Tutorial de Máscara de Subred de Longitud Variable (VLSM)

El crecimiento exponencial de Internet en los últimos 30 años puso de manifiesto deficiencias en el diseño original del protocolo IP. A medida que Internet comenzó a expandirse rápidamente desde su estado inicial de investigación de redes militares hasta su prominencia comercial, la demanda de direcciones IP (particularmente en el espacio de clase B) se disparó.

Los expertos comenzaron a preocuparse por las propiedades de escalado a largo plazo del esquema de direcciones IP de clases A, B y C, y comenzaron a considerar formas de modificar la política de asignación de IP y los protocolos de enrutamiento para adaptarse al crecimiento. Esto llevó al establecimiento del grupo de Enrutamiento y Direccionamiento (ROAD) por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) a principios de la década de 1990 para encontrar formas de reestructurar el espacio de direcciones IP para aumentar su vida útil. El grupo de acuerdo con IETF RFC 4632 identificó tres problemas principales:

1. Agotamiento del espacio de direcciones de red de clase B
2. Crecimiento de las tablas de enrutamiento de enrutadores de Internet por encima de la capacidad del hardware y software actuales.
3. Eventual agotamiento del espacio de direcciones de red IPv4 de 32 bits

Como medida a corto y medio plazo, el grupo ROAD propuso una solución para permitir el uso de sistemas de asignación de IP «sin clase» para ralentizar el crecimiento de las tablas de enrutamiento globales y reducir la tasa de consumo de espacio de direcciones IPv4. Esto finalmente dio lugar a lo que ahora conocemos como Enrutamiento entre Dominios sin Clases (CIDR) y Máscara de Subred de Longitud Variable (VLSM), que permite una mayor flexibilidad en la creación de subredes, superando las estrictas reglas de las clases A, B y C. En esta guía, le ayudaremos a comprender el concepto de VLSM y le mostraremos cómo implementar subredes VLSM.

Fundamentos de VLSM

Para comprender completamente el concepto de VLSM, primero necesitamos entender el término máscara de subred, subred y Supernetting.

Máscara de subred

Un equipo utiliza máscaras de subred para determinar si algún equipo está en la misma red o en una red diferente. Una máscara de subred IPv4 es una secuencia de 32 bits de unos (1) seguida de un bloque de ceros (0). Los que designan el prefijo de red, mientras que el bloque final de ceros designa el identificador de host. En forma abreviada, usamos /24, lo que simplemente significa que una máscara de subred tiene 24 unos, y el resto son ceros.

Tabla 1.0 Dirección IP y máscara de subred en formato binario y decimal

Subredes

Como su nombre indica, la subredes es el proceso de dividir una sola red grande en varias redes pequeñas conocidas como subredes. El propósito principal de la subred es ayudar a aliviar la congestión de la red y mejorar la eficiencia en la utilización del espacio de direcciones de red relativamente pequeño disponible, especialmente en IPv4.

Supernetting

Supernetting es el opuesto directo de la subred, en la que múltiples redes se combinan en una sola red grande conocida como supernets. Supernetting proporciona actualizaciones de rutas de la manera más eficiente posible mediante la publicidad de muchas rutas en un anuncio en lugar de individualmente.

El objetivo principal de supernetting es simplificar o resumir las decisiones de enrutamiento de red para minimizar la sobrecarga de procesamiento al hacer coincidir rutas, y el espacio de almacenamiento de información de rutas en las tablas de enrutamiento. Una tabla de enrutamiento es un resumen de todas las redes conocidas. Los enrutadores comparten tablas de enrutamiento para encontrar la nueva ruta y localizar la mejor ruta para el destino. Sin Supernetting, el enrutador compartirá todas las rutas de las tablas de enrutamiento tal como están. Con Supernetting, los resumirá antes de compartir, lo que reduce significativamente el tamaño de las actualizaciones de enrutamiento.

Existen dos enfoques para subnetear una dirección IP para una red: Máscara de subred de longitud fija (FLSM) y máscara de subred de longitud variable (VLSM). En la subredes FLSM, todas las subredes son de igual tamaño con un número igual de identificadores de host. Se utiliza la misma máscara de subred para cada subred, y todas las subredes tienen el mismo número de direcciones. Tiende a ser el más derrochador porque utiliza más direcciones IP de las necesarias.

