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Aula 5 C álculo de máscara e de subredes 5.1 Conceitos Quando um host se comunica com outro usa o endereço de enlace dele. Os endereços de hardware das placas de rede, ou MAC Address, são constituídos de 48 bits, sendo os primeiros 24 bits a referência ao fabricante da interface de rede, sendo representado por um número em hexadecimal pode ser visualizado executandose os comandos "ifconfig" (Linux/UNIX) e "ipconfig" (Windows), por exemplo 00:50:56:C0:00:06. Portanto quando a comunicação entre dois ou mais hosts é realizada colocase o endereço de hardware do destino no pacote, determinando que este pacote deve ser entregue ao host cujo endereço de placa de rede é o 00:50:56:C0:00:06. O problema é que essa técnica só funciona dentro da rede local, pois a origem precisa antecipadamente conhecer o MAC Address do destino e é para isto que serve o protocolo ARP. Mas e quando o destino não está na mesma rede que eu ou que não se pode colocar o MAC de destino no pacote? e é para isso que existe o roteamento IP. Analisando o número IP do destino, o host de origem verifica que precisa repassálo ao gateway, porque o destino não se localiza na rede local. O gateway, por sua vez, compara o IP de destino com sua tabela de rotas para determinar para onde o pacote vai ser destinado, e assim sucessivamente, até que pacote chegar na rede local do destino, onde o último gateway irá enviar o pacote para o MAC Address de destino, sendo que cada etapa do roteamento envolve o MAC Address do gateway de saída. Portanto concluise que o n úmero IP não serve para que um host se comunique com outro, já que a comunicação é sempre de endereço MAC para endereço MAC e o número IP serve para determinar o próximo passo de roteamento, logo, entender o papel dos números IP em uma comunicação envolve compreender a tarefa de cada uma das quatro camadas do modelo TCP/IP. 5.2 IP e classes Os números IPS são organizados através de uma técnica determinística, que permite saber onde está o destino ou pelo menos para que lado está. Os números IPs da
versão 4 (IPv4) são assim e a primeira organização de IPs foi a organização por classes. Esse conceito já não importa mais para efeitos de roteamento, mas até 1993 era a forma usada para realizar roteamento IP. Nesta técnica os IPs foram catalogados em Classes, para determinar melhor o roteamento. O objetivo do roteamento por classes era disponibilizar uma forma muito rápida (matematicamente) dos roteadores calcularem o destino. Basicamente determinouse que dos 32 bits de um número IP, parte dele (alguns bits iniciais) diriam qual a rede de destino e outra parte dele (bits finais) diriam qual o número do host dentro desta rede. Se apenas 8 bits iniciais disserem qual rede é, um roteador só precisa analisar estes 8 bits para determinar o destino e não todos os 32, sempre visando o menor custo computacional, já que naquela época o hardware não tinha o poder de processamento da atualidade. Portanto as classes foram divididas em 5 (A, B, C, D e E), porém apenas 3 são utilizados em endereçamento de hosts em redes (A, B e C). Classe A: Sempre que um número IP começar com 0, é classe A. Genericamente podese dizer que um classe A possui o formato: 0XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX Isto facilitava muito (embora não se usa mais isso) as operações de roteamento, por exemplo: se h á roteador classe A e o primeiro bit do IP que devese rotear n ão for 0 (zero), podese concluir ent ão que o destino não é o roteador classe A. Como o primeiro bit será sempre ZERO, isto obriga o primeiro octeto do IP a ser 0XXXX XXXX, o que restringe as possibilidades deste octeto a ser de 0 a 127. Por isto que popularmente se diz que um IP Classe A é o que vai de 0.0.0.0 até 127.255.255.255. Obs: os roteadores não fazem operações lógicas (AND, OR, XOR e etc.), mas operações bit a bit, ou seja, se primeiro bit for 0 (zero) é um classe A. Sendo um Classe A, primeiro bit em zero, os próximos 7 bits dizem qual é a rede e os demais qual o host dentro desta rede: 0RRRRRRR HHHHHHHH HHHHHHHH HHHHHHHH
