Endereçamento de redes baseadas em IP

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Walter Carlos
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1 Endereçamento de redes baseadas em IP 1 Introdução Com o intuito de permitir a interligação entre os vários hosts ligados a Internet foi desenvolvido o IP (Internet Protocol), que permite endereçar de forma única cada interface de rede presente na internet. Atualmente existem duas versões de endereços IP,o IPv4 e o IPv6. O IPv4 é definido através do RFC 1166 (InternetNumbers) e foi introduzido em janeiro de Segundo o IPv4, é atribuído para cada host um número de 32 bits único, geralmente representado por quatro números decimais separados por pontos. Já o IPv6, introduzido em 1999 e formalizado através do RFC 1883, utiliza 128 bits e é representado como uma sequência de números hexadecimais. Várias organizações estão envolvidas com o controle e delegação de IPs. Em especial, o ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), realiza a delegação de blocos de endereços para outras organizações. Mas é através dos grandes provedores de internet (ISP-Internet Service Provider) que as empresas obtêm IPs, pois são eles os únicos autorizados pela ICANN a fazer esta negociação. Para se ter uma idéia de como isto funciona, através do mapa de atribuição do IPv4, pode-se notar que os IPs começando com 200 e 201 estão sob a responsabilidade da América Latina. Isto explica porque é tão comum encontrar estes número nos provedores brasileiros. 2 Classes de endereçamento Como a representação binária é pouco conveniente, este número passou a ser dado na notação decimal com pontos, onde um valor decimal substitui cada grupo de 8 bits, como a seguir: Cada endereço é dividido, por sua vez, em duas partes: uma parte ligada à rede ao qual o host pertence e outra parte ligado ao próprio host: <NETWORK NUMBER> <HOST NUMBER> 32 bits Dependendo da quantidade de bits alocados para cada parte do endereço, diferentes classes de endereçamento são construídas. Os primeiros bits são fixos e irão definir estas classes, da seguinte maneira: Byte1 Byte2 Byte3 Byte4

Já a quantidade de bits na parte de network e host varia da seguinte forma: Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Classe A NETWORK HOST Classe B NETWORK HOST Classe C NETWORK HOST Classe D MULTICASTING Classe

2 Já a quantidade de bits na parte de network e host varia da seguinte forma: Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Classe A NETWORK HOST Classe B NETWORK HOST Classe C NETWORK HOST Classe D MULTICASTING Classe E RESERVED Estas restrições geram a seguinte faixa de valores válidos para o primeiro byte do endereço IP: Classe Faixa de valores para o primeiro octeto A B C D E Levando-se em conta a quantidade de bits utilizadas para rede (network) e host em cada classe, é possível definir a quantidade máxima de redes e hosts para cada classe de endereçamento: Uma possível representação do espaço de endereçamento, considerando a quantidade de endereços possíveis para cada classe, pode ser dada a seguir. Note que, partindo da classe A, cada nova classe possui metade dos endereços da anterior. Isto é uma consequência direta da forma como os bits foram prefixados no primeiro octeto, no processo de definição das classes. É importante notar que dois endereços especiais são necessários: o endereço de rede e o endereço de broadcasting (difusão). O primeiro é um IP que serve de identificador da rede que se está utilizando, não estando associado a nenhum host. O segundo é o endereço IP que, quando utilizado, permite mandar uma mensagem para todos os hosts participantes daquela rede. Desta forma, o número máximo de redes e hosts diminiu de duas unidades. Alógica é a seguinte: zeram-se todos os bits da parte de host para se obter o endereço de rede e colocam-se todos os bits da parte de host para se obter o endereço de broadcasting.