VLSM es una estrategia de diseño de subred que permite que todas las máscaras de subred tengan tamaños variables. En la subredes VLSM, los administradores de red pueden dividir un espacio de direcciones IP en subredes de diferentes tamaños y asignarlo de acuerdo con las necesidades individuales de una red. Este tipo de subredes hace un uso más eficiente de un rango de direcciones IP dado. VLSM es el estándar de facto de cómo se diseña cada red hoy en día. El cuadro 2.0 que figura a continuación es un resumen de las diferencias entre las subredes FLSM y VLSM. VLSM es compatible con los siguientes protocolos: Open Shortest Path First (OSPF), Protocolo de Enrutador de Puerta de enlace Interior Mejorado (EIGRP), Protocolo de Puerta de enlace Fronteriza (BGP), Protocolo de Información de Enrutamiento (RIP) versión 2 y 3 y Sistema Intermedio de Sistema a Intermedio (IS-IS). Necesita configurar su enrutador para VLSM con uno de esos protocolos.

Tabla 2.0 Diferencias entre Subredes FLSM y VLSM

Ahora imagine este escenario: John acaba de ser contratado como administrador de red para una nueva empresa con seis departamentos. Se espera que cree seis subredes separadas, una para cada departamento. Se le dio una dirección de red privada clase A 10.0.0.0 para este propósito; y por lo tanto, según todos los indicios, obviamente tiene mucho espacio de direcciones IP y ni siquiera puede imaginarse que alguna vez se quedará sin direcciones IP. Por esta razón, John se ha estado preguntando por qué debería molestarse con el proceso de diseño de VLSM. ¿Debería usar un diseño de red VLSM o FLSM? Bueno, la respuesta es simple. Al crear bloques contiguos de direcciones válidas para áreas específicas de la red, puede resumir fácilmente la red y mantener al mínimo las actualizaciones de rutas con un protocolo de enrutamiento. ¿Por qué alguien querría anunciar varias redes entre edificios cuando solo puede enviar una ruta de resumen entre edificios y lograr el mismo resultado?

Además, el desperdicio de espacio de direccionamiento IP de la red pública tiene implicaciones técnicas y económicas. En el lado técnico, acelera su agotamiento; y en el lado económico, cuesta mucho dinero porque las direcciones IP de la red pública son caras. Por lo tanto, la introducción de VLSM permitió la asignación de direcciones IP de un bloque más pequeño.

Implementando Subredes VLSM

Comenzaremos esta sección intentando resolver un problema práctico de VLSM. Ahora, imagine que fue contratado recientemente como Ingeniero de Redes para Braxton Investment Limited. Utilizando la técnica VLSM, diseñe un plan de IP para la empresa con un rango de IP de 192.168.4.0 / 24. La red de la compañía consta de tres redes de área local: LAN A, LAN B y LAN C, como se muestra en la Figura 2.0 a continuación. Estas tres LAN están conectadas con tres enlaces en serie: Link AB, Link BC y Link AC.

Una de las formas más fáciles de resolver los problemas de VLSM es utilizando un gráfico de subredes como el que se muestra en la Tabla 3.0 a continuación. Vamos a utilizar este gráfico para abordar el problema anterior

Tabla 3.0 subredes VLSM gráfico

Como se puede ver en el diagrama, tenemos seis redes LAN, LAN B, LAN C, y el enlace de A, B de enlace y un enlace C. Enlaces a, B, y C son también tres redes diferentes y cada uno requiere de dos identificadores de host. Por lo tanto, nuestra tarea es diseñar un plan IP para cada una de las seis redes de acuerdo con sus tamaños estipulados utilizando el método de subredes VLSM. Necesitamos cinco pasos para resolver el problema:

Paso 1: Organizar las redes de la más grande a la más pequeña, como se muestra en la Tabla 4.0 a continuación:

Tabla 4.0 LAN organizada de acuerdo con el número de hosts

Paso 2: Implemente la subred VLSM para la red más grande (LAN A)

La red LAN A más grande requiere 60 hosts. En la sección Host (fila) de nuestro gráfico de subredes a continuación, el más cercano a los 60 hosts requeridos es 64, que corresponde a 4 subredes y un nuevo valor CIDR de /26 (la columna está en negrita). A partir de esta información relevante, construiremos una nueva tabla que contenga el ID de red, la Máscara de Subred en notación CIDR, Utilizable y el Nombre de la Red de Área Local afectada. Tenga en cuenta que el primer identificador de host está reservado para el ID de red y el último ID de host está reservado para el ID de difusión, por lo que el número total de ID de host utilizables para cada subred en este caso particular es 62 (64-2).

