4.4 Lição 1

Os endereços IP, como os endereços MAC, são uma maneira de indicar de onde vem um pacote de dados e para onde ele está indo. IPv4 era o protocolo original. Os endereços IPv4 têm 32 bits de largura, fornecendo um número máximo teórico de 4.294.967.296 endereços. No entanto, o número desses endereços que são utilizáveis pelos dispositivos é muito menor, pois alguns intervalos são reservados para casos de uso especiais, como endereços de broadcast (usados para alcançar todos os participantes de uma rede específica), endereços multicast (semelhantes aos endereços de broadcast, mas o dispositivo deve sintonizá-lo, como um rádio) ou endereços reservados para uso privado.

Em seu formato legível para humanos, os endereços IPv4 são representados como quatro grupos de dígitos separados por um ponto. Cada grupo pode variar de 0 a 255. Por exemplo, veja o seguinte endereço IP:

Tecnicamente, cada um desses grupos de dígitos representa oito bits individuais. Assim, esse endereço também pode ser escrito desta maneira:

Na prática, usamos uma notação decimal como a mostrada acima. No entanto, a representação bit a bit ainda é importante para entender as sub-redes.

Para oferecer suporte ao roteamento, os endereços IP podem ser divididos em duas partes: uma parte da rede e uma do host. A parte da rede identifica a rede na qual o dispositivo está e é usada para rotear pacotes para essa rede. A parte do host é usada para identificar especificamente um determinado dispositivo em uma rede e para entregar o pacote ao seu destinatário específico, uma vez atingida a sua camada de link.

Os endereços IP podem ser divididos em partes de sub-rede e host em qualquer ponto. A chamada máscara de sub-rede define onde essa divisão acontece. Vamos reconsiderar a representação binária do endereço IP do exemplo anterior:

Para esse endereço IP, a máscara de sub-rede define cada bit que pertence à parte da rede como 1 e cada bit que pertence à parte do host como 0:

Na prática, a máscara de rede é escrita na notação decimal:

Isso significa que essa rede varia de 192.168.0.0 a 192.168.0.255. Note que os três primeiros números, que possuem todos os bits definidos na máscara de rede, permanecem inalterados nos endereços IP.

Por fim, existe uma notação alternativa para a máscara de sub-rede, chamada Classless Inter-Domain Routing (CIDR). Essa notação indica somente quantos bits estão definidos na máscara de sub-rede e adiciona esse número ao endereço IP. No exemplo, 24 dos 32 bits são definidos como 1 na máscara de sub-rede. Isso pode ser expresso na notação CIDR como 192.168.0.1/24

Como mencionado anteriormente, determinadas seções do endereço IPv4 são reservadas para casos de uso especiais. Um desses casos de uso são atribuições de endereços privados. As seguintes sub-redes estão reservadas para endereçamento privado:

Os endereços dessas sub-redes podem ser usados por qualquer pessoa. No entanto, essas sub-redes não podem ser roteadas na internet pública, pois são potencialmente usadas por várias redes ao mesmo tempo.

Hoje, a maioria das redes usa esses endereços internos. Eles permitem a comunicação interna sem a necessidade de qualquer atribuição de endereço externo. A maioria das conexões à Internet atualmente vem apenas com um único endereço IPv4 externo. Ao encaminhar pacotes para a Internet, os roteadores mapeiam todos os endereços internos para esse único endereço IP externo. Esse processo se chama Network Address Translation (NAT). O caso especial do NAT, em que um roteador mapeia endereços internos para um único endereço IP externo, às vezes é chamado de masquerading. Ele permite que qualquer dispositivo na rede interna estabeleça novas conexões com qualquer endereço IP global na internet.

Existem duas maneiras principais de configurar endereços IPv4 em um computador: atribuir os endereços manualmente ou usar o protocolo de configuração dinâmica de host (Dynamic Host Configuration Protocol ou DHCP) para configuração automática.

Ao usar o DHCP, um servidor central controla quais endereços são entregues a quais dispositivos. O servidor também pode fornecer aos dispositivos outras informações sobre a rede, como os endereços IP dos servidores DNS, o endereço IP do roteador padrão ou, no caso de configurações mais complicadas, iniciar um sistema operacional a partir da rede. O DHCP está ativado por padrão em muitos sistemas; portanto, você provavelmente já terá um endereço IP quando estiver conectado a uma rede.

Também é possível adicionar endereços IP manualmente a uma interface usando o comando ip addr add. Aqui, adicionamos o endereço 192.168.0.5 à interface ens33. A rede usa a máscara de rede 255.255.255.0, que equivale a /24 em notação CIDR:

Agora, podemos verificar se o endereço foi adicionado, usando o comando ip addr show:

A saída acima mostra a interface lo e a interface ens33 com seu endereço atribuído com o comando acima.

Para verificar se um dispositivo está acessível, usamos o comando ping. Ele envia um tipo especial de mensagem chamado echo request (solicitação de eco), na qual o remetente solicita uma resposta ao destinatário. Se a conexão entre os dois dispositivos puder ser estabelecida com sucesso, o destinatário retornará uma resposta de eco, confirmando a conexão:

O parâmetro -c 3 faz com que o ping pare de ser executado após o envio de três solicitações de eco. Caso contrário, o ping continua a rodar para sempre e precisa ser interrompido pressionando Ctrl+C.

O roteamento é o processo no qual um pacote passa da rede de origem para a rede de destino. Cada dispositivo mantém uma tabela de roteamento contendo informações sobre qual rede IP pode ser acessada diretamente através do vínculo do dispositivo com a camada de link e qual rede IP pode ser alcançada com a transmissão de pacotes para um roteador. Por fim, uma rota padrão define um roteador que recebe todos os pacotes que não correspondem a nenhuma outra rota.

Ao estabelecer uma conexão, o dispositivo procura o endereço IP do destino em sua tabela de roteamento. Se uma entrada corresponder ao endereço, o pacote será enviado à camada de link respectiva ou repassado ao roteador indicado na tabela de roteamento.

Os próprios roteadores também mantêm tabelas de roteamento. Ao receber um pacote, um roteador procura o endereço de destino em sua própria tabela e envia o pacote para o roteador seguinte. Isso é repetido até que o pacote chegue ao roteador na rede de destino. Cada roteador envolvido nessa jornada é chamado de hop. O último roteador encontra um link conectado direto para o endereço de destino em sua tabela de roteamento e envia os pacotes para a interface do destino.

A maioria das redes domésticas conta com apenas uma saída, o roteador enviado pelo provedor de internet (ISP). Nesse caso, o dispositivo apenas encaminha todos os pacotes que não são para a rede interna diretamente para o roteador doméstico, que o envia então ao roteador do provedor para encaminhamento adicional. Esse é um exemplo de rota padrão.

O comando ip route show lista a tabela atual de roteamento IPv4:

Para adicionar uma rota padrão, basta ter o endereço interno do roteador que será o gateway padrão. Se, por exemplo, o roteador tiver o endereço 192.168.0.1, o seguinte comando o configurará como uma rota padrão:

Para confirmar, execute ip route show novamente:

Quando escritos, os endereços usam 8 grupos de 4 dígitos hexadecimais, separados por dois pontos:

Para facilitar, os zeros à esquerda de cada grupo podem ser removidos quando escritos, mas cada grupo deve conter pelo menos um dígito:

Quando diversos grupos contendo apenas zeros aparecem diretamente um após o outro, podem ser substituídos por '::':

Todavia, isso só pode ser feito uma vez em cada endereço.

Os primeiros 64 bits de um endereço IPv6 são conhecidos como o prefixo de roteamento. O prefixo é usado pelos roteadores para determinar a qual rede um dispositivo pertence e, portanto, em qual caminho os dados precisam ser enviados. A sub-rede sempre acontece dentro do prefixo. Os provedores de internet geralmente distribuem prefixos /48 ou /58 aos seus clientes, deixando 16 ou 8 bits para sua sub-rede interna.

Existem três tipos principais de prefixos no IPv6:

Enquanto o prefixo determina em qual rede um dispositivo reside, o identificador de interface é usado para enumerar os dispositivos em uma rede. Os últimos 64 bits de um endereço IPv6 formam o identificador da interface, assim como os últimos bits de um endereço IPv4.

Quando um endereço IPv6 é atribuído manualmente, o identificador da interface é definido como parte do endereço. Ao usar a configuração automática de endereço, o identificador de interface é escolhido aleatoriamente ou derivado do endereço da camada de link do dispositivo. Isso faz com que uma variação do endereço da camada de link apareça no endereço IPv6.

Como o IPv4, o endereço IPv6 pode ser atribuído manualmente ou automaticamente. No entanto, o IPv6 possui dois tipos diferentes de configuração automatizada: DHCPv6 e Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC).

O SLAAC é o mais fácil dos dois métodos automatizados, sendo incorporado no padrão IPv6. As mensagens usam o novo Neighbor Discovery Protocol, que permite que os dispositivos se encontrem e solicitem informações a respeito de uma rede. Essas informações são enviadas pelos roteadores e podem conter prefixos IPv6 que os dispositivos podem usar combinando-os com um identificador de interface de sua escolha, desde que o endereço resultante ainda não esteja em uso. Os dispositivos não fornecem feedback ao roteador sobre os endereços criados.

O DHCPv6, por outro lado, é o DHCP atualizado para funcionar com as alterações do IPv6. Ele permite um controle mais preciso das informações entregues aos clientes, como permitir que o mesmo endereço seja sempre entregue ao mesmo cliente e enviar mais opções para o cliente do que o SLAAC. Com o DHCPv6, os clientes precisam obter o consentimento explícito de um servidor DHCP para usar um endereço.

O método para atribuir manualmente um endereço IPv6 a uma interface é o mesmo do IPv4:

Para confirmar se a atribuição funcionou, usamos o mesmo comando, ip addr show:

Aqui também vemos o endereço link-local fe80::010c:29ff:fe33:3b25/64.

Como no caso do IPv4, o comando ping também pode ser usado para confirmar a acessibilidade dos dispositivos através do IPv6:

Para confirmar o endereço link-local, use ping novamente. Mas como todas as interfaces usam o prefixo fe80::/64, a interface correta deve ser especificada junto com o endereço: