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Soluciones de la ficha de repaso - Tema 9 (NAT e IPv6)

Módulo: Redes de Área Local (RAL)
Curso: Sistemas Microinformáticos y Redes (SMR)

Este documento contiene la resolución paso a paso de todas las actividades planteadas en la ficha de repaso del tema 9.

Actividad 1 – Identificar privadas y públicas (RFC 1918)

RFC 1918 define los rangos de IPv4 privados (no enrutables en Internet): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 (= 172.16.0.0 – 172.31.255.255) y 192.168.0.0/16. Cualquier IPv4 fuera de esos rangos (y de los reservados especiales) se considera pública.

Para clasificar cada IP, basta con compararla con los tres bloques privados:

IP Tipo Rango (si privada) Comentario
10.25.100.5 Privada 10.0.0.0/8 Cualquier IP que empiece por 10. es privada de clase A.
172.15.0.1 Pública — Segundo octeto 15 < 16 → fuera del rango 172.16–172.31.
172.16.0.1 Privada 172.16.0.0/12 Primera IP del bloque B privado.
172.31.255.254 Privada 172.16.0.0/12 Aún dentro de 172.16–172.31, por tanto privada.
172.32.0.1 Pública — Segundo octeto 32 > 31 → ya fuera del rango privado.
192.168.10.1 Privada 192.168.0.0/16 Típica de red doméstica.
192.169.1.1 Pública — Solo 192.168/16 es privada; 192.169 ya no.
8.8.8.8 Pública — DNS público de Google.
100.64.0.1 No es RFC 1918 — Pertenece a 100.64.0.0/10 reservado para CGNAT (RFC 6598): no se enruta en Internet, pero no es de las tres privadas clásicas.
203.0.113.50 Pública — 203.0.113.0/24 es TEST-NET-3 (documentación, RFC 5737); a efectos de RFC 1918 cuenta como pública.

Truco mental: para 172.x.y.z, mira el segundo octeto. Si está entre 16 y 31 (ambos incluidos) → privada. Si no → pública.

Actividad 2 – NAT estático

NAT estático: mapeo fijo 1:1 entre una IP privada y una IP pública. El router reescribe solo la IP correspondiente al lado traducido; los puertos no cambian.

Mapeo configurado: 198.51.100.50 (pública) ↔ 192.168.20.100 (privada).

flowchart LR
    C["Cliente Internet<br/>203.0.113.10:54321"] -- "dst=198.51.100.50:80" --> R(["Router NAT estático<br/>198.51.100.50 ↔ 192.168.20.100"])
    R -- "dst=192.168.20.100:80" --> S["Servidor LAN<br/>192.168.20.100:80"]
    S -- "src=192.168.20.100:80" --> R
    R -- "src=198.51.100.50:80" --> C

a) Cliente → Servidor (petición):

Punto de observación IP origen Pto orig IP destino Pto dest
Fuera del router (Internet) 203.0.113.10 54321 198.51.100.50 80
Dentro del router (LAN) 203.0.113.10 54321 192.168.20.100 80

b) Servidor → Cliente (respuesta):

Punto de observación IP origen Pto orig IP destino Pto dest
Dentro del router (LAN) 192.168.20.100 80 203.0.113.10 54321
Fuera del router (Internet) 198.51.100.50 80 203.0.113.10 54321

Campos que modifica el router:

  • Sentido Internet → LAN: reescribe solo la IP destino (de la pública a la privada del servidor).
  • Sentido LAN → Internet: reescribe solo la IP origen (de la privada a la pública publicada).
  • Los puertos y las direcciones del cliente no cambian: NAT estático puro no toca puertos.

Actividad 3 – Tabla PAT con colisión de puerto

PAT (NAT con sobrecarga): una sola IP pública es compartida por muchos hosts internos. El router traduce IP + puerto para que cada sesión tenga un socket público único.

