Introducción a protocolos más avanzados de subredes: VLSM

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingenierı́a
Escuela de Ingenierı́a Eléctrica
IE-0425 Redes de Computadoras
Introducción a protocolos más avanzados
de subredes: VLSM (variable length
subnet masks)
Profesor: Ing. Eduardo Navas
Alumnos:
Abiel Bermúdez Azofeifa
Daniel Zúñiga Calderón
Julio de 2015
Índice general
Índice general
ii
Índice de figuras
iii
Índice de cuadros
iv
1 Resumen
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
2 Marco teórico
2.1 Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Classful y Classless . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Jerarquı́a en Internet . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Prefijo de red extendida (extended network prefix)
2.5 Agregación de rutas (route agregation) . . . . . . .
2.6 VLSM (variable length subnet masks) . . . . . . .
2.7 Ventajas del VLSM . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8 Requisitos del VLSM . . . . . . . . . . . . . . . .
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2
2
4
5
6
6
7
7
7
3 Desarrollo
3.1 Ejercicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Solución propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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8
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4 Conclusiones
13
Bibliografı́a
14
ii
Índice de figuras
2.1
2.2
2.3
Esquemático de una red LAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Jerarquı́a en Internet: de 2 niveles a 3 niveles. . . . . . . . . . . . .
Prefijo de red extendida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
6
3.1
3.2
3.3
Topologı́a de red. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Subred 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Subred 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
10
10
iii
Índice de cuadros
3.1
3.2
Requerimientos de red de una empresa . . . . . . . . . . . . . . . .
Asignación de direcciones de la empresa . . . . . . . . . . . . . . .
iv
9
11
1
Resumen
El presente trabajo provee una explicación general sobre VLSM. Se realizó
primero un repaso básico sobre redes y subredes, para luego pasar a definir
conceptos importantes en el tema de subneteo. Se detalla el objetivo funcional
detrás de tener una máscara de subred de longitud variable, ası́ como los
requisitos necesarios para poder desplegar VLSM y sus principales ventajas.
Por último se plantea y resuelve un ejercicio para demostrar los conocimientos adquiridos.
1.1
Objetivos
Objetivo general
Investigar sobre el protocolo avanzado de subneteo VLSM para poder aplicarlo
en situaciones prácticas.
Objetivos especı́ficos
• Documentar conceptos teóricos referentes a subredes.
• Explicar el concepto de VLSM.
• Conocer los requisitos y principales ventajas del VLSM.
• Resolver un ejercicio planteado con fines didácticos, utilizando las herramientas aprendidas.
1
2
Marco teórico
2.1
Redes
Una red es un conjunto de dispositivos conectados que intercambian información. Las redes vienen en variedad de tamaños y pueden servir para cumplir
una gran cantidad de funciones distintas. Algunas de las diferencias fundamentales que ayudan a clasificarlas son:
• El tamaño del área cubierta.
• El número de dispositivos conectados.
• El número y tipo de servicios proporcionados.
En un principio el término local hacı́a referencia a que el grupo de dispositivos estaba agrupado en un área geográficamente pequeña. Sin embargo;
aunque esto sigue siendo cierto en muchos casos, con la evolución y crecimiento
acelerado de las tecnologı́as y de las redes mismas la definición ha evolucionado. Una red de área local (LAN, por sus siglas en inglés) es un grupo de
dispositivos y usuarios conectados bajo un mismo control administrativo. Los
usuarios pueden ubicarse en una misma casa, en un mismo piso, en todo un
edificio o inclusive en un campus completo; y sus diversos elementos pueden
realizar tareas especı́ficas y servir propósitos distintos. La figura 2.1 muestra
el esquemático de una red LAN sencilla.
En una LAN los usuarios se conectan a la red a través de dispositivos
terminales como computadoras, teléfonos, cámaras de vigilancia, impresoras,
servidores, entre otros. Dentro de la red también pueden existir dispositivos
intermedios como hubs, bridges y switches. El medio de conexión puede ser
fı́sico (cable coaxial, UTP o fibra óptica) o inalámbrico (ondas electromagnéticas). Además las redes LAN pueden ser interconectadas para formar redes
más grandes y complejas.
