Camada 3 Roteamento e Endereçamento

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Visão geral
A camada de rede é responsável pela navegação dos dados através da rede. A função da camada de rede é encontrar o melhor caminho através da rede. O esquema de endereçamento da camada de rede é usado pelos dispositivos para determinar o destino dos dados à medida que eles se movem pela rede. Neste capítulo, você aprenderá sobre o uso e as operações dos roteadores na execução da função principal do internetworking da camada de rede do modelo de referência Open System Interconnection (OSI). 
Além disso, você aprenderá sobre o endereçamento IP e sobre as três classes de redes nos esquemas de endereçamento IP. E aprenderá também que alguns endereços IP foram reservados pelo American Registry for Internet Numbers (ARIN) e não podem ser atribuídos às redes. Finalmente, aprenderá sobre as sub-redes e máscaras de sub-rede e seus esquemas de endereçamento IP. 
 
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10.1	- A importância de uma camada de rede
10.1.1 - Identificadores
A camada de rede é responsável pela movimentação dos dados através de um conjunto de redes (internetwork). O esquema de endereçamento da camada de rede é usado pelos dispositivos para determinar o destino dos dados à medida que eles se movem pelas redes. 
Os protocolos que não tenham camada de rede poderão ser usados apenas em pequenas redes internas. Esses protocolos normalmente usam apenas um nome (ou seja, endereço MAC) para identificar o computador em uma rede. O problema dessa abordagem é que, à medida que a rede cresce em tamanho, torna-se cada vez mais difícil organizar todos os nomes, como, por exemplo, certificar-se de que dois computadores não estão usando o mesmo nome. 
Os protocolos que suportam a camada de rede usam uma técnica de identificação para os dispositivos que garante um identificador exclusivo. Sendo assim, como esse identificador se diferencia de um endereço MAC, que também é exclusivo? Os endereços MAC usam um esquema de endereçamento contínuo que torna difícil localizar os dispositivos em outras redes. Os endereços da camada de rede usam um esquema de endereçamento hierárquico que permite que endereços exclusivos atravessem os limites das redes, tendo, juntamente com isso, um método para encontrar um caminho para os dados trafegarem entre as redes. 
Os esquemas de endereçamento hierárquico permitem que as informações atravessem uma internetwork, juntamente com um método para encontrar o destino de modo eficiente. A rede de telefone é um exemplo do uso de endereçamento hierárquico. O sistema telefônico usa um código de área que designa uma área geográfica para a primeira parada das chamadas (salto). Os três dígitos seguintes representam a troca local (segundo salto). Os dígitos finais representam o telefone de destino individual (o que é, o salto final). 
Os dispositivos de rede precisam de um esquema de endereçamento que permita que eles encaminhem pacotes de dados através de internetwork (um conjunto de redes compostas de vários segmentos usando o mesmo tipo de endereçamento). Existem vários protocolos de camada de rede com esquemas de endereçamento diferentes que permitem que os dispositivos encaminhem os dados através de uma internetwork.
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10.1 - A importância de uma camada de rede
10.1.2 - Sistemas de segmentação e autônomos
Há dois motivos principais para a necessidade de se ter várias redes: o crescimento do tamanho das redes e do número de redes. 
Quando uma LAN, MAN ou WAN se expandir, poderá tornar-se necessário ou conveniente para o controle do tráfego na rede dividi-la em pedaços menores chamados de segmentos de rede (ou apenas segmentos). O resultado é que a rede torna-se um grupo de redes, cada uma exigindo um endereço separado. 
Já existe um grande número de redes: redes isoladas de computadores são comuns em escritórios, escolas, empresas, negócios e países. Embora seja conveniente fazer com que essas redes isoladas (ou sistemas autônomos, se cada uma for gerenciada por uma única administração) se comuniquem entre si pela Internet, elas devem fazer isso com esquemas de endereçamento razoáveis e dispositivos de internetworking apropriados. Caso contrário, o fluxo do tráfego na rede se tornaria seriamente prejudicado e nem as redes locais, nem a Internet, funcionariam.
Uma analogia que poderia ajudá-lo a compreender a necessidade da segmentação de redes é imaginar um sistema rodoviário e o número de veículos que o utilizam. À medida que a população das áreas em torno das vias principais aumenta, as estradas ficam sobrecarregadas com o excesso de veículos. As redes funcionam de forma muito parecida. À medida que crescem, a quantidade de tráfego aumenta. Uma solução poderia ser aumentar a largura de banda, semelhante a aumentar os limites de velocidade nas rodovias, ou adicionar pistas a elas. Outra solução poderia ser usar dispositivos que segmentam a rede e controlam o fluxo do tráfego, da mesma maneira que uma rodovia usaria dispositivos como sinais de trânsito para controlar o tráfego. 
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10.1 - A importância de uma camada de rede
10.1.3 - Comunicação entre redes separadas
A Internet é uma coleção de segmentos de rede que são ligados para facilitar o compartilhamento das informações. Mais uma vez, uma boa analogia é o exemplo do sistema rodoviário e as várias pistas amplas que foram construídas para interconectar muitas regiões geográficas. 
As redes operam de forma bastante semelhante, com empresas conhecidas como provedores de serviços de Internet (Internet Service Providers) oferecendo os serviços que ligam vários segmentos de redes. 
 
10.1	- A importância de uma camada de rede
10.1.4 - Dispositivos de rede da camada 3
Os dispositivos de internetworking que operam na camada 3 do modelo OSI (camada de rede) ligam, ou interconectam, os segmentos de rede ou redes inteiras. Esses dispositivos são chamados de roteadores. Eles passam os pacotes de dados entre as redes baseados nas informações do protocolo de rede ou da camada 3. 
Os roteadores tomam decisões lógicas relativas ao melhor caminho para a entrega dos dados em uma internetwork e depois direcionam os pacotes para a porta de saída e segmento apropriados. Os roteadores pegam os pacotes dos dispositivos da LAN (por exemplo, estações de trabalho) e, baseados nas informações da camada 3, os encaminham através da rede. Na verdade, o roteamento, algumas vezes, é chamado de switching da camada 3. 
 
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10.2 - Determinação do caminho
10.2.1 - Determinação do caminho
A determinação do caminho ocorre na camada 3 (camada de rede) e permite que um roteador avalie os caminhos disponíveis para um destino e estabeleça a forma preferível de lidar com um pacote. Os serviços de roteamento usarão as informações da topologia da rede quando estiverem avaliando os caminhos da rede. A determinação do caminho é o processo que o roteador usa para escolher o próximo salto no caminho para que o pacote trafegue em direção ao seu destino. Esse processo é também chamado de rotear o pacote. 
A determinação do caminho para um pacote pode ser comparada a uma pessoa dirigindo um carro de um lado de uma cidade ao outro. O motorista tem um mapa que mostra as ruas por onde precisa seguir para chegar ao seu destino. O caminho de um cruzamento a outro é um salto. De forma semelhante, um roteador usa um mapa que mostra os caminhos disponíveis para um destino. 
Os roteadores também podem tomar suas decisões baseados na densidade do tráfego e na velocidade do link (largura de banda), como um motorista pode optar por um caminho mais rápido (uma estrada) ou usar uma rua com menos movimento.
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10.2 - Determinação do caminho
10.2.2 - Endereçamento da camada de rede
O endereço de rede ajuda o roteador a identificar um caminho dentro da nuvem da rede. O roteador usa o endereço de rede para identificar a rede de destino de um pacote dentro de uma internetwork. 
Para alguns protocolos da camada de rede, um administrador de rede atribui endereços
de rede de acordo com algum plano predeterminado de endereçamento da internetwork. 
Para outros protocolos da camada de rede, a atribuição dos endereços é parcialmente, ou completamente, dinâmica/automática. Além do endereço de rede, os protocolos de rede usam algum tipo de endereço de host ou nó. A figura mostra três dispositivos na Rede 1 (duas estações de trabalho e um roteador), cada um com seu próprio endereço de host exclusivo. (Mostra também que o roteador está conectado a outras duas redes, Rede 2 e 3.)
O endereçamento ocorre na camada de rede. As analogias anteriores de um endereço de rede incluem as primeiras partes (o código de área e os primeiros três dígitos) de um número de telefone. Os dígitos restantes (os quatro últimos) de um número telefônico, que dizem ao equipamento da companhia telefônica que telefone específico ligar, são como a parte do host de um endereço, que diz a um roteador para que dispositivo específico ele deve entregar o pacote.
Sem o endereçamento da camada de rede, o roteamento não pode acontecer. Os roteadores exigem endereços de rede para assegurar a entrega adequada dos pacotes. Sem uma estrutura de endereçamento hierárquico, os pacotes não seriam capazes de trafegar através de uma internetwork. Da mesma forma, sem uma estrutura hierárquica para os números de telefone, para os endereços postais ou para os sistemas de transportes, não haveria entrega sem problemas de bens e serviços. 
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10.2	- Determinação do caminho
10.2.3 - Camada 3 e mobilidade do computador
Um endereço MAC pode ser comparado ao seu nome e o endereço de rede ao seu endereço postal. Por exemplo, se você tivesse que se mudar para uma outra cidade, seu nome permaneceria inalterado, mas seu endereço postal iria indicar sua nova localização. Os dispositivos de rede (roteadores, além dos computadores individuais) têm um endereço MAC e um endereço de protocolo (camada de rede). Quando você move um computador fisicamente para uma rede diferente, o computador mantém o mesmo endereço MAC, mas deve ser atribuído a ele um novo endereço de rede.
10.2	- Determinação do caminho
10.2.4 - Comparando o endereçamento simples e hierárquico
A função da camada de rede é encontrar o melhor caminho através da rede. Para fazer isso, ela usa dois métodos de endereçamento: endereçamento contínuo e endereçamento hierárquico. Um esquema de endereçamento contínuo atribui a um dispositivo o próximo endereço disponível. A estrutura do esquema de endereçamento não é considerada. Um exemplo de um esquema de endereçamento contínuo seria um sistema de numeração de identificação militar ou um sistema de numeração de identificação de nascimento. Os endereços MAC funcionam da mesma maneira. É dado um bloco de endereços a um fornecedor; a primeira parte de cada endereço é para o código do fornecedor, o restante do endereço MAC é um número que foi atribuído seqüencialmente. 
Em um esquema de endereçamento hierárquico, como, por exemplo, o usado pelo sistema postal para os códigos de endereçamento postal, o endereço é determinado pela localização do prédio, e não por um número atribuído aleatoriamente. O esquema de endereçamento que você vai usar em todo este curso é o endereçamento Internet Protocol (IP). Os endereços IP têm uma estrutura específica e não são atribuídos aleatoriamente. 
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10.3 - Endereço IP dentro do cabeçalho IP
10.3.1 - Datagramas da camada de rede
O Internet Protocol (IP) é a implementação mais popular de um esquema de endereçamento de rede hierárquico. O IP é o protocolo de rede que a Internet usa. À medida que as informações fluem pelas camadas do modelo OSI, os dados são encapsulados em cada camada. Na camada de rede, os dados são encapsulados dentro de pacotes (também conhecidos como datagramas). O IP determina a forma do cabeçalho IP do pacote (que inclui o endereçamento e outras informações de controle) mas, não se preocupa com os dados reais: aceita tudo que é passado pelas camadas superiores. 