já é classe D). 5.3 Roteamento por classes de IP A utilidade da divisão por classes (que já não se usa mais) com o número de bits, que determinam o que é rede, variava, logo a classe determinava quantos bits o roteador devia avaliar, já que o roteador necessitava saber a rede de destino para determinar a quem ele enviaria o pacote. Desta forma, o roteador testava o primeiro bit, que se fosse zero, ou seja, Classe A, isolaria os próximos sete bits e jogaria em sua tabela de rotas, porém se os primeiros bits fossem 10, então são os próximos 14 bits que devem ser isolados e comparados com a tabela de rotas, neste caso, as operações binárias agilizam este tipo de operação. Esta forma de roteamento era muito otimizada, tanto que foi ressuscitada no Ipv6, porém somente o conceito e não o modelo de classes, já que no padrão IPv6 não existem classes. Essa técnica facilitava muito o trabalho dos roteadores, que sem muito esforço determinavam o que fazer com o pacote, porém causava um grande problema: a falta de números IPs. O fato de uma faixa Classe C possibilitar apenas 256 IPs é pouco para a maioria das instituições que desejam entrar na Internet, já a classe A com seus 16 milhões de IPs é muito, logo preferiase ficar com a classe B, que est á se esgotou rapidamente. Como exemplo podese citar o caso de uma institui ção que tenha 300 computadores para conectar na Internet, neste caso uma rede da Classe C não serve, logo ele adquire um classe B, porém com 300 computadores em uma classe B, que pode ter 65.536 hosts, estaria sendo desperdiçado, portanto, mais de 65.000 endereços IP, sem citar uma rede Classe A que permite 16.000.000 de IPs. Este fato gerou desorganização, pois esgotou rapidamente os números de IPs disponíveis, levandose em conta ainda o desperd ício IPs que não eram utilizados nas redes. Este cenário caótico de endereçamento motivou a criação de uma nova técnica de classificação, e a CIDR se viu obrigada a reorganizar os endereçamento IP, sendo que nelas é que existem as máscaras de rede atuais.
5.4 Classificação CIDR CIDR Classless InterDomain Routing Roteamento InterDom ínio sem Classes, ou Roteamento Livre de Classes, veio para substiruir definitivamente o uso de classes e em 1993 este padrão substitui as classes. Levandose em conta que o IPv4 é dividido em duas partes: bits iniciais dizem qual rede é; bits finais dizem qual o host dentro desta rede. Antes o conceito de Classe definia quantos bits eram a rede e quantos eram o host, porém o que o CIDR fez foi mudar este conceito, ou seja, não importa de qual classe o IP é, o número de bits de rede não é fixo, portanto podese ter agora um IP "CLASSE A", usando não sete, mas 24 bits para rede e os demais 8 paro host, como seria um classe C. Esta mudança causou mudanças significantes pois o roteador já não consegue, através da análise do IP, avaliar quantos bits deve analisar para determinar a rede de destino, que provocouo fim da otimização dos cálculos, já que o roteador precisará efetuar mais cálculos, com custo mais onerosos, porém ganhase um n úmero consideravelmente maior de IPs. No modelo CIDR a informação de quantos bits são usados para rede é simplesmente representada colocandose este n úmero ao lado do IP: Exemplo: 10.1.0.5/ Neste caso o /24 determina que são usados os primeiros 24 bits para rede, e que os últimos 8, o resto, são para definir o host. Cada definição de uma rede IP possui ainda dois números especiais, que não podem ser usados: a defini ção do número da rede; e a defini ção do número de broadcast. Isto já ocorria desta mesma forma no modelo de classes, porém estes números eram fixos, pois o número de bits para rede era preso a classe que ele pertencia, no CIDR, porém, estes dois números precisam ser calculados.
