Enderecamento IP

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Endereçamento IP[1]

O endereço IP é um endereço lógico de 32 bits, escrito em quatro Bytes representados em decimal e separados por pontos.

Cada Byte do endereço IP pode variar em decimal de O (00000000) a 255 (11111111).

Exemplo
200.17.101.9
é um endereço válido e sua notação em binário é:
11001000 00010001 01100101 00001001
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.
Endereçamento de redes e hosts
Todo computador na Internet necessita de um endereço IP exclusivo e pertence a uma rede.

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, os três primeiros bytes em representados em decimal, 200.1.1.X, o que identifica a rede. Idem para as redes 200.1.2.Y e 200.1.3.Z. O último byte do endereçamento identifica um host da respectiva rede.

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 lógica AND destes dois valores. 

    11001000 00010001 01100101 00001001     |   AND: 0 & 0 = 0
    11111111 11111111 11111111 00000000     |        0 & 1 = 0
AND ___________________________________     |        1 & 0 = 0
    11001000 00010001 01100101 00000000     |        1 & 1 = 1
que resulta no endereço de rede 200.17.101.0, que é o identificador da rede.
Identificador da rede
O identificador da rede possui bits "tudo zero" nos bits correspondentes ao identificador de host.

Classes de endereçamento de IP

Quando o protocolo IP foi criado existiam cinco classes de endereçamento[2]:

  • Classe A (bits mais significativo do endereço 0): máscara de rede /8 ou 255.0.0.0.
  • Classe B (dois bits mais significativos do endereço 10): máscara de rede /16 ou 255.255.0.0.
  • Classe C (três bits mais significativos do endereço 110): máscara de rede /24 ou 255.255.255.0.
  • 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.

Conversão de binário para decimal
O valor em decimal do endereço IP é obtido somando os correspondentes valores decimais das casas que têm o bit 1.
Valores posicionais 128 64 32 16 8 4 2 1
Potências de 2 27 26 25 24 23 22 21 20
MSB LSB
MSB: Bit mais significativo (Most Significant Bit)
LSB: Bit menos significativo (Less Significant Bit)
Exemplo:
10000000 = 128
11000000 = 128 + 64 = 192
11100000 = 128 + 64 + 32 = 224
11110000 = 128 + 64 + 32 + 16 = 240
11111000 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 = 248
11111100 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 = 252
11111110 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 = 254
11111111 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 = 255
Máscaras de rede possíveis no CIDR

No CIDR não temos mais somente as máscaras: 

255.0.0.0 (classe A)
255.255.0.0 (classe B)
255.255.255.0 (classe C)

No último Byte da máscara de rede, podemos ter qualquer número de bits MSB em 1.

Disso podemos concluir que os valores possíveis para o último byte da máscara de rede são: 

128, 192, 224, 240, 248 e 252
Não há sentido em atribuir uma máscara de rede 254, pois não haverão endereços IP disponíveis para máquinas.
Tamanho de uma rede
A quantidade de bits que identificam os hosts dentro de uma rede define o tamanho da rede.
Endereços IP especiais em uma rede
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;

Exemplos endereçamento CIDR

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.
Exemplo 1
Dado o IP 200.17.101.9/24:
Resolução:
Máscara de rede em binário:
11111111.1111111.1111111.00000000
Máscara de rede em decimal:
255.255.255.0
Endereços IP e número de hosts possíveis:
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
Dado o IP: 200.130.2.73/26:
Resolução:
Máscara de rede em binário:
11111111.1111111.1111111.11000000
Máscara de rede em decimal:
255.255.255.192
Convertendo 73 em binário (Byte onde a máscara /26 divide):
01001001 (os dois primeiros bits fazem parte do identificador da rede)
Número de hosts:
26 = 64 hosts, sendo 2 reservados, "000000" para o endereço da rede e "111111" para o endereço de broadcast.
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 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

  1. ↑ KUROSE, J.F; ROSS K. W. Redes de Computadores e a Internet: Uma abordagem top-down, São Paulo: Pearson, 2010.
  2. ↑ COMER, D. E. Interligação em Redes com TCP/IP, vol. 1, 5a ed., Rio de Janeiro: Elsevier/Campus, 2006.
Autoria
Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu
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