109.1 Lição 1

Certificação:

LPIC-1

Versão:

5.0

Tópico:

109 Fundamentos de rede

Objetivo:

109.1 Fundamentos dos protocolos de internet

Lição:

1 de 2

Introdução

O TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, ou Protocolo de controle de transmissão/Protocolo de internet) é uma pilha de protocolos usados para permitir a comunicação entre computadores. Apesar do nome, a pilha é composta por diversos protocolos, como IP, TCP, UDP, ICMP, DNS, SMTP, ARP e outros.

IP (Internet Protocol)

O IP é o protocolo responsável pelo endereçamento lógico de um host, permitindo que o pacote seja enviado de um host para outro. Para isso, cada dispositivo da rede recebe um endereço IP exclusivo. É possível atribuir mais de um endereço ao mesmo dispositivo.

Na versão 4 do protocolo IP, normalmente denominado IPv4, o endereço é formado por um conjunto de 32 bits separados em 4 grupos de 8 bits, representados na forma decimal, denominados “dotted quad” (quadra pontilhada). Por exemplo:

Formato binário (4 grupos de 8 bits): 11000000.10101000.00001010.00010100
Formato decimal: 192.168.10.20

No IPv4, os valores de cada octeto podem variar de 0 a 255, que é o equivalente a 11111111 em formato binário.

Classes de endereço

Teoricamente, os endereços IP são separados em classes, definidas pelo intervalo do primeiro octeto, conforme mostrado na tabela abaixo:

Classe Primeiro octeto Intervalo Exemplo

1-126

1.0.0.0 – 126.255.255.255

10.25.13.10

128-191

128.0.0.0 – 191.255.255.255

141.150.200.1

192-223

192.0.0.0 – 223.255.255.255

200.178.12.242

IPs públicos e privados

Como já dissemos, para que a comunicação ocorra, cada dispositivo da rede deve estar associado a pelo menos um endereço IP exclusivo. Porém, se cada dispositivo conectado à Internet no mundo tivesse um endereço IP exclusivo, não haveria IPs suficientes (v4) para todos. Por causa disso, foram definidos endereços IP privados.

IPs privados são intervalos de endereços IP reservados para uso em redes internas (privadas) de empresas, instituições, residências, etc. Dentro da mesma rede, o uso de um endereço IP permanece exclusivo. No entanto, o mesmo endereço IP privado pode ser usado em qualquer rede privada.

Assim, na internet o tráfego de dados emprega endereços IP públicos, que são reconhecíveis e roteados pela internet, ao passo que nas redes privadas são usados esses intervalos de IP reservados. O roteador é responsável por converter o tráfego da rede privada para a rede pública e vice-versa.

Os intervalos de IPs privados, divididos em classes, podem ser vistos na tabela abaixo:

Classe Primeiro octeto Intervalo IPs privados

1-126

1.0.0.0 – 126.255.255.255

10.0.0.0 – 10.255.255.255

128-191

128.0.0.0 – 191.255.255.255

172.16.0.0 – 172.31.255.255

192-223

192.0.0.0 – 223.255.255.255

192.168.0.0 – 192.168.255.255

Convertendo o formato decimal em binário

Para os temas deste tópico, é importante saber como converter endereços IP entre formatos binários e decimais.

A conversão do formato decimal para binário é feita por meio de divisões consecutivas por 2. Como exemplo, vamos converter o valor 105 empregando seguintes etapas:

Ao dividir o valor 105 por 2, temos:
```
105/2
Quociente = 52
Resto = 1
```

Dividimos o quociente sequencialmente por 2, até que o quociente seja igual a 1:

52/2
Resto = 0
Quociente = 26

26/2
Resto = 0
Quociente = 13

13/2
Resto = 1
Quociente = 6

6/2
Resto = 0
Quociente = 3

3/2
Resto = 1
Quociente = 1

Agrupamos o último quociente seguido pelo resto de todas as divisões:
```
1101001
```
Incluímos 0s à esquerda até chegar a 8 bits:
```
01101001
```
No final, descobrimos que o valor 105 em decimal é igual a 01101001 em binário.

Convertendo o formato binário em decimal

Neste exemplo, usaremos o valor binário 10110000.

Cada bit é associado a um valor com uma potência de base dois. As potências se iniciam em 0 e são incrementadas da direita para a esquerda. Neste exemplo teremos:

1

0

1

1

0

0

0

0

2⁷

2⁶

2⁵

2⁴

2³

2²

2¹

2⁰
Quando o bit é 1, atribuímos o valor da potência respectiva; quando o bit é 0, o resultado é 0.

1

0

1

1

0

0

0

0

2⁷

2⁶

2⁵

2⁴

2³

2²

2¹

2⁰

128

0

32

16

0

0

0

0
Somamos todos os valores:

128 + 32 + 16 = 176
Assim, 10110000 em binário é igual a 176 em decimal.