Tabla de traducciones del router (IP pública 198.51.100.20):

PC Socket interno Socket público (traducido) Socket remoto Protocolo
PC1 192.168.1.10:49200 198.51.100.20:49200 203.0.113.80:80 TCP
PC2 192.168.1.11:49200 198.51.100.20:50200 203.0.113.80:80 TCP
PC3 192.168.1.12:50001 198.51.100.20:50001 203.0.113.80:443 TCP

Para PC1 el router puede mantener el puerto original (49200) porque está libre en el lado público. Cuando llega PC2 también con 49200, ese puerto público ya está ocupado por PC1 → el router elige el primer puerto libre (en este ejemplo, 50200). PC3 usa otro puerto distinto, así que no hay colisión.

1. ¿Por qué no basta con traducir solo la IP en PC1 y PC2? Si el router solo cambiara la IP, ambas conexiones quedarían con el mismo socket público 198.51.100.20:49200 ↔ 203.0.113.80:80. La 5-tupla sería idéntica para las dos sesiones, así que cuando el servidor respondiera, el router no sabría a qué host interno entregar el paquete (¿PC1 o PC2?). Cambiar el puerto de una de las sesiones (PC2 → 50200) garantiza que cada sesión tiene un socket público distinto.

2. Respuesta del servidor al PC2:

  • Llega al router con destino 198.51.100.20:50200.
  • El router busca esa entrada en su tabla PAT y encuentra que corresponde al socket interno 192.168.1.11:49200.
  • Reescribe el destino con esos valores y reenvía el paquete a PC2.
sequenceDiagram
    participant PC2 as PC2 (192.168.1.11:49200)
    participant R as Router PAT (198.51.100.20)
    participant S as Servidor (203.0.113.80:80)
    PC2->>R: src=192.168.1.11:49200
    R->>S: src=198.51.100.20:50200 (traducido)
    S-->>R: dst=198.51.100.20:50200
    Note over R: Consulta tabla PAT → entrada de PC2
    R-->>PC2: dst=192.168.1.11:49200

Actividad 4 – Terminología NAT

Convención NAT (Cisco): interna/externa indica de qué lado del router está el equipo; local/global indica cómo se ve la dirección dentro o fuera del NAT.

Escenario: PC-A (192.168.10.20) → router NAT (pública 203.0.113.5) → servidor web (93.184.216.34:80).

Término Dirección Explicación
Local interna 192.168.10.20 IP privada del PC-A en la LAN (origen real del tráfico).
Global interna 203.0.113.5 IP pública que el router muestra hacia Internet en nombre del PC-A.
Local externa 93.184.216.34 Cómo ve el PC-A al servidor (en este escenario coincide con la global externa, no hay NAT del lado externo).
Global externa 93.184.216.34 IP pública real del servidor en Internet. 
flowchart LR
    PCA["PC-A LAN<br/>Local interna<br/>192.168.10.20"] --> R(["Router NAT<br/>Global interna<br/>203.0.113.5"])
    R --> Net((Internet))
    Net --> Srv["Servidor web<br/>Global externa<br/>93.184.216.34"]

Preguntas:

  1. Dispositivo traducido: el PC-A. El NAT cambia su dirección, por eso es el "interno" y se le aplican las dos calificaciones: local (su IP en la LAN) y global (lo que se ve desde Internet).
  2. El servidor ve como origen 203.0.113.5 (la IP pública del router), no la IP privada del PC-A. Razones: las IPs privadas RFC 1918 no se enrutan en Internet y, además, el NAT las oculta (proporciona aislamiento).

Actividad 5 – Dimensionado de pool NAT

1. Opción A (NAT dinámico 1:1, pool de 8 públicas): solo 8 PCs pueden estar saliendo a Internet a la vez. Cuando los 8 mapeos están ocupados, el noveno host debe esperar a que se libere una IP (por timeout de inactividad o cierre de la sesión).

2. Opción B (PAT con 1 pública): el límite teórico lo da el número de puertos disponibles en la IP pública. Cada socket público es IP:puerto y el puerto es un campo de 16 bits → ~65 000 puertos. Como los puertos bien conocidos suelen reservarse, en la práctica quedan ≈ 64 000 sesiones simultáneas posibles, mucho más que las 40 que requieren los PCs (cada PC puede abrir varias conexiones a la vez).

