El ABC de IPv4 (parte 1)

Entendiendo el direccionamiento IPv4
Por Evelio Martínez Martínez

Publicado en Revista RED, edición febrero de 2006

Introducción
El protocolo de Internet (Internet Protocol, IP) es la plataforma fundamental de las comunicaciones de las redes de la actualidad. Cada dispositivo de red (enrutador, hub, switch, computadora,...), necesita de una dirección IP para poder comunicarse entre sí. Cada vez que se quiere enviar algo en la red, debemos de especificar a donde se enviaran los paquetes. Es aquí donde la dirección IP juega el papel primordial de comunicación y de identificación de quien envía y quien recibe dicha información.

En la actualidad, en el mundo de las redes, se utiliza la versión 4 de IP, conocida más comúnmente como IPv4. Esta versión del protocolo IP está definida en el RFC 791 (Request For Comments) liberado en septiembre de 1981. Pero también existen la versión 6 del protocolo IP, la cual está siendo implementada actualmente a nivel experimental, pero todavía no se sabe cuando sería la transición del IPv4 al IPv6. Si desea conocer más sobre la versión 6, se publicó en la revista RED de febrero de 2004 un artículo donde se detalla más sobre este nuevo protocolo de comunicación.

En este artículo nos enfocaremos exclusivamente a las direcciones IPv4, se describirán las clases o clasificaciones que existen de las direcciones IP, así como también que son las direcciones IP privadas y las entidades reguladoras y administradoras de las direcciones IP en el mundo.

 



¿Que se necesita para poder conectarse a una red? A parte de la conexión física, para conectarse a una red será necesario de varios parámetros:
- Una dirección IP
- Una máscara de subred
- Una pasarela o Gateway y
- Un DNS (Domain Name Server).

Cualquier sistema operativo tiene la opción para poder configurar los parámetros del protocolo de comunicación TCP/IP. Aquí se muestra una pantalla de dialogo para el sistema operativo Windows XP en donde se asignan los parámetros anteriores. En el sistema operativo Linux/Unix puede configurarse en la línea de comandos mediante la instrucción ifconfig.


¿Qué es una dirección IP?
Una dirección IP es una convención numérica para asignar identificadores a un dispositivo de una red, mejor conocido como host. Una definición de host, podría ser cualquier dispositivo que tiene una dirección IP asignada para identificarlo de los demás nodos en la red. Hay varias formas de representar una dirección IP: el formato decimal, binaria y la hexadecimal.

Ejemplo 1:

Representación decimal:
Representación binaria:
Representación hexadecimal:
192. 168. 0. 1
11000000. 10101000. 00000000. 00000001
C0. A8. 0. 1

 

Para hacer más fácil la retención para nosotros los humanos, las direcciones IP son normalmente expresadas en formato decimal en vez de la forma binaria. Pero las computadoras y demás dispositivos de red, se comunican entre sí en forma binaria. ?La representación hexadecimal, en la versión 4, no se utiliza.

Usando como base el formato binario del ejemplo (11000000. 10101000. 00000000. 00000001), los cuatro números separados por puntos se les conoce como octetos, debido que pueden representar números de hasta 8 bits u 8 posiciones. Al primer grupo de 8 bits, se le conoce como primer octeto,… así sucesivamente hasta llegar al cuarto octeto.

Los 4 octetos juntos representan 32 bits, por eso las direcciones IP de la versión 4 son consideradas como números de 32 bits. Cada una de las 8 posiciones de cada octeto pueden representar 2 estados diferentes (0 o 1). El número más pequeño que se podría representar con 8 bits es 00000000 y el número más grande sería 11111111. Es decir, cada octeto contiene un valor entre 0 y 255. Combinado los cuatro octetos se obtendría 232 o 4,294,967,296 direcciones IP diferentes. Aunque realmente como veremos más adelante, no se utilizan todos los 32 bits para asignar direcciones IP.

Las clases de direcciones IP
La separación de las direcciones IP en octetos tienen un propósito fundamental, crear Clases de direcciones. Esta separación sirve para asignar direcciones IP a diferentes entidades (universidades, negocios, proveedores de servicios, particulares, etc.) basados en las dimensiones de su red y necesidades. Los octetos son divididos en 2 secciones: RED y HOST, tal como se muestra en la Figura 1.

 

 

 

La sección de RED sirve para identificar la red a la que la computadora pertenece. La parte de HOST identifica la computadora actual en la red. La sección de RED siempre contendrá el primer octeto, mientras que la sección de HOST siempre contendrá el último octeto. Bajo esta premisa, el espacio de direcciones IPv4 está dividido en 5 clases. Con algunas excepciones, los cuatro bits menos significativos del primer octeto ?en la representación binaria?, determinan la clase a la que pertenece:

 

Clase Bits
(primer octeto)
Intervalo
(primer octeto)
Dirección de inicio Dirección final Máximo Número
de redes
Máximo Número
de hosts
A 0xxx 1-126 0.0.0.0 126.255.255.255 126 16,777,214
B 10xx 128-191 128.0.0.0 191.255.255.255 16,384 65,534
C 110x 192-223 192.0.0.0 223.255.255.255 2,097,152 254
D* 1110 224-239 224.0.0.0 239.255.255.255 - -
E* 1111 240-255 240.0.0.0 255.255.255.255 - -

*Las clases D y E están reservadas para uso futuro.

La Clase A: utiliza sólo el primer octeto para identificar la RED, dejando los 3 octetos (24 bits) restantes para identificar los HOSTs. La clase A es utilizada por grandes corporaciones internacionales, ya que provee 16,777,214 (224-2) direcciones IP para los hosts, pero está limitada a sólo 126 redes. Es decir, sólo existen 126 corporaciones en el mundo que tienen direcciones de clase A, cada una de estas corporaciones pueden manejar más de 16.7 millones de direcciones IP.

 

La Clase B: utiliza los primeros dos octetos para identificar la RED, La clase B utiliza los primeros dos octetos para identificar la red, dejando los 16 bits restantes (2 octetos) para los HOSTs. La clase B es utilizada por grandes compañías, universidades y otras entidades que necesitan un gran número de nodos. Los 2 octetos le dan cabida a 16,384 redes supliendo cada una de ellas un total de 65,534 (216-2) direcciones IP para los hosts.

 

 

La clase C: utiliza los primeros 3 octetos para el identificador de RED, dejando los 8 bits restantes para los HOSTs. La clase C es utilizada por pequeñas y medianas empresas, las cuales suman un total de 2,097,152 redes con un máximo de 254 (28-2) hosts cada una.

 

 

Las direcciones de clase D están reservadas para multicast. Multicast es un mecanismo para definir grupos de nodos y enviarles mensajes IP a ese grupo al mismo tiempo. Sólo para diferenciar, cuando se transmite a cada nodo en la red de área local (LAN) se conoce como broadcast. Y Cuando se envía información a sólo un nodo se conoce como unicast. Para mayor información sobre el uso de las direcciones Clase D visite http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses.

La clase E hasta el momento su uso es reservado para uso futuro, y no se pueden utilizar en sobre la red Internet.

Existe también el direccionamiento sin Clases (CDIR, Classless InterDomain Routing), el cual sirve para administrar direcciones IP sin tomar en cuenta las Clases vistas anteriormente. Esto ayuda en gran medida a economizar direcciones IP, ya que el esquema jerárquico por Clases genera un gran desperdicio de direcciones.

¿Qué son las direcciones privadas IP?
Existen otras direcciones especiales que tampoco pueden emplearse en la red IP pública. Por eso a este tipo de direcciones se les conoce como direcciones IP privadas. La IANA (Internet Assigned Numbers Authority) tiene reservado los siguientes tres bloques de espacio de direcciones para redes privadas.

10.0.0.0 - 10.255.255.255
172.16.0.0 - 172.31.255.255
192.168.0.0 - 192.168.255.255

Pero también el intervalo de direcciones de 169.254.0.0 - 169.254.255.255 son reservadas para direccionamiento automático privado IP, y también no deben utilizar sobre la red Internet pública. Información más detallada del uso del espacio de las direcciones IPv4 se puede encontrar en el RFC 3330 (http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3330.txt). Bueno, si estas direcciones no se pueden utilizar en la Internet pública, ¿dónde se utilizan? La respuesta es muy sencilla. Estas direcciones las puedes utilizar si tienes, por ejemplo, una red y ésta no se encuentra conectada a Internet. Ahora, si tienes conexión a la red pública, puedes utilizar estas IP privadas en tu red, con un mecanismo que se le conoce como NAT (Network Address Traslation), el cual se activa o se configura en el enrutador local. Este mecanismo, junto con el DHCP (Dinamic Host Control Protocol), lo emplean mucho de los proveedores de acceso a Internet (ISP, Internet Service Provider) para darle acceso a la red a sus miles de usuarios con direcciones privadas IP dinámicas. Estas direcciones privadas también se emplean para la configuración inicial de equipos de red, tales como access point, enrutadores, etc.

