4 Camada de Rede: O papel da camada de rede é transportar pacotes de um hospedeiro remetente a um hospedeiro destinatário. Para fazê-lo, duas importantes funções da camada de rede podem ser identificadas: Repasse Quando um pacote chega ao enlace de entrada de um roteador, este deve conduzí-lo ao enlace de saída apropriado. Roteamento a camada de rede deve determinar a rota ou caminho tomado pelos pacotes ao fluírem de um remetente a um destinatário. Os algoritmos que calculam esses caminhos são denominados algoritmos de roteamento. 4.1 O Protocolo da Internet (IP): IP são as iniciais de Internet Protocol (Protocolo da Internet). O endereçamento e o repasse na Internet são componentes importantes do Protocolo da Internet (IP). Há duas versões do protocolo IP em uso hoje. Examinaremos a versão mais utilizada do IP, a versão 4, que normalmente é denominada simplesmente como IPv4. 4.2 Endereçamento IPv4: Cada dispositivo em uma Rede de Computadores é identificado por um endereço IP. Esse endereço é exclusivo para cada interface de rede que se localiza na mesma rede. O endereço IP tem que ser único nas redes que estão interligadas para evitar conflitos. Note-se também que um endereço IP não está associado a cada computador (host) e sim a cada interface de rede. Um computador pode possuir mais de uma interface, ou seja, mais de um endereço IP. Assim como um endereço residencial tem um formato padrão composto de duas partes (nome da rua e número do domicílio), cada endereço IP é separado internamente em duas partes uma identificação de rede e um identificador de host: A identificação de rede, também conhecida como endereço de rede, identifica um único segmento de rede em um conjunto de redes TCP/IP. O identificador de host, também conhecido como endereço de host, identifica um nó da rede (uma estação de trabalho, um servidor, roteador ou outro dispositivo) em cada rede. Veja abaixo um exemplo de um endereço IP de 32 bits: 10000011 01101011 00010000 11001000 Para facilitar o endereçamento IP, os endereços IP são expressos em notação decimal com ponto. O endereço IP possui 32 bits (4 bytes) segmentado em quatro octetos de 8 bits (Um byte). Esses octetos são convertidos em decimais (sistema numérico de base 10) e separados por pontos. Portanto, o exemplo de endereço IP anterior é 131.107.16.200 quando convertido em notação decimal com ponto. A ilustração a seguir mostra um exemplo de endereço IP (131.107.16.200) dividido em seções de identificação de rede e de host. A parte referente à identificação de rede (131.107) é indicada pelos dois primeiros números do endereço IP. A parte referente ao host (16.200) é indicada pelos dois últimos números do endereço IP. 1
Observações: Como os endereços IP identificam dispositivos em uma rede, deve ser atribuído um endereço IP exclusivo a cada dispositivo da rede. Geralmente, a maioria dos computadores tem apenas um adaptador de rede instalado e, portanto, requerem apenas um endereço IP. Se o computador tiver vários adaptadores de rede instalados, cada adaptador precisa ter seu próprio endereço IP. 4.2.1 Classes de Endereços Ipv4: Foram definidas cinco classes de endereços Ipv4, embora na prática apenas três são utilizadas. Os endereços das classes A, B e C são usados para atribuição aos nós TCP/IP. As classes D e E não são utilizadas para endereçar computadores. A classe de endereços define os bits usados nas partes referentes à identificação de rede e de host de cada endereço. A classe de endereço também define o número de redes e de hosts por rede para os quais se pode oferecer suporte. A tabela a seguir usa w.x.y.z para designar os valores dos quatro octetos em qualquer endereço IP. Ela é usada para mostrar: Como o valor do primeiro octeto (w) de qualquer endereço IP indica de forma eficaz a classe de endereço. Como os octetos de um endereço são divididos na identificação da rede e do host. O número possível de redes e hosts por rede disponível para cada classe. Classe Valor de w Identificação da rede Identificação do host Número de redes A 1-126 W x.y.z 126 B 128-191 w.x y.z C 192-223 w.x.y z D 224-239 E 240-254 Reservado para endereçamento de multicast Reservado para uso experimental 16.384 = (64 x 256) 2.097.152 = (32 x 256 x 256) Número de hosts por rede 16.777.214 (2 8 x 2 8 x 2 8 ) -2 65.534 (2 8 x 2 8 ) -2 254 = (2 8-2) N/D N/D N/D N/D N/D N/D 2