máscara complementada (invertida, números destinados a rede em ZERO): (10) (1) (0) (5) 0000 1010 0000 0001 0000 0000 0000 0101 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 (24 bits em 0) 0000 1010 0000 0001 0000 0000 1111 1111 (resposta do OR) Sendo agora um OR, o resultado matemático disto será 10.1.0.255. É isto que acontece em background, envolvendo a máscara para determinar a qual rede pertence e qual o endereço de broadcast. Uma máscara equívoca pode significar o isolamento de um host do resto do mundo, pois ela pode não rotear pacotes corretamente, não usando o gateway quando deveria, por exemplo. 5.6 Roteamento baseado em máscara Cado host sabe seu IP, sua máscara e o IP do gateway. o host não sabe as máscaras e os ips de outras hosts, apenas a sua. Logo, ao necessitar comunicarse com umo host cujo o IP é X.Y.W.Z o host não tem como saber qual rede este IP é, mas tem como saber se é a mesma rede sua. Isto é suficiente para ela saber se pode enviar diretamente (mesma rede) ou se precisa acionar o gateway para jogar para fora (estando no MS, podese n ão saber onde é um CEP que começa com "4", mas sabese que n ão é MS, pois no MS ele começa com "7", portanto, basta para enviar para outra agência de correio). Exemplos: Caso A: origem e destino estão na mesma rede. Maquina A com IP 10.1.0.5/ deseja conversar com 10.1.0.120, pois não sabe a máscara do destino. O host A primeiro determina a sua rede aplicando um AND do seu IP com sua máscara, sendo que ela agora é 255.255.255.128, pois um /25 significa 25 bits em 1: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 (255) (255) (255) (128) Chegase a conclus ão que pertence a rede 10.1.0.0, e faz o mesmo com o IP de destino, aplicando um AND do IP de destino COM A SUA MÁSCARA (única que ela tem):
1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 (25 bits em 1) Como resultado deste AND, chegase ao c álculo de 10.1.0.0. Como o número calculado para rede é o mesmo, a conclusão é que o destino está aqui, local, basta realizar um ARP e endereçar diretamente o MAC do destino e, portanto não há a necessidade de usar o gateway. Caso B: origem e destino não estão na mesma rede, o host A com IP 10.1.0.5/ deseja conversar com 10.1.0.129. Já sabemos que a rede que o host A pertence é 10.1.0. (pode não ser se o host A estiver com a máscara errada) Ela faz o mesmo com o IP de destino, aplicando um AND do IP de destino COM A SUA MÁSCARA (única que ela tem): (10) (1) (0) (129) 0000 1010 0000 0001 0000 0000 1000 0001 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 (25 bits em 1) 0000 1010 0000 0001 0000 0000 1000 0000 (RESULTADO AND) Como resultado deste AND, chegase ao c álculo de 10.1.0.128, que não é mesma rede do host A. A conclusão é que o destino não o local e precisa repassar o pacote para o gateway. Se o host A estiver com a máscara errada (um /24 quando deveria ser um /25) ela pode ficar isolada de parte da rede, por achar que o destino é rede local quando não é (deveria ter usado o gateway). Da mesma forma se ela é um /25, quando deveria ser na realidade um /24, poderá usar o gateway quando não era necessário. A correta configuração de máscara é extremamente importante. 5.7 Cálculo máscara, subrede e de hosts Para definir qual é a máscara de subrede ideal ao dividir uma rede, devemos levar em conta alguns fatores como como a quantidade de subredes ou de hosts que se
Na notação CIDR, a máscara será: 255.255.255.224/ Exercício Calcular a máscara de um rede com 200 hosts. R: 200 hosts = 2^8 – 2 = 254 Portanto temse 8 zeros na parte de host do endere ço. A máscara de rede será então: 11111111.11111111.11111111.
- 0 ou na notação CIDR seria / Obs: lembrar que este sempre temos de reservar 2 endereços IP, 0 para a rede e 255 para o broadcast, portanto em um endereçamento de hosts sempre estes 2 endereços serão reservados e não poderão ser utilizados para endereços de hots para cada subrede.