3. Red doméstica: Opción B (PAT). Razón: el ISP típicamente entrega una sola IP pública IPv4 al router, y PAT permite que todos los dispositivos de la casa salgan simultáneamente compartiendo esa IP. NAT dinámico 1:1 sería inviable: necesitaría un pool de IPs públicas que el ISP no proporciona.

Actividad 6 – Abreviar direcciones IPv6

Reglas de abreviatura:
1. Quitar los ceros a la izquierda de cada grupo (0db8 → db8, 0001 → 1).
2. Sustituir la secuencia más larga de grupos 0000 consecutivos por :: (solo un :: por dirección).

Nº Dirección completa Forma abreviada Idea clave
a 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001 2001:db8::1 6 grupos cero seguidos → un solo ::.
b fe80:0000:0000:0000:abcd:ef01:2345:6789 fe80::abcd:ef01:2345:6789 3 grupos cero al principio → ::. Los hexa de la derecha ya no tienen ceros que quitar.
c 2001:0abc:0000:0001:0000:0000:0000:0002 2001:abc:0:1::2 Hay dos rachas de ceros: una de 1 grupo (posición 3) y otra de 3 grupos (5–7). El :: se aplica a la más larga.
d 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000 :: Dirección "todo ceros" (no especificada).
e fc00:0db8:0000:1234:0000:0000:0000:cdef fc00:db8:0:1234::cdef La racha más larga es la de la derecha (3 grupos). El cero suelto del centro se deja como 0.

Análisis de las que pudieran ser inválidas:

Nº Dirección ¿Válida? Motivo
f 2001:db8::1::5 No Aparecen dos :: → la dirección sería ambigua (no sabríamos cuántos grupos cero representa cada uno). Solo se permite un ::.
g 2001:db8:gggg::1 No gggg no es hexadecimal: solo se permiten dígitos 0–9 y letras a–f (en mayúsculas o minúsculas).
h fe80::abcd:0:0:1 Sí Equivale a fe80:0000:0000:0000:abcd:0000:0000:0001. Aquí el :: cubre la racha de ceros más larga (3 grupos al principio); los ceros sueltos del final se dejan como 0.

Actividad 7 – Expandir direcciones IPv6

Para expandir: rellenar cada grupo a 4 dígitos con ceros a la izquierda y sustituir el :: por tantos grupos 0000 como falten para llegar a 8 grupos en total.

Nº Forma abreviada Grupos explícitos Ceros que añade :: Forma completa
a ::1 1 (1) 7 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001
b 2001:db8:: 2 (2001, db8) 6 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0000
c fe80::1234:5:6:7 5 (fe80, 1234, 5, 6, 7) 3 fe80:0000:0000:0000:1234:0005:0006:0007
d ff02::2 2 (ff02, 2) 6 ff02:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0002

Actividad 8 – Tipos de dirección IPv6

Nº Dirección Tipo Observación
a ::1 Loopback ::1/128. Equivalente a 127.0.0.1 en IPv4.
b fe80::1 Link-local Rango fe80::/10. Solo válida en el enlace, no se enruta. Cada interfaz IPv6 la genera automáticamente.
c fc00:abcd::10 ULA Rango fc00::/7 (uso privado, equivalente IPv6 de RFC 1918).
d 2001:db8:acad::1 Global unicast Pertenece a 2000::/3. El subprefijo 2001:db8::/32 está reservado para documentación (RFC 3849) y no se usa en Internet real.
e ff02::1 Multicast ff00::/8. ff02::1 = "todos los nodos del enlace".
f :: Indefinida (no especificada) ::/128. La usa un host como origen mientras todavía no tiene IP propia (p. ej. al pedir DHCPv6).
g fd12:3456:789a::1 ULA fd00::/8 ⊂ fc00::/7. En la práctica casi todas las ULA empiezan por fd (el bit local vale 1).
h ff02::2 Multicast ff02::2 = "todos los routers del enlace".