Capítulo 4 Endereçamento de rede

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O que é um endereço IPv4?
Um host precisa de um endereço IPv4 para entrar na Internet. O endereço IPv4 é um endereço de rede lógico que identifica um host específico. Ele deve ser configurado corretamente e de forma exclusiva dentro da LAN, para fornecer comunicação local. Também deve ser configurado corretamente e de forma exclusiva no mundo, para fornecer comunicação remota. É assim que um host se comunica com outros dispositivos na Internet.
Um endereço IPv4 é atribuído à conexão de interface de rede para um host. Essa conexão geralmente é uma placa de interface de rede (NIC) instalada no dispositivo. Estações de trabalho, servidores, impressoras de rede e telefones IP são exemplos de dispositivos de usuário final com interfaces de rede. Alguns servidores podem ter mais de uma NIC e cada um deles tem seu próprio endereço IPv4. As interfaces de roteador que fornecem conexões a uma rede IP também têm um endereço IPv4.
Cada pacote enviado pela Internet tem um endereço IPv4 de origem e de destino. Essa informação é necessária para os dispositivos de rede garantirem que os dados cheguem ao destino e que as respostas sejam retornadas à origem.
Clique em Play na figura para ver como os pacotes trafegam na Internet.
Endereçamento IPv4
Um endereço IPv4 é simplesmente uma série de 32 bits binários (uns e zeros). Para os seres humanos, ler um endereço IPv4 binário é muito difícil. Por esse motivo, os 32 bits são agrupados em quatro bytes de 8 bits chamado octetos. Um endereço IPv4 nesse formato é complicado para os seres humanos lerem, escreverem e lembrarem. Para facilitar a compreensão do endereço IPv4, cada octeto é apresentado como o valor decimal, separado por uma vírgula decimal ou um ponto. Isso é conhecido como notação decimal com ponto.
Quando um host é configurado com um endereço IPv4, ele é digitado como um número decimal com ponto, como 192.168.1.5. Imagine se você tivesse que digitar o equivalente binário de 32 bits de 11000000101010000000000100000101, como mostrado na figura. Se apenas um bit fosse digitado incorretamente, o endereço seria diferente e o host não poderia se comunicar na rede.
O endereço IPv4 de 32 bits é definido com o IP versão 4 (IPv4) e atualmente é a forma mais comum de endereço IP na Internet. Há mais de 4 bilhões de endereços IPv4 possíveis usando um esquema de endereçamento de 32 bits.
Binário para decimal
Quando um host recebe um endereço IPv4, ele analisa todos os 32 bits à medida que são recebidos pela NIC. Os seres humanos, por outro lado, precisam converter esses 32 bits em seu equivalente decimal de quatro octetos. Cada octeto é composto de 8 bits e cada bit tem um valor. Os quatro grupos de 8 bits têm o mesmo conjunto de valores. O bit mais à direita em um octeto tem o valor 1 e os valores dos bits restantes, da direita para a esquerda, são 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128.
Como mostrado na figura, determine o valor do octeto adicionando os valores das posições onde houver um binário 1 presente:
· Se há um 0 em uma posição, não adicione o valor.
· Se todos os 8 bits são 0s, 00000000, o valor do octeto é 0.
· Se todos os 8 bits são 1s, 11111111, o valor do octeto é 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).
· Se os 8 bits estão misturados, como no exemplo 00100111, o valor do octeto é 39 (32+4+2+1).
O valor de cada um dos quatro octetos pode variar entre 0 e um máximo de 255.
O jogo binário
O jogo binário apresenta problemas que você deve resolver para ganhar pontos. Quando for apresentado um número à direita, clique nos quadrados apropriados à esquerda para representar esse número. Os quadrados amarelos são contabilizados, mas os vermelhos não. Algumas vezes haverá quadrados amarelos que estão incorretos. Clique neles para transformá-los em vermelho. Quando não houver nenhum número à direita, clique na caixa vazia para consultar um teclado numérico. Clique nos números para inserir a resposta correta representada pelos quadrados amarelos à esquerda. Clique na seta Enter no canto superior direito para digitar a resposta.
Os dois primeiros problemas têm tempo ilimitado. Depois que eles tiverem sido resolvidos, os problemas seguintes ficarão mais difíceis e serão exibidos mais rapidamente. O jogo acabará quando a tela estiver repleta de problemas não resolvidos.
http://forums.cisco.com/CertCom/game/binary_game_page.htm
Redes e hosts
O endereço lógico IPv4 de 32 bits é hierárquico e composto de duas partes. As duas partes são necessárias em um endereço IPv4. As duas redes têm a máscara de sub-rede 255.255.255.0. A primeira parte identifica a rede e a segunda parte identifica um host nessa rede.
Como exemplo, um host com o endereço IPv4 192.168.5.11 e a máscara de sub-rede 255.255.255.0. Os três primeiros octetos (192.168.5) identificam a porção de rede do endereço e o último octeto (11) identifica o host. Isso é conhecido como endereçamento hierárquico porque a porção de rede indica a rede na qual está localizado cada endereço exclusivo de host. Os roteadores precisam saber apenas como alcançar cada rede, em vez de precisar saber a localização de cada host individual.
Com o endereçamento IPv4, poderão existir diversas redes lógicas em uma rede física se a porção de rede dos endereços de hosts de rede lógica for diferente. Por exemplo: três hosts em uma única rede local física têm a mesma porção de rede do endereço IPv4 (192.168.18) e outros três hosts têm porções de rede diferentes de seus endereços IPv4 (192.168.5). Os hosts com o mesmo número de rede em seus endereços IPv4 poderão se comunicar entre si, mas não com os outros hosts sem o uso de roteamento. Neste exemplo, há uma rede física e duas redes IPv4 lógicas.
Outro exemplo de rede hierárquica é o sistema telefônico. Em um número de telefone, o código de país, o código de área e a central telefônica representam o endereço de rede e os dígitos restantes representam um número de telefone local.
AND lógico
Um AND lógico é uma das três operações binárias básicas utilizadas na lógica digital. As outras duas são OR e NOT. Embora as três sejam usadas em redes de dados, somente AND é usado para determinar o endereço de rede. Portanto, nossa análise se limitará à operação de AND lógico.
AND lógico é a comparação de dois bits que produzem os resultados mostrados na Figura 1. Observe como somente 1 AND 1 produz um 1.
Para identificar o endereço de rede de um host IPv4, é feito um AND lógico, bit a bit, entre o endereço IPv4 e a máscara de sub-rede. Quando se usa AND entre o endereço e a máscara de sub-rede, o resultado é o endereço de rede.
Para ilustrar como AND é usado para detectar um endereço de rede, considere um host com endereço IPv4 192.168.10.10 e a máscara de sub-rede 255.255.255.0. A Figura 2 exibe o endereço IPv4 do host e o endereço convertido para binário. O endereço em binário da máscara de sub-rede do host foi acrescentado na Figura 3.
As seções destacadas em amarelo na Figura 4 identificam os bits do AND que produziram um binário 1 na linha de resultados do AND. Todas as demais comparações de bits produziram binários 0s. Observe como o último octeto não tem mais nenhum bit 1.
Por último, a Figura 5 exibe o endereço de rede resultante: 192.168.10.0 255.255.255.0 Portanto, o host 192.168.10.10 está na rede 192.168.10.0 255.255.255.0.
 
 
Você está na minha rede?
Há duas partes para cada endereço IPv4. Como os hosts sabem qual porção é a rede e qual é o host? Essa é a função da máscara de sub-rede.
Quando um host IPv4 é configurado, uma máscara de sub-rede é atribuída junto com um endereço IPv4. Como o endereço IPv4, a máscara de sub-rede é de 32 bits. A máscara de sub-rede sinaliza qual parte do endereço IPv4 é rede e qual parte é host.
A máscara de sub-rede é comparada ao endereço IPv4 da esquerda para a direita, bit por bit. Os 1s na máscara de sub-rede representam a porção de rede; os 0s representam a porção de host. No exemplo mostrado, os três primeiros octetos são a rede e o último octeto representa o host.
Quando um host envia um pacote, compara sua máscara de sub-rede com o próprio endereço IPv4 e o endereçoIPv4 de destino. Se os bits de rede corresponderem, o host origem e destino estarão na mesma rede e o pacote poderá ser entregue localmente. Se eles não corresponderem, o host emissor encaminhará o pacote à interface do roteador local para ser enviado para a outra rede.
Clique em Play na figura para ver como H1 usa sua máscara de sub-rede para determinar se H2 está na mesma rede.
Máscaras de sub-redes
As máscaras de sub-rede mais comuns em redes de residências e pequenas empresas são: 255.0.0.0 (8 bits), 255.255.0.0 (16 bits) e 255.255.255.0 (24 bits). Uma máscara de sub-rede 255.255.255.0 (decimal) ou 11111111.11111111.1111111.00000000 (binário) usa 24 bits para identificar o número de rede que deixa 8 bits para marcar os hosts naquela rede, como mostrado na figura.
Para calcular o número de hosts que podem estar nessa rede, considere o número 2 à potência do número de bits de host (2 ^ 8 = 256). Devemos subtrair 2 desse número (256-2). O motivo pelo qual subtraímos 2 é porque tudo 1 na porção de host de um endereço IPv4 é um endereço de broadcast dessa rede e não pode ser atribuído a um host específico. Tudo 0 na porção de host indica a ID de rede e também não pode ser atribuído a um host específico. As potências de 2 podem ser calculadas facilmente com a calculadora que vem com qualquer sistema operacional Windows.
Outra maneira de determinar o número de hosts disponíveis é adicionar os valores dos bits de host disponíveis (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Subtraia 1 desse número (255-1 = 254), pois os bits de host não podem ser tudo 1. Não é necessário subtrair 2 porque o valor de tudo 0 é 0 e não é incluído na soma.
Com uma máscara de 16 bits, há 16 bits (dois octetos) para endereços de host, e um endereço de host poderia ter todos os 1s (255) em um dos octetos. Isso pode parecer um broadcast, mas, como o outro octeto não é tudo 1, é um endereço de host válido. Lembre-se de que o host examina todos os bits de host juntos, e não em valores de octeto.
Laboratório – Uso da calculadora do Windows para conversões de binários
Após a conclusão do laboratório, você será capaz de:
· Alternar entre modos da Calculadora Windows
· Usar a Calculadora Windows para converter decimal, binário e hexadecimal
· Usar a Calculadora Windows para determinar o número de hosts em uma rede com potências de 2
· Usar a Calculadora Windows para converter octetos IPv4 decimais em binários
Laboratório – Uso da calculadora do Windows para conversões de binários
Endereçamento Classful e Classless
Em 1981, os endereços IPv4 de Internet eram atribuídos com um endereçamento classful. Os clientes eram alocados um endereço de rede com base em uma das três categorias: A, B ou C. Os endereços eram divididos nos seguintes grupos ou classes:
· Classe A (0.0.0.0/8 a 127.0.0.0/8) – Projetada para comportar redes extremamente grandes, com mais de 16 milhões de endereços de host. Usava um prefixo fixo /8 (255.0.0.0) com o primeiro octeto para o endereço de rede e os três octetos restantes para endereços de host.
· Classe B (128.0.0.0 /16 – 191.255.0.0 /16) – Projetada para comportar as necessidades de redes de tamanho moderado a muito grande, com mais de 65.000 endereços de host. Usava um prefixo fixo /16 (255.255.0.0) com os dois octetos de ordem superior para o endereço de rede e os dois octetos restantes para endereços de host.
· Classe C (192.0.0.0 /24 – 223.255.255.0 /24) – Projetada para comportar as necessidades de redes pequenas com até 254 hosts. Usava um prefixo fixo /24 (255.255.255.0) com os três primeiros octetos para a rede e o octeto restante para endereços de host.
Observação: existe ainda o bloco multicast (Classe D), que consiste em 224.0.0.0 a 239.0.0.0, e o bloco de endereços experimentais (Classe E), que consiste em 240.0.0.0 – 255.0.0.0.
Como mostrado na figura, o sistema classful alocava 50% dos endereços IPv4 disponíveis para 128 redes de Classe A, 25% dos endereços para a Classe B, e a Classe C compartilhava os 25% restantes com as Classes D e E. Embora adequado na época, já que a Internet estava em expansão, obviamente esse método era um desperdício de endereços e esgotava o número de endereços de rede IPv4 disponíveis.
O endereçamento classful foi abandonado no fim dos anos de 1990 e substituído por um sistema mais moderno que não usa classe (classless).
O sistema em uso hoje é conhecido como o endereçamento sem classe. O nome formal é Classless Inter-Domain Routing (CIDR; pronuncia-se “sáider”). Com o endereçamento classless, os clientes recebem um endereço de rede IPv4 e qualquer tamanho de máscara de sub-rede, apropriado para o número de hosts necessários. A máscara de sub-rede pode ter qualquer tamanho, mas não se limita às três máscaras de sub-rede usadas no endereçamento classful.
Demonstração em Vídeo – Endereçamento IPv4 Classful
Clique em Reproduzir (Play) na figura para ver uma discussão sobre endereçamento IPv4 classful.
Clique aqui para ler a transcrição do vídeo.
Endereçamento IPv4 privado
Os endereços IPv4 públicos são aqueles roteados globalmente entre roteadores de provedores de serviços de Internet (ISP). No entanto, nem todos os endereços IPv4 estão disponíveis para uso na Internet. Existem blocos de endereços (conhecidos como endereços privados) que são usados pela maioria das organizações para atribuir endereços IPv4 a hosts internos.
Em meados da década de 1990, foi necessário introduzir endereços IPv4 privados devido à redução do espaço de endereço IPv4. Os endereços IPv4 privados são reservados e podem ser usados por uma rede interna.
Os blocos de endereços privados são especificamente:
· 10.0.0.0 /8 ou 10.0.0.0 a 10.255.255.255
· 172.16.0.0 /12 ou 172.16.0.0 a 172.31.255.255
· 192.168.0.0 /16 ou 192.168.0.0 a 192.168.255.255
É importante saber que os endereços desses blocos não são permitidos na Internet e devem ser filtrados (descartados) pelos roteadores de Internet. Por exemplo, na figura, os usuários das redes 1, 2 ou 3 estão enviando pacotes para destinos remotos. Os roteadores do ISP constatam que os endereços IPv4 origem nos pacotes são endereços privados e descartam os pacotes.
Observação: os endereços privados estão definidos na RFC 1918.
A maioria das organizações usa endereços IPv4 privados para seus hosts internos. No entanto, esses endereços da RFC 1918 não podem ser roteados na Internet e devem ser convertidos em um endereço IPv4 público. A NAT (conversão de endereços de rede) é usada para converter endereços IPv4 privados em endereços IPv4 públicos. Normalmente isso é feito no roteador que conecta a rede interna à rede do ISP.
Roteadores domésticos têm a mesma capacidade. Por exemplo, a maioria dos roteadores atribui endereços IPv4 a seus hosts com e sem fio com base no endereço privado 192.168.1.0 /24. A interface do roteador residencial que se conecta à rede do ISP recebe um IPv4 público.
Atribuição de endereços IPv4
Para que uma empresa tenha hosts de rede (como servidores Web) acessíveis pela Internet, ela deve ter um bloco de endereços públicos atribuído. Lembre-se de que endereços públicos devem ser exclusivos, e o uso deles é regulado e atribuído a cada organização separadamente. Isso vale para endereços IPv4 e IPv6.
Tanto IPv4 quanto IPv6 são gerenciados pela Internet Assigned Numbers Authority (IANA) (http://www.iana.org). A IANA gerencia e aloca blocos de endereços IP aos registros regionais de Internet (RIRs). Clique em cada RIR na figura para ver mais informações.
Os RIRs são responsáveis por alocar endereços IP para provedores de serviços de Internet (ISPS), que, por sua vez, fornecem blocos de endereços IPv4 para empresas e ISPs menores. As organizações podem obter seus endereços diretamente de um RIR, ficando sujeitas às políticas dele.
Clique em cada sinal de adição (+) na figura para obter mais informações sobre RIRs.
 
 
 
Transmissão Unicast
A comunicação unicast é usada como comunicação normal host a host em redes cliente/servidor e ponto a ponto. Os pacotes Unicast usam o endereço do dispositivo de destino como endereço de destino e podem serroteados por meio de redes interconectadas.
Clique em Play na figura para ver uma animação de uma transmissão unicast.
Em uma rede IPv4, o endereço unicast aplicado a um dispositivo final é chamado de endereço de host. Para comunicação unicast, os endereços atribuídos aos dois dispositivos finais são usados como endereços IPv4 origem e destino. Durante o processo de encapsulamento, o host de origem usa seu endereço IPv4 como endereço de origem e o endereço IPv4 do host de destino como endereço destino. Não importa se o destino especificou um pacote como unicast, broadcast ou multicast; o endereço origem de qualquer pacote é sempre o endereço unicast do host origem.
Observação: neste curso, todas as comunicações entre dispositivos são unicast, a menos que especificado de outra forma.
Os endereços IPv4 de host unicast estão no intervalo de endereços de 0.0.0.0 a 223.255.255.255. Contudo, dentro desse intervalo há muitos endereços que já são reservados para fins especiais. Esses endereços serão discutidos mais adiante neste capítulo.
Transmissão Broadcast
O tráfego broadcast é usado para enviar pacotes para todos os hosts na rede usando o endereço de broadcast da rede. Em um broadcast, o pacote contém um endereço IPv4 destino que só tem números um (1s) na parte de host. Isso significa que todos os hosts naquela rede local (domínio de broadcast) receberão e verificarão o pacote. Muitos protocolos de rede, como o DHCP, utilizam broadcast. Quando um host recebe um pacote enviado para o endereço de broadcast da rede, o host o processa como um pacote endereçado ao seu endereço unicast.
Um broadcast pode ser direcionado ou limitado. Um broadcast direcionado é enviado para todos os hosts em uma rede específica. Por exemplo, um host na rede 172.16.4.0/24 envia um pacote para 172.16.4.255. Uma broadcast limitado é enviado para 255.255.255.255. Por padrão, os roteadores não encaminham broadcasts.
Como exemplo, um host dentro da rede 172.16.4.0/24 poderia fazer um broadcast para todos os hosts nessa rede usando um pacote com o endereço destino 255.255.255.255.
Clique em Play na figura para ver uma animação de uma transmissão broadcast.
Quando um pacote é broadcast, ele usa recursos da rede e faz com que cada host receptor na rede processe o pacote. Portanto, o tráfego broadcast deve ser limitado para não prejudicar o desempenho da rede ou dos dispositivos. Como os roteadores separam domínios de broadcast, subdividir as redes pode melhorar seu desempenho ao eliminar o excesso de tráfego broadcast.
Transmissão Multicast
Ela reduz o tráfego, permitindo que um host envie um único pacote para um conjunto de hosts selecionados que participem de um grupo multicast.
O IPv4 reservou os endereços 224.0.0.0 a 239.255.255.255 como intervalo de multicast. Os endereços multicast IPv4 224.0.0.0 a 224.0.0.255 estão reservados para multicast somente na rede local. Esses endereços são usados para grupos multicast em uma rede local. Um roteador conectado à rede local reconhece que esses pacotes estão endereçados a um grupo multicast da rede local e não os encaminha a diante. Um uso típico de endereço multicast reservado na rede local é a troca de informações de roteamento por protocolos de roteamento usando a transmissão multicast. Por exemplo, 224.0.0.9 é o endereço multicast usado pela versão 2 do protocolo RIP (Routing Information Protocol) para se comunicar com outros roteadores RIPv2.
Os hosts que recebem determinados dados multicast são chamados de clientes multicast. Os clientes multicast usam serviços solicitados por um programa cliente para se inscrever no grupo multicast.
Cada grupo multicast é representado por um único endereço IPv4 multicast de destino. Quando um host IPv4 se inscreve em um grupo multicast, o host processa pacotes endereçados tanto a esse endereço multicast como a seu endereço unicast alocado exclusivamente.
Clique em Play na figura para ver uma animação de clientes aceitando pacotes multicast.
 
 
 
Designação de Endereços
Os endereços IPv4 podem ser atribuídos estática ou dinamicamente.
Com uma atribuição estática, o administrador de rede deve configurar manualmente as informações da rede para um host. No mínimo, isso inclui o endereço IPv4 do host, a máscara de sub-rede e o gateway padrão, como mostrado na figura.
Os endereços estáticos têm algumas vantagens. Por exemplo, são úteis para impressoras, servidores e outros dispositivos de rede que precisam estar acessíveis para clientes na rede. Se os hosts normalmente acessam um servidor em um determinado endereço IPv4, não seria bom que esse endereço mudasse.
Embora a atribuição estática de informações de endereçamento possa proporcionar um controle maior dos recursos de rede, a digitação de informações em cada host pode ficar demorada. Quando os endereços IPv4 são inseridos estaticamente, o host executa apenas verificações básicas de erro no endereço IPv4. Isso aumenta a probabilidade de que ocorram erros.
Ao usar endereçamento IPv4 estático, é importante manter uma lista precisa de quais endereços IPv4 estão atribuídos a quais dispositivos. Além disso, como são endereços permanentes, normalmente eles não são reutilizados.
Atribuição do endereço IPv4 dinâmico
Em redes locais, é geralmente o caso em que a população de usuários muda frequentemente. Novos usuários podem chegar com laptops e precisar de uma conexão. Outros têm novas estações de trabalho que precisam ser conectadas. Em vez de fazer com que o administrador de rede atribua endereços IPv4 em cada estação de trabalho, é mais eficiente ter endereços IPv4 atribuídos automaticamente. Isso é feito com um protocolo conhecido como Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).
O DHCP fornece um mecanismo para atribuição automática de informações de endereçamento, como endereço IPv4, máscara de sub-rede, gateway padrão e outras informações de configuração, como mostrado na figura.
O DHCP em geral é o método preferido de designação de endereços IPv4 para hosts em redes grandes porque reduz a carga sobre a equipe de suporte da rede e praticamente elimina erros de entrada.
Outro benefício do DHCP é que o endereço não é permanentemente atribuído a um host, mas é só “alugado” por um período. Se o host é desligado ou retirado da rede, o endereço retorna ao pool para ser reutilizado. Isso é especialmente útil com usuários móveis que vêm e vão em uma rede.
Qual é a origem dos endereços DHCP?
Se você inserir um hotspot sem fio em um aeroporto ou uma lanchonete, o DHCP possibilitará o acesso à Internet. Ao entrar na área, o cliente DHCP de seu laptop entra em contato com o servidor DHCP local via conexão sem fio. O servidor DHCP atribui um endereço IPv4 ao seu notebook.
Vários tipos de dispositivos podem ser servidores DHCP, desde que executem software de serviço DHCP. Na maioria das redes médias a grandes, o servidor DHCP normalmente é um servidor local dedicado baseado em PC.
Nas redes residenciais, é provável que o servidor DHCP esteja localizado no ISP. Um host na rede residencial recebe a configuração IPv4 diretamente do ISP, como mostrado na figura.
Muitas redes de residências e pequenas empresas usam um modem e um roteador sem fio. Nesse caso, o roteador sem fio é tanto servidor como cliente DHCP. O roteador sem fio atua como cliente para receber a configuração de IPv4 do ISP e atua como servidor DHCP para hosts internos na rede local. O roteador recebe o endereço IPv4 público do ISP e, em sua função como servidor DHCP, distribui endereços privados para os hosts internos.
Além de servidores baseados em PC e roteadores sem fio, outros tipos de dispositivos de rede (como roteadores dedicados) podem fornecer serviços DHCP aos clientes, embora isso não seja tão comum.
Como funciona o DHCP do IPv4?
Quando um host é configurado primeiro como um cliente DHCP, ele não tem endereço IPv4, máscara de sub-rede ou gateway padrão. Ele obtém essas informações de um servidor DHCP, na rede local ou em uma rede localizada no ISP. O servidor DHCP é configurado com um intervalo (ou pool) de endereçosIPv4 que podem ser atribuídos a clientes DHCP.
O servidor DHCP pode estar localizado em outra rede. Os clientes DHCP ainda poderão obter endereços IPv4, desde que haja roteadores intermediários configurados para encaminhar solicitações DHCP.
Um cliente que precise de um endereço IPv4 enviará uma mensagem de descoberta DHCP que é um broadcast com o endereço IPv4 de destino 255.255.255.255 (32 uns) e o endereço MAC de destino FF-FF-FF-FF-FF-FF (48 uns). Todos os hosts na rede receberão esse quadro DHCP de broadcast, mas apenas um servidor DHCP responderá. O servidor responderá com uma oferta DHCP, sugerindo um endereço IPv4 para o cliente. O host envia uma solicitação DHCP ao servidor pedindo para usar o endereço IPv4 sugerido. O servidor responde com uma autenticação DHCP, como mostrado na figura.
Configuração do serviço DHCP
Na maioria das redes de residências e pequenas empresas, um roteador sem fio fornece serviços DHCP aos clientes de rede local. Para configurar um roteador sem fio residencial, acesse a interface gráfica da Web abrindo o navegador e inserindo o endereço IPv4 padrão do roteador (192.168.1.1) no campo Endereço IP, como mostrado na figura. Navegue até a tela que mostra a configuração DHCP.
O endereço IPv4 192.168.1.1 e a máscara de sub-rede 255.255.255.0 são os padrões para a interface interna do roteador. Este é o gateway padrão para todos os hosts na rede local e também o endereço IPv4 interno do servidor DHCP. A maioria dos roteadores sem fio residenciais têm o servidor DHCP ativado por padrão.
Há um intervalo de DHCP padrão disponível na tela de configuração do DHCP. Também é possível especificar um endereço inicial para o intervalo de DHCP (não use 192.168.1.1) e o número de endereços a serem atribuídos. O tempo de concessão também pode ser modificado (o padrão no gráfico é 24 horas). O recurso de configuração de DHCP na maioria dos ISRs fornece informações sobre endereços IPv4 e hosts conectados, o endereço MAC associado e tempos de concessão.
A tabela Cliente DHCP também mostra o nome do cliente e se ele está conectado por LAN de Ethernet ou sem fio (interface).
Packet Tracer – Configuração do DHCP em um roteador sem fio
Após a conclusão desta atividade, você será capaz de:
· Conectar 3 PCs a um roteador sem fio
· Alterar a configuração do DHCP para uma faixa de rede específica
· Configurar os clientes para obter seus endereços por DHCP
Packet Tracer – Configuração do DHCP em um roteador sem fio – Instruções
Packet Tracer – Configuração do DHCP em um roteador sem fio – PKA
Gateways para outras redes
O roteador fornece um gateway pelo qual os hosts de uma rede podem se comunicar com hosts de diferentes redes. Cada interface em um roteador está conectada a uma rede separada.
