Ciências da computação dia 182

Nesta aula, exploramos os conceitos fundamentais do endereçamento IP e sub-redes. Compreender como os endereços são estruturados e como a máscara de sub-rede define a fronteira entre rede e host é crucial para projetar e gerenciar redes de computadores. Discutimos também o roteamento básico, que permite que pacotes sejam encaminhados entre redes.

Endereço IP

O endereço IP versão 4 (IPv4) é composto por 32 bits, normalmente escritos como quatro octetos em decimal separados por pontos, como 172.16.0.1. Cada octeto pode variar de 0 a 255. A parte do endereço que identifica a rede e a parte que identifica o host é determinada pela máscara de sub-rede.

Originalmente, os endereços IP foram divididos em classes, conforme a tabela abaixo:

Embora o sistema de classes seja didático, ele não é mais usado na prática devido ao desperdício de endereços. Hoje utilizamos CIDR para alocação flexível. Existem também endereços reservados, como os de loopback (127.0.0.0/8) e os endereços privados especificados na RFC 1918: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16. Esses endereços não são roteados na Internet e são utilizados em redes internas.

Máscara de Sub-rede

A máscara de sub-rede é um número de 32 bits que, quando aplicado em uma operação AND bit a bit com o endereço IP, revela o endereço da rede. Por exemplo:

IP:     192.168.1.35   → 11000000.10101000.00000001.00100011
Máscara: 255.255.255.0 → 11111111.11111111.11111111.00000000
Rede:   192.168.1.0    → 11000000.10101000.00000001.00000000

Portanto, o endereço de rede é 192.168.1.0. Alterando qualquer bit da parte de host (últimos 8 bits) obtemos outro host na mesma rede. Se dois IPs tiverem o mesmo resultado após AND com a máscara, eles estão na mesma sub-rede.

A máscara também pode ser representada em notação decimal pontuada ou em notação de bits (CIDR). Por exemplo, a máscara 255.255.255.0 equivale a /24.

CIDR e VLSM

A notação CIDR (Classless Inter-Domain Routing) indica quantos bits da máscara são 1. Por exemplo, /24 equivale a 255.255.255.0, /16 a 255.255.0.0, /23 a 255.255.254.0, etc.

Com VLSM (Variable Length Subnet Mask), podemos dividir uma rede em sub-redes de tamanhos diferentes, aproveitando melhor o espaço de endereçamento. Suponha que temos o bloco 192.168.1.0/24 e precisamos criar sub-redes com 60, 30 e 10 hosts. Calculamos os bits necessários:

• 60 hosts → 6 bits (2⁶ − 2 = 62) → máscara /26 (255.255.255.192).
• 30 hosts → 5 bits (2⁵ − 2 = 30) → máscara /27 (255.255.255.224).
• 10 hosts → 4 bits (2⁴ − 2 = 14) → máscara /28 (255.255.255.240).

Podemos alocar as sub-redes sequencialmente:

• 192.168.1.0/26 (hosts: 1–62)
• 192.168.1.64/27 (hosts: 65–94)
• 192.168.1.96/28 (hosts: 97–110)

Além do VLSM, o CIDR permite a supernetting (agregação de rotas), onde múltiplos prefixos menores são combinados em um prefixo maior, reduzindo o tamanho das tabelas de roteamento. Por exemplo, as redes 192.168.0.0/24 e 192.168.1.0/24 podem ser agregadas como 192.168.0.0/23.

Exemplo Prático: Sub-redes com VLSM

Suponha que uma empresa precisa de sub-redes com as seguintes quantidades de hosts:

• Departamento A: 60 hosts
• Departamento B: 30 hosts
• Departamento C: 12 hosts
• Departamento D: 6 hosts

O menor bloco disponível é 192.168.1.0/24. Calculamos as máscaras necessárias:

• 60 hosts → /26 (62 hosts)
• 30 hosts → /27 (30 hosts)
• 12 hosts → /28 (14 hosts)
• 6 hosts → /29 (6 hosts)

Alocação sequencial:

• 192.168.1.0/26 (rede: 192.168.1.0 – broadcast: 192.168.1.63)
• 192.168.1.64/27 (rede: 192.168.1.64 – broadcast: 192.168.1.95)
• 192.168.1.96/28 (rede: 192.168.1.96 – broadcast: 192.168.1.111)
• 192.168.1.112/29 (rede: 192.168.1.112 – broadcast: 192.168.1.119)

Dessa forma, utilizamos apenas parte do bloco, mas cada departamento tem o tamanho adequado, demonstrando a eficiência do VLSM.

Roteamento Básico

Roteamento é o processo de encaminhamento de pacotes entre redes. Cada roteador mantém uma tabela de roteamento que mapeia destinos (prefixos de rede) a interfaces de saída ou ao próximo salto (next-hop). O roteamento pode ser estático (configurado manualmente) ou dinâmico, onde protocolos como RIP, OSPF e BGP trocam informações entre roteadores para atualizar as tabelas. O princípio do longest prefix match garante que o roteador escolha a rota mais específica para um destino.

Em redes domésticas, o roteador geralmente usa uma rota padrão (gateway padrão) para encaminhar todo o tráfego destinado a redes externas à Internet. Protocolos de roteamento dinâmico, como RIP (Routing Information Protocol) e OSPF (Open Shortest Path First), permitem que os roteadores descubram automaticamente as rotas. RIP usa o algoritmo de vetor de distância, enquanto OSPF é baseado em estado de enlace.

Pontos Principais

• Endereço IPv4: 32 bits, representados em decimal pontuado.
• Máscara de sub-rede: delimita a parte de rede e a parte de host.
• CIDR: notação /prefix length que substituiu o sistema de classes.
• VLSM: permite sub-redes com máscaras de tamanhos variáveis dentro do mesmo bloco.
• Gateway padrão: rota para destinos fora da rede local.
• Protocolos de roteamento dinâmico automatizam a construção das tabelas de roteamento.

Perguntas Frequentes

1. Como saber a máscara de sub-rede ideal para uma rede?

A máscara ideal depende da quantidade de hosts necessária. Calcule o número de bits de host de modo que 2^N − 2 seja maior ou igual ao número de hosts desejado. Os bits restantes são para a rede.

2. O que é broadcast?

Endereço de broadcast é o último endereço de uma sub-rede (todos bits de host iguais a 1) e é usado para enviar pacotes para todos os dispositivos da rede local.

3. O que diferencia um roteador de um switch?

Roteador opera na camada 3 (rede), encaminhando pacotes com base em endereços IP; switch opera na camada 2 (enlace), encaminhando quadros com base em endereços MAC.

4. Por que usamos NAT?

Para conservar endereços IP públicos, permitindo que múltiplos dispositivos em uma rede privada compartilhem um único IP público com tradução de endereços.