Algunos de los estándares de redes LAN más utilizados son:
• Ethernet.
• Token Ring.
2
2 Marco teórico
3
Figura 2.1: Esquemático de una red LAN.
• Wireless.
• FDDI.
Otro concepto interesante es el red de área local virtual. Es una red en la
cual sus dispositivos se comportan como si estuvieran en el mismo segmento
de la red LAN, aun cuando fı́sicamente pueden encontrarse muy espaciados
(en un segmento distinto). Las redes VLAN son completamente configuradas
a través de software y han ocasionado que la lı́nea que separa a las redes LAN
de otros tipos de red se difumine.
Subredes
Las subredes son un método para maximizar el espacio de direcciones IPv4
(32 bits) y reducir el tamaño de las tablas de enrutamiento en una interred
mayor. En cualquier clase de dirección, las subredes proporcionan un medio
de asignar parte del espacio de la dirección host a las direcciones de red, lo
cual permite tener más redes (a este proceso se le conoce como subneteo). La
parte del espacio de dirección de host asignada a las nuevas direcciones de red
se conoce como número de subred.
Además de hacer la distribución del espacio de la dirección IPv4 sea más
eficaz, el subneteo presenta varias ventajas administrativas. El enrutamiento
puede complicarse enormemente a medida que aumenta el número de redes y
hosts. Es por esto que manejar redes más pequeñas y debidamente etiquetadas
2 Marco teórico
4
puede ayudar muchı́simo en la labor de gestión de red. Esta división también
puede reducir la cantidad de información de enrutamiento que se debe comunicar entre los diferentes enrutadores.
Máscara de red
La máscara de red determina cuántos y cuáles bits del espacio de la dirección
host representan el número de subred y cuántos y cuáles bits quedan libres para
determinar la nueva cantidad de hosts disponibles en cada subred. Como parte
del proceso de subneteo, debe seleccionarse una máscara de red apropiada.
Los 32 bits de una dirección IPv4 se dividen en 4 bytes. Cada byte se asigna
al número de red o al número de hosts, según la clase de red. Por ejemplo,
en una dirección IPv4 de clase B, los 2 bytes de la izquierda se asignan al
número de red, y los 2 de la derecha al número de hosts. Al subnetear, se
utilizan algunos de los bits de los bytes asignados al número de hosts como
bits disponibles para direcciones de red (creando de esta manera subredes).
La máscara de red puede aplicarse a una dirección IPv4 utilizando el operador lógico AND en el nivel de bits. Esta operación selecciona las posiciones
del número de red y el número de subred de la dirección. Todos los bits en
nivel alto (uno lógico) representan el número de subredes y todos los bits en
nivel bajo (cero lógico) representan el número de hosts.
2.2
Classful y Classless
Classful
Su principal caracterı́stica es que no se envı́a la máscara de subred en las
actualizaciones de la tabla de enrutamiento. En este caso se toma una de dos
opciones:
1- Si el router tiene una conexión directa por una interfaz perteneciente a
la misma red superior entonces se aplica la misma máscara de subred como
interfaz.
2- Si el router no tiene una interfaz perteneciente a la misma red superior
entonces se aplica la máscara de subred classful.
Algunos protocolos de enrutamiento classful son RIPv1 y IGRP.
Ejemplo:
2 Marco teórico
5
Si se tiene dos routers: A y B, donde B tiene la dirección 10.2.5.0/16. Si B
envı́a la tabla de enrutamiento en la actualización al Router A, ésta no incluirá
la máscara de subred 10.2.0.0 para la red. Entonces el Router A debe decidir:
- Si tiene una interfaz conectada directamente que pertenece a la misma
red superior (10.0.0.0), entonces, usará esa máscara de subred (10.2.0.0) para
la ruta.
- Si no tiene una interfaz conectada directamente que pertenece a la misma
red superior (10.0.0.0), entonces, usará la máscara de subred de la red superior
(10.0.0.0).
Classless
En este caso sı́ se envı́a la máscara de subred cada vez que se hace actualización de las tablas de enrutamiento de la red, por lo que las rutas están
debidamente identificadas. Algunos protocolos de enrutamiento classless son
RIPv2, EIGRP, OSPF e IS-IS.