O endereço IPv4 atribuído à interface identifica a rede local que está diretamente conectada a ele.
Todo host de uma rede deve usar o roteador como um gateway para outras redes. Portanto, cada host deve conhecer o endereço IPv4 da interface do roteador conectada à rede em que o host está conectado. Esse endereço é conhecido como endereço de gateway padrão. Ele pode ser configurado estaticamente no host ou recebido dinamicamente por DHCP.
Quando um roteador sem fio está configurado para ser um servidor DHCP da rede local, ele envia automaticamente o endereço IPv4 correto da interface para os hosts como o endereço de gateway padrão. Dessa forma, todos os hosts na rede podem usar o endereço IPv4 para encaminhar mensagens aos hosts localizados no ISP e obter acesso a hosts na Internet. Os roteadores sem fio geralmente são definidos para serem servidores DHCP por padrão.
O endereço IPv4 dessa interface do roteador local passa a ser o endereço de gateway padrão para a configuração do host. O gateway padrão é fornecido estaticamente ou por DHCP.
Quando um roteador sem fio está configurado como servidor DHCP, ele fornece seu próprio endereço IPv4 interno como gateway padrão aos clientes DHCP. Também fornece a eles seu endereço IPv4 e sua máscara de sub-rede, como mostrado na figura.
Quem está na rede interna?
O roteador sem fio atua como servidor DHCP para todos os hosts locais conectados a ele, por cabo de Ethernet ou sem fio. Esses hosts locais estão localizados em uma rede interna. A maioria dos servidores DHCP é configurada para atribuir endereços privados aos hosts na rede interna, em vez de endereços públicos roteáveis da Internet. Isso garante que, por padrão, a rede interna não possa ser acessada diretamente da Internet.
O endereço IPv4 padrão configurado na interface do roteador local sem fio geralmente é o primeiro endereço de host naquela rede. Os hosts internos devem receber endereços dentro da mesma rede do roteador sem fio, sejam eles configurados estaticamente ou através do DHCP. Quando configurado como um servidor DHCP, o roteador sem fio fornece endereços nesse intervalo. Ele também fornece informações de máscara de sub-rede e seu próprio endereço IPv4 da interface como gateway padrão, como mostrado na figura.
Muitos ISPs usam o servidor DHCP para fornecer endereços IPv4 ao lado de Internet do roteador sem fio localizado nas instalações de clientes. A rede atribuída ao lado de Internet do roteador sem fio é conhecida como rede externa.
Quando um roteador sem fio está conectado a um ISP, ele atua como um cliente DHCP para receber o endereço IPv4 correto de rede externa para a interface de Internet. Os ISPs normalmente fornecem um endereço roteável pela Internet, o que permite que os hosts conectados ao roteador sem fio tenham acesso à Internet.
O roteador sem fio serve como limite entre a rede interna local e a Internet externa.
De endereços IPv4 privados para públicos
O roteador sem fio recebe um endereço público do ISP, o que permite enviar e receber pacotes na Internet. Ele, por sua vez, fornece endereços privados para clientes da rede local. Como endereços privados não são permitidos na Internet, é necessário um processo para converter endereços privados em endereços públicos exclusivos, possibilitando a comunicação de clientes locais na Internet.
O processo usado para converter endereços privados em endereços que podem ser roteados na Internet é chamado de Network Address Translation (NAT). Com o NAT, um endereço IPv4 de origem privado (local) é convertido em um endereço público (global). O processo é o inverso para pacotes que entram na rede. Usando NAT, o roteador sem fio é capaz de converter vários endereços IPv4 internos no mesmo endereço público.
Só precisam ser convertidos pacotes destinados para outras redes. Esses pacotes devem passar pelo gateway. Nele, o roteador sem fio substitui o endereço IPv4 privado do host de origem pelo seu próprio endereço IPv4 público.
Embora cada host na rede interna tenha um endereço IPv4 privado exclusivo atribuído a ele, os hosts devem compartilhar o único endereço roteável pela Internet atribuído ao roteador sem fio.
Clique em Play na figura para ver uma animação de um roteador residencial usando NAT para converter pacotes.
Packet Tracer – Exame da NAT em um roteador sem fio
Após a conclusão desta atividade, você será capaz de:
· Examinar a configuração da NAT em um roteador sem fio
· Configurar 4 PCs para que se conectem a um roteador sem fio com DHCP
· Examinar o tráfego que cruza a rede usando NAT
Packet Tracer – Exame da NAT em um roteador sem fio – Instruções
Packet Tracer – Exame da NAT em um roteador sem fio – PKA
O que é IPv6 e por que ele é necessário?
Tantos dispositivos e tão poucos endereços
Quando o IPv4 foi introduzido décadas atrás, poucas pessoas podiam imaginar a taxa de crescimento que a conectividade da Internet teria. A previsão era de que os quase 4,3 bilhões de endereços disponíveis com a estrutura de endereços IPv4 de 32 bits seriam suficientes para atender a todos os dispositivos conectados à rede. Como se pode ver, esse número está longe de ser suficiente! O gráfico mostra a rapidez com que o número de dispositivos conectados à rede tem crescido desde 2003. E o ritmo de crescimento não parece estar diminuindo;na verdade, a velocidade com que novos dispositivos são disponibilizados on-line está até aumentando. Como mostrado na figura, prevê-se que mais de 50 bilhões de dispositivos estarão conectados à Internet até 2020. São mais de seis dispositivos por pessoa!
Os designers de protocolos IP começaram a ficar preocupados com a falta de endereços IPv4 no início da década de 1990. Em dezembro de 1993, o IETF (Internet Engineering Task Force) começou a aceitar recomendações de melhorias no protocolo IP para comportar a necessidade de maior espaço de endereço e facilitar a atribuição de endereços IP pelos administradores. Só em dezembro de 1995 é que foi publicada a primeira especificação IPv6 (RFC1883, substituída pela RFC2460).
A principal característica do IPv6 que o diferencia do IPv4 é a alteração no comprimento do próprio IP. Um endereço IPv4 tem 32 bits (4 bytes). No IPv6, o tamanho do endereço aumenta para 128 bits (16 bytes). Com 128 bits, é possível criar endereços IPv6 suficientes para alocar mais do que o espaço de endereço IPv4 inteiro na Internet para cada pessoa no planeta. O IPv6 deve fornecer endereços suficientes para as futuras necessidades de crescimento da Internet nos próximos anos.
IPv6 para o resgate
O endereçamento IPv6 substituirá o endereçamento IPv4, embora os dois tipos de endereços coexistam no futuro próximo. O IPv6 supera as limitações do IPv4 e possui recursos que atendem melhor às demandas atuais e futuras da rede. O espaço de 32 bits de um endereço IPv4 fornece aproximadamente 4.294.967.296 endereços exclusivos.
O espaço de endereço IPv6 fornece 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços (ou seja, 340 undecilhões de endereços), o que equivale aproximadamente a todos os grãos de areia do mundo. A figura mostra uma comparação visual do espaço de endereços IPv4 e IPv6. Outros benefícios de protocolo IPv6 incluem:
· Não há necessidade da NAT. Cada dispositivo pode ter seu próprio endereço roteável globalmente.
· Os recursos de configuração automática simplificam a administração de endereços.
Os designers do IPv6 achavam que ele seria adotado prontamente, já que o número de blocos de endereços IPv4 disponíveis restantes está diminuindo com muita rapidez. As estimativas iniciais eram que o IPv6 seria implantado globalmente até 2003. Obviamente, essa previsão estava incorreta.
Mudanças se aproximam
Por que o IPv4 ainda está em uso?
Se o IPv6 oferece tantos endereços a mais e tem outros recursos úteis, por que continuamos querendo usar o IPv4? A resposta curta é que ele ainda funciona adequadamente em várias redes. Isso ocorre porque as melhorias desenvolvidas no protocolo estenderam a usabilidade do IPv4. A extensão mais usada é Network Address Translation (NAT).
A atribuição de endereços IPv4 inclui o espaço de endereços privados reservados. O desenvolvimento da NAT permitiu que vários dispositivos LAN com endereços privados compartilhassem um único endereço (ou pool de endereços) IPv4 registrado quando o tráfego precisava sair da LAN e trafegar pela Internet pública. Muitas LANs com endereços privados podiam usar os mesmos blocos de endereços sem conflito entre elas porque o tráfego permaneceu local na LAN. A necessidade de novo espaço de endereço IPv4 foi reduzida consideravelmente.
A NAT foi importante apenas como uma solução temporária para a redução de endereços IPv4. Ela aumenta a complexidade e a latência e trava muitos aplicativos. Por exemplo, é difícil iniciar o acesso a um dispositivo, como um servidor da Web que esteja usando NAT e o endereço privado.
Como enfrentar o desafio
Como mostrado na figura, a partir de 1º de janeiro de 2016, a Google relatou que aproximadamente 10% dos usuários acessam os serviços de um endereço IPv6 nativo. Espera-se que esse número cresça significativamente agora que quatro dos cinco registros regionais de Internet (RIRs) não têm mais endereços IPv4 para alocar aos clientes. AFRINIC é o único RIR com endereços IPv4 sobrando. Comcast é habilitado para IPv6 em toda a rede, inclusive para o usuário residencial. Como todos os sistemas operacionais de host recentes são habilitados para IPv6 por padrão, muitos clientes residenciais Comcast não têm ideia que já estão usando IPv6 ao acessar a maioria dos principais sites, como Google, Facebook, LinkedIn e NetFlix.
Devido à alta demanda de endereços IP, os provedores móveis têm adotado o IPv6. A Verizon relata que 70% do seu tráfego de celular é transportado por IPv6. Os telefones da T-Mobile são somente IPv6 e usam uma conversão especial de protocolos para se comunicar com dispositivos somente IPv4.
Prevê-se que a Internet das Coisas (IoT) adicionará outros 50 bilhões de dispositivos até 2020. O IPv6 será fundamental para que isso aconteça.
IPv4 vs. IPv6
Diferenças do IPv6
Além do aumento no tamanho, os endereços IPv6 têm outras características que são diferentes dos endereços IPv4. Entre as diferenças estão:
· Configuração automática de endereço – A Configuração automática do endereço stateless (SLAAC) permite que um host crie seu próprio endereço roteável pela Internet (endereço unicast global [GUA]), sem a necessidade de um servidor DHCP. Como mostrado na figura, com o método padrão, o host recebe o prefixo (endereço de rede), o comprimento do prefixo (máscara de sub-rede) e o gateway padrão da mensagem de Anúncio do roteador. O host pode criar sua própria ID de interface exclusiva (porção de host do endereço) para conceder a si próprio um endereço unicast global roteável.
