Guia do TCP - IP, Notas de estudo de Redes de Computadores

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Guia do TCP/IP

Entendendo o IPv4 e IPv

3ª Edição

Daniel Donda Mcsesolution.com 01/10/

Sumário

• O IPv4
  • Sobre este documento
  • Um pouco da história do IP
  • O Endereçamento IP
  • Controle dos IPs na Internet
  • Entendendo números binários
  • De binário para decimal:
  • Conversão de decimal para binário.......................................................................................
  • Classes de Endereços
  • Classe A
  • Classe B..................................................................................................................................
  • Classe C................................................................................................................................
  • Endereços de rede privados
  • Identificando o endereço de rede através do operador lógico “AND”.
• Classless Inter-Domain Routing...................................................................................................
  • Compreendendo o CIDR
• O IPv6
  • Tipo de endereço IPv6
  • Unicast
  • Multicast..............................................................................................................................
  • Anycast
  • Format Prefix (FP)................................................................................................................
  • Global Unicast
  • Link-Local ou Site-Local
  • Unique-Local
  • Endereço Privado da rede local...........................................................................................
• Ambiente misto IPv4 e IPv6
  • IPv4-compatible address
  • IPv4-mapped address
  • 6to4
  • ISATAP

O TCP/IP é dividido em quatro camadas e em cada camada existem diferentes protocolos exercendo diversas funções

Como no inicio o modelo de referencia OSI de 7 camadas ainda não tinha sido criado o pelo ISO (International Standarts Organization). Foi adotado o modelo de 4 camadas conhecido também pelo modelo DARPA.

LINK - Você pode conferir a tabela da camada OSI na integra, através do link:

http://www.mcsesolution.com/Grupo-Mcsesolution/posters-tecnicosv10-windows-2008-r2- exchange-2010-e-redes.html

O Endereçamento IP

RFCs 791,1122 e 1812

Em uma rede de computadores interligadas fisicamente, cada computador é identificado como host.

As placas de rede recebem uma numeração única de fabrica. Essa numeração é o endereço físico chamado MAC ( Media Access Control). E é composto por seis bytes exibidos na notação hexadecimal.

Exemplo: 00-10-B5-E5-33-

Em redes cada host além de possuir um endereço físico possui também um endereço lógico que o identifica em uma rede. Esse endereço lógico é o endereço IP que por sua vez é divido em duas partes. Endereço da rede ( Network ID ) - Identifica a rede no qual o computador faz parte Endereço do host ( Host ID ) - identifica o endereço do computador nessa rede.

Quando dois computadores estiverem no mesmo Network ID, podemos dizer que eles estão no mesmo segmento e que são hosts locais. Quando não forem do mesmo segmento serão designados hosts remotos.

Na figura 1 podemos notar que existe uma máquina que está com o endereço IP diferente. Esta maquina é um host remoto , mesmo estando fisicamente conectada a rede.

Para que essa maquina possa comunicar com as demais (segmento 192.168.2.0)

É necessário um roteador, assim como mostra a seguir:

A maneira mais fácil de entender como funciona a comunicação através do TCP/IP é fazendo uma analogia ao mapa de uma cidade.

Imagine a sua rua e o carteiro deve entregar-lhe uma carta.

Para encontrar a sua casa, os correios usam um sistema de numeração, que é o código de endereçamento postal (CEP) e o numero de sua casa.

Assim fica fácil entender, a entrega da carta será no CEP 04578000 e no numero 12901.

A responsabilidade sobre uma parte desses endereços é delegada pela IANA para cada um dos Registros Regionais de Internet ( RIRs – Regional Internet Registries ), que os gerenciam e distribuem dentro de suas respectivas regiões geograficas.

Em nossa região, o responsável é o LACNIC ( Registro Regional para a America Latina e Caribe ).

Em alguns paises, há também o Registro Regional de Internet ( NIR – National Internet Registry ), responsavel pela distribuição nacional dos endereços. No Brasil, o Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR – NIC.br – cumpre essa função.

Provedores podem ser considerados Registros Locais de Internet ( LIRs – Local Interner Registries ) distribuindo os endereços aos usuarios finais ou outros provedores.

Entendendo números binários

Normalmente usamos a notação decimal para representar um endereço de Ipv4.

Exemplo: 192.168.2.

Porém um computador ou um ativo de rede (roteador) enxerga o endereço Ipv4 como numero binário (32 bits)

32 bits = 4 bytes e esses são separados por pontos.

Um endereço Ipv4 pode ser representado da seguinte forma:

Decimal: 192.168.4.

Binário: 11000000101010000000010000000010 Para entendermos melhor vamos utilizar a notação binária. O numero IP consiste em um valor de 32 bits, nos quais podem receber dois valores 0 ou 1.

00000000.00000000.00000000.00000000 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos 11111111.11111111.11111111.11111111 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos

Cada oito bits, ou seja, cada octeto pode ir de 0 a 255 em decimal. ( Oito bits podem conter 256 combinações ).

A maneira mais pratica de calcular números binários para decimal e vice-versa é criar uma tabela de calculo.

