Tutorial de máscara de subred de longitud variable (VLSM)

El crecimiento exponencial de Internet en los últimos 30 años expuso las deficiencias en el diseño del protocolo IP original. A medida que Internet comenzó a expandirse rápidamente desde su estado inicial de investigación de red militar hacia 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 escalamiento a largo plazo de los esquemas 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 parte del 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 según RFC 4632 del IETF identificó tres problemas principales:

1. Agotamiento del espacio de direcciones de red Clase B
2. Crecimiento de las tablas de enrutamiento de los enrutadores de Internet más allá 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 clases' para frenar el crecimiento de las tablas de enrutamiento globales y reducir la tasa de consumo de espacio de direcciones IPv4. Esto eventualmente dio origen a lo que hoy conocemos como Classless Inter-Domain Routing (CIDR), y Variable length Subnet Mask (VLSM), que permite una mayor flexibilidad en la creación de subredes, superando las estrictas reglas de las reglas A, B, y clases C. En esta guía, lo ayudaremos a comprender el concepto de VLSM y le mostraremos cómo implementar VLSM Subnetting.

Fundamentos de VLSM

Para comprender completamente el concepto de VLSM, primero debemos comprender el término máscara de subred , subredes , y Superred .

Máscara de subred

Una computadora utiliza máscaras de subred para determinar si alguna computadora 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 unos designan el prefijo de la red, mientras que el bloque final de ceros designa el identificador del host. En pocas palabras, usamos /24, lo que simplemente significa que una máscara de subred tiene 24 unos y el resto son ceros.

subredes

Como su nombre lo indica, la creación de subredes es el proceso de dividir una única red grande en varias redes pequeñas conocidas como subredes. El objetivo principal de la creación de subredes 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.

Superred

La superred es lo opuesto a la subred, en la que se combinan varias redes en una única red grande conocida como superred. Supernetting proporciona actualizaciones de rutas de la manera más eficiente posible al anunciar muchas rutas en un solo anuncio en lugar de hacerlo individualmente.

El objetivo principal de la superred es simplificar o resumir las decisiones de enrutamiento de la red para minimizar la sobrecarga de procesamiento al hacer coincidir rutas y el espacio de almacenamiento de información de ruta 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 compartirlos, lo que reduce significativamente el tamaño de las actualizaciones de enrutamiento.

Hay dos métodos para dividir en subredes una dirección IP para una red: máscara de subred de longitud fija (FLSM) y máscara de subred de longitud variable (VLSM). En la subred FLSM, todas las subredes son del mismo tamaño con el mismo número de identificadores de host. Se utiliza la misma máscara de subred para cada subred y todas las subredes tienen la misma cantidad de direcciones. Tiende a ser el que más desperdicio produce 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 creación de subredes VLSM, los administradores de red pueden dividir un espacio de direcciones IP en subredes de diferentes tamaños y asignarlo según las necesidades individuales de una red. Este tipo de división en subredes hace un uso más eficiente de un rango de direcciones IP determinado. VLSM es el estándar de facto sobre cómo se diseña cada red en la actualidad. La Tabla 2.0 a continuación es un resumen de las diferencias entre subredes FLSM y VLSM. VLSM es compatible con los siguientes protocolos: Abrir primero la ruta más corta (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 e Intermedio de sistema a intermedio. Sistema (IS-IS). Debe configurar su enrutador para VLSM con uno de esos protocolos.

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 independientes, una para cada departamento. Se le proporcionó una dirección de red privada clase A 10.0.0.0 para este fin; y, según todos los indicios, obviamente tiene mucho espacio de direcciones IP y ni siquiera puede imaginar que alguna vez se quedaría sin direcciones IP. Por esta razón, John se ha estado preguntando por qué debería preocuparse por el proceso de diseño de VLSM. ¿Debería utilizar 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 sólo se puede enviar una ruta resumida entre edificios y lograr el mismo resultado?

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

Implementación de subredes VLSM

Comenzaremos esta sección intentando resolver un problema práctico de VLSM. Ahora, imagine que recientemente lo contrataron como ingeniero de redes para Braxton Investment Limited. Utilizando la técnica VLSM, diseñe un plan IP para la empresa con un rango de IP 192.168.4.0/24. La red de la empresa 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: Enlace AB, Enlace BC y Enlace AC.

