El protocolo IP identifica a cada ordenador que se encuentre conectado a la red mediante su correspondiente dirección. Esta dirección es un número de 32 bits en IPv4 , que debe ser único para cada servidor o computador, al que llamaremos “host”. Las direcciones IP suelen representarse como cuatro cifras decimales, de de 8 bit cada una, separadas por puntos.

La dirección de Internet (IP Address) se utiliza para identificar tanto al host en concreto como la red a la que pertenece, de manera que sea posible distinguir a los host que se encuentran conectados a una misma red. Con este propósito, y teniendo en cuenta que en Internet se encuentran conectadas redes de tamaños muy diversos, se establecieron cinco clases diferentes de direcciones.

La idea es que según la topología de la red, se usen más bits para la dirección de la red que para la dirección del host, o viceversa. La figura I-8 muestra las tres clases de direcciones propiamente dichas, A, B y C, a las cuales se le agregan las clases D y E para representar a todos los receptores (“multicast”) y para uso futuro.

Figura I. Esquema de clases de direcciones IP.

Los primeros bits (sombreados) definen la clase de dirección que llevan los bits siguientes. A modo de referencia, con 8 bits (cada parte entre puntos) se pueden tener 256 valores diferentes (de 00000000=0 a 11111111=255). Por ejemplo una dirección de IP sería 192.228.17.57 (en bits 11000000 11100100 00010001 00111001), que representa una dirección clase C.

Veamos las principales características de cada clase:

-         Clase A: Son las que en sus primeros 8 bits contienen un bit 0 fijo (indicando clase A) y 7 bits variables. Es decir que se pueden diferenciar de 00000000=0 a 0111111=127. Sin embargo, el 0 y el 127 están reservados, por lo que sólo puede haber 126 direcciones de red clase A potenciales, las que corresponden al primer byte de la dirección (el primer número antes del punto). Los otros tres bytes (24 bits) están disponibles para cada uno de los hosts que pertenezcan a esta misma red. Esto significa que podrán existir 2²⁴ = 16.387.064 computadores o servidores en cada una de las redes de esta clase. Este tipo de direcciones es usado por redes muy extensas, pero hay que tener en cuenta que sólo puede haber 126 redes de este tamaño. Por esto, son utilizadas por grandes redes comerciales, aunque son pocas las organizaciones que obtienen una dirección de "clase A". Lo normal para las grandes organizaciones es que utilicen una o varias redes de "clase B".

-         Clase B: Estas direcciones utilizan en su primer byte los bits 10 fijos (indicando clase B) y junto con el resto de los bits del primer byte admiten direcciones desde 128=10000000 y 191=1011111, incluyendo ambos. En este caso el identificador de la red se obtiene de los dos primeros bytes (16 bits – 2 bits ya usados = 14 bits) de la dirección, teniendo que ser un valor entre 128.1 y 191.254 (no es posible utilizar los valores 0 y 255 por tener un significado especial). Por lo tanto existirán 2¹⁴ = 16.384 redes clase B diferentes. Los dos últimos bytes de la dirección constituyen el identificador del host permitiendo, por consiguiente, un número máximo de 2¹⁶ = 64.516 computadoras en la misma red. Este tipo de direcciones tendría que ser suficiente para la gran mayoría de las organizaciones grandes. En caso de que el número de ordenadores que se necesita conectar fuese mayor, sería posible obtener más de una dirección de "clase B", evitando de esta forma el uso de una de "clase A".

-         Clase C: En este caso el valor del primer byte incluirá los bits 110 fijos (indicando clase C) y entonces el primer byte tendrá que estar comprendido entre 192=11000000 y 223=11011111, incluyendo ambos valores. Este tercer tipo de direcciones utiliza los tres primeros bytes para el número de la red, con un rango desde 192.1.1 hasta 223.254.254. Por lo tanto existirán 2²¹ = 2.097.152 redes clase C diferentes. Entonces, queda libre un byte (8 bits) para el host, lo que permite que se conecten un máximo de 254 computadoras a cada red, ya que 2⁸ =256 pero no se usan el 0 y el 255.

-         Clase D: Se suele llamar clase D a la direcciones comenzadas por los bits 1110 fijos seguidos por la dirección “multicast” es decir para todos los destinos.

-         Clase E: Se suele llamar clase E a la direcciones reservadas para uso futuro

La tabla I resume las principales características de las direcciones clase A, B y C.

Tabla I-1. Clases de direcciones IP.

Es importante notar que los valores 0 y 255 en cualquier byte de la dirección no pueden usarse normalmente por tener otros propósitos específicos.

El número 0 está reservado para las máquinas que no conocen su dirección, pudiendo utilizarse tanto en la identificación de red para máquinas que aún no conocen el número de red a la que se encuentran conectadas, en la identificación de host para máquinas que aún no conocen su número de host dentro de la red, o en ambos casos.

