Subredes IP y máscara de red: manual de referencia para el estudiante.
1. El por qué de las subredes.
Imaginate que hay una celebración multitudinaria en el liceo, y que todos tus compañeros están en el patio, pero a su vez el volumen de la música es bastante alto y además hay mucho ruido... Si querés decirle algo a un grupo específico (por ejemplo, a los de tu grupo), es casi imposible que te escuchen entre tanto alboroto. En el universo de las redes de computadoras, tener un solo "patio" (es decir, una sola red enorme) provoca algo similar: demasiado tráfico de datos, lo que puede llegar a hacer que la comunicación sea lenta e ineficiente para todos.
Aquí es en donde entran en juego las subredes, las cuales son simplemente divisiones más pequeñas y manejables de una red IP principal. Pensá en ellas como si fueran aulas separadas dentro del liceo: al dividir ese gran espacio en salones más pequeños y aislados, podés comunicarte con el grupo de "5º BT" de forma clara sin molestar o saturar a los de 1º BT o a los de 6º Humanístico.
En definitiva, el objetivo de construir subredes, es hacer que nuestra gran red sea más eficiente y fácil de administrar, evitando que el tráfico de datos de un departamento (salón) sature al resto de la organización (liceo). Para lograr esta división, necesitamos una herramienta esencial llamada "máscara de subred" o "máscara IP".
2. La máscara de subred: el separador "mágico".
Para entender cómo se crean las subredes, necesitamos comprender el comportamiento de una herramienta fundamental: la máscara de subred.
Imaginá a dicha máscara como una regla binaria de 32 bits (treinta y dos ceros y unos) que se aplica sobre una dirección IP para determinar qué parte de esa dirección es el nombre de la red y qué parte es el nombre de un dispositivo dentro de esa red. Sin esta regla, la computadora no sabría si un paquete de datos debe quedarse en su red local o si necesita ser enviado a un router para que viaje por el mundo. ¿Recordás la capa 3 del modelo OSI?
Una dirección IP es como un código postal, el cual, de manera "integrada" posee 2 partes: una que hace referencia a la calle y otra que estaría referenciando al número de esa casa, institución o edificio. La máscara IP es la encargada de "dibujar" la línea divisoria. Por ejemplo, la máscara más común que verás es 255.255.255.0. En la notación decimal que usamos a diario, esta máscara tiene cuatro números separados por puntos (al igual que una IP). Lo importante es lo que representa en binario.
Cada número "255" equivale a ocho 'unos' (11111111), y el cero equivale a ocho 'ceros' (00000000). Por lo tanto, nuestra "máscara mágica" (255.255.255.0), en binario es:
La regla es sencilla: la parte de la IP que corresponde al identificador de la red es aquélla en donde la máscara posee "unos". En donde la máscara "tiene ceros", se está referenciando a la identificación del dispositivo informático en cuestión (host).
En el ejemplo anterior, los primeros 24 bits (o "tres 255") se utilizan para denominar a la red, y los últimos 8 bits (los ceros) están allí para identificar hasta un máximo de 254 dispositivos en dicha red. La acción de dividir redes en subredes consiste en tomar prestados algunos de esos ceros del identificador del dispositivo para crear nuevas redes.
3. El poder de "pedir bits prestados".
Como vimos, la máscara es la que separa la parte de red (los unos) de la parte de dispositivos (host, los ceros). Si la máscara predeterminada es, por ejemplo, 255.255.255.0 (es decir, "24 unos y 8 ceros"), tenemos una única red con capacidad para muchos dispositivos. Pero, ¿y si necesitáramos dividir esa gran red en partes más pequeñas?
La magia de la subredes consiste en que la red principal le va a "pedir bits prestados" a la "parte de dispositivos" (los ceros) y los va a convertir en "unos". Es vital entender que el préstamo siempre se hace del lado "más izquierdo" de la zona de los ceros. Es bueno tener esto siempre en mente esto porque, como seguramente sepas, en binario, cada posición tiene un valor fijo: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 y 1 (de izquierda a derecha), y quitar "el cero de la derecha" no es lo mismo que quitar el de la izquierda... ¿cierto?
Si tomamos la máscara inicial (255.255.255.0), el último número (0) representa ocho ceros en binario, con estos valores de posición:
Veamos cómo se transforma la máscara paso a paso. Recordá que solo sumamos el valor de las posiciones que convertimos a "unos".
Con 1 bit prestado: convertimos el 0 de la posición 128 en un 1:
Con 2 bits prestados: convertimos los ceros de las posiciones 128 y 64 en unos:
Si tomáramos 3 bits, el "último Byte" de la máscara sería "224" (128+64+32), y así sucesivamente.
Para saber cuántas subredes hemos creado, solo tenés que pensar en el número 2 y multiplicarlo por sí mismo tantas veces como bits hayas tomado "prestados". Por ejemplo, si tomás prestados 3 bits, tenés que multiplicar "2×2×2", lo que te dará un total de 8 subredes. Es decir, cada bit prestado duplica la cantidad de redes disponibles.
Ahora, para saber cuántos dispositivos caben en cada una de esas nuevas subredes, tenés que hacer lo mismo, pero utilizando los bits que sobraron (los ceros que quedaron sin "prestar"). Multiplicás el número 2 por sí mismo la cantidad de veces que te hayan sobrado ceros.
