Subnetting desde cero, con ejercicios resueltos

El subnetting, que en español se puede traducir como creación de subredes, es la técnica de dividir una red grande en varias redes más pequeñas y manejables, llamadas subredes, y sirve para organizar mejor la red, aumentar su seguridad, usar de forma más eficiente las direcciones y permitir que la red crezca de manera ordenada. Una red grande con todos los equipos juntos en un mismo espacio de direcciones resulta difícil de gestionar, poco segura y poco eficiente, y el subnetting resuelve estos problemas dividiéndola en trozos más pequeños. En cuanto a la organización, el subnetting permite separar los equipos por función o por grupo, de modo que se pueden tener subredes distintas para los servidores, para las oficinas, para los invitados o para dispositivos concretos como las cámaras, lo que facilita enormemente la administración de la red. En cuanto a la seguridad, dividir la red en subredes permite aislar el tráfico entre ellas y aplicar reglas que controlen qué comunicación se permite de una subred a otra, de manera que un problema o un intruso en una subred no afecte directamente a las demás. En cuanto a la eficiencia, las subredes reducen el ruido de red, ya que limitan el ámbito de ciertas comunicaciones, y permiten aprovechar mejor las direcciones disponibles al asignar a cada subred solo el tamaño que necesita, evitando el desperdicio. Y en cuanto a la escalabilidad, un buen diseño de subredes permite que la red crezca de forma ordenada sin tener que rehacer todo el direccionamiento. Todo el subnetting gira en torno a un concepto fundamental, que es la máscara de red, la cual determina, dentro de cada dirección, qué parte identifica a la red y qué parte identifica al equipo o host concreto. Hacer subnetting consiste esencialmente en ajustar esa máscara para decidir cuántas subredes se quieren y cuántos equipos caben en cada una, y de la máscara se derivan todos los cálculos necesarios. Aunque el subnetting tiene fama de ser complicado, en el fondo es una idea sencilla, dividir una red en trozos, y una vez que se entiende bien el papel de la máscara y se domina la aritmética con potencias de dos, el cálculo se vuelve mecánico y deja de ser el temido obstáculo que muchos perciben al empezar a estudiar redes.

La máscara de red es el elemento que determina, dentro de una dirección de red, qué parte identifica a la red y qué parte identifica al equipo o host concreto, mientras que la notación CIDR es una forma abreviada de expresar esa máscara mediante una barra seguida de un número que indica cuántos bits se dedican a la parte de red. La máscara divide cada dirección en dos partes claramente diferenciadas: la parte de la izquierda, que identifica la red o subred a la que pertenece el equipo y que es idéntica para todos los equipos de esa misma subred, y la parte de la derecha, que identifica al host concreto dentro de la subred y que es diferente para cada equipo. La frontera entre estas dos partes es precisamente lo que define la máscara, y moverla es la esencia del subnetting. La notación CIDR, cuyas siglas corresponden a enrutamiento entre dominios sin clases, expresa la máscara de forma compacta indicando con un número, precedido de una barra, cuántos bits, contando de izquierda a derecha, se dedican a la parte de red. Por ejemplo, la notación de barra veinticuatro significa que los primeros veinticuatro bits de la dirección corresponden a la red y los ocho bits restantes corresponden a los hosts. Esta notación es equivalente a las máscaras expresadas en el formato tradicional de cuatro números, de modo que la barra veinticuatro equivale a la máscara que en ese formato se escribe con los tres primeros grupos al máximo y el último a cero, y conviene saber manejar ambas formas y traducir entre ellas. Un aspecto importante que hay que comprender es la relación entre el número de bits dedicados a la red y las características de las subredes resultantes: cuantos más bits se dedican a la parte de red, es decir, cuanto mayor es el número de la notación CIDR y más larga es la máscara, más subredes se pueden crear, pero cada una de ellas tiene menos hosts disponibles; y a la inversa, cuantos menos bits se dedican a la red, menos subredes hay pero con más hosts cada una. Esto se debe a que los bits que se quitan a la parte de host para dárselos a la de red permiten distinguir más subredes a costa de reducir el número de equipos que caben en cada una. Entender bien la máscara y la notación CIDR es fundamental porque de ellas se derivan todos los cálculos del subnetting, como la determinación de la dirección de red, la dirección de difusión y el número de hosts disponibles en cada subred.

