Subredes informáticas. Subneting, superneting y VLSM

¿Cómo dividir una red informática en varias subredes? En determinados entornos, nos podemos encontrar en la necesidad de fraccionar una red, para ofrecer zonas de trabajo diferenciadas, y al reducir los dominios de colisiones aumentar el rendimiento de la red. Hay varias formas de hacerlo si utilizamos el protocolo IPv4, según Clase y con longitud variable o constante de la máscara de red. Veremos como se hace con el protocolo IPv6.

Con la división en subredes conseguimos maximizar el espacio de direcciones IPv4 de 32 bits, reduciendo el tamaño de las tablas de enrutamiento en una red mayor. En cualquier clase de dirección IP, las subredes nos permiten asignar parte del espacio de la dirección host a las direcciones de red, fragmentando la red principal o interred, consiguiendo tener más redes. La parte del espacio de dirección de host asignada a las nuevas direcciones de red se conoce como bits de subred.

Sumario

• Ventajas de utilizar subredes
• Protocolo IPv4
  • SubnetingClassful
    • IP clase A.
    • IP clase B.
    • IP clase C.
  • Subneting Classless
  • Supernetting
  • VLSM «Variable Lengh Subnet Masck»
• Protocolo IPv6

En redes informáticas , una subred es un rango de direcciones lógicas. Cuando una red se vuelve muy grande, conviene dividirla en subredes para reducir el tamaño de los dominios de broadcast, reduciendo los dominios de colisión de datos y hacer la red más manejable administrativamente.

Ventajas de utilizar subredes

• Aumento de la velocidad de la red
• Reducción de tráfico y congestión de la red
• Aumento de la eficiencia en la entrega de datos
• Mejoras en la seguridad de la red
• Administración de la red más sencilla
• Los problemas se localizan en una subred facilitando su resolución.
• Facilidad de gestionar la portabilidad de datos entre subredes, creando departamentos o divisiones organizativas.

La única desventaja que tendremos, es el uso de hardware adicional, como routers o swiches, aumentando el gasto de la inversión y que será necesario un administrador de la red con suficientes conocimientos.

Protocolo IPv4

En las direcciones IPv4, encontramos que tenemos dos jerarquías de direccionamiento. Para encontrar un equipo, primero tenemos que encontrar la red a la que pertenece y después el host que buscamos. Por ello las direcciones IP del protocolo versión 4, están formadas unos bits destinados a identificar la red y otros que identifican el host. Están compuestas por 32 bits, separados en bytes por un punto.

Estas direcciones están divididas en clases en función de los bits que reservan para definir la red.

Clase A

La Clase A dedica los primeros 8 bits (1 byte) a identificar la red y el resto, 24 bits (3 bytes), para hosts. Para calcular las redes disponibles, como el primer bit define la clase, nos quedan 7 bits 2⁷-2=126 redes, ya que la dirección 0 y 127 están reservadas, y 2²⁴-2= 16.777.214 hosts.

Clase B

La Clase B dedica los primeros 16 bits (2 bytes) a identificar la red y otros tantos 16 bits (2 bytes), para hosts. Para calcular las redes disponibles, como los dos primeros bits definen la clase, nos quedan 14 bits que nos ofrece 2¹⁴=16.384 redes, y 2¹⁶-2= 65.534 hosts. Descontamos la dirección de red y la de difusión.

Clase C

La Clase C dedica los primeros 24 bits (3 bytes) a identificar la red y 8 bits (1 bytes), para hosts. Para calcular las redes disponibles, como los tres primeros bits definen la clase, nos quedan 21 bits que nos ofrece 2²¹=2.097.152 redes, y 2⁸-2= 254 hosts. Descontamos de nuevo la dirección de red y la de difusión.

Existen las clases D, usada para difusión y E reservada para uso experimental.

En todos los casos el número de bits que se toman para identificar la parte de red viene establecido por la «máscara de red/subred», que igual que la dirección IP, es un conjunto de cuatro octetos (32 bits) separados por un punto. La máscara de red estará formada por unos en todos los bits de red y ceros en los de host. La dirección de red se obtiene realizando un «AND lógico» entre la IP y la máscara de red. La máscara de red también la podemos representar en notación CIDR mediante «/n», donde «n» es el número de bits de red, o dicho de otro modo, es el número de bits a 1 de la máscara de red.

Subneting Classful

El proceso por el que se incrementa el número de bits a 1 de la máscara, por encima de los valores predeterminados, se llama «subnetting» y permite dividir la red en redes más pequeñas.

