Protocolo IP

Protocolo IP

O protocolo IP (Internet Protocol) é integrante da arquitetura Internet e fornece um serviço com as seguintes características:

• Encaminhamento de pacotes (comutação de pacotes) tipo melhor esforço (best-effort);
• Não confiável: entrega de pacotes não é garantida;
• Sem conexão: cada pacote é independente do outro, não existem circuitos virtuais.

Protocolo IP

Define:

• Formado do pacote (datagrama IP);
• Endereçamento IP;
• Roteamento de pacotes;
• Mecanismo de sinalização de eventos e erros entre hosts e roteadores (protocolo ICMP - Internet Control Message Protocol).

Endereçamento IP

O endereço IP é um endereço lógico de 32 bits, escrito em quatro octetos representados em decimal, cada um variando de O a 255. Os números são separados por pontos.

Por exemplo,

200.17.101.9

é um endereço válido e sua notação em binário é:

11001000 00010001 01100101 00001001

Todo computador na Internet necessita de um endereço IP exclusivo.

Cada endereço IP engloba duas partes:

• Identificador da rede: identifica a rede onde se encontram todos os computadores da mesma rede local.
• Identificador do host: identifica um dispositivo em uma rede local, como um computador ou roteador.

O identificador de rede é obtido a partir da máscara de rede, a qual indica quais bits do IP identificam a rede e quais identificam o host.

Por exemplo, na figura abaixo temos três redes locais interconectadas por um roteador. Em cada rede, a máscara de rede, na notação /24, indica que os 24 bits mais à esquerda (dos 32 bits do IP) identificam a rede e os 8 bits restantes identificam cada host ou roteador dentro da rede. Desta forma, na rede local da direita, todos os hosts compartilham os 24 bits mais à esquerda do endereço IP, ou seja 200.1.1.X, o que identifica a rede. Idem para as redes 200.1.2.Y e 200.1.3.Z.

Máscara de rede

O valor da máscara de rede também pode ser representada na notação decimal com pontos. Por exemplo, a máscara /24 pode ser representada como

255.255.255.0

é equivalente a

11111111 1111111 1111111 0000000

o que significa que os 24 primeiros bits são um e os 8 restantes zero.

Através da máscara de rede podemos extrair o identificador da rede de um endereço IP utilizando uma operação lógica AND entre o endereço IP e a máscara de rede.

Por exemplo, para descobrir o identificador de rede do computador cujo endereço IP é 200.17.101.9 e cuja máscara de rede é 255.255.255.0, devemos fazer uma operação AND desdes dois valores:

    11001000 00010001 01100101 00001001
    11111111 11111111 11111111 00000000
AND ___________________________________
    11001000 00010001 01100101 00000000

que resulta no endereço de rede 200.17.101.0.

Classes de endereçamento de IP

Quando o protocolo IP foi criado existiam cinco classes de endereçamento:

• Classe A (bits mais significativo do endereço 0): máscara de rede /8.
• Classe B (dois bits mais significativos do endereço 10): máscara de rede /16.
• Classe C (três bits mais significativos do endereço 110): máscara de rede /24.
• Classe D (quatro bits mais significativos do endereço 1110): reservada multicast.
• Classe E (quatro bits mais significativos do endereço 1111): uso futuro.

Estas classes de endereçamento não são mais utilizadas

Com o crescimento do número de organizações de pequeno e médio porte o espaço de endereçamento ficou limitado. Por exemplo, uma rede classe C pode acomodar até 2⁸ endereços, ou seja 256 hosts, o que pode ser muito pouco para muitas organizações. Já uma classe B, poderia acomodar 2¹⁶ endereços, ou 64.634 endereços, o que seria demais para uma organização com, por exemplo, 2000 computadores. Uma rede classe A pode acomodar 2²⁴=16777216 o que seria um desperdício.

Endereçamento CIDR

O endereçamento CIDR (Classless Interdomain Routing) otimiza a distribuição dos endereços IP de 32 bits.

O endereçamento CIDR usa a notação / (barra) para indicar a quantidade de bits que identifica a rede (que pode ser qualquar valor entre 0 e 32 bits) e, por consequência, a quantidade de bits que identificam hosts dentro da rede.

A quantidade de bits que identificam os hosts dentro de uma rede define o tamanho da rede. Por exemplo:

• Uma rede com máscara /24 reserva 24 bits para identificar a rede e 8 para identificar os hosts dentro da rede, totalizando 2⁸=256 hosts possíveis.
• Uma rede com máscara /26 reserva 26 bits para identificar a rede e 6 para identificar os hosts dentro da rede, totalizando 2⁶=64 hosts possíveis.

Dos bits que identificam hosts em uma rede existem dois endereços IP especiais:

• Identificadores de host com os bits "tudo zero": Identificador da rede;
• Identificadores de host com os bits "tudo um": Difusão (ou broadcast) dento da rede;

Exemplo 1

Rede 200.17.101.0/24 -> Máscara de rede: 255.255.255.0

Endereços IP:

200.17.101.0   -> Idenfificador da rede
200.17.101.1   -+
200.17.101.2    | 
200.17.101.3    | Endereços para hosts e roteadores 
...             | dentro da rede (28 - 2 = 254)
200.17.101.253  |
200.17.101.254 -+
200.17.101.255 -> Broadcat dentro da rede

Exemplo 2

Se usarmos uma máscara de rede de 26 bits, (a) Qual a representação decimal da máscara de rede? (b) Quantos hosts posso endereçar nesta rede?

Resolução:

Máscara de rede em binário:

11111111.1111111.1111111.11000000

Máscara de rede em decimal:

255.255.255.192

Número de hosts:

2⁶ = 64 hosts, sendo 2 reservados, "000000" para o endereço da rede e "111111" para o endereço de broadcast.

Exemplo 3

Rede 200.130.2.73/26 -> Máscara de rede: 255.255.255.192

Convertendo 73 em binário (Byte onde a máscara /26 divide):

01001001

Endereços IP:

200.130.2.(01000000) = 200.130.2.64  -> Identificador da rede
200.130.2.(01000001) = 200.130.2.65  -+
200.130.2.(01000010) = 200.130.2.66   | Endereços para hosts e roteadores
...                                   | dentro da rede (26 - 2 = 62)
200.130.2.(01111110) = 200.130.2.126 -+
200.130.2.(01111111) = 200.130.2.127 -> Broadcat dentro da rede

Exercícios

Dado os endereços IP e as máscaras de rede, determinar:

• A máscara de rede na notação decimal;
• O endereço IP da rede, ou identificador de rede;
• A quantidade de hosts possíveis para esta rede;
• O endereço de broadcast da rede.

1. 200.100.50.33/24
2. 200.100.50.201/26
3. 200.100.208.45/20
4. 200.100.215.0/20
5. 200.163.1.2/11

Divisão em sub-redes

O CIDR permite a uma instituição solicitar um bloco de endereços IP de qualquer tamanho. Além disto, a organização pode ainda dividir seu bloco de endereço em sub-redes, criando suas próprias redes internas.

Sub-redes

Endereços de uso especial

• 0.0.0.0: Endereço com todos os 32 bits iguais a 0. Pode aparecer em tabelas de roteamento identificando o destino como a própria rede e também identificar rotas default;
• 255.255.255.255: Endereço com todos os 32 bits iguais a 1. É considerado um endereço de difusão (ou broadcast) limitado a rede do host origem do datagrama (não encaminhado);
• 127.0.0.1: Endereço reservado para teste de loopback e comunicação entre processos da mesma máquina.

Endereços IP privados e NAT

Alguns blocos de endereços IP são reservados para uso privado na Internet.

10.0.0.0    - 10.255.255.255  (10/8)
172.16.0.0  - 172.31.255.255  (172.16/12)
192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16)

Os endereços IP privados e tem validade somente no escopo da rede interno de uma organização. Para conexão a Internet pública, precisa-se de endereços IP públicos.

Os endereços privados são úteis para computadores clientes de uma organização, que somente necessitam acessar recursos comuns da Internet como acesso a Web ou Email. Neste caso, estes computadores não precisão ocupar endereços públicos, podendo serem mediados por dispositivos que façam uma tradução destes endereços, como roteadores NAT.

NAT

Referências

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Autoria

Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu

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