IPv4

IPv4, o Protocolo de Internet versión 4, es la cuarta revisión del protocolo fundamental que ha impulsado Internet desde sus inicios. A pesar de su antigüedad y limitaciones, IPv4 sigue siendo ampliamente utilizado en la actualidad. En este artículo, exploraremos todos los aspectos clave de IPv4, desde los tipos de direcciones IP hasta el subneteo y la diferencia entre direcciones públicas y privadas.

IPv4 es el cuarto y más ampliamente utilizado protocolo de Internet en la historia de Internet. Fue desarrollado en la década de 1980 y se convirtió en el estándar predominante para la comunicación en línea y la asignación de direcciones IP. IPv4 utiliza direcciones IP de 32 bits, lo que permite aproximadamente 4.3 mil millones de direcciones únicas.

Sin embargo, a medida que Internet ha crecido exponencialmente y más dispositivos se han conectado a la red, se ha vuelto evidente que el espacio de direcciones IPv4 es limitado y se está agotando rápidamente. Esto ha llevado a la necesidad de una transición a IPv6, o Protocolo de Internet versión 6.

Tipos de Direcciones IP

Direcciones IP Públicas

Las direcciones IP públicas son aquellas que son únicas y se utilizan para identificar dispositivos en la red pública de Internet. Estas direcciones son asignadas por organizaciones como la Autoridad de Asignación de Números de Internet (IANA) y se utilizan para enrutar el tráfico a través de la Internet global. Ejemplos de direcciones IP públicas incluyen las que se asignan a servidores web y sitios web públicos.

Direcciones IP Privadas

Las direcciones IP privadas son utilizadas en redes privadas y locales, como redes domésticas y redes corporativas internas. Estas direcciones no son únicas en Internet y se pueden reutilizar en múltiples redes locales sin conflicto. Esto permite a muchas organizaciones utilizar direcciones privadas detrás de una única dirección IP pública para acceder a Internet. Algunos rangos de direcciones IP privadas comunes incluyen:

Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255
Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255
Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255

Las direcciones IP pública y privada trabajan en conjunto en un sistema de enrutamiento jerárquico para permitir la comunicación de dispositivos a través de Internet. Aquí hay un breve resumen de cómo funcionan juntas:

Direcciones IP Privadas: En una red local, como una red doméstica o corporativa, los dispositivos se configuran con direcciones IP privadas que no son únicas en Internet. Estas direcciones se utilizan para identificar dispositivos dentro de la red local y permitir la comunicación interna.
NAT (Network Address Translation): Para que los dispositivos con direcciones IP privadas puedan acceder a Internet, se utiliza un enrutador que realiza la traducción de direcciones de red (NAT). El enrutador asigna una dirección IP pública única a la conexión de Internet y realiza el seguimiento de las comunicaciones internas y externas.
Direcciones IP Públicas: La dirección IP pública del enrutador se utiliza como punto de entrada/salida a Internet. Todos los dispositivos con direcciones IP privadas comparten esta única dirección IP pública cuando acceden a Internet.
Enrutamiento Jerárquico: Cuando un dispositivo en la red local desea comunicarse con un servidor o dispositivo en Internet, envía datos al enrutador. El enrutador modifica la dirección de origen de los datos para que coincida con su dirección IP pública y enruta los datos a través de Internet.
Respuestas y Enrutamiento de Regreso: Cuando el servidor en Internet responde, envía los datos de vuelta a la dirección IP pública del enrutador. El enrutador utiliza la información de seguimiento NAT para redirigir los datos a la dirección IP privada del dispositivo correspondiente en la red local.

Rangos y Clasificaciones

Las direcciones IP se dividen en cinco clases principales: A, B, C, D y E. Sin embargo, en la mayoría de las redes de hoy en día, la clasificación de clase A, B o C es la más relevante.