Por ejemplo; si se tiene una dirección IP 10.2.69.5/18, el enrutador ignora
el tipo de clase y a partir de la máscara de red 255.255.192.0 identifica la red
a la que pertenece (10.2.192.0).
2.3
Jerarquı́a en Internet
El cambio de jerarquı́a de 2 a 3 niveles ocurre cuando se toman prestados bits
de host en una red para formar una subred, tal y como puede observarse en
la figura 2.2.
Figura 2.2: Jerarquı́a en Internet: de 2 niveles a 3 niveles.
2 Marco teórico
2.4
6
Prefijo de red extendida (extended network
prefix)
El prefijo de red extendida se obtiene cuando se define una nueva máscara de
subred. Por ejemplo, si se tiene una dirección de red x.x.x.x/24 y se quiere
dividir esta red en 8 subredes, entonces se toman prestados 3 bits de host y se
crea una máscara de subred de x.x.x.x/27 es decir: 255.255.255.224 (ver figura
2.3).
Figura 2.3: Prefijo de red extendida.
2.5
Agregación de rutas (route agregation)
Es un método utilizado para minimizar el número de tablas de enrutamiento
de una red IP. Funciona de manera que se unen múltiples rutas seleccionadas
en una sola, en lugar de generar una entrada en la tabla por cada ruta. Es
necesario utilizar enrutamiento entre dominios sin clases (CIDR por sus siglas
en inglés) para implementarlo.
La forma como funciona consiste en utilizar menos bits de la máscara de
subred para abarcar más direcciones, y a las direcciones que se desean unir se
les aplica un Y lógico bit a bit para obtener la dirección compartida que se
agregará en la tabla de enrutamiento.
Ejemplo:
Supóngase que se tienen las direcciones IP 172.16.64.0/23 y 172.16.66.0/23.
Se observa que la dirección resumida de la tabla de enrutamiento será la
172.16.64.0/22, que abarca los rangos de direcciones de las dos redes anteriores en una sola dirección.
2 Marco teórico
2.6
7
VLSM (variable length subnet masks)
Con el agotamiento de las direcciones IP surgieron muchı́simas ideas para
crear subredes como el caso del enrutamiento sin clases o las direcciones IP
privadas. Una de estas soluciones es la máscara de subred de tamaño variable,
técnica introducida en 1987 por la IETF (Internet Engineering Task Force)
buscando más flexibilidad para las subredes.
Consiste en dividir una red o subred en otras subredes más pequeñas con
máscaras diferentes que se adapten al tamaño de la red. De esta forma es
posible minimizar el desperdicio a la hora de asignar direcciones IP y lograr
una mejor administración de la red. Además se trata de un proceso completamente transparente a internet, puesto que es el enrutador quien realiza las
operaciones sobre las máscaras de subred.
2.7
Ventajas del VLSM
Se evita el desperdicio de direcciones utilizando eficazmente el espacio de direccionamiento aplicando máscaras de tamaños óptimos. Se puede dividir un
bloque de direcciones en bloques más pequeños. Gracias a sus aportes, se tiene
mayor flexibilidad al momento de diseñar una red. Se puede aplicar en redes
empresariales jerárquicas.
• Minimiza el desperdicio del espacio direccionable.
• Mayor flexibilidad durante el diseño de red.
• Mejora la labor de gestión de red.
2.8
Requisitos del VLSM
El único requisito para implementar VLSM es que se utilice CIDR (trabajar
con un dominio classless) y algún protocolo adecuado que permita su uso.
Por ejemplo: Integrated IS-IS (Integrated Intermediate System to Intermediate System), EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), OSPF
(Open Shortest Path First) o RIPv2.
3
Desarrollo
Para poder comprender mejor el concepto detrás del VLSM ; ası́ como sus
ventajas prácticas, se planteó el ejercicio resuelto en la presente sección.
3.1
Ejercicio
Una empresa transnacional tiene tres grandes sedes en todo el mundo y desea
gestionar los diferentes departamentos en cada una dentro de una subred diferente. También resulta de interés interconectar todas las sedes. Un diagrama
topológico de la red se muestra en la figura 3.1.
Figura 3.1: Topologı́a de red.