A ese resultado, siempre le tenés que restar 2.
¿Por qué restarle 2? Porque la primera dirección del rango de cada subred se reserva para nombrar a la propia red (su identificador), y la última se reserva para el "broadcast" (un mensaje que se envía a todos los dispositivos a la vez). El resto de las direcciones son las que se pueden asignar a las computadoras, impresoras de red y otros dispositivos. Este juego de extender los "unos" en la máscara es la clave para segmentar y optimizar cualquier red.
4: identificación de las subredes y la notación "CIDR (Classless Inter-Domain Routing)".
Ya sabemos que al tomar 1 bit prestado (nueva máscara 255.255.255.128), convertimos nuestra única red grande en 2 subredes más pequeñas. Es fundamental ver cómo se identifican estas nuevas redes.
Cuando dividimos la red 192.168.10.0, el resultado son dos rangos bien definidos y separados por esa nueva máscara. Cada subred tiene su propio identificador (dirección de red) además de su propia dirección de broadcast (el mensaje general).
La técnica más útil para encontrar el punto exacto en dónde empieza exactamente cada nueva subred, se llama "salto de red" o "incremento de red". Este salto no es un "número mágico": es muy fácil de calcular.
Acordate del valor posicional de los bits que vimos en la parte 3 (128,64,32, etc.). El salto de red es simplemente el valor del último bit que convertiste en "uno" al pedir prestado.
Si prestamos 1 bit (máscara ".128"), el último "uno" está en la posición 128.
El salto será, entonces, de 128. Las redes irán de 128 en 128: 0, 128, 256.
Si prestamos 2 bits (máscara ".192"), el último "uno" está en la posición 64.
El salto, entonces, es de 64. Las redes irán de 64 en 64: 0, 64, 128, 192, etc.
Si prestamos 3 bits (máscara ".224"), el último 'uno' está en la posición 32.
El salto es de 32 y en este caso, las redes irán de 32 en 32: 0, 32, 64, 96...
Este valor del salto es lo que define el inicio y el final de cada subred. La primera subred siempre comienza en el 0 y cada subred siguiente comienza sumando el valor del salto a la anterior. Este incremento define los límites de cada división que creaste.
5. La Notación CIDR: el lenguaje abreviado.
En el día a día, generalmente no se escribe la máscara larga, estilo "255.255.255.128". Incluso ya muchos sistemas operativos aceptan la forma abreviada llamada "CIDR".
Esta notación es muy simple: solo se cuenta el número total de "unos" que tiene la máscara y se añade ese número con una "barra de fecha" (/) al final de la dirección IP.
Recordemos nuestra máscara inicial (255.255.255.0)...
Esta máscara tiene "8+8+8+0" unos, es decir, "24 unos". Su notación CIDR es "/24".
Cuando tomamos 1 bit prestado, el número total de unos sube a:
24+1="25 unos".
Dirección de subred 1: 192.168.10.0/25
Dirección de subred 2: 192.168.10.128/25
La notación CIDR, o el número después de la barra (/), nos dice de inmediato dos cosas esenciales: qué tan grande es la parte de la red y cuántos dispositivos caben allí. A medida que el número CIDR (el "/25", "/26", "/27", etc.) aumenta, la parte de la red es más grande, las subredes son más numerosas, y la cantidad de dispositivos por subred disminuye.
6. Resumen y las 3 claves del "subnetting".
Clave 1: el separador (la máscara).
La máscara de subred (o máscara IP) es el gran separador. Ella define la frontera entre el nombre de la red (los "unos" binarios) y el nombre de los dispositivos (hosts, los "ceros" binarios). Para crear subredes, simplemente movemos esa frontera: la parte de la red le "pide prestado ceros" a la parte de dispositivo y los convierte en "unos". Este simple acto es lo que segmenta la red. Por ejemplo, al pasar de "255.255.255.0" a "255.255.255.128", hemos movido la frontera, creando así dos redes distintas.
Clave 2: el poder de duplicación.
Acordate de la relación fundamental: cada bit ("cero") que convertimos en "uno" duplica la cantidad de subredes que podemos crear.
1 bit prestado genera 2 subredes.
2 bits prestados generan 4 subredes.
3 bits prestados dan 8 subredes... y así sucesivamente.
Sin embargo, este poder de duplicación tiene un costo: cuantos más bits prestemos para crear redes, menos "ceros" quedan para nombrar a los dispositivos, lo que significa que cada subred resultante tendrá capacidad para menos computadoras. Siempre es un juego de equilibrio.
Clave 3: el lenguaje corto (CIDR).
Para simplificar, la notación CIDR (el número después de la barra de fecha, como en "/25") es la forma más rápida de generar la máscara. Este número solo indica el total de "unos" que tiene la máscara. Cada vez que construimos una subred prestando un bit, este "número CIDR" aumenta en 1 (pasamos de "/24" a "/25", luego a "/26", etc.).
Al ver un número CIDR más alto, sabés de inmediato que tenés más subredes y menos dispositivos por cada una de ellas.
El "subnetting" o construcción de subredes no es solo una práctica matemática, es una necesidad de la ingeniería de redes para garantizar que el tráfico fluya de manera ordenada, eficiente y... posiblemente también más segura.