¿Quién regula y administra las direcciones IP?
Una red pública como el Internet tiene que estar regulada y administrada por alguna entidad que dicte y defina mecanismos o políticas para su utilización. En lo que respecta a direcciones IP (tanto la versión 4 y la 6), a nivel técnico existe una entidad conocida como el IETF (Internet Engineering Task Force). El IETF ve a las direcciones IP desde el punto de vista ingenieril. Este grupo de trabajo se encarga del enrutamiento, seguridad, transporte, desarrollo e investigación de nuevos protocolos de la suite TCP/IP.

Pero la entidad que se encarga de la administración y regulación a nivel mundial es la IANA (Internet Assigned Numbers Authority). A su vez existen varias entidades que realizan la misma función pero a nivel regional (RIR, Regional Internet Registry). A nivel local o nacional existen los Registradores Locales (LIR, Local Internet Registry) y Nacionales de direcciones de Internet (NIR, Nacional Internet Registry), mejor conocidos como NIC (Network Information Centres). En el caso particular de México, la entidad registradora nacional es el NIC.MX.

Ambas, IPv4 eI IPv6 son asignadas de una manera delegada. Las direcciones de los usuarios finales son asignadas por los ISP. Los ISP obtienen las direcciones IP de los LIR o NIR, o de sus respectivos RIR. En la Tabla 1, se muestran los registradores regionales de direcciones IP.

Tabla 1. Registradores Regionales de Internet (RIR)
Entidad Regional Significado Región URL
AfriNIC African Network Information Centre África http://www.afrinic.net/
APNIC Asia Pacific Network Information Centre Asia/Pacifico http://www.apnic.net/
ARIN American Registry for Internet Numbers EUA/Canadá http://www.arin.net/
LACNIC Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry Latinoamérica y el Caribe http://lacnic.net/sp/
RIPE NCC Réseaux IP Européens Europa, Medio Oriente y Asia Central http://www.ripe.net/

El rol fundamental de la IANA es asignar direcciones IP de los pilas de direcciones sin designar de los RIR de acuerdo a las necesidades. Cuando un RIR requiere más direcciones IP dentro de su región, la IANA establece una asignación adicional de direcciones para ese RIR.

Conclusiones
Aunque muchos expertos dicen que las direcciones IPv4 están por terminarse, existe un reporte de Geoff Huston patrocinado por la APNIC (http://bgp.potaroo.net/ipv4/) donde dice lo contrario. Este reporte es una referencia del consumo de direcciones IPv4 desde 1995 y presenta un punto de vista consistente de la larga estadía de las IPv4, por lo cual no será necesario, por lo menos muy pronto, cambiar de IPv4 a IPv6. El autor de este reporte predice un tiempo de vida para IPv4 hasta el 2016, añadiéndole un margen hasta el 2022.

Mecanismos o trucos como el direccionamiento sin clases (CDIR) y el empleo de direcciones privadas con traducción de direcciones (NAT) han permitido que la vida del protocolo de Internet versión 4 se alargue por lo menos una década más. En la segunda parte de este artículo explicaremos más al detalle sobre estos tópicos.

 

Referencias

IANA - Internet Assigned Numbers Authority
http://www.iana.org/

 

IETF - Internet Engineering Task Force
http://www.ietf.org/

IPv4 Address Space Report
http://bgp.potaroo.net/ipv4/

RFC 791 - Internet Protocol versión 4
http://www.faqs.org/rfcs/rfc791.html

RFC 3330 - Special-Use IPv4 Addresses
http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3330.txt

Linux and UNIX ifconfig command help
http://www.computerhope.com/unix/uifconfi.htm

Internet Multicast adresses
http://www.iana.org/assignments/multicast-addresses

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