3 Considerando-se ainda outros endereços reservados, explicados mais adiante, e os endereços de rede e broadcasting, a faixa válida de endereçamento se estreita um pouco mais, ficando como a seguir: Byte1 Byte2 Byte3 Byte4 3 Subnets Um problema encontrado nessas classes de endereçamento é que a quantidade de hosts e redes presentes em cada classe apresenta números muito discrepantes. Não é possível imaginar, por exemplo, 10 mil computadores num mesmo endereço de rede. Desta forma, adotou-se a solução de dividir a parte do host em duas: subnet e host, sob administração do requerente, isto é, do proprietário do endereço de rede. Esta estratégia apresenta várias vantagens: facilita a estruturação física das redes, diminui o tráfego, diminui o domínio de colisão, melhora a segurança da rede, facilita o gerenciamento e permite conectar redes com tecnologias diferentes. A nova representação seria: Este processo é realizado através da utilização de máscaras de rede (netmask). As máscaras de rede permitem diferenciar a parte do host da parte da subrede (subnet). Por exemplo, para um endereço classe B, poder-se-ia dividir os seus 16 bits de hosts em 8 bits para subrede e 8 bits para hosts. O exemplo a seguir irá tornar este processo mais claro. 3.1 Exemplos de divisão em subnets Suponha que se tenha recebido o seguinte endereço classe B: Ao invés de se ter hosts como mesmo endereço base, é mais interessante se a parte de host fosse dividida em várias subredes. Esta situação é muito comum em redes de universidades ou de grandes empresas. Se fossem alocados 8 bits para a subrede e os 8 bits restantes para a parte de host, seria empregada a seguinte máscara de rede: A idéia é que ao se fazer um AND lógico entre o endereço IP e a máscara de rede é possível encontrar o endereço de rede. Neste exemplo, seriam válidas as subnets de a Para uma subrede qualquer nesta faixa, por exemplo , tem-se: Endereço: Máscara: = => Rede: / (Class B) Broadcast: HostMin: HostMax: Hosts/Net: 254 Considerando-se toda a rede, o número de hosts pode chegar a (256 subredes

4 vezes 254 hosts por subrede), um número um pouco menor que o número máximo que poderia ser obtido caso não se fizesse subnets, Note que, como se perde dois endereços para cada subnet, os números apresentados fazem sentido, pois: = 2 16 (2*256) = Supondo que se prefira a máscara Neste caso, são 12 bits para a parte de subrede (4096 subredes) e 4 bits para a parte de host (16 hosts, mas com dois endereços reservados). Para uma subrede qualquer nesta faixa, por exemplo , tem-se: Endereço: Máscara: = => Rede: / (Class B) Broadcast: HostMin: HostMax: Hosts/Net: 14 Neste caso, considerando-se toda a rede, o número de hosts é 2 12 *(2 4-2) = Usando-se agora um endereço de rede classe C ( ) com máscaras , e várias combinações são possíveis: 4 IPs reservados Existem algumas faixas de IP reservadas para administração e controle da rede. Uma faixa bem conhecida é a dos Ips privados ou "falsos" (RFC1918), isto é, Ips que só podem ser utilizados dentro de uma intranet. São geralmente empregados para administração e estão presentes nas três classes: Classe A: de a Classe B: de a Classe C: de a

5 O IP 127.X.Y.Z é reservado para loopback, ou seja, é um apelido que identifica a sua interface de rede local. É mais comum encontrá-lo como , apesar de ser válido qualquer número que comece com 127. O RFC 3330 prevê a faixa de a para ser usada em processos de auto-configuração, como DHCP. Vários outros tipos de IPs reservados são citados neste documento. O endereço significa a sua network (this) e todos o hosts possíveis. É muito comum também expressar o IP e máscara de rede juntos através da notação IP/N, onde N representa o número de 1s presentes na máscara, desde que estejam em sequência, da esquerda para a direita. Por exemplo, o IP com máscara pode ser expresso como /26 (ver RFC 1878). 5 Referências RFCs e sites relacionados: RFC 1166: Internet Numbers RFC 1918: Address Allocation for Private Internets RFC 3330: Special-Use IPv4 Addresses RFC 1878:Variable Length Subnet Table For IPv4 RFC 1883: Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification

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