4.4 Lección 1

Las direcciones IP, como las direcciones MAC, son una forma de indicar de dónde viene un paquete de datos y hacia dónde va. IPv4 fue el protocolo original. Las direcciones IPv4 tienen 32 bits de ancho, lo que da un número máximo teórico de 4,294,967,296 direcciones. Sin embargo, el número de esas direcciones que pueden usar los dispositivos es mucho menor, ya que algunos rangos están reservados para casos de uso especiales, como las direcciones de difusión (que se utilizan para llegar a todos los participantes de una red específica), las direcciones de multidifusión (similares a las direcciones de difusión, pero el dispositivo debe sintonizarse como una radio) o aquellos reservados para uso privado.

En un formato legible para los humanos, las direcciones IPv4 se construyen con cuatro dígitos separados por un punto. Cada dígito puede variar de 0 a 255. Por ejemplo, esto es una dirección IP:

Técnicamente, cada uno de estos dígitos representa ocho bits individuales. Por lo tanto, esta dirección también podría escribirse así:

En la práctica se usa la notación decimal como se ve en el ejemplo anterior, sin embargo, esto es una representación para comprender como se aplica en la práctica el concepto de subredes (subneteo).

Para admitir el enrutamiento, las direcciones IP se pueden dividir en dos partes: la red y los host. La primera parte identifica la red en la que se encuentra el dispositivo y se utiliza para enrutar paquetes. La parte de los host se usa para identificar un dispositivo específico en una red y entregar el paquete a su destinatario específico una vez que haya seleccionado su red de capa de enlace.

Las direcciones IP se pueden dividir en subredes y en hosts en cualquier momento. La llamada máscara de subred define dónde ocurre esta división. Reconsideremos la representación binaria de la dirección IP del ejemplo anterior:

Ahora para esta dirección IP, la máscara de subred establece cada bit perteneciente a la red con valor 1 y cada bit que pertenece a los hosts con valor 0:

En la práctica, la máscara de red se escribe en la notación decimal:

Esto significa que esta red varía de 192.168.0.0 a 192.168.0.255. Tenga en cuenta que los primeros tres números tienen todos los bits establecidos en la máscara de red, permanecen sin cambios en las direcciones IP.

Finalmente, hay una notación alternativa para la máscara de subred, que se denomina Classless Inter-Domain Routing (CIDR). Esta notación solo indica cuántos bits se configuran en la máscara de subred y agrega este número a la dirección IP. En el ejemplo, 24 de 32 bits están configurados en 1 en la máscara de subred. Esto se puede expresar en notación CIDR como 192.168.0.1/24

Como se mencionó anteriormente, algunas secciones del espacio de direcciones IPv4 están reservadas para casos de uso especiales. Uno de estos casos de uso son las asignaciones de direcciones privadas. Las siguientes subredes están reservadas para direccionamiento privado:

Las direcciones que salen de estas subredes pueden ser utilizadas por cualquier persona. Sin embargo, estas subredes no se pueden enrutar en Internet público, ya que potencialmente son utilizadas por numerosas redes al mismo tiempo.

La mayoría de las redes usan estas direcciones internas permitiendo la comunicación interna sin la necesidad de ninguna asignación. La mayoría de las conexiones a Internet hoy en día solo vienen con una única dirección IPv4 externa. Los enrutadores asignan todas las direcciones internas a esa única dirección IP externa cuando reenvían paquetes a Internet. Esto se llama Network Address Translation (NAT). El caso especial de NAT en el que un enrutador asigna direcciones internas a una sola dirección IP externa a veces se llama enmascaramiento (masquerading). Esto permite que cualquier dispositivo en la red interna establezca nuevas conexiones con cualquier dirección IP global en Internet.

Hay dos formas principales de configurar las direcciones IPv4 en una computadora. Asignando direcciones manualmente o usando el Dynamics Host Configuration Protocol (DHCP) para la configuración automática.

Cuando se utiliza DHCP, un servidor central controla qué direcciones se entregan a qué dispositivos. El servidor también puede suministrar a los dispositivos otra información sobre la red, como las direcciones IP de los servidores DNS, la dirección IP del enrutador predeterminado o en el caso de configuraciones más complicadas, iniciar un sistema operativo desde la red. DHCP está habilitado de manera predeterminada en muchos sistemas, por lo tanto, es probable que ya tenga una dirección IP cuando esté conectado a una red.

Las direcciones IP también se pueden agregar manualmente a una interfaz usando el comando ip addr add. Aquí, agregamos la dirección 192.168.0.5 a la interfaz ens33. La red utiliza la máscara de red 255.255.255.0 que es igual a /24 en notación CIDR:

Ahora podemos verificar que la dirección fue agregada usando el comando ip addr show:

La salida anterior muestra tanto la interfaz lo como la interfaz ens33 con su dirección asignada con el comando anterior.

Para verificar la accesibilidad de un dispositivo se puede usar el comando ping. Envía un tipo de mensaje especial llamado echo request en el que el remitente solicita una respuesta al destinatario. Si la conexión entre los dos dispositivos se puede establecer con éxito, el destinatario enviará una respuesta de echo verificando así la conexión:

El parámetro -c 3 hace que ping se detenga después de enviar tres solicitudes de echo. De lo contrario, ping continúa ejecutándose permanentemente y debe detenerse presionando Ctrl+C.

