IESGO Endereçamento IP Carlos Henrique de Moraes Viana
O endereçamento é uma função-chave dos protocolos da camada de rede que permitem a comunicação de dados entre os hosts na mesma rede ou em redes diferentes. O Internet Protocol versão 4 (IPv4) permite o endereçamento hierárquico para pacotes que transportam dados. Projetar, implementar e gerenciar um plano de endereçamento IPv4 eficaz assegura que a rede opere com eficácia e eficiência. 2
Cada máquina na Internet possui um ou mais endereços de rede que são únicos, ou seja, não podem haver dois endereços iguais. Este endereço é chamado de número Internet, Endereço IP ou ainda número IP. O Ipv6 foi introduzido em 1999, e consiste de uma série de 128 bits representados em hexadecimal, como por exemplo 10:80:20:08:18:00:0C:7A. 3
Internet Assigned Numbers Authority (IANA) (http://www.iana.net) é a detentora dos endereços IP. Os endereços multicast IP e IPv6 são obtidos diretamente da IANA. Até meados dos anos 1990, todo espaço de endereços IPv4 era gerenciado diretamente pela IANA. Naquele tempo, o restante do espaço de endereço IPv4 era alocado a vários outros registros para gerenciamento para fins especiais ou para áreas regionais. Essas companhias de registro são chamadas de Regional Internet Registries (RIRs). 4
As principais companhias de registro são: AfriNIC (African Network Information Centre) - Região da África http://www.afrinic.net APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) - Região da Ásia/Pacífico http://www.apnic.net ARIN (American Registry for Internet Numbers) - Região da América do Norte http://www.arin.net LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) - América Latina e algumas ilhas do Caribe http://www.lacnic.net RIPE NCC (Reseaux IP Europeans) - Europa, Oriente Médio e Ásia Central http://www.ripe.net 5
Problemas relacionados com o crescimento da Internet Eventual exaustão do endereçamento IPv4. Essa exaustão teve uma folga com a definição de números de intranet (item 1.3) e utilização de NAT (Network Address Translator- RFC 1631), bem como a utilização de proxy nas empresas. Problemática de rotear tráfego em um número crescente de redes (tabelas de roteamento) A exaustão dos endereços IPV4 está prevista em http://www.potaroo.net/tools/ipv4/ 6
IPv4: endereços de 32 bits, que consiste num total de 4.294.967.296 endereços disponíveis. Parece bastante, mas ele é mal distribuído na visão classfull de endereços. Para entender a operação de um dispositivo na rede, precisamos ver os endereços e outros dados do modo que o dispositivo os vê - pela notação binária. Isso quer dizer que precisamos ter alguma habilidade em conversão de binário para decimal. 7
Sistema de Numeração Binário No sistema de numeração binário a raiz é 2. Portanto, cada posição representa potências de 2 crescentes. Nos números binários de 8 bits, as posições representam estas quantidades: 2^7 2^6 2^5 2^4 2^3 2^2 2^1 2^0 128 64 32 16 8 4 2 1 8
O sistema de numeração de base 2 só tem dois dígitos: 0 e 1. Quando interpretamos um byte como número decimal, temos a quantidade que a posição representa se o dígito é 1 e não temos quantidade se o dígito é 0, como mostrado na figura. 1 1 1 1 1 1 1 1 128 64 32 16 8 4 2 1 9
Um 1 em cada posição significa que acrescentamos o valor daquela posição ao total. Essa é a adição quando há um 1 em cada posição de um octeto. O total é 255. 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255 Um 0 em cada posição indica que o valor para aquela posição não é acrescentado ao total. Um 0 em cada posição dá um total de 0. 0 0 0 0 0 0 0 0 128 64 32 16 8 4 2 1 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 0 10
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Dentro do intervalo de endereço de cada rede IPv4, temos três tipos de endereço: Endereço de rede - O endereço pelo qual nos referimos à rede Endereço de broadcast - Endereço especial usado para enviar dados a todos os hosts da rede Endereços de host - Os endereços designados aos dispositivos finais da rede 12
