Redes: Diferencia entre direcciones Físicas y Lógicas

Lo más probable es que haya oído el término dirección IP. Pero ¿Qué representa realmente? ¿ para que sirve? ¿que hace?  ¿Cómo direcciona exactamente los host? Estos son algunos de los temas tratados en esta sección.

Direcciones físicas: MAC (control de acceso a el medio)

Podriamos buscar hasta el cansancio las direcciones MAC de la capa física en los encabezados de los paquetes IP pero no las vamos a encontrar. Las direccione MAC no significan nada para el protocolo IP, el cual  utiliza direcciones lógicas que no son parte del protocolo. Para todos los efectos, estas direcciones pueden o no existir. Por la misma razón, las direcciones MAC físicas son como las interfaces de la tarjeta Ethernet en la red. Pero La tarjeta NIC de Ethernet no sabe sobre IP, cabeceras IP, ni direcciones IP lógicas. Por lo tanto, nos enfrentamos a una falta de comunicación. Es evidente que para hacer que el sistema funcione, se necesita un proceso operativo que facilite la conversión entre direcciones IP lógicas y direcciones MAC físicas.

¿Conoce la dirección IP de su computador? Si la respuesta es no, usted no se está quedando atrás, es absolutamente normal no saberla debido a varias razones, No muchos pueden tener su propia dirección IP o incluso siempre nos conectamos con una dirección IP diferente. Una dirección IP es un bien muy preciado. Cuando usted se conecta a la red, Un proveedor de servicios Internet (ISP -Internet Service Provider) o un proveedor de servicios de red (-Network Service Provider) le prestan una dirección IP solo por el período en que dura la sesión de conexión, o posiblemente por un tiempo mas largo, esto a través de aplicaciones, tales como el Protocolo de configuración dinámica de host (DHCP -Dynamic Host Configuration Protocol) .

¿Exactamente cuántas posibles direcciones IP existen? El número exacto es de 2^32 (porque la dirección se compone de 32 bits), este es un número superior a 4 billones. Sin embargo, no todas las  direcciones IP están disponibles; los rangos reservados disminuyen la cantidad de números posibles.

Con el explosivo crecimiento de Internet a nivel mundial, la preocupante realidad indica que las direcciones IP se están agotando rápidamente. ¿Cuáles son algunas soluciones para afrontar el agotamiento de direcciones? En primer lugar, una red local particular puede usar DHCP y asignar direcciones IP temporalmente a sus usuarios mientras dura la conexión. Esto significa que no todos los hosts estarán activos en un momento dado, así se requiere un grupo menor de posibles direcciones IP.

La otro solución es conocida como  direcciones privadas reservadas (Reserved private addresses). La entidad gubernamental que las regula es Internet Address Numbers Authority (IANA), ha estandarizado los bloques de direcciones IP que se utilizan para la asignación de direcciones internas. Por lo tanto, las subredes 192.168 y 172.16 se utilizan para los hosts de redes privadas. Este tráfico no debe traspasar la puerta de enlace (gateway) de la red local. Esto permite que una red local con un limitado número de direcciones IP, pueda usar direcciones Clase B  para propósitos internos y para guardar la direcciones IP externas previamente asignadas con otros fines.

Algunos conocen su dirección IP pero ¿Conoce de memoria la dirección MAC de su host? La respuesta más probable es "No", porque casi nadie se sabe su dirección MAC. Hay varias razones para esto, pero la principal es que esta es una dirección de 48 bits, sin facilidades para ser humanamente memorizable, por lo tanto es  difícil asimilar para el cerebro.

El Protocolo de resolución de direcciones (ARP -Address Resolution Protocol) permite resolver la traducción de direcciones MAC física a direcciones IP lógicas. ARP no es un protocolo IP, es el proceso de envío de una trama de Ethernet a todos los sistemas en el mismo segmento de red. Esto se conoce como difusión (broadcast).

Cuando un mensaje se emite, se envía a todas las máquinas de un segmento de red o a una red completa. Es importante destacar que ARP se aplica únicamente para hosts localmente conectados a  la misma red, no funciona entre hosts de diferentes redes.

El host de origen emite (o difunde) las solicitudes ARP,  luego el host de destino las recibe y responde con su dirección MAC. Durante esta operación, todos los hosts que escuchan en la red, incluyendo los hosts de origen y destino, guardan en caché lo que han aprendido sobre los otros hosts, por lo tanto almacenan sus direcciones IP y MAC. Este almacenamiento reduce el número de nuevas peticiones ARP requeridas.

Finalmente la comunicación dentro de un mismo segmento de red se produce entre las direcciones MAC  y no entre las direcciones IP. Dos hosts se pueden comenzar a comunicar con transacciones TCP/IP de la misma capa, pero la comunicación efectiva se produce entre las direcciones MAC de los dos hosts.

¿Por qué son las direcciones MAC de tan grandes? Después de todo, Una dirección de 48 bits es enorme. ¡La idea es que sean totalmente únicas temporal y espacialmente! :). Esto suena bien si se dice  rápido, pero los planes futuros requieren expandir este valor a 128 bits para adaptarse a sus limitaciones actuales, permitiendo que cada fabricante de NICs pueda tener un código de proveedor único integrado en la dirección MAC.

Direcciones Lógicas: direcciones IP

Una dirección IP tiene 32 bits asignados para identificar un host. Este número de 32 bits se expresa como cuatro números decimales separados por puntos (por ejemplo, 192.168.5.5). Estas no son  asignaciones secuenciales o al azar. La parte inicial del número de IP indica el tamaño de la red en la que reside el host. El resto de la dirección IP identifica a el hosts de la red.

Las direcciones se clasifican por clases,  las clases indican cuántos equipos se encuentran en una determinada red o la cantidad de bits asignados en la dirección IP para los hosts únicos en la red, como en la siguiente tabla. Las direcciones de clase A asignan los primeros 8 bits a un segmento de la red a la dirección IP,  y los restantes 24 bits para la identificación del host. Debido a que 24 bits han sido asignados para el host mas de 16 millones (224-1) hosts, podrían ser asignados. Un ejemplo de red Clase A va desde 18.0.0.0 a 18.255.255.255, el rango IP asignado al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

Las direcciones IP se clasifican desde la clase A a la Clase E. Las direcciones de clases A, B y C envían paquetes a un único host de destino (unicast). Mientras que las direcciones de Clase D se conocen como multicast y son utilizadas para la comunicación entre un grupo designado de hosts. Las direcciones Clase E están reservadas para uso experimental. La siguiente Tabla muestra el rango de direcciones asociadas a cada clase.

Máscara de Subred

Esta máscara informa a un sistema de computación que parte de su dirección IP ha sido asignada a la red y que parte al host. Cada bit que representa a la red se marca como 1.  Por ejemplo, Una dirección clase A, tiene 8 bits de red y 24 bits de host. En binario, 8 bits consecutivos (todas con valor de 1) se traducen en un número decimal 255. Entonces, la máscara de subred es designada como 255.0.0.0. Otras clases tienen otras máscaras de subred. Una red clase B tiene una máscara de subred 255.255.0.0, y una red clase C tiene una máscara de subred 255.255.255.0.

¿Por qué es necesario saber qué clase y cuántos bits se reservan para la red mediante el análisis de dirección IP? porque algunos administradores de red subdividen sus redes. Por ejemplo, una red de clase C se puede dividir en cuatro subredes individuales mediante la asignación de una máscara de subred adecuada.

Notación CIDR

Direccionamiento se refiere al enrutamiento entre dominios sin Clases (CIDR Classless Inter-domain routing). Durante mucho tiempo, las direcciones fueron parte de una clase particular. Esto significaba que su red sería asignada con 16 millones+, 65 000+, o 255 hosts. La situación más frecuente eran las redes que requerían entre 255 y 65.000 hosts. Debido a que muchas de estas redes eran de clase B, muchos números IP quedaban sin ser asignados. Teniendo en cuenta que los números de IP son bienes finitos, una solución fue asignar redes sin restricciones de clase.

CIDR asigna redes, sin los límites de 8 bits, pero con límites de un solo bit. Esto permite que una red  reciba el número apropiado de direcciones IP,  con lo cual se reduce el desperdicio. CIDR usa una única  notación para designar el rango de los hosts asignado a una red. Si desea especificar el rango de direcciones 192.168 en CIDR, se verá como 192.168/16. La primera parte de la notación es la representación decimal del patrón de bits asignado a la red. Al cual le sigue una barra inclinada y luego el número que indica los bits que representan  el segmento de red en la dirección. Este ejemplo es el mismo que una red de clase B, pero se puede modificar fácilmente para representar redes más pequeñas.