IPv4

Escrito por: Martínez Saucedo Alan Alejandro

IPv4

Descripción

IPv4 es la versión 4 del protocolo IP (Internet Protocol). Es el estándar actual de Internet para identificar dispositivos conectados a esta red. Es uno de los protocolos más importantes para el funcionamiento de internet y fue implementado en ARPANET en 1983. Es el protocolo que más enruta datos en internet en la actualidad, a pesar de que ya se ha lanzado hace unos años (2006) su sucesor, la versión IPv6.

IPv4 usa direcciones de 32 bits, limitándola a 4 294 967 296 direcciones únicas, muchas de las cuales están dedicadas a redes locales (LAN). ​ Por el crecimiento enorme que ha tenido Internet (mucho más de lo que esperaba, cuando se diseñó IPv4), combinado con el hecho de que hay desperdicio de direcciones en muchos casos, ya hace varios años se vio que escaseaban las direcciones IPv4.

Esta limitación ayudó a estimular el impulso hacia IPv6, que a 2016 está en las primeras fases de implantación, y se espera que termine reemplazando a IPv4.

 

Ilustración 1 Logo IPv4

 

Relación con el Modelo OSI

El Protocolo de Internet (IP) es la implementación más conocida de un esquema de direccionamiento de red jerárquico. IP es el protocolo de red que usa Internet. A medida que la información fluye por las distintas capas del Modelo OSI, los datos se encapsulan en cada capa. En la capa de red, los datos se encapsulan en paquetes (también denominados diagramas). IP determina la forma del encabezado del paquete IP (que incluye información de direccionamiento y otra información de control) pero no se ocupa de los datos en sí (acepta cualquier información que recibe desde las capas superiores). Es decir, se preocupa de llevar el contenido al destino gracias a su direccionamiento y los routers, pero no contiene datos en sí.

 

Relación con TCP/IP

IPv4 es el principal protocolo utilizado en el Nivel de Red del Modelo TCP/IP para Internet. Una dirección IP es un número que identifica, de manera lógica y jerárquica, a una Interfaz en red (elemento de comunicación/conexión) de un dispositivo (computadora, tableta, portátil, smartphone) que utilice el protocolo IP o (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red del modelo TCP/IP.

El Protocolo de Internet (IP) utiliza direcciones que son series de cuatro números octetos (byte) con un formato de punto decimal, por ejemplo: 69.5.163.59.

La capa de red de Internet pone el paquete en un datagrama de IP (Internet Protocol), pone la cabecera y la cola de datagrama, decide dónde enviar el datagrama (directamente a un destino o a una pasarela) y pasa el datagrama a la capa de interfaz de red. La capa de interfaz de red acepta los datagramas IP y los transmite como tramas a través de un hardware de red específico, por ejemplo, redes Ethernet o de Red en anillo.

Ilustración 2 Diferencias entre Modelo OSI y TCP/IP

Estructura del IPv4

El Protocolo de Internet es un protocolo de capa 3 (OSI) tiene segmentos de datos de la capa 4 (Transporte) y la divide en paquetes. El paquete IP encapsula datos unidad que recibió de la capa superior y los agrega a su propia información de encabezado.

La dirección IP identifica la ubicación de un equipo en la red, al igual que el número de la dirección identifica una casa en una ciudad. Al igual que sucede con la dirección de una casa específica, que es exclusiva, pero sigue ciertas convenciones, una dirección IP debe ser exclusiva pero conforme a un formato estándar. Una dirección IP está formada por un conjunto de cuatro números, cada uno de los cuales puede oscilar entre 0 y 255.

Ilustración 3 Modo de encapsulación de la IP

Los datos encapsulados se conocen como carga IP. La cabecera IP contiene toda la información necesaria para entregar el paquete al otro extremo.

Ilustración 4 Partes de la IP

Encabezado IP incluye mucha información pertinente incluido el número de versión, la cual, en este contexto, es de 4. Otros detalles son los siguientes:

  • Versión: número de versión del Protocolode Internet utilizado (IPv4).
  • IHL: InternetLongitud de cabecera; Longitud del encabezado IP de todo.
  • DSCP: Punto de código de servicios diferenciados; este es el tipo de servicio.
  • ECN: Notificación de congestión explícita; lleva informaciónsobre la congestión en la ruta.
  • Longitud total: Longitud de paqueteIP (incluyendo encabezado IP y IP Payload).
  • Identificación: Si paqueteIP está fragmentada durante la transmisión, todos los fragmentos contienen igual número de identificación original. para identificar paquetes IP a la que pertenecen.
  • Banderas: De conformidad con lo que dispone de los recursos de la red, si paqueteIP es demasiado grande para manejar, estas “banderas” indica si se pueden fragmentarse o no. En este 3-bit bandera, el MSB es siempre en ‘0’.
  • Desplazamiento del fragmento: este desplazamiento indica la posición exacta del fragmento en el paqueteIP
  • Tiempo de vida: Para evitar bucles en la red, cada paquetees enviado con un valor de TTL, que indica a la red el número de routers (saltos) este paquete puede cruzar. En cada salto, su valor disminuye en uno y cuando el valor llega a cero, el paquete se descarta.
  • Protocolo: Indica la capa de reden el host de destino, para que el Protocolo este paquete pertenece a, es decir, el siguiente nivel. Por ejemplo, número de protocolo de ICMP es 1, TCP es 6 y UDP es 17.
  • Checksum del encabezado: Este campo se usa para mantener valor de la suma de todo el cabezal que se utiliza a continuación para comprobar si el paquetees recibido sin error.
  • Dirección de Origen: dirección de 32 bits del remitente (o fuente) del paquete.
  • Dirección de destino: dirección de 32 bits del receptor (o destino) del paquete.
  • Opciones: Este campo es opcional, y se emplea cuando el valor del derecho internacional humanitario es mayor que 5. Estas opciones pueden contener valores para opciones tales como la seguridad, Ruta de registro, la marca de tiempo, etc.

Ilustración 5 Ejemplo de las partes de una IP

Direccionamiento

Para poder comunicarse en una red, cada equipo debe tener una dirección IP exclusiva. En el direccionamiento IP en clases, existen tres clases de dirección que se utilizan para asignar direcciones IP a los equipos. El tamaño y tipo de la red determinará la clase de dirección IP que aplicaremos cuando proporcionemos direcciones IP a los equipos y otros hosts de nuestra red.

Ilustración 6 Direccionamiento entre computadoras

La dirección IP es el único identificador que diferencia un equipo de otro en una red y ayuda a localizar dónde reside ese equipo. Se necesita una dirección IP para cada equipo y componente de red, como un router, que se comunique mediante TCP/IP.

La dirección IP identifica la ubicación de un equipo en la red, al igual que el número de la dirección identifica una casa en una ciudad. Al igual que sucede con la dirección de una casa específica, que es exclusiva, pero sigue ciertas convenciones, una dirección IP debe ser exclusiva pero conforme a un formato estándar. Una dirección IP está formada por un conjunto de cuatro números, cada uno de los cuales puede oscilar entre 0 y 255.

  • Modo de direccionamiento: De este modo, los datos se envían a un solo host El campo de la dirección de destino contiene 32 bits dirección IP del host de destino. En este caso, el cliente envía los datos al servidor de destino.

Ilustración 7 Modo de direccionamiento 1

  • Modo de direccionamientoDifusión: En este modo, el paquete se dirige a todos los hosts en un segmento de red. El campo de la Dirección de destino contiene una dirección de broadcast, es decir 255.255.255.255. Cuando un host ve este paquete en la red, que está ligado a proceso. Aquí el cliente envía un paquete, que es entretenido en todos los servidores.

Ilustración 8 Modo de direccionamiento 2 Difusión

  • Modo de direccionamientoMulticast: Este modo es una mezcla de los dos modos anteriores, es decir, el paquete enviado no es destinado a un único host ni todos los hosts en el segmento. En este paquete, la Dirección de destino contiene una dirección especial que comienza con 224.x.x.x y puede ser entretenido por más de un host.

Ilustración 9 Modo de direccionamiento 3 Multicast

Aquí un servidor envía los paquetes que son agasajados por más de un servidor. Cada red tiene una dirección IP reservada para el número de red que representa la red y una dirección IP reservada para la dirección de broadcast, que representa a todos los hosts de la red.

  • Esquema de direccionamientoJerárquico: IPv4 utiliza esquema de direccionamiento jerárquico. Una dirección IP, que es de 32 bits de longitud, está dividido en dos o tres partes como se muestra:

Ilustración 10 Esquema jerárquico de la IP

Una sola dirección IP puede contener información acerca de la red y sus sub-red y en última instancia el host. Este esquema permite que las direcciones IP a ser jerárquico donde una red puede tener muchos sub-redes que a su vez puede tener muchos hosts.

Clases de direcciones del IPv4

Protocolo de Internet jerarquía contiene varias clases de direcciones IP para ser utilizados de forma eficaz en varias situaciones como por la exigencia de hosts por red. En términos generales, el sistema de direccionamiento IPv4 se divide en cinco clases de direcciones IP. Todas las cinco clases son identificadas por el primer octeto de la dirección IP.

  • Dirección de Clase A

Esta clase es para las redes muy grandes, tales como las de una gran compañía internacional. Del IP con un primer octeto a partir de 1 al 126 son parte de esta clase. Los otros tres octetos son usados para identificar cada anfitrión.