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Endereçamento Classful Cada computador ligado à Internet deve possuir um endereço IP único, a fim de que os roteadores saibam como encaminhar um pacote a esse local, sem confusão de rotas. Entretanto, a numeração não pode ser aleatória, pois acarretaria um excesso de entradas nas tabelas de roteamento. 14
Range de IPs livres para Intranet (RFC 1918) Para facilitar a configuração de números IP internamente à empresa, definiu-se uma numeração destinada especificamente para uso em Intranets. Esse conjunto de números IP, visto a seguir, é conhecido como IP inválido, ou IP de intranet, ou ainda IP interno ou IP privado. 10.0.0.0 ate 10.255.255.255 para Classe A 172.16.0.0 ate 172.31.255.255 para Classe B 192.168.0.0 ate 192.168.255.255 para Classe C 15
intervalos Classe A Um intervalo de endereços classe A foi projetado para suportar redes extremamente grandes, com mais de 16 milhões de endereços de host. Os endereços IPv4 classe A usavam um prefixo /8 com o primeiro octeto para indicar os endereços da rede. Os três octetos finais eram usados para endereços de host. 16
intervalos Classe B O espaço de endereços Classe B foi projetado para suportar as necessidades de redes de tamanho moderado a muito grande com mais de 65.000 hosts. Um endereço IP classe B usava os dois primeiros octetos para indicar o endereço de rede. Os outros dois octetos especificavam os endereços de host. Como no caso da classe A, o espaço para endereços das classes de endereços restantes precisava ser reservado também. 17
intervalos Classe C O espaço de endereços classe C foi o mais comumente disponível das classes de endereços. Esse espaço de endereço fornecia endereços para redes pequenas, com no máximo 254 hosts. Os intervalos de endereço classe C usavam um prefixo /24. Isso quer dizer que uma rede classe C usava apenas o último octeto como endereço de host, e os três primeiros octetos eram usados para indicar o endereço de rede. 18
no princípio da Internet definiu-se a utilização do endereçamento classfull, conforme pode ser visto na tabela a seguir: Observe que o endereço é auto-contido, ou seja, não precisa máscara 19
Assim, internamente à empresa, pode-se utilizar um endereço tipo 10.x.x.x, porém, para se efetuar a conexão na Internet verdadeira, devese utilizar um conjunto de números IP válido, delegado para a empresa pelo provedor que, por sua vez, conseguiu esses números da entidade responsável no País ou região (LACNIC, por exemplo). A conversão entre o número IP público e o número IP privado é feita normalmente xatravés de um so xftware de NAT (Network Address Translator RFC 2663) instalado no roteador de borda da empresa. 20
Em uma rede IPv4, os hosts podem se comunicar através de um desses três modos: Unicast - o processo de envio de um pacote de um host para um host individual Broadcast - o processo de envio de um pacote de um host para todos os hosts numa rede Multicast - o processo de envio de um pacote de um host para um grupo de hosts selecionados Esses três tipos de comunicação são usados para fins diferentes nas redes de dados. Em todos os três casos, o endereço IPv4 do host de origem é colocado no cabeçalho do pacote como sendo o endereço origem. 21
A transmissão de broadcast é usada para localização de serviços/dispositivos especiais para os quais não se conhece o endereço ou quando um host precisa fornecer informações a todos os hosts na rede. Alguns exemplos de uso de transmissão de broadcast são: Mapear os endereços da camada superior para os endereços da camada inferior. Solicitar um endereço Trocar informações de roteamento por meio de protocolos de roteamento Alguns exemplos de transmissão multicast são: Distribuição de vídeo e áudio Troca de informações de roteamento por protocolos de roteamento Distribuição de software Feeds de notícias x 22
