2 de noviembre de 2019

Método sencillo para el cálculo de subredes

Entre las novedades que introduce el nuevo examen de certificación CCNA 200-301 (disponible a partir del 24 de febrero de 2020) hay una actualización en el mecanismo de cálculo de subredes.

Algo de historia
El diseño original del direccionamiento IPv4 (RFC 791) no consideraba subredes, sino que la estructura jerárquica de las direcciones de 2 niveles (red / host) estaba vinculada únicamente a la división de clases.
Más tarde (RFC 950 de 1985) se introdujo el concepto de subred y con él los mecanismos de cálculo de máscara de subred y cantidad de host.
Eran los tiempos del enrutamiento classful y RIPv1. Esto imponía ciertas limitaciones al diseño que luego con el tiempo fueron superadas. Pero a raíz de estas limitaciones no sólo era necesario mantener la misma máscara de subred en todas las subredes, sino que también, al implementar subredes se "perdían" la primera y última subred que ya no eran utilizables.
Eran las subredes cero y all-ones.
Esto hacía que la fórmula de cálculo tradicional de la cantidad de subredes disponibles fuera:
    2[bits de subred] – 2 = subredes utilizables
La norma era que siempre se perdían dos subredes completas.

La introducción del enrutamiento classless y los protocolos de enrutamiento classless (RIPv2, OSPF, etc.), entre otras novedades permitieron la utilización de las subredes cero y all-one, lo que está soportado por defecto en Cisco IOS desde la versión 12.0.
Sin embargo el aprovechamiento de esta posibilidad exigía que estuviera soportada en la totalidad de los dispositivos de enrutamiento del dominio de enrutamiento, lo que imponía una limitación.
Esto explica que a través de los años Cisco haya mantenido en su consideración respecto del cálculo de subredes que, en principio, se perdían dos subredes al implementar subredes salvo que explícitamente se indicara lo contrario.
Y así se llevó a los exámenes de certificación.
En el cálculo de subredes exigido por el examen de certificación siempre se pierden 2 subredes salvo que explícitamente se indique lo contrario.
Pero esto cambió.
En el nuevo CCNA (orientado al examen de certificación 200-301) el cálculo de subredes considera como utilizables las subredes cero y all-ones.
Por esto consideré conveniente reformular el método sencillo para el cálculo de subredes que presento desde hace varios años para adaptarlo a este nuevo requerimiento.

El método de cálculo reformulado
Antes de comenzar con la tarea usted debe tener 2 datos básicos:
  • Cuál es el número total de subredes que se requieren, incluyendo la consideración de un posible crecimiento de la red.
  • Cuál es el número de nodos que se requieren o prevén en cada subred, teniendo en cuenta también en este caso la posible expansión y crecimiento.
A partir de aquí, responda estas 6 preguntas básicas:
  1. ¿Cuántas subredes son necesarias?
  2. ¿Cuántos nodos se necesitan por subred?
  3. ¿Cuáles son los números reservados de subred?
  4. ¿Cuáles son las direcciones reservadas de broadcast?
  5. ¿Cuál es la primera dirección de nodo válida de cada subred?
  6. ¿Cuál es la última dirección de nodo válida de cada subred?
Con lo que se obtienen 6 respuestas.

Se entiende mucho mejor con un ejemplo:
Tomemos como referencia una red clase C, la red 192.168.1.0 y consideremos dividirla utilizando la máscara 255.255.255.224.


Como ya dije, se trata de una red clase C (el primer octeto es 192), que utiliza 24 bits para identificar la red (255.255.255.xxx), 3 bits para identificar la subred (xxx.xxx.xxx.224) y 5 bits (32 bits totales – 24 bits de la clase C – 3 bits de subredes = 5) para identificar los nodos.

-1-
¿Cuántas subredes son necesarias?
La cantidad de subredes utilizables se calcula tomando como base la cantidad de bits de la porción del nodo que se toman para generar subredes.
Si la máscara de subred es 224 en la porción de subred (cuarto octeto de nuestro ejemplo), esto indica que están tomando 3 bits para generar subredes (128+64+32=224). Aplicando la fórmula siguiente obtenemos la cantidad de subredes utilizables:

2[bits de subred] = subredes utilizables

2[bits de subred] – 2 =  subredes utilizables cuando no se aplica ip subnet-zero

Ejemplo:
23 = 8  =  8  subredes utilizables
23 – 2 =  8  –  2  =  6  subredes utiilizables sin ip subnet-zero

-2-
¿Cuántos nodos se necesitan por subred?
La cantidad de direcciones de nodo o direcciones IP útiles que proporciona cada subred surge de la aplicación se la siguiente fórmula, que toma como base la cantidad de bits que quedan para identificar los nodos:

2[bits de nodo] – 2 =  nodos útiles

Ejemplo:
25 – 2 =  32  –  2  =  30

-3-
¿Cuáles son los números reservados de subred?
La dirección reservada de la primera subred útil surge de restar a 256 el valor decimal de la porción de la máscara de subred en la que se define el límite entre subred y nodo:

256  –  [máscara]  =  [primera subred útil y rango de nodos]

Las direcciones de las subredes siguientes surgen de seguir sumando la misma cifra.

Ejemplo:
256  –  224  =  32

  192.168.1.0 subred 0 
192.168.1.32 subred 1
+ 32 192.168.1.64 subred 2
+ 32 192.168.1.96 subred 3
+ 32 192.168.1.128 subred 4
+ 32 …  …  …

-4-
¿Cuáles son las direcciones reservadas de broadcast?
Las direcciones reservadas de broadcast se obtienen restando 1 a la dirección reservada de subred de la subred siguiente:

Ejemplo:
 32  –  1  =  31    192.168.1.31 broadcast de la subred 0
 64  –  1  =  63    192.168.1.63 broadcast de la subred 1
 96  –  1  =  95    192.168.1.95 broadcast de la subred 2
128  – 1  =  127   192.168.1.127         broadcast de la subred 3
… … … 

-5-
¿Cuál es la primera dirección de nodo válida de cada subred?
La dirección IP del primer nodo útil de cada subred se obtiene sumando uno a la dirección reservada de subred:

Reservada de subred + 1 = primer nodo utilizable 

Ejemplo:
   0  +  1  =    1     192.168.1.1         primera IP útil de la subred 0
 32  +  1  =  33     192.168.1.33 primera IP útil de la subred 1
 64  +  1  =  65     192.168.1.65 primera IP útil de la subred 2
 96  +  1  =  97     192.168.1.97 primera IP útil de la subred 3
128 +  1  =  129   192.168.1.129      primera IP útil de la subred 4
… … …

-6-
¿Cuál es la última dirección de nodo válida de cada subred?
La dirección IP del último nodo útil de cada subred se obtiene restando 1 a la dirección reservada de broadcast:

 31  –  1  =  30    192.168.1.30 última IP útil de la subred 0
 63  –  1  =  62    192.168.1.62 última IP útil de la subred 1
 95  –  1  =  94    192.168.1.94       última IP útil de la subred 2
127 –  1  = 126   192.168.1.126      última IP útil de la subred 3
… … … 

Siguiendo este procedimiento paso a paso, podemos completar una tabla de subredes disponibles como la que sigue.

En nuestro ejemplo, con esa máscara de subred se obtienen 8 subredes, cada una de ellas con una capacidad máxima de 30 nodos (32 direcciones IP), de acuerdo al siguiente detalle:




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2 comentarios:

  1. No es necesario publicar este comentario, creo que hay un error de tipeo en el El método de cálculo reformulado -> punto 1, sigue mencionando que las redes utilizables son:
    2^[bits de subred] – 2
    Cuando justamente está hablando que ahora ya se consideran estas 2.

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    Respuestas
    1. No se trata de un error.
      El concepto sigue existiendo porque hay redes en las que no se puede utilizar la subred cero y la all-ones. Y por lo tanto también puede aparecer en alguna pregunta en el examen de certificación.
      Que incorporemos esas dos subredes en la implementación no significa que debamos olvidar el concepto que en algunos casos puede limitar las elecciones.

      Eliminar

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