La dirección de red, la dirección de difusión o broadcast y las direcciones de host son los tres tipos de direcciones que hay que distinguir dentro de cada subred, y comprender su papel es esencial para el subnetting, ya que dos de ellas están reservadas y no se pueden asignar a los equipos. La dirección de red es la primera dirección de la subred y sirve para identificar a la subred en su conjunto, funcionando como el nombre o el identificador del grupo de direcciones que forma la subred. Esta dirección no se puede asignar a ningún equipo concreto, ya que representa a toda la subred. La dirección de difusión, también llamada broadcast, es la última dirección de la subred y sirve para enviar un mensaje simultáneamente a todos los equipos de la subred a la vez, es decir, cuando algo se envía a la dirección de difusión, lo reciben todos los hosts de esa subred. Al igual que la dirección de red, la dirección de difusión tampoco se puede asignar a un equipo concreto, ya que tiene esa función especial de comunicación con todos. Las direcciones de host son todas las direcciones que quedan entre la dirección de red y la dirección de difusión, es decir, todas las intermedias, y son las que sí se pueden asignar a los equipos concretos de la subred, como ordenadores, teléfonos, servidores o cualquier otro dispositivo. Estas son las direcciones utilizables o disponibles de la subred. La relación entre estos tres tipos de direcciones se refleja en la fórmula fundamental del subnetting, según la cual en una subred con un determinado número de bits de host hay dos elevado a ese número de direcciones en total, de las cuales hay que restar dos para obtener el número de hosts utilizables, precisamente porque dos direcciones, la de red y la de difusión, están reservadas y no se asignan a equipos. Por ejemplo, en una subred con ocho bits de host hay doscientas cincuenta y seis direcciones en total, pero solo doscientas cincuenta y cuatro son hosts utilizables, ya que la primera es la dirección de red y la última es la de difusión. Es un error muy común olvidar restar estas dos direcciones especiales y pensar que todas las direcciones de la subred se pueden asignar, o intentar asignar la dirección de red o la de difusión a un equipo, lo que provocaría problemas de conectividad. Por ello, tener siempre presente que en cada subred la primera dirección es la de red, la última es la de difusión y las intermedias son los hosts utilizables es una de las claves para calcular y diseñar subredes correctamente.

Para calcular los hosts disponibles de una subred se utiliza una fórmula sencilla basada en el número de bits que la máscara dedica a la parte de host: el número de direcciones totales de la subred es dos elevado al número de bits de host, y el número de hosts utilizables es ese resultado menos dos. El primer paso es determinar cuántos bits de la dirección corresponden a la parte de host, lo cual se obtiene restando el número de bits de red, que indica la notación CIDR, del total de bits de la dirección. En el caso de las direcciones de la versión antigua del protocolo de internet, que tienen treinta y dos bits en total, si la máscara es por ejemplo de barra veinticuatro, los bits de host son treinta y dos menos veinticuatro, es decir, ocho bits de host. El segundo paso es calcular el número total de direcciones de la subred, que es dos elevado al número de bits de host, ya que con esos bits se pueden formar esa cantidad de combinaciones distintas. Siguiendo el ejemplo, con ocho bits de host, el total de direcciones es dos elevado a ocho, que son doscientas cincuenta y seis direcciones. El tercer paso es restar dos a ese total para obtener el número de hosts realmente utilizables, ya que en cada subred hay dos direcciones que están reservadas y no se pueden asignar a equipos: la primera, que es la dirección de red, y la última, que es la dirección de difusión o broadcast. Así, en el ejemplo, los hosts utilizables son doscientos cincuenta y seis menos dos, es decir, doscientos cincuenta y cuatro. La fórmula completa se puede resumir diciendo que, con un número de bits de host igual a ene, la subred tiene dos elevado a ene direcciones en total y dos elevado a ene menos dos hosts utilizables. Esta fórmula se aplica de igual manera a cualquier tamaño de subred, de modo que, por ejemplo, una subred con seis bits de host tiene dos elevado a seis, que son sesenta y cuatro direcciones, y sesenta y dos hosts utilizables, mientras que una con cuatro bits de host tiene dieciséis direcciones y catorce hosts utilizables. Para calcular con rapidez resulta muy útil memorizar las potencias de dos, es decir, la secuencia dos, cuatro, ocho, dieciséis, treinta y dos, sesenta y cuatro, ciento veintiocho y doscientos cincuenta y seis, ya que la mayoría de los cálculos de subnetting se reducen a trabajar con estos números. Con la fórmula y las potencias de dos memorizadas, calcular los hosts disponibles de cualquier subred se convierte en una operación rápida y mecánica.

Para saber a qué subred pertenece una dirección de red concreta, dada una máscara, se utiliza el método del salto, que consiste en determinar el tamaño de las subredes y localizar entre qué dos límites de subred cae la dirección en cuestión. El primer paso es calcular el salto, que es el tamaño de cada subred, es decir, el número de direcciones que tiene, y que se obtiene con la fórmula de dos elevado al número de bits de host. Este salto indica cada cuántas direcciones empieza una nueva subred. Por ejemplo, si la máscara es de barra veintiséis, los bits de host son seis, y el salto es dos elevado a seis, que son sesenta y cuatro direcciones, lo que significa que las subredes empiezan de sesenta y cuatro en sesenta y cuatro. El segundo paso es identificar los límites de las subredes, que son los múltiplos del salto en el octeto o grupo correspondiente. Siguiendo el ejemplo del salto de sesenta y cuatro, los límites serían cero, sesenta y cuatro, ciento veintiocho y ciento noventa y dos, que son las direcciones donde empieza cada una de las subredes. El tercer paso es localizar entre qué dos límites cae la dirección que se quiere ubicar. Por ejemplo, si se quiere saber a qué subred pertenece la dirección terminada en cien con máscara de barra veintiséis, se observa que cien cae entre los límites sesenta y cuatro y ciento veintiocho, por lo que pertenece a la subred que empieza en sesenta y cuatro. Una vez identificada la subred, se pueden determinar sus datos: la dirección de red es el límite inferior, en este caso la terminada en sesenta y cuatro; la dirección de difusión es la anterior al siguiente límite, en este caso la terminada en ciento veintisiete; y el rango de hosts utilizables va desde la siguiente a la dirección de red hasta la anterior a la de difusión, es decir, desde la terminada en sesenta y cinco hasta la terminada en ciento veintiséis. Con estos datos se puede comprobar además si la dirección original es un host válido, lo que ocurre si está dentro del rango de hosts utilizables; en el ejemplo, la terminada en cien está entre sesenta y cinco y ciento veintiséis, por lo que sí es un host válido de esa subred. Este método del salto es la forma más rápida y práctica de ubicar cualquier dirección en su subred sin necesidad de recurrir a cálculos binarios complejos, y con práctica se realiza en cuestión de segundos, siendo una de las habilidades más útiles del subnetting.

El subnetting parece difícil principalmente por la forma en que suele enseñarse, con mucho cálculo binario presentado de golpe, pero en el fondo es una idea sencilla que se vuelve mecánica una vez que se entiende el papel central de la máscara y se domina la aritmética con potencias de dos. La sensación de dificultad proviene en buena medida de que muchas explicaciones introducen desde el principio conversiones binarias detalladas y numerosos conceptos simultáneamente, lo que abruma a quien empieza y hace que el subnetting parezca una especie de magia negra reservada a expertos. Sin embargo, la realidad es que la esencia del subnetting es simple: consiste en dividir una red en trozos más pequeños, y todo el proceso gira en torno a un único concepto fundamental, que es la máscara de red, la cual determina cuánto de una dirección es red y cuánto es host. Comprender bien la máscara y su notación CIDR constituye la mayor parte del subnetting, y el resto es aritmética con potencias de dos. Para hacer el subnetting mecánico y perderle el miedo, hay varias claves. La primera es interiorizar que todo depende de la máscara y que subnetear es simplemente mover la frontera entre la parte de red y la de host para decidir cuántas subredes se quieren y cuántos hosts caben en cada una. La segunda es memorizar las potencias de dos, es decir, la secuencia dos, cuatro, ocho, dieciséis, treinta y dos, sesenta y cuatro, ciento veintiocho y doscientos cincuenta y seis, ya que la mayoría de los cálculos se reducen a trabajar con estos números para determinar el número de direcciones y de hosts. La tercera es aprender la fórmula fundamental, según la cual con un número de bits de host se obtienen dos elevado a ese número de direcciones totales y dos menos de hosts utilizables, recordando que se restan dos por las direcciones de red y de difusión reservadas. Y la cuarta, especialmente útil, es dominar el método del salto, que consiste en calcular el tamaño de las subredes y usarlo para ubicar rápidamente cualquier dirección en su subred sin recurrir al binario. Practicar con ejercicios resueltos, empezando por casos sencillos y avanzando hacia otros más complejos, es la mejor manera de afianzar estas técnicas. Con este enfoque, lo que al principio parecía un cálculo intimidante se convierte en una operación rápida y sistemática, hasta el punto de poder resolver muchas subredes de cabeza, y el subnetting deja de ser un obstáculo para convertirse en una herramienta básica y natural en el diseño de cualquier red.