IPv4, IPv6, subredes, rutas y NAT

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Punto profesional y fundamento pedagógico

Punto profesional. La clase existe para decidir entrega directa o por gateway usando prefijos, rutas y traducción de direcciones.

Por qué aparece aquí. Se sitúa después de Ethernet, Wi-Fi, direccionamiento y redes locales y antes de TCP, UDP, QUIC y decisiones de transporte: convierte el conocimiento anterior en una decisión observable que la clase siguiente podrá reutilizar. La continuidad se comprueba en el artefacto, no por compartir vocabulario.

Error conceptual que debe corregir. Creer que NAT es firewall o que una IP privada nunca aparece fuera de una LAN.

Secuencia de aprendizaje. Antes de leer la solución, el estudiante predice el resultado del caso normal y del error conceptual anterior. Luego explica un caso resuelto paso a paso, construye un contraejemplo que cambie la decisión y, sin consultar el texto, reconstruye el mecanismo y lo aplica a una entrada nueva. La secuencia usa predicción, explicación propia, contraste y recuperación. ICAP distingue participación de construcción de conocimiento; How People Learn II exige conectar conocimiento previo, contexto y transferencia; la práctica de recuperación respalda producir de nuevo la explicación tras una demora; y Education for Life and Work exige devolución que explique la causa del error.

Evidencia de aprendizaje. Routing-lab.md con longest-prefix match y transformaciones antes/después de NAT. Debe contener predicción previa, observación, explicación causal, contraejemplo, criterio de aceptación y una nota de qué dato haría cambiar la conclusión.

Límite de la conclusión. La topología simulada no demuestra políticas del proveedor.

Trazabilidad fuente → afirmación

Antes de empezar

Esta clase continúa la petición observable de extremo a extremo de la Parte 3. No estudia redes como una lista de siglas: añade una decisión concreta al mismo recorrido y obliga a explicar dónde nace cada señal. Conserva una bitácora con cuatro columnas —hecho, interpretación, hipótesis rival y próxima prueba—; si una conclusión no apunta a evidencia, todavía no es diagnóstico.

Prerrequisitos

• Haber completado SE-038 o poder explicar su evidencia principal.
• Trabajar solo contra localhost, una red propia o un destino con autorización expresa.
• Disponer de navegador, curl y herramientas equivalentes del sistema; registra versiones y plataforma.

Problema auténtico

Una instancia de la petición observable de extremo a extremo responde desde una subred y desaparece desde otra. Hay direcciones privadas, doble NAT y rutas que se solapan con una VPN. El equipo necesita leer prefijos y tablas de ruta antes de abrir puertos al azar.

Objetivos observables

Al terminar podrás:

1. calcular red, rango y pertenencia a partir de CIDR;
2. explicar selección de ruta por prefijo más específico;
3. contrastar alcance y autoconfiguración de IPv4 e IPv6;
4. explicar qué traduce NAT y qué problemas no resuelve;
5. comunicar límites y una siguiente prueba sin presentar inferencias como hechos.

Mapa conceptual

flowchart LR
    I[Intento de comunicación] --> O[Observación localizada]
    O --> H[Hipótesis y alternativa]
    H --> P[Prueba discriminante]
    P --> D[Decisión reversible]
    D --> E[Evidencia para la siguiente clase]
    P -->|no separa hipótesis| H

El ciclo evita el diagnóstico por intuición. La observación se ubica antes de interpretarse; la prueba debe producir resultados diferentes bajo hipótesis rivales; la decisión conserva una salida de recuperación. En esta clase la pregunta rectora es: ¿Cómo decide un host si entrega localmente o envía a un router?

Temas y por qué importan

Conceptos y decisiones

1. Dirección y prefijo

Una dirección identifica una interfaz dentro de un alcance; el prefijo describe qué bits designan la red. En 192.0.2.18/28, los primeros 28 bits determinan la red y quedan 16 valores en el bloque. Memorizar máscaras sin traducirlas a pertenencia conduce a rutas y reglas erróneas.

2. Tabla de rutas

Cada entrada combina destino, longitud de prefijo, siguiente salto, interfaz y a veces métrica. Se elige la coincidencia de prefijo más larga antes de considerar una ruta por defecto. traceroute muestra respuestas de algunos saltos, no la tabla completa ni necesariamente el camino inverso.