Vamos a verlo con tres ejemplos, uno de cada clase

IP clase A

Elegimos la IP de clase A con dirección de red 14.0.0.0 y vamos a crear 6 subredes. Para averiguar cuantos bits de red necesitamos tenemos que calcular 2ⁿ ≥ 6 redes que necesitamos. Según la formula anterior n=3, ya que 2³= 8.

La dirección de red en binario es : 00001110.00000000.00000000.00000000. Si ponemos a 1 los valores de red quedará : 11111111.11100000.00000000.00000000 , con lo que obtenemos la máscara de red /11. En decimal será 255.224.0.0.

Contando los ceros, vemos que tendremos 21 bits para hosts, por tanto 2²¹-2= 2.097.150 equipos en cada red. Con tres bits de red podemos crear hasta 2³ = 8 subredes, numeradas de la 0 a la 7.

Vamos a calcular las direcciones de subred, intervalo o rango de hosts y dirección de difusión, que será siempre la última dirección de la subred. Como el primer byte no cambia lo obviaremos en la siguiente tabla. Para el segundo byte lo vamos calculando y nos dará, restándole 1, la dirección de broadcast de la red anterior. Así podemos ir rellenando la tabla.

En el caso de las redes de Clase A, el segundo byte es la clave para construir la tabla. Como vemos en la tabla la estructura de este byte es «rrr hhhhh», lo que nos da un incremento de 32 unidades en cada subred.

Hemos obtenido 8 subredes. En este caso descartaríamos la 0 y la 7, ya que solo necesitamos 6. Y las direcciones de subred serían:

IP clase B

Elegimos la IP de clase B con dirección de red 129.10.0.0 y vamos a crear 12 subredes. Para averiguar cuantos bits de red necesitamos tenemos que calcular 2ⁿ ≥ 12 redes que necesitamos. Según la formula anterior n=4, ya que 2⁴= 16.

La dirección de red en binario es: 10000001.00001010.00000000.00000000. Si ponemos a 1 los valores de red: 11111111.11111111.11110000.00000000 obtenemos la máscara de red /20. En decimal será 255.255.240.0

Contando los ceros vemos que tendremos 12 bits para hosts, por tanto 2¹²-2= 4.094 equipos en cada red. Con cuatro bits de red podemos crear hasta 2⁴ = 16 subredes, numeradas de la 0 a la 15. Nos sobrarán 4 redes para posibles ampliaciones.

Vamos a calcular las direcciones de subred, intervalo o rango de hosts y dirección de difusión, que será siempre la última dirección de la subred. Como el primer y segundo byte no cambian los obviaremos en la siguiente tabla. Para el tercer byte lo vamos calculando y nos dará, restándole 1, la dirección de broadcast de la red anterior. Así podemos ir rellenando la tabla.

En el caso de las redes de clase B, el tercer byte es la clave para construir la tabla. Como vemos en la tabla, la estructura de este byte es «rrrr hhhh», lo que nos da un incremento de 16 unidades en cada subred.

Hemos obtenido 16 subredes. En este caso descartaríamos la 0 y de la 13 a la 15, ya que solo necesitamos 12. Y las direcciones de subred serían:

IP clase C

Elegimos la IP de clase C con dirección de red 197.142.68.0 y vamos a crear 8 subredes. Para averiguar cuantos bits de red necesitamos tenemos que calcular 2ⁿ ≥ 8 redes que necesitamos. Según la formula anterior n=3, ya que 2³= 8.

La dirección de red en binario es: 11000101.10001110.01000100.00000000. Si ponemos a 1 los valores de red : 11111111.11111111.11111111.11100000 obtenemos la máscara de red /27. En decimal será 255.255.255.224

Contando los ceros vemos que tendremos 5 bits para hosts, por tanto 2⁵-2= 30 equipos en cada red. Con tres bits de subred podemos crear hasta 2³ = 8 subredes, numeradas de la 0 a la 7. No nos sobrará ninguna red para posibles ampliaciones.

Vamos a calcular las direcciones de subred, intervalo o rango de hosts y dirección de difusión, que será siempre la última dirección de la subred. Como el primer, segundo y tercer byte no cambian los obviaremos en la siguiente tabla. Para el cuarto byte lo vamos calculando y nos dará, restándole 1, la dirección de broadcast de la red anterior. Así podemos ir rellenando la tabla.