Adicionalmente, los requerimientos de la empresa se muestran en el cuadro 3.1. Cabe mencionar que los datos presentados ya toman en consideración
8
3 Desarrollo
9
una estimación de la empresa en cuanto a un determinado porcentaje de crecimiento dentro de un perı́odo de tiempo dado.
Cuadro 3.1: Requerimientos de red de una empresa
Subred
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3.2
Segmento
Hosts
Producción Canadá
Producción Brasil
Producción Alemania
Desarrollo Canadá
Financiero Canadá
Recursos Humanos Canadá
Financiero Brasil
Financiero Alemania
Recursos Humanos Brasil
Recursos Humanos Alemania
Legal Canadá
Legal Brasil
Legal Alemania
Enlace WAN 1
Enlace WAN 2
Enlace WAN 3
3800
2000
1500
914
650
500
345
180
120
120
74
52
28
2
2
2
Solución propuesta
El primer paso para subnetear aplicando VLSM es organizar los requerimientos de red en orden (de mayor a menor número de hosts). Dicha tarea fue
realizada y ya se mostró en el cuadro 3.1 en la sección anterior. Se procede
entonces a subnetear el segmento de red más grande.
Para manejar 3800 hosts, la máscara de subred más apropiada es la 255.255.240.0
que otorga una capacidad máxima de 14 subredes con hasta 4096 hosts cada
una. Sólo se necesita utilizar una subred de este tipo por lo que el número de
subredes no es ningún problema; además, 4096 - 3800 = 296 hosts es el menor
desperdicio posible que puede obtenerse (alrededor de un 7 %).
La asignación de subred se muestra en la figura 3.2.
Para tener una mayor claridad a la hora de asignar las subredes, se recomienda manejar las direcciones en binario. Nótese que la subred 1 (16.0, bits
marcados en rojo) cumple con los requerimientos del segmento de red (bits del
3 Desarrollo
10
Figura 3.2: Subred 1.
número de hosts marcados en verde). Las direcciones restantes (de la subred
2 en adelante) se encuentran disponibles para asignaciones futuras.
Seguidamente se subnetea el próximo segmento de red más grande. Para
manejar 2000 hosts, la máscara de subred más apropiada es la 255.255.248.0
que otorga una capacidad máxima de 30 subredes con hasta 2046 hosts cada
una. Se utilizarán solamente dos subredes de este tipo por lo que el número de
subredes no es ningún problema; además, 2046 - 2000 = 46 hosts es el menor
desperdicio posible que puede obtenerse (alrededor de un 2 %).
La asignación de subred se muestra en la figura 3.3.
Figura 3.3: Subred 2.
Nótese que las direcciones dentro de las subredes 1 a la 3 (8.0 a 31.255, bits
marcados en rojo) ya se encuentran ocupadas. Fueron asignadas al segmento
de red anterior, por lo que no pueden ser utilizadas. Sin embargo la subred 4
(32.0, bits marcados en rojo) cumple con los requerimientos del segmento de
red (bits del número de hosts marcados en verde). Las direcciones restantes (de
la subred 5 en adelante) se encuentran disponibles para asignaciones futuras.
Esta es el detalle más importante que hay tener en consideración a la hora
de aplicar VLSM. Aunque se le apliquen diferentes máscaras de subred a la
red principal; debe recordarse que conforme los segmentos de red más grandes
sean asignados, éstas direcciones ya no estarán disponibles para las subredes
más pequeñas. Debe tenerse mucho cuidado para no traslapar las direcciones
asignadas y evitarse problemas a futuro.
La solución del problema sigue la dinámica descrita y fue explicada en
detalle durante la exposición del trabajo. La solución completa se adjunta
como un archivo de Excel en forma de anexo digital. El cuadro 3.2 resume la
asignación total de direcciones.
