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.

Na figura temos três redes locais interconectadas por um roteador. Os dispositivos conectados a rede local da direita tem os endereços IP da forma 200.1.1.X. Isto é, compartilham os 24 bits mais à esquerda do endereço IP, o que identifica a rede. Os 8 bits restantes permitem identificar cada host ou roteador da rede local. O endereço da rede local é 200.1.1.0/24, onde a notação /24 é também conhecida como máscara de rede, e indica que os 24 bits mais à esquerda dos 32 bits do IP identificam a 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 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 /20 reserva 20 bits para identificar a rede e 12 para identificar os hosts dentro da rede, totalizando 2¹²=4096 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": Broadcast dento da rede;

Exemplo

Rede 200.17.101.0/24

Endereços IP:

200.17.101.0   -> Idenfificador da rede
200.17.101.1   -+
200.17.101.2    | Endereços para hosts e roteadores 
...             | dentro da rede
200.17.101.254 -+
200.17.101.255 -> Broadcat dentro da rede

Total de endereços possíveis para uso 2⁸ - 2 = 254

Se usarmos uma máscara de 25 bits, podemos representá-la por 255.255.255.128. Cada uma com 126 endereços de máquina válidos (128-2: um para o endereço da rede e outro para o endereço de broadcast).

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

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 limitado a rede do host origem do datagrama (não encaminhado);
• 127.0.0.0: Endereço reservado para teste de loopback e comunicação entre processos da mesma máquina.

Endereços IP privados

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.

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Autoria

Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu

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