En el caso de las redes de clase C, el cuarto byte es la clave para construir la tabla. Como vemos en la tabla, la estructura de este byte es «rrr hhhhh», lo que nos da un incremento de 32 unidades en cada subred.

Hemos obtenido 8 subredes. En este caso no descartamos ninguna porque las necesitamos todas. Y las direcciones de subred serían:

Subneting Classless

Para hacer frente al problema del agotamiento de direcciones IPv4 y para frenar el crecimiento de las tablas de enrrutamiento, en los routers de Internet, se comenzó a usar direcciones IPv4 Classless «sin clase». Son direcciones donde se obvian las clases y se establece un prefijo de red y la parte de hosts con la máscara de red, sin tener en cuenta las clases.

Es decir, una dirección «Classful» está definida por una clase específica en la parte de la red, mientras que una dirección «Classless» no es definida por una clase especifica de 8, 16 o 24 bits.

Veámoslo con un ejemplo. Si usamos una IP Classful de Clase C, al tener disponible en el Host 8 bits (me lo indica la clase), la cantidad de Host que podría tener para esa red es de 2⁸=256 – 2 = 254.

Como Classless permite definir la máscara sin tener en cuenta las clases, entonces podríamos asignarle, a esa misma IP, mayor cantidad de bits en el Host, por ejemplo 10 bits, de esta manera pasaría a tener 2¹⁰ = 1024 – 2 = 1022.

El procedimiento para hacer las subredes es el mismo que hemos visto.

Supernetting

Si cogemos los bits para host de los que tenemos para red, es decir, reducimos el numero de bits a 1 de la máscara, el procedimiento se llama «supernetting» y nos permite unificar varias redes para poder albergar más hosts. No vamos a ver esto con más detalle, pues no es hacer subredes.

VLSM «Variable Lengh Subnet Masck»

Hasta ahora hemos construido subredes con máscara de red de longitud fija, es decir, todas las subredes tenían la misma cantidad de hosts. Pero es posible que en alguna de las subredes necesitemos pocas IPs, con lo que desperdiciamos muchas direcciones y comprometemos la escalabilidad posterior. Para solucionar este problema tenemos las «subredes de mascara de red de longitud variable».

VLSM «Variable Lengh Subnet Masck», nos permite hacer subredes con diferentes máscaras de red, con lo que conseguiremos tener redes más ajustadas a las necesidades eligiendo la cantidad de hosts que queremos en cada subred.

Imaginemos que tenemos una organización dividida en departamentos, y que necesita una red independiente para cada uno de ellos. Los requerimientos de equipos de los departamentos son:

Dividir la red en segmentos es una buena práctica. Se reduce el trafico en la red, se facilita el funcionamiento de los equipos de interconexión y se reducen los dominios de colisión. Todo redunda en mayor velocidad, seguridad y facilidad de resolución de problemas.

Partimos de una dirección de red IPv4 privada de clase C, 192.168.0.0/24. Por tanto la notación binaria es: 11000000.10101000.00000000.00000000 y la máscara de red, poniendo los bits de red a 1 es: 11111111.11111111.11111111.00000000 o 255.255.255.0.

Como vemos para una clase C, tenemos 8 bits (1 Byte) para hosts, por tanto 2⁸-2= 254 equipos. Como necesitamos 126 equipos, tenemos suficientes para empezar.

Para hacer este proceso tenemos que ordenar las redes de mayor a menor, en función de la necesidad de equipos, e iremos creándolas en este orden. D2:80 equipos, D1:20 equipos, D3:20 equipos, D4:2 equipos, D5:2 equipos y D6:2 equipos.

Subred D2 : 80 equipos

Calculamos los bits de red que necesitamos. Como siempre 2ⁿ ≥ 80. Por tanto 2⁷-2 = 126. Vemos la estructura «r hhhhhhh» de este cuarto byte, de lo que deducimos que la subred será /25, reservando 7 bits para hosts. En binario, 11111111.11111111.11111111.10000000 o 255.255.255.128 y ya tenemos la máscara de red. Para calcular el rango de host tendremos en cuenta los siete bits de host que tenemos, 126 equipos.

Cuando hacemos estas divisiones, tenemos que pensar en la escalabilidad, es decir, tener la posibilidad de añadir equipos a cada una de las redes posteriormente, sin modificar la red.

Las creamos según la siguiente tabla

En esta red dispondremos de hasta 126 para futuras ampliaciones. Si tenemos 80 direcciones IP, aun nos quedarán 46 libres.

