Endereçamento IP. Figura 1 Estrutura hierárquica do endereço IP - PDF Free Download
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Gilberto Gabeira Cruz
1 Endereçamento IP 1. Introdução: A partir da segunda metade dos anos 90, a Internet se tornou uma rede muito diferente daquela existente em sua concepção no início dos anos 80. Hoje, a Internet tornou-se a maior rede de comunicação de dados pública, duplicando de tamanho a cada oito ou nove meses. Este crescimento deve-se principalmente a popularidade do uso da Web e às oportunidades de negócios empregando esta nova infra-estrutura. 2. Endereços IPv4 Quando o IP (Internet Protocol) foi padronizado pelo IETF (Internet Engineering Task Force) em Setembro de 1981, a especificação requeria que cada dispositivo conectado a rede IP possuísse um endereço IP de 32 bits, chamado endereço IPv4 (IP versão 4), que permitiam 2 32 ( ) endereços diferentes. Alguns dispositivos, tais como os roteadores, devem possuir dois endereços IPs diferentes, um para cada interface de rede. Estes endereços são divididos em duas partes específicas. A primeira parte de um endereço IP identifica a rede na qual o dispositivo está conectado ( ou Prefixo de rede), e a segunda parte identifica aquele dispositivo (host) na rede (Número do host). Esta estrutura de endereçamento possui, portanto, dois níveis hierárquicos, ilustrados na figura 1. Número da Rede Número do Host Figura 1 Estrutura hierárquica do endereço IP Todos os hosts que residem em uma mesma rede devem possuir um único Número do host, entretanto, dois hosts em diferentes redes podem ter o mesmo Número de host, porém devem ter diferentes Números de rede Classes Primárias de Endereços Com o intuito de fornecer uma flexibilidade de endereçamento e suportar redes de tamanhos diferentes, o IPv4 foi criado com um espaço de endereços dividido em cinco diferentes categorias - Endereços Classe A, Endereços Classe B, Endereços Classe C, Endereços Classe D e Endereços Classe E. Cada classe fixa os limites entre um Número de rede e o Número do host em um local diferente do endereço de 32 bits. Os formatos das Classes Primárias de Endereços são ilustrados na figura 2. Uma das características fundamentais do endereçamento IP é que cada endereço é fornecido com uma chave que identifica o ponto de divisão entre o Número de rede e o Número de host. Por exemplo, se os primeiros dois bits de um endereço IP são 01, o ponto de divisão situa-se entre os bits na posição 15 e 16. Este mecanismo simplifica o sistema de roteamento da Internet conforme veremos no decorrer do curso. Esta chave é conhecida como Máscara de rede ou simplesmente Máscara. Esta máscara fornece, portanto, o comprimento do Número de rede.
2 A B Número do host C Número do host Número do host D Endereço multicast E Figura 2 Formatos das Classes Primárias de Endereços Rede Classe A Máscara ou /8 Cada endereço de Classe A tem o Número de rede de oito bits que se inicia no bit da posição zero, seguido de um Número de host de 24 bits. Existem portanto 126 (2 7 2) redes Classe A. Subtrai-se o valor 2 porque a rede e a rede são valores reservados para especificação de rota default e para função de loopback respectivamente (posteriormente veremos a utilização destes endereços). Cada rede Classe A suporta até (2 24-2) Números de host (os números de rede com todos os bits iguais a 1 e todos os bits iguais a zero também possuem uso específico). Os endereços Classe A correspondem a 50% do espaço total de endereços IP Rede Classe B Máscara ou /16 Cada endereço de Classe B tem o Número de rede de 16 bits que se inicia no bit da posição zero, seguido de um Número de host de 16 bits. Existem portanto (2 14 ) redes Classe B. Cada rede Classe B suporta até (2 16-2) Números de host (os números de rede com todos os bits iguais a 1 e todos os bits iguais a zero possuem uso específico). Os endereços Classe B correspondem a 25% do espaço total de endereços IP Rede Classe C Máscara ou /24 Cada endereço de Classe C tem o Número de rede de 24 bits que se inicia no bit da posição zero, seguido de um Número de host de 8 bits. Existem portanto (2 21 ) redes Classe C. Cada rede Classe C suporta até 254 (2 8-2) Números de host (os números de rede com todos os bits iguais a 1 e todos os bits iguais a zero possuem uso específico). Os endereços Classe C correspondem a 12,5% do espaço total de endereços IP Rede Classe D e E Reservado para uso experimental
