Apéndice A.  Direcciones IP

§1  El diseño primitivo

Una dirección IP es como el número de teléfono o dirección de un ordenador concreto en la Red. Aunque los diseños iniciales datan de los años 1973/74, la primera estandarización de Septiembre de 1981, establecía que cada dirección IP vendría definida por 32 bits (4 octetos), por lo que se la conoce como IPv4.

Con esta estructura, teóricamente se podrían definir un total de 2³² = 4.294.967.296 direcciones distintas, algo que en los primeros tiempos parecía mas que suficiente.  Como Internet es una red de redes y el modelo de direcciones es el denominado routing ( A3.2), se decidió una estructura de dos niveles: nivel de red y nivel de equipo específico (Fig. 1). En consecuencia, se estableció que la dirección contuviese dos partes: una identificando la red (Network address), y otra el nodo u ordenador dentro de esta red (Host address).

Internet es una red de redes que funciona bajo el principio de conmutación de paquetes ( 3.1) en el que cada datagrama contiene la dirección de destino. Los paquetes son dirigidos a los enrutadores ("Routers") que son equipos que conocen las direcciones de todas las redes. Estas direcciones están contenidas en las tablas globales que son tanto mayores cuanto más redes distintas existan en la Internet. Cuando el paquete alcanza la red de destino es necesario que el router correspondiente consulte su tabla de pasarelas para hacer seguir el paquete a la subred correspondiente. El paquete llega finalmente a un equipo de la subred denominado pasarela ("Gateway") que comunica la subred con el exterior. El camino final dentro de la subred desde la pasarela al equipo de destino es directo y no necesita ya de ninguna consulta a tablas (más adelante se explica este proceso con algún detalle).

Inicialmente se había previsto un identificativo de red de 1 octeto, porque los diseñadores iniciales (1973/74) no podían figurarse que llegaran a existir más de 256 sub-redes distintas.  Cuando se hizo evidente que este número resultaría insuficiente, se inventó un sistema que incluye cinco clases de direcciones a las que nos referimos a continuación.

Si, como ocurre con frecuencia, un ordenador pertenece (está conectado) a dos redes distintas, debe tener dos direcciones IP distintas. Este es también el caso de un ordenador que está haciendo de anfitrión (hosting) de dos o mas dominios virtuales (cuando tenemos un dominio alojado en la máquina de un PSI 7.1), en estos casos, cada uno de ellos tiene una dirección IP distinta que se refiere a la misma máquina física. En otros casos, un cierto número de máquinas comparten un conjunto de direcciones IP, las denominada IPs dinámicas ( 3.6).

§2  Direcciones primarias

Puesto que en Internet coexisten muchos tipos de redes, para dotar de flexibilidad al sistema, se dispuso que existieran cinco modelos o clases distintas de direcciones:  A, B, C, D y E. Dicho de otro modo: el espacio total de direcciones posibles se dividió en cinco categorías o clases predefinidas.

Como puede verse en la Fig.2, cada clase asigna un espacio distinto para la identificación de red y de host, dentro de los 32 bits disponibles: 8, 16 y 24 bits (1, 2 y 3 octetos) para la identificación de la red en las clases A, B y C respectivamente. Por consiguiente, se reservan respectivamente 3, 2 y 1 octetos para la identificación del equipo en cada una de las clases.

El sistema incluye un código que identifica el tipo de esquema utilizado en cada caso, que está implícito en los tres primeros bits. Si el primero es 0 se trata de clase A, si los dos primeros son 1- 0, se trata de clase B, finalmente si el esquema inicial es 1- 1- 0, se trata de la clase C.

El principio de funcionamiento es el siguiente: Al recibirse un paquete IP en un enrutador, este necesita conocer la dirección de destino para reexpedirlo. Para ello lo primero es saber el tipo de codificación utilizado, para lo que examina los cuatro primeros bits. Una vez conocido el tipo de dirección, se puede establecer la dirección de la red de destino (network address) y el paquete es redirigido a un router que pueda hacerlo seguir a esa dirección (a este nivel la dirección del host -máquina concreta dentro de la subred- no se tiene en cuenta). Cuando el paquete llega finalmente a la red de destino es cuando se utiliza el número identificativo de la dirección de host y se le envía.

§2.1  La Clase A, denominada también /8 (barra ocho o simplemente ocho) tiene 8 bits para referenciar la identificación de la red, aunque como el primer bit es siempre 0, solo permite direccionar 2⁷ = 128 redes, además a este número hay que restarle 2, puesto que las direcciones 0.0.0.0 y 127.0.0.0 están reservadas (denominadas también 0/8 y 127/8).  A su vez, esta clase puede direccionar 2²⁴ = 16.777.216 nodos, aunque aquí también hay que restar 2, puesto que las direcciones 0.0.0 y 256.256.256 están reservadas (quedan 16.777.214 nodos).

Asumiendo que el primer bit es desaprovechado (siempre 0), esta clase ofrece un total de  2³¹ = 2.147.483.648 posibilidades, es decir, ½ del total teóricamente posible con el esquema IP de 32 bits.

§2.2  La Clase B, también denominada /16, tiene 2 octetos para identificar la red, pero los dos primeros bits están fijado en 1- 0, con lo que existen 2¹⁴ = 16.384 posibilidades, con 2¹⁶ = 65.536 hosts distintos por red. Globalmente este esquema contiene  2³⁰ = 1.073.741.824 direcciones, es decir, un 25% del total del sistema IPv4.

§2.3  La Clase C, (/24) tiene 3 octetos para el prefijo, aunque como se ha dicho, los tres primeros bits se han establecido en 1- 1- 0, con lo que ofrece 2²¹ = 2.097.152 direcciones de red y 2⁸-2 = 254 direcciones de host dentro de cada red (las direcciones 0 y 256 están reservadas).

Las posibilidades totales de direccionamiento de este esquema es de 2²⁹ = 536.870.912, lo que representa 1/8 del total del sistema IPv8.

Las clases mencionadas son las más populares, pero existen otras: La Clase D, utilizada para IP multicast, que tiene sus cuatro primeros bits fijos en 1- 1- 1- 0, y la Clase E, reservada para uso experimental, que tiene sus bits iniciales en 1- 1- 1- 1.

La tabla adjunta muestra las representaciones decimales de las direcciones IP de cada clase y sus rangos de valor posibles para las direcciones de red y de host [1].  Los valores xxx, dirección del nodo, pueden variar en el rango 1 a 255 (0 y 256 están reservados).

Aunque en un principio la capacidad de direccionamiento del modelo IPv4 parecía mas que suficiente, pronto se demostró ineficaz. Además el esquema de clases establecido no era muy adecuado, puesto que el modelo /24, al ofrecer solo 254 nodos posibles, es muy pequeño, mientras que el /16 demasiado grande. Además se hizo un uso bastante malo. Por ejemplo, a pequeñas redes con varios cientos de nodos se les asignaron direcciones únicas clase B en vez de haberles asignado varias clase C, con el consiguiente despilfarro en el espacio general de direcciones y del /16 en particular. El resultado es que actualmente el único espacio disponible para organizaciones de tipo medio es el modelo /24, con lo que las tablas globales de direcciones Internet han crecido desmesuradamente.

§3  Webografía

"Understanding IP Addressing:Everything You Ever Wanted To Know"  Chuck Semeria. 3Com.  www.3com.com

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[1]  Las magnitudes en negrita son direcciones IP en formato decimal punteado ( 3.2). El resto son números enteros