3 Desarrollo
11
Cuadro 3.2: Asignación de direcciones de la empresa
Subred
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Segmento
Hosts
Subred
Máscara Decimal
Producción Canadá
Producción Brasil
Producción Alemania
Desarrollo Canadá
Financiero Canadá
Recursos Humanos Canadá
Financiero Brasil
Financiero Alemania
Recursos Humanos Brasil
Recursos Humanos Alemania
Legal Canadá
Legal Brasil
Legal Alemania
Enlace WAN 1
Enlace WAN 2
Enlace WAN 3
3800
2000
1500
914
650
500
345
180
120
120
74
52
28
2
2
2
192.168.16.0
192.168.32.0
192.168.40.0
192.168.48.0
192.168.52.0
192.168.56.0
192.168.58.0
192.168.60.0
192.168.61.0
192.168.61.128
192.168.62.0
192.168.62.128
192.168.62.192
192.168.62.224
192.168.62.228
192.168.62.232
255.255.240.0
255.255.248.0
255.255.248.0
255.255.252.0
255.255.252.0
255.255.254.0
255.255.254.0
255.255.255.0
255.255.255.128
255.255.255.128
255.255.255.128
255.255.255.192
255.255.255.224
255.255.255.252
255.255.255.252
255.255.255.252
Nótese que el uso de máscaras de subred diferentes para cada segmento de
red tiene como resultado una minimización del desperdicio. Se logró satisfacer
los requerimientos de red de la empresa con un único grupo de direcciones clase
B asignado. Si se hubiera utilizado un subneteo normal con máscara fija, esto
hubiera resultado imposible debido a la disparidad entre los requerimientos de
los segmentos de red.
Por ejemplo, si se hubiera utilizado para toda la red, la máscara de subred
/20 que se usó únicamente para el segmento de red más grande resolviendo por
VLSM, se tendrı́a una capacidad máxima de 14 subredes. La empresa requiere
16 subredes, por lo que ésta solución no es viable. Si se aumenta el número
de subredes para satisfacer éste requerimiento, entonces no habrı́a suficientes
hosts para manejar segmento de red más grande. Por tanto, si se utilizara
subneteo con máscara fija se requerirı́an de al menos dos grupos de red clase
B para resolver el problema.
Una red clase B se usarı́a para el segmento de 3800 hosts, dando como
resultado un desperdicio de 65534 - 3800 = 61734 hosts (alrededor de un 94 %
de desperdicio).
La segunda red clase B podrı́a usar una máscara de subred /21 que otorga
Máscara
/20
/21
/21
/22
/22
/23
/23
/24
/25
/25
/25
/26
/27
/30
/30
/30
3 Desarrollo
12
una capacidad máxima de 30 subredes con hasta 2046 hosts cada una. Esto
permitirı́a satisfacer los requerimientos de los otros 15 segmentos de red, pero
de una manera muy sobre dimensionada. Por ejemplo; se estarı́an utilizando solamente dos hosts en los segmentos de red más pequeños, dejando un
desperdicio de 2046 - 2 = 2044 hosts (un 99.9 %).
Esta no es la única solución posible que puede obtenerse con subneteo con
máscara fija, pero es un ejemplo muy significativo del gran desperdicio y poca
eficiencia del método en comparación con VLSM.
4
Conclusiones
• VLSM es una técnica de subneteo que minimiza el desperdicio en los
segmentos de red.
• Es de vital importancia tener cuidado de no traslapar las direcciones
asignadas a los distintos segmentos de red cuando se utilizan diferentes
máscaras de subred.
• El VLSM puede utilizarse también para volver más legible el direccionamiento de una empresa u organización, mejorando ası́ la gestión de la
red.
• El equipo de red utilizado debe soportar protocolos compatibles con
VLSM para poder usar esta técnica en el diseño topológico de la red.
• El VLSM es una herramienta muy poderosa en el mundo de las redes
de computadoras, y debe ser dominado por los ingenieros de telecomunicaciones.
13
Bibliografı́a
(Revisado en junio 2015). http://networkingschooling.blogspot.com/2010/05/exampleof-subnetting-with-extended.html.
A., D. M., Richard, M., y W, R. A. (2008). Network Fundamentals CCNA
Exploration Companion Guide. Cisco Press.
Balchunas, A. (2006). Classful vs classless routing. Vol 1.
Domingo, A. A. (2013). Redes Locales. McGraw-Hill España.
Hillar, G. (2009). Redes: diseño, actualización y reparación. Hispano Americana S.A.
Ribes, R. C. y Fernández, J. L. (2013). Redes Locales. Macmillan Iberia S.A.
14