El enrutamiento es el proceso en el que un paquete llega desde la red de origen a la red de destino. Cada dispositivo mantiene una tabla de enrutamiento que contiene información sobre a qué red se puede acceder a través de la conexión del dispositivo para vincular redes de capa y a qué red se puede acceder al pasar paquetes a un enrutador. Finalmente, una ruta predeterminada define un enrutador que recibe todos los paquetes que no coinciden con ninguna otra ruta.

Al establecer una conexión, el dispositivo busca la dirección IP del objetivo en su tabla de enrutamiento. Si una entrada coincide con la dirección, el paquete se envía a la red de capa de enlace respectiva o se pasa al enrutador indicado en la tabla de enrutamiento.

Los enrutadores también mantienen tablas de enrutamiento, al recibir un paquete un enrutador también busca la dirección de destino en su propia tabla de enrutamiento y envía el paquete al siguiente enrutador. Esto se repite hasta que el paquete llega al enrutador en la red de destino. Cada enrutador involucrado en este viaje se llama hop. Este último enrutador encuentra un enlace conectado directo para la dirección de destino en su tabla de enrutamiento y envía los paquetes a su interfaz de destino.

La mayoría de las redes domésticas solo tienen una salida, el enrutador singular que obtuvieron del proveedor de servicios de Internet (ISP). En este caso, un dispositivo solo reenvía todos los paquetes que no son para la red interna directamente al enrutador doméstico que luego lo enviará al enrutador del proveedor para su posterior reenvío. Este es un ejemplo de la ruta predeterminada.

El comando ip route show enumera la tabla de enrutamiento IPv4 actual:

Para agregar una ruta predeterminada, todo lo que se necesita es la dirección interna del enrutador que será la puerta de enlace predeterminada. Si por ejemplo, el enrutador tiene la dirección 192.168.0.1, entonces el siguiente comando lo configura como una ruta predeterminada:

Para verificar, ejecute ip route show nuevamente:

Las direcciones usan 8 grupos de 4 dígitos hexadecimales cada uno separado por dos puntos:

Para más fácilIdad, se pueden eliminar los ceros iniciales de cada grupo cuando se escriben, sin embargo, cada grupo debe contener al menos un dígito:

Cuando varios grupos que contienen solo ceros que se encuentran uno tras otro, pueden reemplazarse por :::

Sin embargo, esto solo puede suceder una vez en cada dirección.

Los primeros 64 bits de una dirección IPv6 se conocen como prefijo de ruta (routing prefix). Los enrutadores utilizan este prefijo para determinar a qué red pertenece un dispositivo y por lo tanto a qué ruta deben enviarse los datos. La división en subredes siempre ocurre dentro del prefijo. Los ISP generalmente distribuyen prefijos /48 o /58 a sus clientes dejándo 16 o 8 bits para su subred interna.

Hay tres tipos principales de prefijos en IPv6:

Si bien el prefijo determina en qué red reside un dispositivo, el identificador de interfaz se utiliza para enumerar los dispositivos dentro de una red. Los últimos 64 bits en una dirección IPv6 forman el identificador de interfaz, al igual que los últimos bits de una dirección IPv4.

Cuando una dirección IPv6 se asigna manualmente, el identificador de interfaz se configura como parte de la dirección. Cuando se usa la configuración de dirección automática, el identificador de la interfaz se elige al azar o se deriva de la dirección de la capa de enlace del dispositivo. Esto hace que aparezca una variación de la dirección de la capa de enlace dentro de la dirección IPv6.

Al igual que IPv4, la dirección IPv6 se puede asignar de forma manual o automática. Sin embargo, IPv6 tiene dos tipos diferentes de configuración automatizada, DHCPv6 y Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC)

SLAAC es el más fácil de los dos métodos automatizados y está integrado en el estándar IPv6. Los mensajes usan el nuevo Neighbor Discovery Protocol que permite que los dispositivos se encuentren y soliciten información sobre una red. Esta información es enviada por enrutadores y puede contener prefijos IPv6 que los dispositivos pueden usar combinándolos con un identificador de interfaz de su elección siempre que la dirección resultante aún no esté en uso. Los dispositivos no proporcionan comentarios al enrutador sobre las direcciones reales que han creado.

Por otro lado, DHCPv6 es el DHCP actualizado hecho para trabajar con los cambios de IPv6. Permite un control más preciso sobre la información entregada a los clientes, como permitir que la misma dirección se entregue al mismo cliente cada vez que se conecta y enviar más opciones al cliente que SLAAC. Con DHCPv6, los clientes necesitan obtener el consentimiento explícito de un servidor DHCP para usar una dirección.

El método para asignar manualmente una dirección IPv6 a una interfaz es el mismo que con IPv4:

Para verificar que la asignación ha funcionado se usa el mismo comando ip addr show:

Aquí también vemos la dirección de enlace local fe80::010c:29ff:fe33:3b25/64.

Al igual que IPv4, el comando ping también se puede usar para confirmar la accesibilidad de los dispositivos a través de IPv6:

Para nuevamente verificar la dirección del enlace local, use ping de nuevo. Pero como todas las interfaces usan el prefijo fe80::/64, se debe especificar la interfaz correcta junto con la dirección: