identificar e localizar um ao outro computador pode estar conectado a mais de uma rede mais de um endereço

Transcrição

1 Endereçamento

2 Endereçamento IP Para que dois sistemas quaisquer comuniquem-se, eles precisam ser capazes de se identificar e localizar um ao outro. Um computador pode estar conectado a mais de uma rede. Nesta situação, o sistema deve receber mais de um endereço. Cada endereço identificará a conexão do computador a uma rede diferente. Não se fala que um dispositivo tem um endereço, mas que cada um dos pontos de conexão (-ou interfaces), daquele dispositivo tem um endereço para uma rede. Isso permite que os outros computadores localizem o dispositivo nessa rede específica. Cada computador em uma rede TCP/IP deve receber um identificador exclusivo, ou endereço IP. Esse endereço, operando na camada 3, permite que um computador localize outro computador na rede. Todos os computadores também têm um endereço físico exclusivo, conhecido como endereço MAC. Esse endereço é atribuído pelo fabricante da placa de interface de rede. Os endereços MAC operam na camada 2 do modelo OSI.

3 Endereçamento IP Um endereço IP versão 4 é uma seqüência de 32 bits de 1s e 0s. Para facilitar a utilização do endereço IP, geralmente ele é escrito como quatro números decimais separados por pontos. Ex: IP de um computador é e de outro Essa maneira de escrever o endereço é chamada de formato decimal pontuado. Cada endereço IP é escrito em quatro partes separada por pontos. Cada parte do endereço é denominada octeto (oito dígitos binários). Ex: endereço IP seria em notação binária. A notação decimal separada por pontos é um método mais fácil de entender do que o método que utiliza os dígitos binários um e zero. As longas cadeias de uns e zeros repetidos aumentam a probabilidade de erros de transposição e omissão. Observando os números binários, é quase impossível ver que são números consecutivos.

4 Notação Decimal Pontuada notação binária 2 7 = = = = notação decimal pontuada (1) Posição (2) Potência (3) Decimal

5 Endereçamento IP Versão 4 Um roteador encaminha pacotes da rede de origem para a rede de destino usando o protocolo IP. Os pacotes devem incluir um identificador tanto para a rede de origem quanto para a de destino. Usando o endereço IP da rede de destino, um roteador pode entregar um pacote para a rede correta. Quando o pacote chega a um roteador conectado à rede de destino, esse roteador usa o endereço IP para localizar o computador específico conectado a essa rede. Esse sistema funciona de maneira muito parecida com o sistema dos correios. Correio: Correspondência é roteada, primeiro ela deve ser entregue à agência dos correios na cidade de destino usando-se o CEP. Em seguida, essa agência deve localizar o destino final nessa cidade usando-se o nome da rua. É um processo em duas etapas. Da mesma maneira, todo endereço IP tem duas partes. A primeira parte identifica o endereço de rede do sistema A segunda parte, chamada de parte do host, identifica qual é a máquina específica na rede. Um endereço IP combina esses dois identificadores em um único número. Esse número deve ser exclusivo, já que endereços duplicados tornariam o roteamento impossível. Os endereços IP são divididos em classes, para definir redes pequenas, médias e grandes. Os endereços de classe A são atribuídos a redes maiores. Os endereços de classe B são usados para redes de porte médio e os de classe C para redes pequenas. A primeira etapa para determinar qual parte do endereço identifica a rede e qual parte identifica o host é identificar a classe do endereço IP.

6 Endereços IP Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST Endereço IP de 32 bits Identificador da rede Identificador do host host REDE REDE internet hosts com identificadores de rede distintos. REDE REDE hosts com o mesmo identificador de rede.

7 Classes de Endereço

8 Classes de Endereço (Exemplo)

9 Classes de Endereçamento Para acomodar redes de diferentes tamanhos e ajudar na classificação dessas redes, os endereços IP são divididos em grupos chamados classes. Isto é conhecido por endereçamento classfull. Cada endereço IP completo de 32 bits é dividido em uma parte da rede e uma parte do host. Um bit ou uma seqüência de bits no início de cada endereço determina a classe do endereço. Há cinco classes de endereços IP. Classe A: O endereço de classe A foi criado para suportar redes extremamente grandes, com mais de 16 milhões de endereços de host disponíveis. Os endereços IP de classe A usam somente o primeiro octeto para indicar o endereço de rede. Os três octetos restantes são responsáveis pelos endereços de rede. O primeiro bit de um endereço de classe A é sempre 0. Como esse primeiro bit é 0, o menor número que pode ser representado é , que também é o 0 decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 127 em decimal. Os números 0 e 127 são reservados e não podem ser usados como endereços de rede. Qualquer endereço que comece com um valor entre 1 e 126 no primeiro octeto é um endereço de classe A. Endereço da Loopback: A rede é reservada para testes de loopback. Os roteadores ou as máquinas locais podem usar esse endereço para enviar pacotes para si mesmos. Por isso, esse número não pode ser atribuído a nenhuma rede.

10 CLASSE A

11 Loopback LoopBack = Enviar para si mesmo. Os datagramas com endereço IP 127.x.x.x não são enviados para rede. Eles são tratados localmente pela própria estação como datagramas recebidos. IP processo processo processo IP IP

12 O endereço classe B foi criado para dar conta das necessidades de redes de porte médio a grande. Um endereço IP de classe B usa os dois primeiros octetos para indicar o endereço da rede. Os outros dois octetos especificam os endereços dos hosts. Os dois primeiros bits do primeiro octeto de um endereço classe B são sempre 10. Os seis bits restantes podem ser preenchidos com 1s ou 0s. Portanto, o menor número que pode ser representado por um endereço classe B é , equivalente a 128 em decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 191 em decimal. Qualquer endereço que comece com um valor no intervalo de 128 a 191 no primeiro octeto é um endereço classe B. Classe B

13 Das classes de endereços originais, o espaço de endereços de classe C é o mais usado. Esse espaço de endereços tinha como objetivo suportar redes pequenas com no máximo 254 hosts. Um endereço classe C começa com o binário 110. O menor número que pode ser representado é , equivalente a 192 em decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 223 em decimal. Se um endereço contém um número entre 192 e 223 no primeiro octeto, é um endereço classe C. Classe C

14 O endereço classe D foi criado para permitir multicasting em um endereço IP. Endereço de multicast: é um endereço de rede exclusivo que direciona os pacotes com esse endereço de destino para grupos predefinidos de endereços IP. Uma única estação pode transmitir simultaneamente um único fluxo de dados para vários destinatários. O espaço de endereços de classe D, de forma muito semelhante aos outros espaços de endereços, é limitado matematicamente. Os primeiros quatro bits de um endereço classe D devem ser O intervalo de valores no primeiro octeto dos endereços de classe D vai de a , ou de 224 a 239 em decimal. Um endereço IP que comece com um valor no intervalo de 224 a 239 no primeiro octeto é um endereço classe D. Classe D

15 Também foi definido um endereço classe E. A IETF (Internet Engineering Task Force) reserva esses endereços para suas próprias pesquisas. Dessa forma, nenhum endereço classe E foi liberado para uso na Internet. Os primeiros quatro bits de um endereço classe E são sempre definidos como 1s. O intervalo de valores no primeiro octeto dos endereços de classe E vai de a , ou de 240 a 255 em decimal. Classe E

16 Classes de Endereço

17 Classes de endereços

18 REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE ENDEREÇOS IP HOSTS NA MESMA REDE LOCAL DEVEM TER O MESMO ID DE REDE HOSTS COM ID DE REDE DIFERENTE DEVEM SER LIGADOS ATRAVÉS DE ROTEADORES.

19 Classes de Endereçamento Classe Formato do Endereço Organização da Rede Intervalo dos endereços da classe A 0 Identificador da Rede Identificador do Host 127 redes com até hosts. de até B 10 Identificador da Rede 7 bits 24 bits Identificador do Host redes com até hosts. de até C 110 Identificador da Rede 14 bits 16 bits Identificador do Host 21 bits 8 bits redes com até 255 hosts. de até ENDEREÇOS PRIVADOS (CATEGORIA 1) 1 REDE CLASSE A: a REDES CLASSE B: a REDES CLASSE C: a

20 Classe IP 10.x.x.x 16 milhões A x.x 65 mil 255 B C x...

21 endereço classe C MÁSCARA: identificador de rede identificador do host roteador O roteador possui dois endereços IP, um para cada rede.

22 Endereços Reservados Alguns endereços de host são reservados e não podem ser atribuídos a dispositivos em uma rede. Endereço de rede: Usado para identificar a própria rede Endereço de broadcast: Usado para realizar broadcast de pacotes para todos os dispositivos de uma rede Um endereço IP com 0s binários em todas as posições de bits dos hosts é reservado para o endereço de rede. Exemplo (classe A): é o endereço IP da rede (conhecido como ID da rede) que contém o host Um roteador usa o endereço IP da rede ao encaminhar dados na Internet.

23 Rede, Host e Broadcast Exemplo (classe B) Os dois primeiros octetos são designados como a parte da rede. Os dois últimos octetos contêm 0s porque esses 16 bits são para os números de host e são usados para identificar os dispositivos conectados à rede. O endereço IP é um exemplo de endereço de rede. Esse endereço nunca é atribuído como endereço de host. O endereço de host de um dispositivo da rede poderia ser Neste exemplo, "176.10" é a parte da rede e "16.1" é a parte do host. Quando os dois últimos octetos contê 1s, estamos representando um endereço de Broacast. Ex:

24 Endereços Públicos e Privados A estabilidade da Internet depende diretamente da exclusividade dos endereços de rede usados publicamente. Endereços IP de rede duplicados impedem que o roteador realize sua função de selecionar o melhor caminho. Para cada dispositivo de uma rede, é necessário um endereço exclusivo. Foi necessário criar um procedimento que garantisse que os endereços fossem realmente exclusivos. Inicialmente, uma organização conhecida como InterNIC (Internet Network Information Center Centro de Informações da Rede Internet) cuidou desse procedimento. A InterNIC não existe mais e foi substituída pela IANA (Internet Assigned Numbers Authority). A IANA gerencia cuidadosamente o estoque de endereços IP para garantir que não haja duplicidade de endereços usados publicamente. A duplicidade causaria instabilidade na Internet e comprometeria sua capacidade de entregar datagramas para as redes. Os endereços IP públicos são exclusivos. Nunca pode haver mais de uma máquina que se conecte a uma rede pública com o mesmo endereço IP, pois os endereços IP públicos são globais e padronizados. Todas as máquinas conectadas à Internet concordam em obedecer a esse sistema. Os endereços IP públicos precisam ser obtidos de um provedor de serviços de Internet ou através de registro a um certo custo. Com o rápido crescimento da Internet, os endereços IP públicos começaram a escassear. Para ajudar a solucionar o problema, foram desenvolvidos novos esquemas de endereçamento, como o CIDR (classless interdomain routing roteamento sem classes entre domínios) e o IPv6. Os endereços IP privados são outra solução para o problema da escassez iminente dos endereços IP públicos. Como foi dito, as redes públicas exigem que os hosts tenham endereços IP exclusivos. Entretanto, as redes privadas que não estão conectadas à Internet podem usar quaisquer endereços de host, contanto que cada host dentro da rede privada seja exclusivo. Muitas redes privadas existem em paralelo com as redes públicas. Porém, não é recomendável que uma rede privada use um endereço qualquer, pois essa rede pode ser conectada à Internet algum dia. O RFC 1918 reserva três blocos de endereços IP para uso interno e privado. Esses três blocos consistem de um endereço de classe A, um intervalo de endereços de classe B e um intervalo de endereços de classe C. Os endereços dentro desses intervalos não são roteados no backbone da Internet. Os roteadores da Internet descartam imediatamente os endereços privados. Para endereçar uma intranet não-pública, um laboratório de testes ou uma rede doméstica, pode-se usar esses endereços privados no lugar dos endereços globalmente exclusivos. Conectar uma rede que usa endereços privados à Internet exige a conversão dos endereços privados em endereços públicos. Esse processo de conversão é chamado de NAT (Network Address Translation Conversão de Endereços de Rede). Geralmente, o roteador é o dispositivo que realiza a NAT.