Dado el rango de IP: 192.168.4.0/24

Tabla 5.0 plan IP de la LAN a (60 hosts)

Ahora vamos a la lista un IDENTIFICADOR de red para cada subred. Ten en cuenta que solo el cuarto octeto cambia; los tres primeros octetos siendo el mismo:

• El primer ID de red es siempre el original, dado que es 192.168.4.0
• El segundo IDENTIFICADOR de red es 192.168.4.64
• El tercer IDENTIFICADOR de red es 192.168.4.128
• El cuarto ID de red 192.168.4.192

Aquí está el patrón: El primer ID de red es siempre el original. El siguiente ID de red se obtiene añadiendo 64 al anterior. Podemos asignar cualquiera de estas subredes a LAN A, ya que todas tienen el mismo tamaño, pero en aras de la simplicidad, asignamos la primera subred (192.168.4.0) a LAN A. Las otras tres subredes disponibles se pueden marcar como no asignadas y reservadas para uso futuro. Hemos completado la tarea de diseñar el plan IP para la LAN – LAN B más grande.

Paso 3: Implementar la subred VLSM para la segunda red más grande (LAN B)

La segunda red más grande, LAN B, requiere 29 hosts. El número mínimo de hosts que pueden satisfacer LAN B con los 29 hosts de nuestro gráfico de subredes es de 32. Esto corresponde a ocho subredes y un nuevo valor CIDR de /27 (la columna está en negrita).

Ahora seleccione la primera subred grande no asignada en la Tabla 5.0 arriba y subdividir en dos subredes más pequeñas. Esto nos da 192.168.4.64 y 192.168.4.96 marcados en verde en la Tabla 6.0 a continuación. De nuevo, el patrón es simple: El primer ID de red es siempre el original. El siguiente ID de red se obtiene añadiendo 32 al anterior. Luego podemos asignar 192.168.4.64 a LAN B, y marcar la segunda (192.168.4.96) como no asignada y reservada para uso futuro. Hemos completado el diseño del plan de IP para LAN A.

Tabla 6.0 plan IP de la LAN B (29 hosts)

Paso 4: Implementar las subredes VLSM para LAN C

Este paso se repite el proceso anterior. El número mínimo de hosts que pueden satisfacer LAN C con los 14 hosts de nuestro gráfico de subredes es de 16. Esto corresponde a 16 subredes y un nuevo valor CIDR de /28 (la columna está en negrita).

Ahora seleccione la primera subred no asignada en la tabla 6.0 arriba y subdividir en dos subredes más pequeñas. Esto nos da 192.168.4.96 y 192.168.4.112 en la tabla 7.0 a continuación. De nuevo, el patrón es simple: El primer ID de red es siempre el original. El siguiente ID de red se obtiene añadiendo 16 al anterior. Luego podemos asignar 192.168.4.96 a LAN C, y marcar la segunda (192.168.4.112) como no asignada y reservada para uso futuro. Hemos completado el diseño del plan de IP para LAN C.

Tabla 7.0 Plan IP para LAN C (14 hosts)

Paso 5: Implementar subredes VLSM para Enlaces A, B y C

El último paso es asignar tres subredes más pequeñas para enlaces serie A, B y C. Cada enlace requiere dos ID de host. Por lo tanto, el número mínimo de hosts que cada uno puede enlazar con dos hosts en nuestro gráfico de subredes es de cuatro. Esto corresponde a 64 subredes y un nuevo valor CIDR de /30 en nuestro gráfico de subredes (la columna está en negrita).

Ahora seleccione la subred no asignada de la Tabla 7.0 anterior y divídala en cuatro subredes más pequeñas para acomodar las subredes de los tres enlaces serie. Esto nos da cuatro direcciones IP únicas, como se muestra en la Tabla 8.0 a continuación.

Tabla 8.0 Plan de IP para el enlace A, B y C (2 hosts cada uno)

De nuevo, aquí está el patrón: El primer ID de red siempre es el original. El siguiente ID de red se obtiene añadiendo cuatro al anterior. A continuación, podemos asignar las tres primeras direcciones IP al Enlace A, B y C, respectivamente, y marcar la última (192.168.4.124) como no asignada y reservada para uso futuro. Hemos terminado de diseñar el plan de IP para el enlace A, B y C, y de hecho para toda la red. La siguiente tabla es el plan de propiedad intelectual completo de Braxton Investment Limited.

Tabla 9.0 IP plan de Braxton Inversión limitada

VLSM es crucial técnica en el moderno diseño de la red. Si desea diseñar e implementar redes escalables y eficientes, definitivamente debe dominar el arte de la subredes VLSM. Uno de los objetivos clave de la subredes VLSM en IPv4 es mejorar la eficiencia en la utilización del espacio disponible. Esto ha logrado mantenerlo en marcha en los últimos 30 años. Pero el 25 de noviembre de 2019, el Centro de Coordinación de Redes RIPE anunció que realizó la asignación final de direcciones IPv4 /22, y oficialmente se ha quedado sin direcciones IPv4. Una solución a largo plazo para el eventual agotamiento del espacio de direcciones de red IPv4 de 32 bits es el protocolo IPv6 de 64 bits.

Preguntas frecuentes sobre subredes VLSM