3. IPv4, espacio privado y NAT

RFC 1918 reserva bloques sin significado global. NAT modifica direcciones y, en NAPT, puertos, manteniendo estado temporal. Conserva escaso espacio público y permite topologías privadas, pero no es una política de autorización ni cifrado; rompe parte de la transparencia extremo a extremo.

4. IPv6 y múltiples alcances

IPv6 amplía direcciones a 128 bits, simplifica el encabezado base y usa Neighbor Discovery en lugar de ARP. Una interfaz puede tener link-local y direcciones de mayor alcance simultáneamente. La ausencia de NAT no implica exposición automática: el filtrado y las rutas siguen gobernando alcanzabilidad.

5. MTU, fragmentación y retorno

Una ruta puede transportar paquetes pequeños y fallar con tamaños mayores. IPv6 exige que el origen gestione Path MTU; filtrar indiscriminadamente ICMPv6 rompe funciones esenciales. Además, que el trayecto de ida exista no garantiza una ruta de retorno ni políticas simétricas.

Definiciones de trabajo

• prefijo: cantidad de bits iniciales que identifican una red.
• ruta: regla para elegir interfaz y siguiente salto.
• CIDR: notación y asignación basada en prefijos de longitud variable.
• NAT: traducción de direcciones entre dominios.
• MTU: máximo tamaño de unidad que un enlace puede transportar sin tratamiento adicional.

Estas definiciones son operativas: precisan el uso dentro de la petición observable de extremo a extremo y deben leerse junto a las fuentes. No convierten un término histórico o dependiente de implementación en una garantía universal.

Ejemplo mínimo

Para 192.0.2.18/28, calcula dirección de red, último valor del bloque y si 192.0.2.31 pertenece. Luego predice qué entrada gana entre 0.0.0.0/0, 192.0.2.0/24 y 192.0.2.16/28.

El ejemplo se acepta cuando incluye predicción previa, salida relevante y explicación de qué hipótesis descarta. Copiar una salida sin interpretación no demuestra comprensión.

Ejemplo profesional

La petición observable de extremo a extremo conserva un inventario redactado de dirección, prefijo, gateway y ruta elegida. Cuando la VPN anuncia 10.0.0.0/8 y la red local usa 10.20.30.0/24, verifica la coincidencia más específica y documenta el conflicto. La solución puede ser renumerar, dividir rutas o cambiar política; desactivar todo el túnel solo oculta el diseño.

La diferencia profesional es la trazabilidad: la decisión conecta requisito, mecanismo, señal, riesgo y recuperación. El equipo puede cambiar de herramienta sin perder el razonamiento.

Práctica guiada

1. calcula dos subredes a mano y confirma con una herramienta local.
2. lee la tabla de rutas en Windows o Unix.
3. predice la interfaz usada para tres destinos antes de probar.
4. observa IPv4 e IPv6 hacia un destino de documentación.
5. dibuja dónde cambia una tupla bajo NAT y dónde permanece igual.
6. entrega trace.md con comandos redactados, marcas de tiempo y condiciones de repetición.

Ejercicios

1. Reconstrucción: explica el mecanismo a una persona que solo conoce la clase anterior; incluye un dibujo y un contraejemplo.
2. Variación: repite el caso cambiando una sola variable —familia IP, interfaz, caché o intermediario— y justifica la diferencia.
3. Revisión adversarial: escribe una hipótesis rival que también explique el síntoma y diseña la observación mínima que las separe.
4. Transferencia: aplica el modelo a una actualización de software o videollamada y marca qué supuestos dejan de ser válidos.

Reto verificable

Entrega una traza comentada que permita a otra persona responder: qué se intentó, qué frontera se observó, qué garantía aplicaba, qué falló, qué alternativa fue descartada y cómo se restauró el estado. La persona revisora debe poder repetir al menos una prueba sin instrucciones orales.

Demostración guiada

1. Predice el primer evento observable y el resultado sano.
2. Ejecuta una sola petición de la petición observable de extremo a extremo y asigna cada marca a una frontera.
3. Introduce el fallo controlado descrito abajo.
4. Compara por primera divergencia, no por cantidad de errores posteriores.
5. Restaura, repite y conserva evidencia de recuperación.

Una demostración que no incluye restauración solo prueba cómo romper el laboratorio.