25 Distribuição de IP s IANA Mundo ARIN Américas e Caribe FAPESP Brasil PROVEDOR Embratel, Impsat, etc REDE CORPORATIVA

26 Endereços Públicos e Privados

27 Sub-Redes O método de dividir classes inteiras de endereços de redes em pedaços menores impediu o esgotamento completo dos endereços IP. É impossível abordar o TCP/IP sem mencionar as sub-redes. Como administrador de sistemas, é importante compreender a utilização de sub-redes como uma forma de dividir e identificar redes independentes através da LAN. Nem sempre é necessário dividir uma rede pequena em sub-redes. Entretanto, para redes grandes ou extremamente grandes, a divisão em sub-redes é necessária. Dividir uma rede em sub-redes significa usar a máscara de subrede para dividir a rede em segmentos menores, ou sub-redes, mais eficientes e mais fáceis de gerenciar. Um exemplo semelhante seria o sistema telefônico brasileiro, que é dividido em códigos DDD, prefixos e números locais.

28 Sub-Redes O administrador do sistema precisa resolver essas questões ao adicionar e expandir a rede. É importante saber quantas sub-redes ou redes são necessárias e quantos hosts serão necessários em cada rede. Com as sub-redes, a rede não fica limitada às máscaras de rede padrão de classes A, B ou C, e há maior flexibilidade no projeto da rede. Os endereços de sub-rede incluem a parte da rede, mais um campo de sub-rede e um campo do host. O campo da sub-rede e o campo do host são criados a partir da parte do host original para toda a rede. A possibilidade de decidir como dividir a parte reservada originalmente ao endereço de host em novos campos para a identificação de sub-rede e host, provendo para o administrador da rede uma maior flexibilidade no endereçamento. Para criar um endereço de sub-rede, um administrador de rede toma emprestados alguns bits do campo do host e os designa como o campo da sub-rede. A quantidade mínima de bits que podem ser emprestados é 2. Se criássemos uma sub-rede tomando somente um bit emprestado, o número da rede seria.0. O número de broadcast seria.255. A quantidade máxima de bits que podem ser emprestados é qualquer valor que deixe pelo menos 2 bits sobrando para o número do host.

29 Sub-redes Os administradores de rede às vezes precisam dividi-las, particularmente as grandes redes, em redes menores, chamadas de sub-redes, para fornecer flexibilidade ao endereçamento. Para criar um endereço de sub-rede, um administrador de rede toma emprestados bits do campo original do host e os designa como o campo da sub-rede. O número mínimo que podem ser emprestados é 2. Importante: o principal motivo para se usar sub-redes é reduzir o tamanho de um domínio de broadcast.

30 Sub-redes Para rotear um pacote de dados, o roteador deve determinar primeiro o endereço de rede/sub-rede de destino, executando uma função AND lógica usando o endereço IP do host de destino e a máscara de sub-rede. O resultado será o endereço de rede/sub-rede.

31 Sub-redes As máscaras de sub-rede usam o mesmo formato dos endereços IP. Têm tamanho de 32 bits e são divididas em quatro octetos, escritos no formato decimal com ponto. As máscaras de sub-rede contêm apenas 1s nas posições dos bits da rede e da sub-rede e apenas 0s nas posições restantes.

32 Sub-redes parte do endereço da rede Quantas sub-redes possíveis existem com um campo de sub-rede de 4 bits? = 14 endereço broadcast

33 Sub-redes Em uma rede de classe C com máscara de sub-rede , a que sub-rede o host pertenceria? (dica: 97 = binário ) A. sub-rede 0? B. sub-rede 1? C. sub-rede 2? D. sub-rede 3? E. sub-rede 4? F. nenhuma delas? Sub-rede

34 Sub-redes Deve-se selecionar um endereço de cada sub-rede diferente para atribuir à interface do roteador que se conecta a essa sub-rede. Cada segmento de uma rede deve ter números de rede/sub-redes diferentes.

35 Sub-Redes

36 Tabela de Sub-Redes (2 núm. de bits emprestados ) 2 = sub-redes utilizáveis (2 núm. de bits restantes ) 2 = hosts utilizáveis

37 Identificação do ID da Lógica Booleana (And Binário) Sub-Rede

38 Exemplo Sub-Rede (3bits)

39 Roteador Roteador é um dispositivo de internetworking que transporta os pacotes de dados entre as redes, com base nos endereços da camada 3. Um roteador tem a habilidade de tomar decisões inteligentes no que se refere ao melhor caminho para a entrega de dados na rede.

40 Sub-Redes

41 IPv4 Limitações Quando o TCP/IP foi adotado, na década de 80, ele se baseava em um esquema de endereçamento em dois níveis. Na época, isso oferecia uma escalabilidade adequada. Infelizmente, os idealizadores do TCP/IP não poderiam prever que esse protocolo acabaria sustentando uma rede global de informações, comércio e entretenimento. Há mais de vinte anos, o IP versão 4 (IPv4) ofereceu uma estratégia de endereçamento que, embora fosse escalonável durante certo tempo, resultou em uma alocação ineficiente dos endereços. Os endereços classe A e B representam 75% do espaço de endereços do IPv4, embora menos de organizações possam receber um número de rede classes A ou B. Os endereços de rede de classe C são muito mais numerosos do que os de classes A e B, embora representem somente 12,5% dos 4 bilhões de possíveis endereços IP. Infelizmente, os endereços de classe C estão limitados a 254 hosts utilizáveis. Isso não atende ás necessidades de organizações maiores, que não podem adquirir um endereço de classes A ou B. Mesmo se houvesse mais endereços classe A, B ou C, um excesso de endereços de rede faria com que os roteadores da Internet viessem a parar sob o peso do enorme tamanho das tabelas de roteamento necessárias para armazenar as rotas para alcançar cada rede. Já em 1992, a IETF (Internet Engineering Task Force Força-Tarefa de Engenharia da Internet) identificou as duas seguintes preocupações específicas: Esgotamento dos endereços de rede IPv4 restantes, não atribuídos. Naquela época, o espaço de classe B estava prestes a se esgotar. Ocorreu um crescimento forte e rápido do tamanho das tabelas de roteamento da Internet quando mais redes de classe C ficaram on-line. A inundação de novas informações de rede daí resultante ameaçou a capacidade dos roteadores de Internet de reagir de maneira eficiente.

42 Futuro Endereçamento IP Pesquisadores dos Estados Unidos mapearam a existência de 2,8 bilhões de endereços IP na Internet. Esta é a primeira tentativa de conectar todos os endereços Web disponíveis no mundo desde Cientistas alertam que há um esgotamento de endereços únicos disponíveis na Internet. De acordo com reportagem do portal "New Scientist", dois cientistas da Universidade da Califórnia do Sul, John Heidemann e seu colega Yuri Pradkin, conduziram o censo eletrônico. eles enviaram perguntas para cada um dos bilhões de endereços de IP (Protocolo de Internet) únicos que compõem a internet mundial, num período de 62 dias. Em função dos sistemas de segurança de alguns servidores, cerca de 61% dos endereços "questionados" não enviaram resposta enquanto outros enviaram repostas como sem comentários. Milhões de servidores, entretanto, responderam, permitindo que os pesquisadores construíssem um atlas da internet. "O único outro censo da internet do qual se tem conhecimento foi feito em 1982, quando a internet consistia em 315 sites", disse Heidemann, ao New Scientist. Segundo os cientistas, o número de endereços criados com o atual sistema de endereços de IP deve esgotar, segundo estimativas, em "Precisamos trabalhar rápido para evitar maiores problemas na comunicação global", concluiu o cientista John Heidemann. *Com informações de Agências Internacionais Fonte: Convergência Digital - Canal VoIP 19/10/2007