Observe que endereços de rede 127.0.0.0 não fazem parte de nenhuma classe. Este endereço de rede é usado para loopback = própria máquina. Ex: 127.0.0.1 (localhost). Os endereços de rede Classe C são os mais utilizados em redes locais / domésticas, pois suportam 254 hosts por rede. Obs: No protocolo IPv6 não existe o conceito de classes de endereços de rede. 4.2.1.1 Classe A: Na classe de endereçamento A utilizamos 8 bits (1 byte) para endereçar a rede e 24 bits (3 bytes) para endereçar os hosts dentro da rede. O primeiro byte da esquerda representa o número da rede e pode variar de 0 a 126. Os demais bytes formam o endereço do host. Na classe A as redes podem variar de 1.0.0.0 a 126.0.0.0. O número de endereços de hosts possível é 16.777.214, variando de 0.0.1 a 255.255.254, pois não podemos usar o endereço todo zerado (que indica a rede), nem todo formado com uns (que é utilizado para fazer broadcasting de mensagens na rede). Portanto o número de hosts é 2 32 2. Os endereços IP de todos os computadores dentro de uma mesma rede devem possuir o mesmo número de endereço de rede e cada computador um número de endereço diferente dos demais. A seguir, veremos um exemplo de endereços IP de uma rede de número 50 com cinco hosts ligados a ela: 50.244.11.1 50.244.11.2 50.244.11.3 50.244.11.4 50.244.11.5 50.0.0.0 é o endereço que indica a rede = Endereço de Rede. 50.255.255.255 é o endereço que indica broadcasting de mensagens, ou seja, o envio de uma mesma mensagem para todos os equipamentos da rede. A classe de endereçamento do tipo A é indicada para redes com um número elevado de hosts, pois podemos ter e endereçar uma quantidade grande de equipamentos (hosts) na rede, porém vemos que o número de redes que podemos ter nessa classe é muito reduzido, apenas 126. Como existe uma quantidade muito grande de hosts em uma rede de endereço classe A, temos a necessidade de subdividi-la em sub-redes de forma a conseguirmos administrá-las. É subdivisão é feita por meio de máscaras de sub-redes que veremos a seguir. A máscara de sub-rede define quantos e quais bytes e bits do endereço IP serão usados para identificar o endereço de rede e quantos e quais bytes e bits do endereço IP serão usados para identificar o endereço de hosts. 4.2.1.1.1 Endereçamento de Sub-Redes: No endereçamento de classe A podemos endereçar sub-redes dentro da rede principal. Assim, uma empresa que tenha um endereço classe A pode subdividir ou segmentar a rede principal em várias redes. No exemplo seguinte, dentro da rede 50, criamos as sub-redes 50.1, 50.2, 50.130 e 50.244. 3
Isso é feito utilizando o 2º byte do endereço IP para especificar a sub-rede e não mais para especificar o host. Ou seja, pegamos 1 byte que era para endereçar os computadores da rede e passamos a utilizá-lo para endereçar sub-redes. Neste caso, no endereçamento de classe A com sub-redes, nos bytes da esquerda para a direita temos: 1º byte = NetID (endereço de rede) 2º byte = SubnetID (endereço de sub-rede) 3º byte = HostID (endereço de equipamento) 4º byte = HostID (endereço de equipamento) Assim, na rede 50, podemos ter várias sub-redes, com vários hosts cada uma delas, separadas por gatways (switches, routers) com os endereçamentos: Sub-rede 50.1 Sub-rede 50.2 Sub-rede 50.130 Sub-rede 