El número 255, como vimos, se reserva para el multicast. Este es necesario cuando se pretende hacer que un mensaje sea visible para todos los sistemas conectados a la misma red. Esto puede ser útil si se necesita enviar el mismo paquete a un número determinado de sistemas, resultando más eficiente que enviar la misma información solicitada de manera individual a cada uno. Otra situación para el uso de multicast es cuando se quiere convertir el nombre por dominio de un ordenador a su correspondiente número IP y no se conoce la dirección del servidor de nombres de dominio más cercano.

Lo usual es que cuando se quiere hacer uso del multicast se utilice una dirección compuesta por el identificador normal de la red y por el número 255 (todo unos en binario) en cada byte que identifique al host. Sin embargo, por conveniencia también se permite el uso del número 255.255.255.255 con la misma finalidad, de forma que resulte más simple referirse a todos los sistemas de la red.

Subnets

En el caso de algunas organizaciones extensas puede surgir la necesidad de dividir la red en otras redes más pequeñas (subnets). Entonces, los bits designados en cada clase para la dirección de hosts, se dividen en dos grupos. Parte de ellos define la subred, y el resto el computador dentro de la subred. Es necesario notar que para el mundo externo (que maneja las direcciones de red solamente), esta decisión de la red local, o grupo de computadores, pasa inadvertida. Entonces, cada subred puede administrar sus bits de dirección de host como desee.

La división de los bits de dirección de host en subredes se realiza a través de una “máscara” que es un patrón de bits definidos, que determina que bits son usados para identificar la subred, y qué bits identifican al computador dentro de la subred.

Por ejemplo, consideremos los siguientes valores, para una dirección clase C:

Dirección IP:      192.228.15.57      En bits:          1100000.11100100.00010001.00111001

Mascara:           255.255.255.224   En bits:          1111111.11111111.11111111.11100000

AND Lógica: 192.228.17.32      En bits:      1100000.11100100.00010001.00100000

Es decir, que de los últimos 8 bits, dedicados a la dirección de host en clase C, los primeros 3 bits (en azul) determinan la subred, y los últimos 5 (en amarillo) enmascaran (ponen a cero) la dirección del computador dentro de la subred. El valor binario de los últimos 5 bits originales determinarán la dirección del computador dentro de la subred. En este ejemplo, la dirección 192.228.15.57 determina la red clase C 192.228.15, y dentro de ésta la subred número 1 = 001 y dentro de la subred 1, el computador 25=11001.

La figura 2 muestra un ejemplo con 3 subredes, LAN X, LAN Y y LAN Z, siguiendo el caso de las direcciones clase C vistas arriba. El conjunto está visto para el resto de Internet como la dirección 192.228.17.x, donde x representa la dirección de host clase C.

Figura 2. Subredes.

DETERMINACIÓN DE RUTAS

Está claro que una parte importante del desempeño de un protocolo depende de la forma en que se determinan las rutas que seguirán los paquetes. Para determinar la ruta se utilizan algoritmos que trabajan con diferentes clases de valores llamados “métricas”. Esas métricas, ya sea calculadas automáticamente o definidas por el administrador de la red, se utilizan para confeccionar y adaptar las tablas que utilizan los ruteadores y nodos intermedios. Las métricas más comunes son:

-       Longitud del camino: Esta es la métrica más usada. En algunos casos se asignan costos a cada tramo de una ruta, entonces la longitud del camino es la suma de los costos de cada salto. En otros casos se calcula la longitud como la suma de los saltos que debe soportar el paquete.

-       Confiabilidad: Es un valor arbitrario asignado por el administrador de la red. En algunos casos refleja la tasa de error de bits (Bit Error Rate) del tramo. En otros casos representa la probabilidad que el enlace esté caído, la facilidad de recuperarse, o una combinación de ambos.

-       Retrazo: Representa el tiempo necesario para transportar un paquete de un punto a otro. Este valor depende de muchos factores, por ejemplo: ancho de banda de los tramos, distancia a recorrer, colas formadas en los ruteadores, congestión en los enlaces, etc. Esta métrica es normalmente una de las más útiles.

-       Ancho de banda: Es una medida de la velocidad de transmisión de la información esperable en un enlace. Generalmente, cuanto más alta mejor, aunque por si sola no es una métrica definitiva de la velocidad entre extremos. Por ejemplo, se deben considerar factores como las colas en los ruteadores, etc que hacen que se desaproveche la velocidad del enlace.

-       Carga: Indica cuan ocupado está un elemento de la red, como por ejemplo un ruteador. Por ejemplo, un factor que influye en esta métrica es el porcentaje de utilización del procesador, determinando la capacidad de proceso en paquetes por segundo.

-       Costo: Se refiere al costo monetario. En algunos casos, se prefiere rutear un paquete por un camino más largo, pero más barato.

Roberto Rossi
Universidad Blas Pascal