43 IPv4 Limitações Durante as duas últimas décadas, foram desenvolvidas diversas extensões do IPv4. Essas extensões foram projetadas especificamente para melhorar a eficiência de utilização do espaço de endereços de 32 bits. Duas das mais importantes extensões são: As máscaras de sub-rede e o roteamento inderdomínios classless (CIDR) Desenvolvimento de uma versão ainda mais extensível e escalonável do IP, o IP versão 6 (IPv6). O IPv6 usa 128 bits em vez dos 32 bits usados atualmente no IPv4. O IPv6 usa números hexadecimais para representar os 128 bits. Ele oferece 640 sextilhões de endereços. Essa versão do IP deve oferecer endereços suficientes para as futuras necessidades das comunicações.

44 Endereços IPv4 têm 32 bits de comprimento, são escritos em formato decimal e separados por pontos. Endereços IPv6 têm 128 bits de comprimento e são utilizados para identificar interfaces individuais ou conjuntos de interfaces. Endereços IPv6 são atribuídos a interfaces, não aos nós. Uma vez que cada interface pertence a um único nó, qualquer endereço unicast atribuído às interfaces de um nó podem ser utilizadas como um identificador deste nó. Endereços IPv6 são escritos em formato hexadecimal e separados por dois pontos. Os campos do IPv6 têm 16 bits de comprimento. Para facilitar a leitura dos endereços, os zeros à esquerda podem ser omitidos em todos os campos. O campo :0003: é escrito como :3:. A representação abreviada do IPv6 para os 128 bits usa oito números de 16 bits, mostrados como quatro dígitos hexadecimais. Após anos de planejamento e desenvolvimento, o IPv6 está sendo implementado lentamente em algumas redes. No futuro, o IPv6 pode vir a substituir o IPv4 como protocolo Internet dominante. IPv4 x IPv6

45 IPv6

46 Como atribuir IP s para rede abaixo? SÃO PAULO CURITIBA computadores 200 computadores

47 Como atribuir IP s para rede SÃO PAULO 150 computadores... abaixo? SÃO PAULO computadores computadores DUAS CLASSES C 512 endereços UMA CLASSE B endereços

48 Endereços IP especiais Não podem ser atribuídos a nenhuma estação: : Endereço de Loopack : BroadCast x.x.x.255: BroadCast para uma rede classe A x.x : BroadCast para uma rede classe B x : BroadCast para uma rede classe C : Endereço de Inicialização (DHCP)

49 Mapeamento de Endereços O endereços IP são endereços temporários. O verdadeiro identificador da estação para rede é o endereço MAC endereço físico associado a placa adaptadora de rede: NIC - Network Interface Card. IP ( ) Endereços de 48 bits (6 bytes) NIC MAC ( B3)

50 Endereço MAC O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC endereços administrados localmente Quem instala a placa de rede. endereços universais Pelo fabricante Código do Frabricante Número de Série

51 Filtragem de Endereços IP REDE MAC FÍSICA INTERRUPÇÃO MAC D = PLACA DE REDE LOCAL MAC D = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MAC D MAC O DADOS CRC

52 Relação entre IP e MAC endereço IP A Estação A Estação B endereço IP B endereço físico MAC A NIC NIC endereço físico MAC B datagrama MAC A MAC B IP B IP A Dados quadro

53 Address Resolution Protocol - ARP O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para MAC. Rede As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o destinatário através do endereço IP. O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para passa a camada de enlace de dados. IP ORIGEM IP DESTINO Dado Enlace de Dados LLC +MAC Tipo MAC de Destino MAC de Origem Dado ECC

54 ARP qual o MAC do IP ? o MAC do IP é C? ARP REQUEST ARP REPLY A B C

55 ARP O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os datagramas enviados na ARP Cache. Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache. Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast para subrede. Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve o endereço para o roteador ao invés do destinatário final. ARP Cache endereço IP endereço MAC tipo B3 dinâmico ca dinâmico

56 O ARP só funciona na rede local ARP request o roteador não propaga broadcast