50.244 50.1.0.1 50.2.0.1 50.130.0.1 50.244.0.1 50.1.0.2 50.2.0.2 50.130.0.2 50.244.0.2 50.1.0.3 50.2.0.3 50.130.0.3 50.244.0.3 50.1.0.4 50.2.0.4 50.130.0.4 50.244.0.4 50.1.0.5 50.2.0.5 50.130.0.5 50.244.0.5 4.2.1.2 Classe B: Na classe de endereçamento do tipo B utilizam-se 16 bits (2 bytes) para endereçar a rede. O primeiro byte tem o valor de 128 a 191. As redes vão de 128.0.0.0 a 191.255.0.0 O número de redes possível é igual a 16.384 O número de endereços de host possíveis em cada rede de endereçamento do tipo B é de 65.534, pois não podemos usar o endereço de hos todo zerado (que indica a rede) nem todo formado com uns (que é utilizado para fazer o broadcasting de mensagens na rede para todos os hosts dela). O número da rede é representado no primeiro e no segundo bytes da esquerda. O primeiro byte da esquerda varia de 128 a 191. O terceiro e quarto bytes formam o endereço do computador, que variam de 0.1 a 255.254. Todos os computadores dentro de uma mesma rede devem possuir o mesmo número de endereço de rede e cada computador dentro da rede deve ter um número de endereço diferente dos demais. A seguir vemos um exemplo de endereços IP de uma rede de número 130.250 com cinco hosts ligados a ela: 130.250.3.1 130.250.3.2 130.250.3.3 130.250.3.4 130.250.3.5 130.250.0.0 indica o endereço da rede. 130.250.255.255 indica o broadcasting para todas as estações dessa rede. A classe B é indicada para redes com uma quantidade média de hosts ligados a ela. 4.2.1.2.1 Endereçamento de Sub-Redes: No endereçamento de classe B podemos subdividir e endereçar sub-redes dentro da rede principal. No exemplo apresentado a seguir, dentro da rede 130.250 criamos as subredes 130.250.1, 130.250.2, 130.250.3 e 130.250.4 4
O endereçamento das sub-redes é feito utilizando o terceiro byte do endereço IP para especificar a sub-rede e não mais o host. Ou seja, pegamos um byte que era para endereçar os computadores na rede e passamos a utilizá-lo para endereçar as sub-redes. No endereço de classe B, nos bytes da esquerda para a direita, temos: 1º byte = NetID (endereço de rede) 2º byte = NetID (endereço de rede) 3º byte = SubnetID (endereço de sub-rede) 4º byte = HostID (endereço de equipamento) Assim, na rede 130.250 podemos ter várias sub-redes, com vários hosts cada uma delas, separadas por gatways (switches, routers), como: Sub-rede 130.250.1 Sub-rede 130.250.2 Sub-rede 130.250.3 Sub-rede 130.250.4 130.250.1.1 130.250.2.1 130.250.3.1 130.250.4.1 130.250.1.2 130.250.2.2 130.250.3.2 130.250.4.2 130.250.1.3 130.250.2.3 130.250.3.3 130.250.4.3 130.250.1.4 130.250.2.4 130.250.3.4 130.250.4.4 130.250.1.5 130.250.2.5 130.250.3.5 130.250.4.5 4.2.1.3 Classe C: Na classe de endereçamento do tipo C utilizam-se 24 bits (3 bytes) para representar a rede. O primeiro byte tem valor de 192 a 223. As redes podem ter endereços de 192.0.0.0 a 223.255.255.0 O número de redes possível é igual a 2.097.152. O número de hosts que podem ser endereçados é igual a 254, variando de 1 a 254 no quarto byte. No endereço IP de classe C o número da rede é representado no 1º, 2º e 3º byte da esquerda. O quarto byte à direita indica o endereço do computador. Todos os computadores dentro de uma mesma rede devem possuir o mesmo número de endereço de rede e cada computador deve ter um número de endereço diferente dos demais. A seguir vemos um exemplo de endereçamento IP de uma rede de número 210.30.40 com cinco hosts ligados a ela. Número de hosts é igual a 2 8 2. 210.30.40.1 210.30.40.2 210.30.40.3 210.30.40.4 210.30.40.5 210.30.40.0 indica o endereço de rede 210.30.40.255 indica o broadcasting de mensagem para todos os hosts da rede. A classe de endereçamento do tipo C é utilizada para redes que possuam 254 hosts ou menos. Vemos que é possível endereçar uma quantidade grande de redes, pois tem 3 bytes para representar as redes, porém um número pequeno de hosts dentro de cada endereço de rede. 5