· Endereço local de link – Use o endereço local de link ao se comunicar com um dispositivo na mesma rede, como mostrado na figura.
O IPv6 é muito mais do que apenas endereços maiores. Os desenvolvedores de IPv6 aproveitaram para fazer melhorias no protocolo IP e em outros relacionados, como o ICMPv6. Essas melhorias incluem recursos relacionados a eficiência, escalabilidade, mobilidade e flexibilidade para futuras aprimoramentos.
Formatação do endereço IPv6
Os computadores não têm problema para ler o novo endereçamento IPv6 de 128 bits. O IPv6 apenas adiciona mais 1s e 0s aos endereços de origem e de destino no pacote. Para os seres humanos, no entanto, pode fazer muita diferença a alteração de um endereço de 32 bits escrito em notação decimal com ponto para um endereço IPv6 escrito como uma série de 32 dígitos hexadecimais. Foram desenvolvidas técnicas para comprimir o endereço IPv6 escrito em um formato mais gerenciável.
Compactação de endereços IPv6
Os endereços IPv6 são escritos como uma string de valores hexadecimais. Cada 4 bits são representados por um único dígito hexadecimal, totalizando 32 valores hexadecimais. A figura mostra um endereço IPv6 totalmente expandido e dois métodos para torná-lo facilmente legível. Existem duas regras que ajudam a reduzir o número de dígitos necessários para representar um endereço IPv6.
Regra 1 – Omitir 0s à esquerda
A primeira regra para ajudar a reduzir a notação de endereços IPv6 é omitir os 0s (zeros) à esquerda de qualquer seção de 16 bits. Por exemplo:
· 0DB8 pode ser representado como DB8
· 0000 pode ser representado como 0
· 0200 pode ser representado como 200
Regra 2 – Omitir um segmento "tudo zero"
A segunda regra para ajudar a reduzir a notação de endereços IPv6 é que dois-pontos em dobro (::) podem substituir qualquer grupo de segmentos consecutivos contendo somente zeros. Os dois-pontos em dobro (::) só podem ser usados uma vez em um endereço; caso contrário, haveria mais de um endereço resultante possível.
Resumo do Capítulo
Este capítulo começou discutindo sobre endereçamento IPv4 e máscaras de sub-rede. Um host precisa de um endereço IPv4 para entrar na Internet. Cada pacote enviado pela Internet tem um endereço IPv4 de origem e de destino. Um endereço IPv4 é simplesmente uma série de 32 bits binários (uns e zeros). 1 chamado octetos. O endereço l[ogico IPv4 de 32 bits é hierárquico e compõe-se de duas partes. A primeira parte identifica a rede e a segunda parte identifica um host nesta rede. As duas partes são necessáriasem um endereço IPv4. Quando um host é configurado, uma máscara de sub-rede é atribuída junto com um endereço IPv4. Como o endereço IPv4, a máscara de sub-rede é de 32 bits. A máscara de sub-rede sinaliza qual parte do endereço IPv4 é rede e qual parte é host.
Em seguida, foram abordados os diferentes tipos de endereços IPv4. Em 1981, os endereços IPv4 de Internet eram atribuídos com um endereçamento classful. Esses intervalos de endereços privados consistem em uma única rede de Classe A, 16 redes de Classe B e 256 redes de Classe C. O sistema em uso hoje é conhecido como o endereçamento sem classe. O nome formal é Classless Inter-Domain Routing (CIDR; pronuncia-se “sáider”). Os hosts podem usar endereços IPv4 para comunicação um para um (unicast), um para muitos (multicast) ou um para todos (broadcast).
A próxima seção deste capítulo detalha como os endereços IPv4 são obtidos. Com uma atribuição estática, o administrador de rede deve configurar manualmente as informações da rede para um host. No mínimo, isso inclui o endereço IPv4, a máscara de sub-rede e o gateway padrão do host. Em vez de fazer com que o administrador de rede atribua endereços IPv4 em cada estação de trabalho, é mais eficiente ter endereços IPv4 atribuídos automaticamente. Isso é feito com um protocolo conhecido como Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). Se você inserir um hotspot sem fio em um aeroporto ou uma lanchonete, o DHCP possibilitará o acesso à Internet.
A próxima seção deste capítulo discutiu o gerenciamento de endereços IPv4. O roteador fornece um gateway pelo qual os hosts de uma rede podem se comunicar com hosts de diferentes redes. Cada interface em um roteador está conectada a uma rede separada. O endereço IPv4 atribuído à interface identifica a rede local que está diretamente conectada a ele. Todo host de uma rede deve usar o roteador como um gateway para outras redes. O processo usado para converter endereços privados em endereços que podem ser roteados na Internet é chamado de Network Address Translation (NAT). Com o NAT, um endereço IPv4 de origem privado (local) é convertido em um endereço público (global). O processo é o inverso para pacotes que entram na rede.
A última seção deste capítulo detalha o endereçamento IPv6. Um endereço IPv4 tem 32 bits (4 bytes). No IPv6, o tamanho do endereço aumenta para 128 bits (16 bytes). O IPv6 não tem necessidade da NAT porque cada dispositivo pode ter seu próprio endereço roteável globalmente. A configuração automática de IPv6 simplifica a administração de endereços. Os desenvolvedores de IPv6 também fizeram melhorias no protocolo IP e em outros relacionados, como o ICMPv6. Foram desenvolvidas técnicas para comprimir o endereço IPv6 escrito em um formato mais gerenciável, chamado compactação.