Subred D1 : 20 equipos

Partimos de la siguiente dirección libre 192.168.0.128. Necesitamos 20 direcciones, aplicamos la formula 2ⁿ-2 ≥ 20. Donde n=5 , 2⁵-2 = 30 hosts. Como cogemos 5 bits para host, en binario 11111111.11111111.11111111.11100000 o 255.255.255.224 y ya tenemos la máscara de red /27. Para calcular el rango de host tendremos en cuenta los cinco bits de host que tenemos, 30 equipos.

En esta red dispondremos de hasta 30 hosts y nos quedarán 10 libres.

D3 : 20 equipos

Partimos de la siguiente dirección libre 192.168.0.161. Necesitamos otras 20 direcciones, aplicamos la formula 2ⁿ-2 ≥ 20. Donde n=5, 2⁵-2 = 30 hosts. Como cogemos 5 bits para host, en binario 11111111.11111111.11111111.11100000 o 255.255.255.224 y ya tenemos la máscara de red /27. Para calcular el rango de hosts tendremos en cuenta los cinco bits de host que tenemos, 30 equipos.

En esta red también dispondremos de hasta 30 hosts y nos quedarán 10 libres.

D4 : 2 equipos

Partimos de la siguiente dirección libre 192.168.0.194. Necesitamos 2 direcciones, aplicamos la formula 2ⁿ-2 ≥ 2. Donde n=2, 2²-2 = 2 hosts. Evidentemente no podríamos ampliar, así que cogemos otro bit más. Con tres bits n=3, 2³-2 = 6 hosts. Como cogemos 3 bits para host, en binario 11111111.11111111.11111111.11111000 o 255.255.255.248 ya tenemos la máscara de red /29. Para calcular el rango de hosts tendremos en cuenta los tres bits de host que tenemos, 6 equipos.

D5 : 2 equipos

Las siguientes son iguales al ejemplo anterior.

D6 : 2 equipos

El resultado final es:

Y dispondríamos de las direcciones desde 192.168.0.218 a 192.168.0.255, 37 Ips, para otras redes.

Protocolo IPv6

El impresionante crecimiento de Internet, ha agotado las IPs de la versión 4, por ello se definió el protocolo IPv6. Nadie sospechaba en 1981, cuando se empezaron a utilizar, que a finales de 2019 se habrían agotado las 4.294.967.296 direcciones IPv4.

Esta nueva versión del protocolo ofrece muchas características nuevas para gestionar de forma más eficiente las redes.

• Mayor espacio de direccionamiento. Más direcciones.
• La seguridad se define como parte del protocolo incorporando IPSec
• Elimina la necesidad de NAT.
• Elimina las sumas de verificación «Checksum». Tiene un mecanismo de control de errores que redunda en más velocidad.
• Un diseño más versátil que permitirá al protocolo adaptarse a nuevas funcionalidades.
• Direccionamiento automático de la interfaz (MAC).

Esta compuesto por ocho campos de caracteres hexadecimales (128 bits) separados por «:», ofreciendo un direccionamiento de 2¹²⁸ posibles valores. Cada cadena hexadecimal consta de 4 caracteres y cada grupo de campos tiene un significado especial.

Estructura

Los tres primeros campos (48 bits) contienen el prefijo del sitio que describe la topografía de la red pública. Es el asignado por la ISP.

El cuarto campo (16 bits), es el identificador de la subred. Y es, modificando este, como crearemos las subredes. A diferencia de IPv4, no necesitamos tomar bits de hosts para crear subredes.

Los últimos cuatro campos (64 bits), contienen el identificador de la interfaz (MAC). La dirección también la podemos configurar embebida. En este caso se sustituye la MAC por la versión 4 del protocolo. De modo que se pondrían los 80 primeros bits a 0, los siguientes 16 bits a 1 y a continuación se añade la IPv4, por ejemplo: 0000:0000:0000:0000:0000:0000:ffff:192.168.1.12 o ::ffff:192.168.1.12

En IPv6 no se utiliza la máscara de red, apareciendo el concepto de «longitud de prefijo de subred». Un prefijo de dirección IPv6 (la porción de red de la dirección) se representa con el formato «IPv6/prefijo».

Si tienes algún comentario que hacer sobre este artículo, al pie del post tienes un formulario para hacerlo.

Si quieres contactar conmigo por cualquier otro asunto relacionado con el sitio, en la página de contacto, tienes un formulario más adecuado.

Y para suscribirte y recibir las novedades publicadas, tienes un enlace en el pie de la página o desde aquí mismo.