4.2.1.3.1 Endereçamento de Sub-Redes: No endereçamento de classe C também podemos criar e endereçar sub-redes dentro do endereço de rede principal. Isso é feito com uso de máscaras de sub-redes que veremos a seguir. No endereço de classe C, nos bytes da esquerda para a direita, temos: 1º byte = NetID (endereço de rede) 2º byte = NetID (endereço de rede) 3º byte = NetID (endereço de rede) 4º byte = HostID (endereço de equipamento) Vemos que neste caso não temos bytes disponíveis para endereçar sub-redes. Para endereçar sub-redes em endereços de classe C, teremos que usar o artifício de máscaras de sub-redes, as quais utilizam parte do byte de endereço de host (4º byte) para endereçar sub-redes. Neste caso, no uso de máscaras de sub-rede, parte do quarto byte é usada para endereçar sub-redes e a outra parte para endereçar os hosts. 4.2.1.4 Classe D: A classe de endereçamento D é utilizada para o envio de dados a um grupo específico de computadores, o que chamado de multicast. Não é utilizada para endereçar computadores na rede. Nessa classe o valor do primeiro byte da esquerda pode variar de 224 a 239 e os valores dos endereços podem variar de 224.0.0.0 a 239.255.255.255 4.2.1.5 Classe E: A classe E é reservada para pesquisa e desenvolvimento de novsa aplicações, começando em 240.0.0.0 e é utilizada para fins experimentais. Essa classe usa os endereços do primeiro byte de 240 a 255. É reservada para testes e novas implementações do TCP/IP, não sendo usada para endereçar computadores na rede. 4.2.2 Endereços reservados para redes internas: Para evitar conflitos de endereços utilizados em redes internas nas empresas e redes externas como a internet, foram reservadas faixas de endereços IP para serem utilizadas exclusivamente em redes internas às empresas. Essas faixas de endereços IP não são utilizadas em redes públicas ou externas como a Internet, evitando assim conflitos de endereços entre redes locais e externas quando elas estão interligadas. Assim, uma rede local interna de uma empresa que utiliza essas faixas de endereços não terá conflitos de endereços IP se for conectada à Internet. Os números de redes seguintes são números reservados e não são usados na rede pública Internet. Temos três faixas de endereços, sendo cada uma delas dentro de uma das classes de endereçamento: Rede 10.0.0.0 Rede 172.16.0.0 até rede 172.31.0.0 Rede 192.168.0.0 6
Exemplos: Qual é a Classe, Máscara Padrão, Endereço de Rede e Broadcast dos IPs abaixo: a) Endereço IP 200.100.10.100 Classe C Máscara Padrão: 255.255.255.0 => pode ser explicitada através de uma barra depois do endereço IP. Ex: 200.100.10.100 / 24 (os três primeiros octetos identificam a rede) Endereço de Rede: 200.100.10.0 Endereço de Broadcast: 200.100.10.255 b) Endereço IP 10.4.0.15 Classe A Máscara Padrão: 255.0.0.0 ou 10.4.0.15 / 8 (o primeiro octeto identifica a rede) Endereço de Rede: 10.0.0.0 Endereço de Broadcast: 10.255.255.255 c) Endereço IP 130.45.45.254 Classe B Máscara Padrão: 255.255.0.0 ou 130.45.45.254 /16 (os dois primeiros octetos identificam a rede) Endereço de Rede: 130.45.0.0 Endereço de Broadcast: 130.45.255.255 7
Exercícios: 01 Qual é a Classe, Máscara Padrão, Endereço de Rede e Broadcast dos IPs abaixo: a) 10.26.40.12 b) 200.100.10.2 c) 130.44.55.6 d) 180.254.255.254 e) 90.0.0.2 f) 191.191.125.254 g) 222.22.2.2 h) 24.24.24.24 i) 126.0.0.25 j) 101.101.100.7 k) 195.195.195.195 l) 221.222.221.220 m) 170.18.19.20 n) 2.222.222.2 o) 25.256.2.2 p) 25.254.1.3 q) 48.20.22.5 r) 137.33.25.48 s) 190.22.5.72 02 Quais IPs abaixo não são válidos para endereçar um dispositivo (host) em uma rede? Por que? a) 10.26.40.0 b) 10.0.0.0 c) 192.168.0.255 d) 127.0.0.1 e) 130.5.255.255 f) 24.255.255.255 g) 22.255.0.255 h) 148.0.0.1 8