Clase A: Estas direcciones comienzan con un rango de 1.0.0.0 a 126.0.0.0 y tienen un primer octeto en el rango de 1 a 126. Las direcciones de clase A se utilizan para redes muy grandes.
Clase B: Los rangos de clase B van desde 128.0.0.0 hasta 191.255.0.0 y tienen los dos primeros octetos para identificar la red y el tercer y cuarto octetos para identificar los hosts. Las direcciones de clase B se utilizan para redes de tamaño mediano.
Clase C: Los rangos de clase C van desde 192.0.0.0 hasta 223.255.255.0 y tienen los tres primeros octetos para la identificación de la red y solo el cuarto octeto para identificar los hosts. Las direcciones de clase C son adecuadas para redes pequeñas.
Clase D: Se reservan para multicast, lo que significa que se utilizan para enviar datos a múltiples receptores al mismo tiempo. No se usan para identificar hosts individuales.
Clase E: Están reservadas para fines experimentales y de investigación. No se utilizan en la mayoría de las redes comerciales o públicas.

Header

La cabecera de un paquete IPv4 consta de varios campos que se utilizan para controlar y dirigir el tráfico de red.

🔻 Versión: Indica la versión del protocolo IP utilizado, y generalmente es "4" para IPv4.
🔻 Longitud de cabecera: Indica el tamaño de la cabecera en palabras de 32 bits. Este campo es importante ya que la cabecera puede variar en tamaño debido a la presencia de opciones adicionales.
🔻 Tipo de servicio: Define el tipo de servicio que se debe dar a este paquete en términos de prioridad y calidad de servicio.
🔻 Longitud total: Especifica la longitud total del paquete IPv4, incluyendo la cabecera y los datos.
🔻 Identificación: Identifica de manera única cada paquete que se envía desde un host a otro. Se utiliza para ayudar en la reensamblaje de paquetes.
🔻 Banderas: Estos son indicadores de control utilizados durante el proceso de fragmentación de paquetes.
🔻 Desplazamiento de fragmento: Indica la posición del fragmento en el datagrama original, útil para el proceso de reensamblaje en el destino.
🔻 Tiempo de vida: Especifica el tiempo máximo que el paquete puede permanecer en la red antes de ser descartado. Se utiliza para evitar que los paquetes queden atrapados en bucles infinitos.
🔻 Protocolo: Identifica el protocolo de nivel superior que está utilizando el paquete encapsulado. Puede ser TCP, UDP, ICMP, entre otros.
🔻 Suma de comprobación:Suma de comprobación: Se utiliza para verificar si la cabecera del paquete IP contiene errores.
🔻 Dirección de origen: Es la dirección IP del remitente.
🔻 Dirección de destino: Es la dirección IP del receptor.
🔻 Opciones: Este campo es opcional y se utiliza para agregar funcionalidades adicionales a la cabecera, como la marca de tiempo, registro de ruta, seguridad, etc.

Dirección de Red, Gateway y Broadcast

Dirección de Red: La dirección de red es la dirección IP que identifica la red en sí misma. Es la primera dirección en un rango de direcciones IP asignado a una red específica. La dirección de red se utiliza para representar toda la red y no se asigna a ningún dispositivo específico dentro de esa red. Por ejemplo, si tienes una red con direcciones IP en el rango de 192.168.1.0 a 192.168.1.255, la dirección de red es 192.168.1.0.

La dirección de red es fundamental en el enrutamiento de datos, ya que indica a los dispositivos y routers cómo llegar a una red específica. Cuando se envían datos desde una red a otra, los dispositivos y routers utilizan la dirección de red como destino para enrutar adecuadamente los datos hacia la red de destino.

Dirección de Gateway (Puerta de enlace): La dirección de gateway es una dirección IP utilizada como punto de entrada o salida de una red local hacia otra red, como Internet. Es el punto de contacto entre la red local y la red externa, como un router o un firewall. El gateway se utiliza para enrutar el tráfico desde la red local hacia destinos fuera de esa red. Cada red local tiene una dirección de gateway única que conecta la red a otras redes, permitiendo así la comunicación entre ellas.La dirección de gateway suele ser la primera dirección en un rango de direcciones IP para una red determinada (Usualmente ocupada por el módem en una red local).