3 Os endereços de rede Classe D são para uso com multicast e os endereços de Classe E são reservados para uso experimental Notação decimal com pontos Para fazer os endereços da Internet mais compreensíveis e fáceis de escrever, os eles são expressos na forma de quatro números decimais, separados por pontos. Este formato é chamado notação decimal com pontos. Esta notação divide os 32 bits do endereço IPv4 em quatro partes de 8 bits e apresenta cada uma destas quatro partes com seu valor em decimal. A figura abaixo mostra um exemplo de um endereço Classe B Figura 3 Exemplo de notação decimal com pontos A Tabela 1 mostra a faixa de Números de rede que podem ser adotados para cada uma das três classes de endereços definidas anteriormente. O valor x na tabela representa o campo de Número do host que deve ser configurado pelo administrador da rede para cada host existente na rede. Classe de Endereço Classe A Classe B Classe C Faixa de Números de Rede 1.xxx.xxx.xxx até 126.xxx.xxx.xxx xxx.xxx até xxx.xxx xxx até xxx Tabela 1 Faixas de Números de rede para cada Classe de endereços Problema do Espaço Limitado de Endereços Os seguintes problemas com a forma de divisão do espaço de endereços IPs apresentada podem ser destacados:?? o espaço de endereços de 32 bits do IPv4 disponibiliza apenas endereços distintos e o número de hosts conectados à Internet está crescendo de forma acelerada;?? várias empresas com um número pequeno de hosts adquiriram um Número de rede com uma faixa grande de endereços IP;?? a divisão em classes A, B e C é fácil de compreender e implementar, porém não aloca eficientemente o conjunto de endereços. 3. Subnetting (Sub-redes) Em 1985, o IETF publicou a RFC 950 que padroniza um procedimento chamado Subnetting (Sub-redes) que implementa uma subdivisão de uma rede classe A, B ou C. As sub-redes possuem um esquema de endereçamento com hierarquia de tr,,ês níveis. A
4 figura 4 ilustra a idéia básica da sub-rede que divide o campo Número do host em duas partes o Número da sub-rede e o Número do host. O número formado pelo Número da rede e o Número da sub-rede é denominado Prefixo de rede estendido. Número da Sub-rede Número do Host Prefixo de Rede Estendido Figura 4 Divisão do Número de host para formação de sub-rede Quando a sub-rede é implementada é necessário escolher a máscara de sub-rede. Como exemplo, considere uma organização que detém a posse do endereço classe B (portanto, máscara ) e que o administrador decida utilizar todo o primeiro byte do Número de host para implementar a sub-rede. Neste caso, a máscara de sub-rede será A quantidade de sub-redes distintas que podem ser criadas é igual a 254 (2 8-2) e o número de hosts que podem ser endereçados em cada sub-rede é igual a 254 (2 8-2). A figura 5 ilustra, como exemplo, a sub-rede cujo Número da sub-rede é igual a 5. Endereço IP: Máscara de Sub-rede: Número total de host: 254 Número total de sub-redes: Prefixo da Rede Número da sub-rede Prefixo de Rede Estendido Número do host Figura 5 Divisão do Número de host para formação de sub-rede Para determinar a quantidade de bits do Número de host que será empregada como Número de sub-rede, o administrador da rede deve avaliar quantas sub-redes são necessárias e quantos hosts por sub-redes devem ser endereçados. A divisão em sub-redes é uma estrutura criada para que a sub-rede seja visível apenas dentro da organização porque o Número de rede permanece o mesmo em toda a organização onde a sub-rede é empregada. Atualmente as sub-redes são implementadas dentro de uma organização principalmente com equipamentos conhecidos como switches de camada 3.
5 Exercício: 1) Uma organização possui o número de rede /24. Se o administrador da rede precisa implementar 5 sub-redes com no mínimo 28 hosts em cada uma, determine: a) a máscara de sub-rede a ser utilizada; b) o número total de sub-redes e o número total de hosts por sub-rede que podem existir; c) os prefixos de rede estendidos.