Fundamentos de Redes IPv4 y Configuración de Enrutamiento Estático

Limitaciones y Características del Protocolo IP

¿Cuáles son las limitaciones del protocolo IP?

• El agotamiento de las direcciones IPv4.
• El gran número de rutas de red que los routers tienen que manejar.
• El uso de NAT impide tener conectividad completa entre un host origen y un host destino.

¿Cuáles son las características principales del protocolo IP?

• Para enviar los datos no hay que generar una conexión previa con el host de destino (no orientado a conexión).
• No se garantiza que los paquetes se entreguen en el destino (mejor esfuerzo).
• Es independiente del medio de transmisión.
• Tiene en cuenta el tamaño de la PDU en el nivel de enlace para determinar el tamaño del paquete.
• Puede transportar datos de diferentes tipos de comunicación; no se tienen en cuenta los datos de cada paquete.

Direccionamiento IPv4 y Clases de Direcciones

Clasificación por Clases

• Direcciones de Clase A: 65.25.10.14, 105.90.111.10
• Direcciones de Clase B: 190.100.15.1, 128.0.0.1
• Direcciones de Clase C: 200.32.50.5, 199.170.0.100
• Direcciones de Clase D: 225.0.0.10, 235.150.20.11
• Direcciones de Clase E: 244.55.40.12, 246.200.100.10

Direcciones Públicas y Privadas

Direcciones IPv4 privadas:

• 192.168.0.1, 10.0.0.1, 172.16.0.1, 192.168.255.254, 10.255.255.254

Direcciones IPv4 públicas:

• 190.200.15.1, 195.150.90.23, 192.169.0.1, 128.0.0.1, 172.32.50.5

Validación de Direcciones y Máscaras

• Dirección IP válida: 170.15.50.21
• Dirección IP inválida: 170.15.275.35 (el valor 275 excede el límite de 255).
• Máscara de red válida: 255.255.192.0
• Máscara de red inválida: 255.96.0.0

Máscaras de Red y Longitud de Prefijo

A continuación se indica la longitud de prefijo (CIDR) para cada máscara de red:

• 255.128.0.0 → /9
• 255.255.240.0 → /20
• 255.0.0.0 → /8
• 255.248.0.0 → /13
• 255.240.0.0 → /12
• 255.255.255.248 → /29
• 255.255.192.0 → /18
• 255.255.128.0 → /17
• 255.255.255.128 → /25

Conceptos de Enrutamiento y Capa de Red

Procesos Básicos de la Capa de Red

• Direccionamiento de hosts: Cada host tiene una dirección IP única en la red.
• Encapsulamiento: Agregar un encabezado a la unidad de datos de la capa de transporte.
• Enrutamiento: Dirigir paquetes desde un origen a un destino atravesando varias redes.
• Desencapsulamiento: Eliminar el encabezado del paquete transfiriendo el campo de datos al servicio en la capa de transporte.

La Tabla de Enrutamiento

Es una base de datos con información de las rutas seguidas por los paquetes. Si la tabla tiene dos rutas para la misma red, el dispositivo utiliza la métrica para decidir qué ruta utilizar.

Dispositivos con tabla de enrutamiento: Todo dispositivo que opera a nivel de red, como PCs, tablets, routers, smartphones, etc.

Pasos para Redirigir un Paquete

1. Paso 1: Un paquete llega, o se origina, en un dispositivo (PC, router, …).
2. Paso 2: El SO del dispositivo calcula la dirección de red con la dirección IPv4 de destino del paquete.
3. Paso 3: El SO busca la dirección de red calculada en la tabla de enrutamiento.
4. Paso 4: Si la ruta se encuentra en la tabla de enrutamiento, se envía el paquete a la dirección IPv4 de siguiente salto.
5. Paso 5: Si la ruta no se encuentra en la tabla de enrutamiento, se envía el paquete a la dirección IPv4 de la ruta por defecto.

Tipos de Comunicación y Direcciones Especiales

Tipos de Comunicación IP

• Unidifusión (Unicast): Se envía un paquete de un host individual a otro.
• Difusión (Broadcast): Se envía un paquete de un host individual a todos los hosts de la red.
• Multidifusión (Multicast): Se envía un paquete de un host individual a un grupo de hosts.

Direcciones IP Especiales

• Dirección 0.0.0.0: Significa ausencia de dirección IP en un host o ruta por defecto en un router.
• Dirección TEST-NET: Se emplean en ejemplos de documentación de redes.
• Dirección de enlace local (APIPA): El cliente DHCP las usa en caso de que no haya servidores DHCP disponibles.
• Dirección de bucle invertido (Loopback): Un host la usa para dirigir el tráfico hacia sí mismo (127.0.0.1).
• Dirección de broadcast: Los paquetes se difunden por toda la red, pero los routers no los propagan.

Fragmentación y MTU

¿Qué es la MTU? Es el valor que indica el tamaño máximo de un paquete para poder ser transmitido por un medio de transmisión específico.

¿Qué es la fragmentación? Es dividir un paquete en trozos para adaptarse al tamaño de la MTU. Los campos de la cabecera IPv4 empleados son:

• Identificador de fragmento.
• Señalador (Flags): Indica si el paquete se puede dividir y, si es así, si es el último fragmento o hay más.
• Desplazamiento del fragmento (Fragment Offset) en el paquete original.

Asignación de Direcciones

Asignación Estática

• El administrador de red establece la dirección del host manualmente.
• La dirección IP asignada es por tiempo indefinido, hasta que el administrador la cambie.
• Se emplea en hosts que necesitan una dirección IP fija (servidores, impresoras, routers).

Asignación Dinámica

• Un servidor ejecutando el servicio DHCP establece la dirección del host dinámicamente.
• La dirección IP asignada es por tiempo limitado (concesión).
• Se emplea en redes con numerosos hosts que cambian con frecuencia.

Nota técnica: Si un ISP solicita 3000 direcciones IP, la respuesta correcta sobre la clase asignada es la B. Si se asigna una red clase B a un ISP que solo necesita 1000 direcciones, se estarían desperdiciando 64,534 direcciones.

Configuración de Dispositivos Cisco (CLI)

Acceso por Consola

username usuario18 secret usuario18
line console 0
login local

Acceso por SSH

hostname R0
ip domain-name cisco.com
crypto key generate rsa (Responder yes y asignar 1024 bits)
ip ssh version 2
line vty 0 4
transport input ssh
login local

Configuración de Interfaces

interface S0/0/0
ip address 172.16.0.1 255.255.0.0 (Esta IP actuará como puerta de enlace o Gateway para los hosts de la red).
no shutdown

Configuración de Rutas Estáticas

• Ruta de siguiente salto:
  ip route [IP_destino] [máscara_red] [IP_siguiente_salto]
• Ruta flotante: (Sirve como respaldo si falla la ruta principal, usando una distancia administrativa mayor).
  ip route [IP_destino] [máscara_red] [IP_siguiente_salto] 5
• Ruta estática completamente especificada:
  ip route [IP_destino] [máscara_red] [interfaz_salida] [IP_siguiente_salto]
• Ruta estática por defecto:
  ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 [IP_siguiente_salto]
• Ruta estática resumida:
  ip route [IP_resumida] [máscara_resumida] [IP_siguiente_salto]