Netmask

A máscara de rede (ou netmask) é usada em conjunto com o endereço IP para determinar qual parte do IP representa a rede e qual representa os hosts. Ela tem o mesmo formato do endereço IP, ou seja, 32 bits em 4 grupos de 8. Por exemplo:

Decimal Binário CIDR

255.0.0.0

11111111.00000000.00000000.00000000

8

255.255.0.0

11111111.11111111.00000000.00000000

16

255.255.255.0

11111111.11111111.11111111.00000000

24

Usando a máscara 255.255.0.0 como exemplo, podemos ver que, no IP associado a ela, os primeiros 16 bits (2 primeiros decimais) identificam a rede/sub-rede e os últimos 16 bits são usados para identificar exclusivamente os hosts dentro da rede.

O CIDR (Classless Inter-Domain Routing) mencionado acima está relacionado a uma notação de máscara simplificada, que indica o número de bits (1) associados à rede/sub-rede. Essa notação é comumente usada para substituir o formato decimal, por exemplo /24 em vez de 255.255.255.0.

Vale notar que cada classe de IP possui uma máscara padrão, da seguinte maneira:

Classe Primeiro octeto Intervalo Máscsara padrão

1-126

1.0.0.0 – 126.255.255.255

255.0.0.0 / 8

128-191

128.0.0.0 – 191.255.255.255

255.255.0.0 / 16

192-223

192.0.0.0 – 223.255.255.255

255.255.255.0 / 24

No entanto, esse padrão não significa que essa máscara sempre será usada. É possível usar qualquer máscara com qualquer endereço IP, como veremos a seguir.

Aqui estão alguns exemplos de uso de IPs e máscaras:

192.168.8.12 / 255.255.255.0 / 24

Intervalo: 192.168.8.0 - 192.168.8.255
Endereço de rede: 192.168.8.0
Endereço de transmissão: 192.168.8.255
Hosts: 192.168.8.1 - 192.168.8.254

Neste caso, temos os 3 primeiros dígitos (primeiros 24 bits) do endereço IP definindo a rede; o dígito final identifica os endereços dos hosts, ou seja, o intervalo desta rede vai de 192.168.8.0 a 192.168 .8.255.

Chegamos assim a dois conceitos importantes: cada rede/sub-rede tem 2 endereços reservados. O primeiro endereço no intervalo é chamado de endereço da rede. Neste caso, 192.168.8.0, usado para identificar a própria rede/sub-rede. O último endereço no intervalo é chamado de endereço de transmissão, neste caso 192.168.8.255. Esse endereço de destino é usado para enviar a mesma mensagem (pacote) para todos os hosts IP dessa rede/sub-rede.

Os endereços de rede e de transmissão não podem ser usados pelas máquinas da rede. Portanto, a lista de IPs que podem de fato ser configurados varia de 192.168.8.1 a 192.168.8.254.

Vejamos um exemplo com mesmo IP, mas com uma máscara diferente:

192.168.8.12 / 255.255.0.0 / 16

Intervalo: 192.168.0.0 - 192.168.255.255
Endereço de rede: 192.168.0.0
Endereço de transmissão: 192.168.255.255
Hosts: 192.168.0.1 – 192.168.255.254

Perceba como a máscara diferente altera o intervalo de IPs que estão na mesma rede/sub-rede.

A divisão das redes por máscaras não se restringe aos valores padrão (8, 16, 24). Podemos criar subdivisões conforme desejado, adicionando ou removendo bits na identificação da rede, criando as novas sub-redes.

Por exemplo:

11111111.11111111.11111111.00000000 = 255.255.255.0 = 24

Se quisermos subdividir a rede acima em 2, basta adicionar outro bit à identificação da rede na máscara, desta maneira:

11111111.11111111.11111111.10000000 = 255.255.255.128 = 25

Teremos então as seguintes sub-redes:

192.168.8.0   - 192.168.8.127
192.168.8.128 - 192.168.8.255

Se aumentarmos ainda mais a subdivisão da rede:

11111111.11111111.11111111.11000000 = 255.255.255.192 = 26

Teremos:

192.168.8.0   - 192.168.8.63
192.168.8.64  - 192.168.8.127
192.168.8.128 - 192.168.8.191
192.168.8.192 - 192.168.8.255

Observe que em cada sub-rede teremos os endereços de rede reservados (a primeira do intervalo) e de transmissão (o último do intervalo); portanto, quanto mais subdividida a rede, menos IPs poderão ser usados efetivamente pelos hosts.

Identificando os endereços de rede e de transmissão

Por meio de um endereço IP e uma máscara, podemos identificar o endereço de rede e o endereço de transmissão, e assim definir a faixa de IPs para a rede/sub-rede.

O endereço de rede é obtido usando um “E lógico” entre o endereço IP e a máscara em seus formatos binários. Vejamos um exemplo usando o IP 192.168.8.12 e a máscara 255.255.255.192.

Convertendo do formato decimal para o binário, como vimos anteriormente, temos:

11000000.10101000.00001000.00001100 (192.168.8.12)
11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192)

Com o “E lógico”, temos 1 e 1 = 1, 0 e 0 = 0, 1 e 0 = 0, então:

11000000.10101000.00001000.00001100 (192.168.8.12)
11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192)
11000000.10101000.00001000.00000000

Portanto, o endereço de rede para essa sub-rede é 192.168.8.0.

Agora, para obter o endereço de transmissão, usamos o endereço de rede, forçando todos os bits relacionados ao host a ser 1s:

11000000.10101000.00001000.00000000 (192.168.8.0)
11111111.11111111.11111111.11000000 (255.255.255.192)
11000000.10101000.00001000.00111111

O endereço de transmissão, nesse caso, é 192.168.8.63.

Para concluir, temos:

192.168.8.12 / 255.255.255.192 / 26

Intervalo: 192.168.8.0 - 192.168.8.63
Endereço de rede: 192.168.8.0
Endereço de transmissão: 192.168.8.63
Hosts: 192.168.8.1 – 192.168.8.62

Rota padrão

Como vimos até agora, as máquinas que estão na mesma rede/sub-rede lógica podem se comunicar diretamente por meio do protocolo IP.

Mas vamos considerar o exemplo abaixo:

Rede 1: 192.168.10.0/24
Rede 2: 192.168.200.0/24

Neste caso, a máquina 192.168.10.20 não pode enviar diretamente um pacote para 192.168.200.100, pois elas estão em redes lógicas diferentes.

Para habilitar essa comunicação, usamos um roteador (ou um conjunto de roteadores). Um roteador nesta configuração também pode ser chamado de gateway (portal), pois fornece um portal entre duas redes. Esse dispositivo tem acesso a ambas as redes, pois está configurado com o IP das duas; por exemplo, 192.168.10.1 e 192.168.200.1. Por isso, ele é capaz de intermediar essa comunicação.

Para habilitar essa solução, cada host da rede deve ter configurado o que chamamos de rota padrão. A rota padrão indica o IP para o qual devem ser enviados todos os pacotes cujo destino é um IP que não faz parte da rede lógica do host.

No exemplo acima, a rota padrão para as máquinas na rede 192.168.10.0 / 24 será o IP 192.168.10.1, que é o IP do roteador/gateway, ao passo que a rota padrão para as máquinas na rede 192.168.200.0/24 será 192.168.200.1.

A rota padrão também é utilizada para que as máquinas da rede privada (LAN) tenham acesso à Internet (WAN) por meio de um roteador.

Exercícios Guiados

Usando o IP 172.16.30.230 e a máscara de rede 255.255.255.224, identifique:

A notação CIDR da máscara de rede

Endereço de rede

Endereço de transmissão

Número de IPs que podem ser usados para os hosts nesta sub-rede
Qual configuração é necessária em um host para permitir uma comunicação de IP com um host em uma rede lógica diferente?

Exercícios Exploratórios

Por que os intervalos de IP começando com 127 e o intervalo após 224 não estão incluídos nas classes de endereços IP A, B ou C?
Um dos campos mais importantes pertencentes a um pacote IP é o TTL (Time To Live). Qual é a função deste campo e como ele funciona?
Explique a função do NAT e quando ele é usado.

Resumo

Esta lição abordou os principais conceitos do protocolo IPv4, responsável por permitir a comunicação entre hosts em uma rede.

Também vimos as principais operações que o profissional deve conhecer para converter os IPs em diferentes formatos, além de aprender como analisar e realizar as configurações lógicas em redes e sub-redes.

Os seguintes assuntos foram abordados:

Classes de endereços IP
IPs públicos e privados
Como converter IPs do formato decimal para o binário e vice-versa
A máscara de rede (netmask)
Como identificar os endereços de rede e de transmissão a partir do IP e máscara de rede
Rota Padrão

Respostas aos Exercícios Guiados

Usando o IP 172.16.30.230 e a máscara de rede 255.255.255.224, identifique:

A notação CIDR da máscara de rede

27

Endereço de rede

172.16.30.224

Endereço de transmissão

172.16.30.255

Número de IPs que podem ser usados para os hosts nesta sub-rede

30
Qual configuração é necessária em um host para permitir uma comunicação de IP com um host em uma rede lógica diferente?

Rota Padrão

Respostas aos Exercícios Exploratórioss

Por que os intervalos de IP começando com 127 e o intervalo após 224 não estão incluídos nas classes de endereços IP A, B ou C?

O intervalo que começa com 127 é reservado para endereços de loopback, usados para testes e comunicação interna entre processos, como o endereço 127.0.0.1. Além disso, os endereços acima de 224 também não são usados como endereços de host, mas para multicast e outros fins.
Um dos campos mais importantes pertencentes a um pacote IP é o TTL (Time To Live). Qual é a função deste campo e como ele funciona?

O TTL define a vida útil de um pacote. Ele é implementado por meio de um contador, no qual o valor inicial definido na origem é diminuído em cada gateway/roteador pelo qual o pacote passa, também chamado de “salto”. Se esse contador chegar a 0, o pacote é descartado.
Explique a função do NAT e quando ele é usado.

O recurso NAT (Network Address Translation) permite que os hosts de uma rede interna, que usa IPs privados, tenham acesso à internet como se estivessem diretamente conectados a ela, com o IP público usado no gateway.