De binário para decimal:

Oito bits equivalem a um octeto, que é o mesmo que um byte. Nossa tabela serve apenas para um octeto, o endereço IP possui 4 octetos (32 bits)

Como exemplo, tomaremos um octeto de valor em binário igual 11000000 a e somaremos apenas os resultados onde o bit for igual a um (1).

Acompanhe no exemplo a seguir:

127 é um valor reservado para loopback (auto teste). Mas nem por isso deixa de ser classe A.

Determinando a quantidade de redes por classe.

 Classe A – Usa apenas o primeiro octeto para identificar a rede e os seguintes 3 octetos (24 bits) para identificar hosts.  Classe B – Usa os dois primeiros octetos para rede e os últimos dois octetos (16 bits) para hosts.  Classe C – Usa os três primeiros octetos para a rede e o ultimo octeto (8 bits) para hosts.

Classe A

Usa o primeiro bit para sua identificação (veja tabela 5) Como na classe A são 8 bits para identificar a rede, e 1 bit é reservado para identificar a classe 8-1= Então 2^7 – 2 = 126 redes Porque – 2? Porque não se usa o 0.x.y.z. e o endereço 127.x.y.z é para auto teste (loopback)

Classe B

Usa os dois primeiros bits para sua identificação Na classe B são 16 bits para identificar a rede, então 16 bits de rede – 2 bits de identificação da classe = 14 214 = 16.384 redes Porque não – 2? Como o primeiro octeto inicia em 10, não existe a possibilidade de ser tudo 0 ou 1

Classe C

Usa os três primeiros bits para identificar a classe, e 24 bits para identificar a rede. 3-24= 221 = 2.097.152 redes Como o primeiro octeto inicia em 110, não existe a possibilidade de ser tudo 0 ou 1

A mascara de sub-rede

A Mascara de subrede é um mecanismo usado para distinguir qual parte do endereço IP é destinado a host e qual parte é destinada rede (network).

A mascara de subrede é constituída de uns seguidos de zeros.

 Classe A - define a mascara de subrede é o primeiro octeto  Classe B - define a mascara de subrede é o primeiro e o segundo octeto  Classe C - define a mascara de subrede é o primeiro, o segundo e o terceiro octeto.

Exemplo:

Tendo essa informação um roteador, por exemplo, não precisa analisar cada bit do endereço IP, basta analisar a mascara de subrede e ele identificara os bits mais significantes.

Com base nessas informações podemos entender a seguinte tabela:

Na mascara de subrede temos a porção que identifica a rede (que sempre será 1) e porção que identifica o host (que sempre será 0).

Classe A = 24 bits.

Para identificar o endereço de rede devemos converter os valores em decimais do endereço IP e da mascara de subrede.

A comunicação entre redes só é possível quando a identificação de rede de origem for exatamente igual a rede de destino

Classless Inter-Domain Routing

RFCs 1518 e 1519

No inicio, aproximadamente duas dezenas de redes classe B foram obtidas pelo Brasil, Essas rede foram solicitadas por instituições de ensino e pesquisa diretamente ao Internic. Da USP ao Observatório Nacional, o uso dos endereços de classe B vai de próximo a 10% a menos de 0,1% do número possível de endereços.

A partir de 1993 a Internic passou a distribuir endereços de Classe C, pois seria mais aproveitado que os endereços de classe B.

Com a distribuição de endereços de classe C onde temos mais redes do que hosts, surgiu outro problema. O grande crescimento nas tabelas de roteamento da internet.

Como solução o uso do " Classless Inter-Domain Routing ".

O Internic respondeu repassando ao Brasil metade do espaço latino-americano, que corresponde hoje a faixa que vai de 200.128.0.0 até 200.255.0.

Mas o que é esse tal de “ Classless Inter-Domain Routing "?

O Classless Inter-Domain Routing é a maneira de dividir o endereço IP em endereço de rede e host.

Sendo assim a definição de endereços não é mais determinada pela classe e sim pelos bits que compõe a mascar de sub-rede.

Fornecendo maior flexibilidade e melhor aproveitamento do endereçamento IP, além de diminuir a complexidade nas tabelas de roteamento.

Resumindo o CIDR aperfeiçoa a alocação de endereços IP através da divisão em subrede e a combinação de redes.

A combinação de redes é o procedimento de alocar vários endereços em uma única identificação de rede.

Em CIDR não existe mais classe definida e a identificação é feita usando a notação CIDR que consiste nos bits uns contínuos da mascara de subrede.

O IPv4 permite 4.294.967.296 endereços IPs

Compreendendo o CIDR

Primeira situação:

1) Determinada empresa recebe o endereço IP 132.7.0.0 (classe B) e precisa segmentar a rede em 5 subrede com pelo menos 1.500 hosts por rede. A empresa não deseja investir em ativos de rede como roteadores.

O que pode ser feito?

Através do CIDR podemos dividir (segmentar) essa rede.

Para isso devemos seguir os seguintes passos.

1. Encontrar a quantidade desejada de subrede
2. Encontrar a quantidade de hosts por subrede.
3. Encontrar o valor incremental.