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

Como puede ver en el diagrama, tenemos seis redes LAN A, LAN B, LAN C y el enlace A, el enlace B y un enlace C. Los enlaces A, B y C también son tres redes separadas y cada una requiere 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: Organice las redes de mayor a menor como se muestra en la Tabla 4.0 a continuación:

Paso 2: implementar subredes VLSM para la red más grande (LAN A)

La red LAN A más grande requiere 60 hosts. En la sección Host (fila) de nuestro cuadro 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, crearemos una nueva tabla que contiene ID de red, máscara de subred en notación CIDR, utilizable y 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 transmisión, 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

Ahora enumeremos una ID de red para cada subred. Tenga en cuenta que sólo cambia el cuarto octeto; los primeros tres octetos siguen siendo los mismos:

• La primera ID de red es siempre la ID original dada, que es 192.168.4.0
• El segundo ID de red es 192.168.4.64
• El tercer ID de red es 192.168.4.128
• El cuarto ID de red es 192.168.4.192

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

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

La segunda red más grande, LAN B, requiere 29 hosts. La cantidad mínima de hosts que pueden satisfacer la LAN B con los 29 hosts en nuestro cuadro de subredes es 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 anterior y subdivídala 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. Nuevamente, el patrón es simple: la primera ID de red es siempre la original. El siguiente ID de red se obtiene sumando 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 IP para LAN A.

Paso 4: Implementar subredes VLSM para LAN C

Este paso repite el proceso anterior. La cantidad mínima de hosts que pueden satisfacer LAN C con los 14 hosts en nuestro cuadro de subredes es 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 anterior y subdivídala en dos subredes más pequeñas. Esto nos da 192.168.4.96 y 192.168.4.112 en la Tabla 7.0 a continuación. Nuevamente, el patrón es simple: la primera ID de red es siempre la original. El siguiente ID de red se obtiene sumando 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 IP para LAN C.

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

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

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

Nuevamente, aquí está el patrón: la primera ID de red es siempre la original. El siguiente ID de red se obtiene sumando cuatro al anterior. Luego podemos asignar las primeras tres 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 completado el diseño del plan IP para los enlaces 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.

VLSM es una técnica crucial en el diseño de redes modernas. Si desea diseñar e implementar redes escalables y eficientes, definitivamente debe dominar el arte de la creación de subredes VLSM. Uno de los objetivos clave de la subred VLSM en IPv4 es mejorar la eficiencia en la utilización del espacio disponible. Esto ha conseguido que siga funcionando durante los últimos 30 años. Pero el 25 de noviembre de 2019, Centro de coordinación de la red RIPE anunció que realizó la asignación final de direcciones IPv4 /22 y oficialmente se quedó 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 de VLSM s

¿Cómo se calcula VSLM?

La forma más sencilla de calcular VLSM es utilizar un gráfico de subredes como el que se muestra en la Tabla 3.0 anterior y luego seguir los pasos a continuación:

1. Organice los requisitos de las direcciones IP en orden descendente como el que se muestra en la Tabla 4.0 anterior.
2. Utilizando el cuadro de subredes, asigne las máscaras de subred adecuadas a cada subred según la cantidad requerida de hosts.
3. Asigne una de las subredes resultantes a la LAN designada y reserve el resto para uso futuro.
4. Elija la siguiente subred disponible del paso 3 anterior y repita el proceso de creación de subredes utilizando el cuadro hasta llegar a la última red de su lista.
5. Revise y documente su resumen de subredes

Consulte la sección 'Implementación de subredes de VLSM' anterior para obtener una explicación detallada.

¿Qué significa cuando dice 'IP no en el rango de subred'?

'IP no en el rango de subred' simplemente significa que está intentando utilizar una dirección IP que no pertenece al bloque de IP definido por la máscara de subred en cuestión. Según nuestro ejemplo de VLSM anterior, si la dirección de red y la máscara de subred para LAN B es 192.168.4.0 y 255.255.255.192 (/26) respectivamente, y está intentando utilizar una dirección IP de 192.168.2.2, obtendrá un ' Error de IP no en el rango de subred. Las únicas direcciones IP de host utilizables dentro del rango son 192.168.4.1–192.168.4.62, como se muestra en la Tabla 9.0.

¿Cómo afectaría el uso de VLSM su elección de protocolos de enrutamiento?

Bueno, la mala noticia es que no todos los protocolos de enrutamiento admiten VLSM. Los protocolos de enrutamiento con clase, como RIPv1 e IGRP, no son compatibles con VLSM. Por lo tanto, es importante asegurarse de configurar su enrutador para VLSM con uno de los protocolos admitidos. Pero la buena noticia es que toda la generación actual de protocolos de enrutamiento, como RIPv2/v3, OSPF, IS-IS, EIGRP, BGP e incluso rutas estáticas, no tienen clases y, por lo tanto, admiten VLSM.