Preguntas frecuentes

¿Una respuesta a ping demuestra que el servicio funciona?

No. Puede demostrar una respuesta ICMP bajo una ruta y política concretas. No valida DNS, puerto, TLS, HTTP ni la operación de negocio.

¿Puedo concluir desde una única captura?

Solo afirmaciones limitadas al punto, instante y tráfico observados. Para causalidad necesitas una predicción, una intervención controlada o evidencia correlacionada adicional.

¿Debo usar exactamente las mismas herramientas?

No. Debes conservar preguntas, unidades, alcance y evidencia. Documenta equivalencias y diferencias de plataforma.

Fallo controlado y diagnóstico

Añade, solo en un laboratorio y con recuperación preparada, una ruta más específica hacia un siguiente salto inexistente. Observa que vence a la ruta por defecto; elimina esa entrada y confirma recuperación. No modifiques equipos compartidos.

Registra estado previo, acción, síntoma, primera divergencia, causa, corrección y estado posterior. Si la acción afecta red compartida, requiere privilegios amplios o no tiene rollback probado, reemplázala por una simulación local.

Errores comunes y cómo corregirlos

Entorno y archivos clave

work/SE-039/
├── README.md          # alcance, autorización y reproducción
├── request.txt        # petición sin credenciales
├── trace.md           # línea temporal y evidencias
├── failure-report.md  # hipótesis, prueba y recuperación
└── diagram.mmd        # mapa accesible acompañado de texto

Los archivos son contenedores, no evidencia automática. README.md declara sistema operativo, versiones, red utilizada y limpieza. Nunca confirmes cambios de red destructivos sin una ruta de recuperación.

Laboratorio integrado de la Parte 03

En la petición observable, explica por qué 127.0.0.1 se entrega localmente y por qué el puerto cerrado diverge después de seleccionar dirección y ruta. Completa routing-lab.md con longest-prefix match calculado sobre una tabla ficticia y con una transformación NAT diseñada, no observada. No cambies rutas del host para aprobar esta clase.

Seguridad, ética y accesibilidad

• captura únicamente tráfico propio o autorizado y durante la ventana mínima;
• redacta cookies, tokens, query strings, IP privadas y nombres de personas;
• no desactives TLS, firewall o aislamiento como solución permanente;
• acompaña color y diagramas con orden, etiquetas y una explicación textual;
• ofrece comandos equivalentes o resultados esperados para quien no pueda modificar una red;
• considera que telemetría e IP pueden identificar o perfilar personas.

Transferencia

Traslada el mecanismo a una segunda red o protocolo sin repetir comandos mecánicamente. Conserva la pregunta y el criterio de evidencia; cambia los supuestos de dirección, intermediación y política. Escribe qué observación seguiría siendo válida y cuál depende de la topología original.

Evaluación y evidencia

La clase no se aprueba por ejecutar comandos. Se aprueba cuando la evidencia sostiene las conclusiones y declara lo que todavía no puede saberse.

Fuentes

• RFC 8200 — Internet Protocol, Version 6 — define la semántica normativa del protocolo nombrado en el título y sus límites interoperables.
• RFC 1918 — Address Allocation for Private Internets — define la semántica normativa del protocolo nombrado en el título y sus límites interoperables.
• RFC 3022 — Traditional IP Network Address Translator — define la semántica normativa del protocolo nombrado en el título y sus límites interoperables.
• RFC 1122 — Requirements for Internet Hosts: Communication Layers — define la semántica normativa del protocolo nombrado en el título y sus límites interoperables.

Las RFC describen contratos de protocolo, no certifican una red, proveedor o herramienta. Cada afirmación de comportamiento local debe contrastarse con evidencia de ese entorno.

Límites y siguiente paso

No cubre protocolos de enrutamiento entre organizaciones ni diseño avanzado de direcciones. NAT puede variar por implementación. La siguiente clase estudia el contrato de transporte sobre IP.

Glosario

• prefijo: cantidad de bits iniciales que identifican una red.
• ruta: regla para elegir interfaz y siguiente salto.
• CIDR: notación y asignación basada en prefijos de longitud variable.
• NAT: traducción de direcciones entre dominios.
• MTU: máximo tamaño de unidad que un enlace puede transportar sin tratamiento adicional.

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