Guia do endereçamento (IPv4 e IPv6) – Parte 1

Publicado em:
10/01/2011

Fonte: http://www.mcsesolution.com.br

O IPv4

Introdução

 

Galera, como é dificil achar documentos relacionados ao IPv4 e IPv6 , este artigo do Daniel Donda deixa bem claro como trabalhar e entender o protocolo.

A ideia de criar esse documento surgiu da dificuldade de encontrar informações precisas na Internet. Hoje com as novas tecnologias e lançamentos de sistemas operacionais de rede totalmente compatíveis e prontos para o Ipv6. 

No mundo tecnológico as coisas acontecem muito rápidas e precisamos ter em mão informações de maneira rápida e concisa e este é o propósito desde documento.

O Artigo é criado em 4 partes, estarei disponibilizando um a um aqui.

Espero que possa ser de grande valia.

 

Um pouco de história 

 

O “Department of defense advanced Research Projects Agency – DARPA” iniciou em 1969 o projeto ARPANET autorizado pelo DOD (Department of Defense).

Um projeto destinado a interligar os computadores do governo americano que possuíam diferentes hardwares e sistemas.

O TCP/IP é um conjunto (pilha) de protocolos padrão em redes com Windows 2000 e na Internet.

O TCP/IP é dividido em quatro camadas e em cada camada existem diferentes protocolos exercendo diversas funções

Como no inicio o modelo de referencia OSI de 7 camadas ainda não tinha sido criado o pelo ISO (International Standarts Organization). Foi adotado o modelo de 4 camadas conhecido também pelo modelo DARPA.

image

Estrela LINK – Você pode conferir a tabela da camada OSI na integra, através do link:

http://www.mcsesolution.com/Grupo-Mcsesolution/posters-tecnicosv10-windows-2008-r2-exchange-2010-e-redes.html

O Endereçamento IP

RFCs 791,1122 e 1812

Em uma rede de computadores interligadas fisicamente, cada computador é identificado como host.

As placas de rede recebem uma numeração única de fabrica. Essa numeração é o endereço físico chamado MAC (Media Access Control). E é composto por seis bytes exibidos na notação hexadecimal.

Exemplo: 00-10-B5-E5-33-11

Em redes cada host além de possuir um endereço físico possui também um endereço lógico que o identifica em uma rede.

Esse endereço lógico é o endereço IP que por sua vez é divido em duas partes.

Endereço da rede (Network ID) – Identifica a rede no qual o computador faz parte

Endereço do host (Host ID) – identifica o endereço do computador nessa rede.

Quando dois computadores estiverem no mesmo Network ID, podemos dizer que eles estão no mesmo segmento e que são hosts locais.

Quando não forem do mesmo segmento serão designados hosts remotos.

Imagem1

Na figura 1 podemos notar que existe uma máquina que está com o endereço IP diferente. Esta maquina é um host remoto, mesmo estando fisicamente conectada a rede.

Para que essa maquina possa comunicar com as demais (segmento 192.168.2.0)

É necessário um roteador, assim como mostra a seguir:

Imagem2.

A maneira mais fácil de entender como funciona a comunicação através do TCP/IP é fazendo uma analogia ao mapa de uma cidade.

Imagine a sua rua e o carteiro deve entregar-lhe uma carta.

Para encontrar a sua casa, os correios usam um sistema de numeração, que é o código de endereçamento postal (CEP) e o numero de sua casa.

Assim fica fácil entender, a entrega da carta será no CEP 04578000 e no numero 12901.

Da mesma maneira ocorre com os computadores, a entrega de um pacote de dados é entregue em uma rede e em um determinado numero.

Vamos tomar como exemplo o endereço 192.168.2.204.

192.168.2 seria o CEP e 204 seria o numero da casa.

192.168.2 é o Network ID e deve ser completo (ter 32 bits) para identificar a rede, assim ele deve ser completado com zero 192.168.2.0.

204 é o Host ID, ele identifica um computador em uma rede, neste caso na rede 192.168.2.0.

Sem a ajuda de um “roteador”, os computadores podem apenas fazer comunicação como os computadores que estão na mesma rede.

Como essas informações já podemos entender de maneira resumida o que é:

  • Unicast – Quando um computador envia um pacote de dados diretamente para outro computador, basta saber qual é a rede e o numero do host.
  • Multicast – Quando um grupo selecionado de computadores recebe a mesma informação simultaneamente. (usando um endereço de multicast)
  • Broadcast – Quando todos os computadores em uma rede recebem a mesma informação.
  • Anycast – Quando os dados são encaminhados para o mais próximo ou o melhor destino na topologia (roteamento)

Mais adiante iremos discutir sobre as classes de endereçamento e então poderemos compreender melhor com quais computadores, determinado host pode se comunicar e como é feita a divisão lógica da rede IP, veremos também que em determinados intervalos de endereço IP, pode haver um numero muito grande de redes e em cada uma dessas redes poucos hosts e vice versa.

Controle dos IPs na Internet

 

Na internet A IANA (Internet Assiigned Numbers Authority) é responsável pelo controle de todos os números IPs, e atualmente, ela realiza suas operações através da ICANN (Internet  Corporation for Assigned Names and Numbers).

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A responsabilidade sobre uma parte desses endereços é delegada pela IANA para cada um dos Registros Regionais de Internet (RIRsRegional Internet Registries), que os gerenciam e distribuem dentro de suas respectivas regiões geograficas.

Em nossa região, o responsável é o LACNIC (Registro Regional para a America Latina e Caribe).

Em alguns paises, há também o Registro Regional de Internet (NIR – National Internet Registry), responsavel pela distribuição nacional dos endereços. No Brasil, o Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR – NIC.br – cumpre essa função.

Provedores podem ser considerados Registros Locais de Internet (LIRs – Local Interner Registries) distribuindo os endereços aos usuarios finais ou outros provedores.

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Entendendo números binários

Normalmente usamos a notação decimal para representar um endereço de Ipv4.

Exemplo: 192.168.2.200

Porém um computador ou um ativo de rede (roteador) enxerga o endereço Ipv4 como numero binário (32 bits)

32 bits = 4 bytes e esses são separados por pontos.

Um endereço Ipv4 pode ser representado da seguinte forma:

Decimal: 192.168.4.2

Binário: 11000000101010000000010000000010

Para entendermos melhor vamos utilizar a notação binária.

O numero IP consiste em um valor de 32 bits, nos quais podem receber dois valores 0 ou 1.

00000000.00000000.00000000.00000000 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos

11111111.11111111.11111111.11111111 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos

Cada oito bits, ou seja, cada octeto pode ir de 0 a 255 em decimal.

(Oito bits podem conter 256 combinações).

 

A maneira mais pratica de calcular números binários para decimal e vice-versa é criar uma tabela de calculo.

De binário para decimal:

image

Apontando para cima Oito bits equivalem a um octeto, que é o mesmo que um byte. Nossa tabela serve apenas para um octeto, o endereço IP possui 4 octetos (32 bits)

Como exemplo, tomaremos um octeto de valor em binário igual 11000000 a e somaremos apenas os resultados onde o bit for igual a um (1).

Acompanhe no exemplo a seguir:

image

 

 

 

Conversão de decimal para binário

   

Para conseguir o valor em binário do numero 200, somaremos o valor em decimal equivalente de cada digito binário da esquerda para a direita até encontrar o valor desejado.

Exemplo:

128+64=192 (ainda não deu o valor)

128+64+32=224 (passou, então não somaremos o 32, vamos para o próximo).

128+64+16=208 (também passou, não somaremos o 16, vamos para o próximo).

128+64+8=200 encontramos o valor exato. Agora é só preencher a tabela.

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Classes de Endereços

Os endereços IP´s são divididos em cinco classes, A, B, C, D e E. iremos estudar apenas as classes A, B e C, pois a classe D é reservada para Broadcast e a classe E para futuras utilizações.

O que define a classe é o primeiro octeto (ou seja, os oito primeiros bits).

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Apontando para cima 127 é um valor reservado para loopback (auto teste). Mas nem por isso deixa de ser classe A.

 

Determinando a quantidade de redes por classe.

 

  • Classe A – Usa apenas o primeiro octeto para identificar a rede e os seguintes 3 octetos (24 bits) para identificar hosts.
  • Classe B – Usa os dois primeiros octetos para rede e os últimos dois octetos (16 bits) para hosts.
  • Classe C – Usa os três primeiros octetos para a rede e o ultimo octeto (8 bits) para hosts.

 

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Classe A

Usa o primeiro bit para sua identificação (veja tabela 5)

Como na classe A são 8 bits para identificar a rede, e 1 bit é reservado para identificar a classe

8-1=7

Então 27 –2 = 126 redes

Porque –2 ?

Porque não se usa o 0.x.y.z. e o endereço 127.x.y.z é para auto teste (loopback)

Classe B

Usa os dois primeiros bits para sua identificação

Na classe B são 16 bits para identificar a rede, então 16 bits de rede –2 bits de identificação da classe = 14

214=16.384 redes

Porque não –2 ?

Como o primeiro octeto inicia em 10, não existe a possibilidade de ser tudo 0 ou 1

Classe C

Usa os três primeiros bits para identificar a classe, e 24 bits para identificar a rede.

3-24=21

221=2.097.152 redes

Como o primeiro octeto inicia em 110, não existe a possibilidade de ser tudo 0 ou 1

A mascara de sub-rede

A Mascara de subrede é um mecanismo usado para distinguir qual parte do endereço IP é destinado a host e qual parte é destinada rede (network).

A mascara de subrede é constituída de uns seguidos de zeros.

  • Classe A – define a mascara de subrede é o primeiro octeto
  • Classe B – define a mascara de subrede é o primeiro e o segundo octeto
  • Classe C – define a mascara de subrede é o primeiro, o segundo e o terceiro octeto.

 

Exemplo:

image

Tendo essa informação um roteador, por exemplo, não precisa analisar cada bit do endereço IP, basta analisar a mascara de subrede e ele identificara os bits mais significantes.

Com base nessas informações podemos entender a seguinte tabela:

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Na mascara de subrede temos a porção que identifica a rede (que sempre será 1) e porção que identifica o host (que sempre será 0).

Classe A = 24 bits.

224-2 = 16.777.214
Classe B = 16 bits
216-2 = 65.534

Classe C = 8 bits
28-2 = 254

Por que –2?

Porque na mascara de subrede tudo zero é igual ao endereço da rede e tudo um é igual a broadcast.

Endereços de rede privados 

 

  • Classe A 10.0.0.0 até 10.255.255.255
  • Classe B 172.16.0.0 até 172.31.255.255
  • Classe C 192.168.0.0 até 192.168.255.255

 

Esses endereços acima definidos no RFC 1627 devem ser usados exclusivamente em redes privadas e não devem ser roteados para a Internet. Mesmo que ocorra o roteamento esses endereços serão descartados pelos roteadores da Internet.

Identificando o endereço de rede através do operador lógico “AND”.

Para identificar o endereço de rede é necessário o uso do operador “AND” da álgebra BOOLEANA (matemático George Boole 1815-1864) Existem outros operadores “OR”, “XOR” e “NOT”, mas iremos usar apenas o operador “AND”

Segundo o operador “AND” ou também conhecido como tabela verdade, temos os seguintes valores:

image

Para identificar o endereço de rede devemos converter os valores em decimais do endereço IP e da mascara de subrede.

image

Apontando para cima A comunicação entre redes só é possível quando a identificação de rede de origem for exatamente igual a rede de destino

 

Classless Inter-Domain Routing

RFCs 1518 e 1519

No inicio, aproximadamente duas dezenas de redes classe B foram obtidas pelo Brasil, Essas rede foram solicitadas por instituições de ensino e pesquisa diretamente ao Internic. Da USP ao Observatório Nacional, o uso dos endereços de classe B vai de próximo a 10% a menos de 0,1% do número possível de endereços.

A partir de 1993 a Internic passou a distribuir endereços de Classe C, pois seria mais aproveitado que os endereços de classe B.

Com a distribuição de endereços de classe C onde temos mais redes do que hosts, surgiu um outro problema. O grande crescimento nas tabelas de roteamento da internet.

Como solução o uso do “Classless Inter-Domain Routing“.

O Internic respondeu repassando ao Brasil metade do espaço latino-americano, que corresponde hoje a faixa que vai de 200.128.0.0 até 200.255.0.0

 

Mas o que é esse tal de “Classless Inter-Domain Routing“?

 

O Classless Inter-Domain Routing é a maneira de dividir o endereço IP em endereço de rede e host.
Sendo assim a definição de endereços não é mais determinada pela classe e sim pelos bits que compõe a mascar de sub-rede.

Fornecendo maior flexibilidade e melhor aproveitamento do endereçamento IP, além de diminuir a complexidade nas tabelas de roteamento.

Resumindo o CIDR aperfeiçoa a alocação de endereços IP através da divisão em subrede e a combinação de redes.

A combinação de redes é o procedimento de alocar vários endereços em uma única identificação de rede.

Em CIDR não existe mais classe definida e a identificação é feita usando a notação CIDR que consiste nos bits uns contínuos da mascara de subrede.

Apontando para cima O IPv4 permite 4.294.967.296 endereços IPs

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Espero ter ajudado vocês a esclarecer.

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