parte como el identificador de host.
El siguiente ejemplo muestra la separación del prefijo de red y el identificador de host de una dirección (192.0.2.130) y su asociado /24 máscara de subred (255.255.255.0). La operación se visualiza en una tabla utilizando formatos de direcciones binarias.
Forma binaria | Notación de Dot-decimal | |
---|---|---|
Dirección IP | 11000000.00000000.00000010.10000010 | 192.0.2.130 |
Máscara de subnet | 11111111.11111111.11111111.00000000 | 255.255.255.0 |
Prefijo de red | 11000000.00000000.00000010.00000000 | 192.0.2.0 |
Identificador de host | 00000000.00000000.00000000.10000010 | 0,00,130 |
El resultado de la operación AND bit a bit de la dirección IP y la máscara de subred es el prefijo de red 192.0.2.0. La parte del host, que es 130, se deriva mediante el AND bit a bit funcionamiento de la dirección y el complemento a uno de la máscara de subred.
Dividir en subredes
La división en subredes es el proceso de designar algunos bits de orden superior de la parte del host como parte del prefijo de red y ajustar la máscara de subred de manera adecuada. Esto divide una red en subredes más pequeñas. El siguiente diagrama modifica el ejemplo anterior al mover 2 bits de la parte del host al prefijo de la red para formar cuatro subredes más pequeñas, cada una de las cuales es una cuarta parte del tamaño anterior.
Forma binaria | Notación de Dot-decimal | |
---|---|---|
Dirección IP | 11000000.00000000.00000010.10000010 | 192.0.2.130 |
Máscara de subnet | 11111111.11111111.11111111.11000000 | 255.255.255.192 |
Prefijo de red | 11000000.00000000.00000010.10000000 | 192.0.2.128 |
Parte de acogida | 00000000.00000000.00000000.00000010 | 0,00,2 |
Direcciones especiales y subredes
IPv4 utiliza formatos de dirección especialmente designados para facilitar el reconocimiento de la funcionalidad de dirección especial. La primera y la última subredes obtenidas al dividir en subredes una red más grande tradicionalmente han tenido una designación especial y, desde el principio, implicaciones de uso especiales. Además, IPv4 utiliza la dirección de host todos unos, es decir, la última dirección dentro de una red, para la transmisión de difusión a todos los hosts en el enlace.
La primera subred obtenida de dividir en subredes una red más grande tiene todos los bits del grupo de bits de subred establecidos en cero. Por lo tanto, se denomina subred cero. La última subred obtenida de dividir en subredes una red más grande tiene todos los bits del grupo de bits de subred establecidos en uno. Por lo tanto, se denomina subred todos unos.
El IETF desalentó originalmente el uso de producción de estas dos subredes. Cuando la longitud del prefijo no está disponible, la red más grande y la primera subred tienen la misma dirección, lo que puede generar confusión. Es posible una confusión similar con la dirección de transmisión al final de la última subred. Por lo tanto, se recomendó reservar los valores de subred que consisten solo en ceros y todos en la Internet pública, reduciendo la cantidad de subredes disponibles en dos para cada división en subredes. Esta ineficiencia se eliminó y la práctica se declaró obsoleta en 1995 y solo es relevante cuando se trata de equipos heredados.
Aunque los valores de host de todos ceros y todos unos están reservados para la dirección de red de la subred y su dirección de transmisión, respectivamente, en los sistemas que utilizan CIDR, todas las subredes están disponibles en una red subdividida. Por ejemplo, un /24 la red se puede dividir en dieciséis utilizables /28 redes. Cada dirección de transmisión, es decir, *.15, *.31, …, *.255, reduce solo el número de hosts en cada subred.
Recuento de hosts de subred
La cantidad de subredes disponibles y la cantidad de hosts posibles en una red se pueden calcular fácilmente. Por ejemplo, 192.168.5.0/24 la red se puede subdividir en las siguientes cuatro /26 subredes. Los dos bits de dirección resaltados pasan a formar parte del número de red en este proceso.
Red | Network (binary) | Dirección de radiodifusión |
---|---|---|
192.168.5.0/26 | 11000000.10101000.00000101.00000000 | 192.168.5.63 |
192.168.5.64/26 | 11000000.10101000.00000101.01000000 | 192.168.5.127 |
192.168.5.128/26 | 11000000.10101000.00000101.10000000 | 192.168.5.191 |
192.168.5.192/26 | 11000000.10101000.00000101.11000000 | 192.168.5.255 |
Los bits restantes después de los bits de subred se utilizan para direccionar hosts dentro de la subred. En el ejemplo anterior, la máscara de subred consta de 26 bits, lo que la convierte en 255.255.255.192 y deja 6 bits para el identificador de host. Esto permite 62 combinaciones de host (26−2).
En general, la cantidad de hosts disponibles en una subred es 2h−2, donde h es la cantidad de bits utilizados para la porción de host de la dirección. El número de subredes disponibles es 2n, donde n es el número de bits utilizados para la porción de red de la dirección.
Hay una excepción a esta regla para las máscaras de subred de 31 bits, lo que significa que el identificador de host tiene solo un bit de longitud para dos direcciones permitidas. En tales redes, generalmente enlaces punto a punto, solo se pueden conectar dos hosts (los puntos finales) y no es necesaria una especificación de direcciones de red y de transmisión.
Protocolo de Internet versión 6
El diseño del espacio de direcciones IPv6 difiere significativamente de IPv4. La razón principal para dividir en subredes en IPv4 es mejorar la eficiencia en la utilización del espacio de direcciones relativamente pequeño disponible, en particular para las empresas. No existen tales limitaciones en IPv6, ya que el gran espacio de direcciones disponible, incluso para los usuarios finales, no es un factor limitante.
Al igual que en IPv4, la división en subredes en IPv6 se basa en los conceptos de enmascaramiento de subred de longitud variable (VLSM) y la metodología de enrutamiento entre dominios sin clase. Se utiliza para enrutar el tráfico entre los espacios de asignación global y dentro de las redes de los clientes entre las subredes e Internet en general.
Una subred compatible con IPv6 siempre usa direcciones con 64 bits en el identificador de host. Dado el tamaño de la dirección de 128 bits, tiene un prefijo de enrutamiento /64. Aunque es técnicamente posible usar subredes más pequeñas, no son prácticas para redes de área local basadas en tecnología Ethernet, porque se requieren 64 bits para la configuración automática de direcciones sin estado. El Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet recomienda el uso de /127 subredes para enlaces punto a punto, que tienen solo dos hosts.
IPv6 no implementa formatos de dirección especiales para el tráfico de difusión o los números de red y, por lo tanto, todas las direcciones de una subred son aceptables para el direccionamiento de host. La dirección de todos ceros se reserva como la dirección anycast del enrutador de subred. La dirección anycast del enrutador de subred es la dirección más baja en la subred, por lo que parece la "dirección de red". Si un enrutador tiene varias subredes en el mismo enlace, entonces tiene varias direcciones anycast de enrutador de subred en ese enlace. No se permite asignar la primera ni la última dirección de ninguna red o subred a ningún host individual.
En el pasado, la asignación recomendada para un sitio de cliente de IPv6 era un espacio de direcciones de 48 bits (/ 48) prefijo. Sin embargo, esta recomendación se revisó para fomentar bloques más pequeños, por ejemplo, utilizando prefijos de 56 bits. Otro tamaño de asignación común para redes de clientes residenciales tiene un prefijo de 64 bits.
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