Pelo nosso calculo a mascara de subrede ficaria 255.255.224.0.

Pegaremos então o valor em decimal do octeto que sofreu alteração e subtrairemos pelos valores possíveis em um octeto que é igual a 256.

32 é o valor incremental usado pelos intervalos de subrede iniciando do 1 até 32, do 32 até 64 até alcançar o valor encontrado de quantidade de redes (6). Poderíamos também ter feito o seguinte:

d) Vejamos na tabela como ficaria:

Sub-redes: 8 Hosts por rede. Rede: 132.7.0. Broadcast 132.31.

(*) O RFC 1878 (Variable Length Subnet Table For IPv4) descreve que podemos usar todas as sub-redes incluindo todos os um´s e zero´s Segundo o RFC 1879 a pratica de excluir esses valores é absoleto já que a maioria dos softwares são capazes de utilizar todas as redes definidas.

Segunda situação:

2) Determinada empresa usa um endereço de rede IP 192.168.1.0 para acomodar seus 250 computadores. A empresa acaba de adquirir mais 1.000 computadores e não deseja investir em equipamentos para comunicação dos 1250 computadores. O que pode ser feito?

Podemos usar uma mascara de rede que acomode todos. Vejamos: A rede 192.168.1.0 usa mascara de subrede de classe “C” 255.255.255.

Em binário 11111111.11111111.11111111. 00000000 28 -2 = 254

Se roubarmos um bit de rede da classe “C” quantos hosts poderiam existir? 11111111.11111111.1111111 0. 29 -2 = 510 Precisamos alocar 1.250 hosts. Ainda não dá.

Vamos pegar mais um bit de rede. 11111111.11111111.111111 00. 210 -2 = 1022

Precisamos alocar 1.250 hosts. Ainda não dá. Vamos ter que roubar mais um. 11111111.11111111.11111 000. 211 -2 = 2046

Precisamos alocar 1.250 hosts. Dá e sobra. Agora é só pegar esse valor em binário e transformar em decimal. 11111111.11111111.11111 000.

255.255.248.0 assim fica é mascara de sub-rede capaz de alocar 2046 hosts.

Mas qual os endereços de redes IPs que podem ser usados?

Do Octeto que foi alterado somam-se apenas 3 bits, portanto. 23 = 8 é a quantidade de variações que podem acorrer no IP. Veja a tabela:

Um endereço IPV6 é representado pelo sistema numérico HEXADECIMAL. O sistema numérico Hexadecimal possui a base 16.

Um endereço IPV6 é constituído de 8 grupos de 16 bits separados por ":"

16bits:16bits:16bits:16bits:16bits:16bits:16bits:16bits

Veja os exemplos de endereço Ipv6.

Endereço completo. fe80:0000:0000:0000:260:97ff:fefe:9ced

Endereço compactado (os zeros foram compactados) fe80:0:0:0:260:97ff:fefe:9ced

Onde há uma seqüência de zeros este poderá ser representado por :: ,exemplo: fe80::260:97ff:fefe:9ced No entanto, esta substituição só pode ser feita uma única vez em cada endereço.

Estes são exemplos de um mesmo Ipv6.

Outra notação importante é a divisão dos bits que são de rede e os bits que representam a interface. Exemplo: 2001:DB8:0:DC00::/

Neste caso os 54 primeiros bits são de rede e os outros 74 bits são de interface

Tipo de endereço IPv

No IPv6 foram definidos 3 tipos de endereços:

 Unicast  Multicast  Anycast

Unicast

Os endereços Unicast identificam uma unica Interface. Assim um pacote que é enviado para um endereço Unicast é entregue em uma unica interface.

Ainda existem nos endereços Unicasts os seguintes tipos:

 Global Unicast – Igual aos endereços Pubicos IPv  Link-Local – Atribuido Automaticamente – Igual ao APIPA  Unique-Local – Endereço Unico similar aos endereços IPv4 privados

 IPv4 Mapeado em IPv6 – É utilizado para representar um IPv4 como um IPv6 no formato 0:0:0:0:0:FFFF:wxyz (wxyz=ipv4 em hexa)  LoopBack – Equivalente ao 127.0.0.1 (em IPv6 ::1)  Unspecified – Equivalente ao 0 (em IPv6 ::0)– Indica ausencia de endereço.

Estes serão estudados mais adiante.

Multicast

Os endereços Multicast são semelhantes aos endereços Anycast , pois identificam um grupo de interfaces pertencentes a diferentes nós. Os endereços Multicast substituem os endereços de Broadcast

Não existe broadcast no IPv

Diferente do IPv4 onde multicast é opcional, no IPv6 todos os nós devem ter suporte a Multicast.

Anycast

Utilizado para identificar um grupo de interfaces pertencentes a nós diferentes.

Este tipo é util para detectar rapidamente determinados servidores ou serviços como por exemplo o DNS.

Format Prefix (FP)

Esses prefixos identificam os diferentes usos de endereços (sub-rede a qual o endereço pertence). Esse prefixo definido pelos primeiros bits do endereço indica cada tipo de endereço IPv6. O campo variável que compreende esses bits é denominado Format Prefix (FP).