En redes de la clase A, el valor del bit *(el primer número binario) en el primer octeto es siempre 0.

El primer bit del primer octeto siempre se establece en 0 (cero). Por lo tanto, el primer octeto varía de 1 – 127, es decir

Ilustración 11 Dirección clase A

Las direcciones de Clase A sólo incluyen IP a partir del 1.x.x.x a 126.x.x.x solamente. El rango de IP 127.x.x.x se reservan para las direcciones IP de loopback.

 

La máscara de subred predeterminada para la clase de dirección IP es 255.0.0.0 que implica que la clase A aborda las redes pueden tener 126 (27-2) y 16777214 hosts (224-2).

  • Dirección de Clase B

La clase B se utiliza para las redes de tamaño mediano. Un buen ejemplo es un campus grande de la universidad. Las direcciones del IP con un primer octeto a partir del 128 al 191 son parte de esta clase. Las redes de la clase B totalizan un cuarto de las direcciones disponibles totales del IP y tienen un primer bit con valor de 1 y un segundo bit con valor de 0 en el primer octeto.

Una dirección IP a la cual pertenece a la clase B tiene los dos primeros bits del primer octeto de 10, es decir:

Ilustración 12 Dirección clase B

 

Direcciones IP de Clase B rango de 128.0.x.x a 191.255.x.x. La máscara de subred predeterminada de la Clase B es 255.255.x.x.

 

Clase B tiene 16384(214) direcciones de red y 65534 (216-2) direcciones de host.

Dirección IP de Clase B formato es: 10NNNNNN.NNNNNNNN. HHHHHHHH.HHHHHHHH

  • Dirección de Clase C

Las direcciones de la clase C se utilizan comúnmente para los negocios pequeños a mediados de tamaño. Las direcciones del IP con un primer octeto a partir del 192 al 223 son parte de esta clase. Las direcciones de la clase C también incluyen a segundos y terceros octetos como parte del identificador neto. Utilizan al último octeto para identificar cada anfitrión.

El primer octeto de IP de Clase C tiene sus primeros 3 bits a 110, es decir:

Ilustración 13 Dirección clase C

Dirección IP de Clase C formato: 110NNNNN.NNNNNNNN. NNNNNNNN.HHHHHHHH

  • Dirección de Clase D

Utilizado para los multicast, la clase D es levemente diferente de las primeras tres clases. Tiene un primer bit con valor de 1, segundo bit con valor de 1, tercer bit con valor de 1 y cuarto bit con valor de 0. Los otros 28 bits se utilizan para identificar el grupo de computadoras al que el mensaje del multicast está dirigido.

Ilustración 14 Dirección clase D

  • Dirección de Clase E

La clase E se utiliza para propósitos experimentales solamente. Como la clase D, es diferente de las primeras tres clases. Tiene un primer bit con valor de 1, segundo bit con valor de 1, tercer bit con valor de 1 y cuarto bit con valor de 1. Los otros 28 bits se utilizan para identificar el grupo de computadoras que el mensaje del multicast está dirigido.

 

Subdirecciones

A medida que crece el número de equipos y el volumen de tráfico en una red Ethernet, se produce un crecimiento de la colisión de datos y se reduce el rendimiento de la red. Para solucionar este problema, los equipos de una red Ethernet se agrupan en divisiones físicas, denominadas segmentos, separadas por un dispositivo físico, como un router o un puente.

En un entorno TCP/IP, los segmentos separados por routers se denominan subredes. Todos los equipos que pertenecen a una subred tienen el mismo ID de red en sus direcciones IP. Cada subred debe tener un ID de red distinto para comunicarse con otras subredes. Basándose en el ID de red, las subredes definen las divisiones lógicas de una red. Los equipos que se encuentran en distintas subredes necesitan comunicarse a través de routers.

 

Proveedores de servicios

Los proveedores de servicios de Internet (ISP), que comenzaron a surgir a finales de 1980 y principios de 1990, son las empresas y organizaciones que proporcionan a los usuarios el acceso a Internet y servicios relacionados. Estos proveedores conectan los clientes a los clientes de otros proveedores de servicio por medio de redes. A menudo, los Proveedores de servicios de Internet (también llamados Proveedores de acceso a Internet) son empresas que proporcionan servicios de telecomunicaciones, incluyendo el acceso a las comunicaciones de datos y la conexión telefónica. La mayoría de las empresas telefónicas ahora funcionan como Proveedores de acceso a Internet también. Los ISP pueden ser comerciales, sin fines de lucro, de propiedad privada o propiedad de la comunidad.

  • ISPde Acceso – Emplean una variedad de tecnologías para facilitar la conexión de los clientes a su red. Estas tecnologías pueden incluir banda ancha o conexión por línea conmutada. Tipos de conexiones permanentes de banda ancha, cable compuesto, servicio de fibra óptica (FiOS), DSL (Digital Subscriber Line) y satélite. Una cantidad de proveedores de acceso también proporcionan email y servicios de servidores.
  • ISPde Buzón de correo – Ofrecen servicios de servidorde buzón de email y servidores de email para enviar, recibir y almacenar email. Muchos ISP de buzón de correo son también proveedores de acceso.
  • ISPde Servidores – Ofrecen email, Protocolode Transferencia de Archivos (FTP), servicios de servidores web, máquinas virtuales, servidores de cloud y físicos.
  • ISPde Tránsito – Proporcionan grandes cantidades de ancho de banda necesarias para conectar los ISP de servidores y acceder de manera conjunta a los ISP.
  • ISPVirtuales (VISP) – Compran servicios de otros ISP para permitir a los clientes el acceso a Internet.
  • ISPgratuitos (freenets) – Proporcionan servicio de forma gratuita y a menudo muestran anuncios mientras los usuarios están conectados.

Ilustración 15 IP para cada dispositivo

 

Direcciones reservadas

Es habitual que en una empresa u organización un solo equipo tenga conexión a Internet y los otros equipos de la red acceden a Internet a través de él (por lo general, nos referimos a un proxy o pasarela). En este caso, solo el equipo conectado a la red necesita reservar una dirección IP con el ICANN. Sin embargo, los otros equipos necesitarán una dirección IP para comunicarse entre ellos.

Por lo tanto, el ICANN reserva una cantidad de direcciones de cada clase para poder asignar direcciones IP a los equipos de una red local conectada a Internet, sin riesgo de crear conflictos de direcciones IP en la red de redes. Estas direcciones son las siguientes:

  • Direcciones IPprivadasde clase A: de 10.0.0.1 a 10.255.255.254; permiten la creación de grandes redes privadas que incluyen miles de equipos.
  • Direcciones IPprivadasde clase B: de 172.16.0.1 a 172.31.255.254; permiten la creación de redes privadas de tamaño medio.
  • Direcciones IPprivadasde clase C: de 192.168.0.1 a 192.168.0.254; permiten la implementación de pequeñas redes

 

Ilustración 16 Ejemplo de dirección reservada

 

Índice de palabras

 

A

ARPANET · 3

C

clase · B, 8, 12, 13, 16

computadoras · B, 9, 13

comunicación · 4

control · 4

D

direccionamiento · B, 4, 8, 9, 10, 11, 12

direcciones · A, 3, 4, 8, 11, 12, 13, 14, 16, XVIII

E

equipo · 5, 8, 9, 15

F

formato · 4, 5, 9, 13

H

host · 7, 9, 10, 11, 13

hosts · 8, 10, 11, 12

I

información · 4, 5, 6, 11

internet · 3

Internet · 3, 4, 5, 6, 11, 14, 15, 16

IP · A, B, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, XVIII

IPv4 · A, B, 3, 4, 5, 6, 11, 12, XVIII

ISP · 14, 15

J

jerárquico · B, 4, 11

N

números · 4, 5, 9

O

OSI · A, B, 4, 5

P

paquete · 4, 5, 6, 7, 10

privadas · 16

protocolo · 3, 4, 5, 7

Protocolo · 4, 5, 6, 7, 11, 15

Proveedores · A, 14

R

red · 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16

Red · 4

redes · 3, 4, 11, 12, 14, 16

router · 9, 14

S

servidor · 9, 11, 14

T

TCP/IP · 4, 9

U

ubicación · 5, 9

V

Versión · 6

 

 

Bibliografía APA

Leandro. (2008). Definición de IPv4. 2018, de Alegsa Sitio web: http://www.alegsa.com.ar/Dic/ipv4.php

Sin autor. (2016). IPv4 – Estructura de Paquete. 2018, de TutorialsPoint Sitio web: https://www.tutorialspoint.com/es/ipv4/ipv4_packet_structure.htm

Jesús Aguilar. (2016). CLASES Y RANGOS DE IPV4. 2018, de JESUSAGUILARSITE Sitio web: https://jesusaguilarsite.wordpress.com/2016/04/20/clases-y-rangos-de-ipv4/

Yamilet Ferrel. (2015). Estructura de direcciones Ipv4. 2017, de Blogspot Sitio web: http://estructuradedireccionesipv4.blogspot.com/

Carlos Vialfa. (2017). Dirección IP. 2018, de CCM Sitio web: https://es.ccm.net/contents/267-direccion-ip#cuales-son-las-direcciones-ip-reservadas

 

 

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