Dirección de Broadcast: La dirección de broadcast es una dirección especial utilizada para enviar datos a todos los dispositivos en una red local. Cuando un dispositivo envía datos a la dirección de broadcast, todos los dispositivos en la misma red reciben y procesan esos datos. Es una forma eficiente de difundir información a todos los dispositivos en una red sin la necesidad de conocer las direcciones IP individuales de cada dispositivo. La dirección de broadcast suele ser la última dirección en un rango de direcciones IP para una red determinada y se utiliza para difusiones locales en lugar de difundir información a través de Internet o redes externas.

Subneteo y Número de Direcciones

El subneteo es el proceso de dividir una red IP en subredes más pequeñas. Esto se hace mediante el ajuste de la máscara de subred para asignar una parte de la dirección IP a la red y otra parte a los hosts. El número de direcciones que se pueden obtener en una subred depende de la máscara de subred utilizada.

Por ejemplo, si tienes una dirección de clase C (como 192.168.1.0) y deseas dividirla en cuatro áreas (Finanzas, RH, Ventas y Administración) con 14, 14, 30 y 6 IPs, necesitarás máscaras de subred adecuadas para cada área. Aquí hay un ejemplo:

Primero, debes calcular las máscaras de subred adecuadas para cada área. La máscara de subred se representa en notación CIDR, que indica cuántos bits están reservados para la red y cuántos para los hosts.

Supongamos la red inicial: 192.168.1.0/24

Para dividir esta red en cuatro subredes con las siguientes especificaciones:

Finanzas: 14 direcciones IP
Recursos Humanos (RH): 14 direcciones IP
Ventas: 30 direcciones IP
Administración: 6 direcciones IP

Primero, convertimos la máscara de subred /24 en binario:

11111111.11111111.11111111.00000000

Ahora, procedemos a dividir la red en subredes más pequeñas:

Finanzas (Requiere 14 direcciones IP):

∘ Máscara de Subred: Necesitas al menos 14 direcciones disponibles, por lo que usamos los primeros 4 bits del último octeto (los primeros cuatro bits en el tercer octeto) para los hosts. La máscara de subred sería 11111111.11111111.11111111.1111 0000 en binario o /28 en notación CIDR.
∘ Dirección de Red: 192.168.1.0/28. Los últimos 4 bits son ceros (dirección de red).
∘ Dirección de Broadcast: 192.168.1.15/28. Los últimos 4 bits son unos (dirección de broadcast).
∘ Rango Utilizable: Desde 192.168.1.1 hasta 192.168.1.14.

Recursos Humanos (RH) (Requiere 14 direcciones IP):

∘ Máscara de Subred: Necesitas al menos 14 direcciones disponibles. Usamos los primeros 4 bits del último octeto para los hosts. La máscara de subred sería 11111111.11111111.11111111.1111 0000 en binario o /28 en notación CIDR.
∘ Dirección de Red: 192.168.1.16/28.
∘ Dirección de Broadcast: 192.168.1.31/28.
∘ Rango Utilizable: Desde 192.168.1.17 hasta 192.168.1.30.

Ventas (Requiere 30 direcciones IP):

∘ Máscara de Subred: Necesitas al menos 30 direcciones disponibles. Usamos los primeros 5 bits del último octavo para los hosts. La máscara de subred sería 11111111.11111111.11111111.1110 0000 en binario o /27 en notación CIDR.
∘ Dirección de Red: 192.168.1.32/27.
∘ Dirección de Broadcast: 192.168.1.63/27.
∘ Rango Utilizable: Desde 192.168.1.33 hasta 192.168.1.62.

Administración (Requiere 6 direcciones IP):

∘ Máscara de Subred: Necesitas al menos 6 direcciones disponibles. Usamos los primeros 3 bits del último octavo para los hosts. La máscara de subred sería 11111111.11111111.11111111.1111 1000 en binario o /29 en notación CIDR.
∘ Dirección de Red: 192.168.1.64/29.
∘ Dirección de Broadcast: 192.168.1.71/29.
∘ Rango Utilizable: Desde 192.168.1.65 hasta 192.168.1.70.

Los ceros en las máscaras de subred representan bits reservados para la red y los unos representan bits reservados para los hosts. Las direcciones de red y de broadcast son las primeras y últimas direcciones utilizables en cada subred, respectivamente.