Embora a maioria dos endereços de host IPv4 sejam endereços públicos designados para uso em redes que são acessíves pela Internet, há intervalos de endereços que são usados em redes que precisam acesso limitado ou nenhum acesso à Internet. Esses endereços são chamados de endereços privados. Endereços Privados Os intervalos de endereços privados são: de 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (10.0.0.0 /8) de 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (172.16.0.0 /12) de 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (192.168.0.0 /16) 23
Os intervalos de endereços de espaço privado, como mostrado na figura, são reservados para uso em redes privadas. O uso desses endereços não precisa ser exclusivo entre redes externas. Hosts que não precisam de acesso à Internet em geral podem fazer uso irrestrito de endereços privados. Contudo, as redes internas ainda devem projetar esquemas de endereço para assegurar que os hots em redes privadas usem endereços IP que são únicos dentro do seu ambiente de rede. 24
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Network Address Translation (NAT) Com serviços para traduzir endereços privados para endereços públicos, os hosts numa rede com endereços privados podem ter acesso a recursos na Internet. Esses serviços, chamados de Network Address Translation (Tradução de Endereço de Rede) ou NAT, podem ser implementados em um dispositivo na borda da rede privada. O NAT permite que os hosts da rede "peguem emprestado" um endereço público para se comunicar com redes externas. Embora haja algumas limitações e questões de desempenho com o NAT, os clientes para muitas aplicações podem acessar serviços pela Internet sem problemas perceptíveis. 26
Loopback Um desses endereços reservados é o endereço de loopback IPv4 127.0.0.1. O loopback é um endereço especial que os hosts usam para direcionar o tráfego para si mesmos. O endereço de loopback cria um método de atalho para aplicações e serviços TCP/IP que rodam no mesmo dispositivo para se comunicarem com outros. Usando um endereço de loopback em vez dos endereços de host designados IPv4, dois serviços no mesmo host podem se desviar das camadas inferiores da pilha TCP/IP. Também é possível fazer um ping no endereço de loopback para testar a configuração do TCP/IP no host local. 27
Embora apenas um único endereço 127.0.0.1 seja usado, os endereços no intervalo de 127.0.0.0 a 127.255.255.255 são reservados. Qualquer endereços dentro desse intervalo executará o loop back dentro do host local. Nenhum endereço dentro desse intervalo deve aparecer em qualquer rede. 28
Embora apenas um único endereço 127.0.0.1 seja usado, os endereços no intervalo de 127.0.0.0 a 127.255.255.255 são reservados. Qualquer endereços dentro desse intervalo executará o loop back dentro do host local. Nenhum endereço dentro desse intervalo deve aparecer em qualquer rede.d 29
Endereços Locais de Link Os endereços IPv4 no intervalo de endereços de 169.254.0.0 a 169.254.255.255 (169.254.0.0 /16) são designados como endereços locais de link. Esses endereços podem ser automaticamente designados ao host local pelo sistema operacional nos ambientes em que não houver configuração IP disponível. Isso pode ser usado como uma pequena rede ponto-a-ponto ou por um host que não conseguiu obter automaticamente um endereço do servidor DHCP. 30
Endereçamento Classless O sistema que usamos atualmente é chamado de endereçamento classless. Com o sistema classless, intervalos de endereço adequados para o número de hosts são designados para companhias ou organizações independentemente da classe unicast. 31
Atribuição Dinâmica de Endereços Devido aos desafios associados ao gerenciamento de endereços estáticos, os dispositivos dos usuários finais em geral têm endereços dinamicamente atribuídos, usando o protocolo DHCP O DHCP ativa a atribuição automática de informações de endereçamento, como endereço IP, máscara de sub-rede, gateway padrão e outras informações de configuração. A configuração do servidor DHCP requer que um intervalo de endereços, chamado de conjunto de endereços, seja definido para ser atribuído aos clientes DHCP numa rede. Os endereços atribuídos a esse pool devem ser planejados para excluir quaisquer endereços usados para os outros tipos de dispositivos. 32
Dúvidas Carlos Carlos Henrique Henrique de de Moraes Moraes Viana Viana 33