As figuras e explicam isso melhor. Para obter mais informações sobre o IP e o endereçamento IP, visite alguns destes sites:
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10.3 - Endereço IP dentro do cabeçalho IP 
10.3.2 - Campos da camada de rede
O pacote/datagrama da camada 3 torna-se os dados da camada 2, que são encapsulados em quadros (como abordado anteriormente). Analogamente, o pacote IP consiste em dados de camadas superiores mais um cabeçalho IP, que consiste em:
versão - indica a versão de IP usada atualmente (4 bits) 
tamanho do cabeçalho IP (HLEN) - indica o tamanho do cabeçalho do datagrama em palavras de 32 bits (4 bits) 
tipo de serviço - especifica o nível de importância que foi atribuído por um determinado protocolo de camada superior (8 bits) 
tamanho total - especifica o tamanho total do pacote IP, incluindo dados e cabeçalho, em bytes (16 bits) 
identificação - contém um número inteiro que identifica o datagrama atual (16 bits) 
flags - um campo de 3 bits onde os dois bits de ordem inferior controlam a fragmentação: um bit especificando se o pacote pode ser fragmentado e o segundo especificando se o pacote é o último fragmento em uma série de pacotes fragmentados (3 bits) 
deslocamento de fragmento - o campo que é usado para ajudar a juntar fragmentos de datagramas (16 bits) 
time-to-live - mantém um contador que diminui gradualmente, por incrementos, até zero, momento em que o datagrama é descartado, evitando que os pacotes permaneçam infinitamente em loop (8 bits) 
protocolo - indica que protocolo de camada superior receberá os pacotes de entrada depois que o processamento do IP tiver sido concluído (8 bits) 
checksum do cabeçalho - ajuda a assegurar a integridade do cabeçalho IP (16 bits) 
endereço de origem - especifica o nó de envio (32 bits) 
endereço de destino - especifica o nó de recebimento (32 bits) 
opções - permite que o IP suporte várias opções, como segurança (tamanhovariável) 
dados - contêm informações de camada superior (tamanho variável, máximo de 64 Kb) 
enchimento - zeros adicionais são adicionados a esse campo para assegurar que o cabeçalho IP seja sempre um múltiplo de 32 bits 
10.3 - Endereço IP dentro do cabeçalho IP
10.3.3 - Campos de origem e destino do cabeçalho IP
O endereço IP contém as informações que são necessárias para rotear um pacote através da rede. Todos os campos de endereços de origem e destino contêm um endereço de 32 bits. O campo do endereço de origem contém o endereço IP do dispositivo que envia o pacote. O campo de destino contém o endereço IP do dispositivo que recebe o pacote.
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10.3 - Endereço IP dentro do cabeçalho IP
10.3.4 - O endereço IP como um número binário de 32 bits
Um endereço IP é representado por um número binário de 32 bits. Para uma breve revisão, lembre-se de que cada dígito binário pode ser apenas 0 ou 1. Em um número binário, o valor do bit mais à direita (também chamado de bit menos significativo) é 0 ou 1. O valor decimal correspondente a cada bit dobra conforme você se move para a esquerda no número binário. Portanto, o valor decimal do 2º bit da direita é 0 ou 2. O terceiro bit é 0 ou 4, o quarto bit é 0 ou 8, etc ... 
Os endereços IP são expressos como números decimais com pontos: divide-se os 32 bits do endereço em quatro octetos (um octeto é um grupo de 8 bits). O valor decimal máximo de cada octeto é 255 (o maior número binário de 8 bits é 11111111, e esses bits, da direita para esquerda, têm os valores decimais 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128, totalizando 255).
Qual é o valor decimal do octeto realçado na figura? Qual é o valor do bit da extremidade esquerda? E do próximo bit? Como esses são os 2 únicos bits ativados (ou definidos), o valor decimal é, então, 128+64 = 192!
10.3 - Endereço IP dentro do cabeçalho IP
10.3.5 - Campos dos componentes de endereço IP
O número de rede de um endereço IP identifica a rede à qual um dispositivo está conectado, enquanto a parte
do host de um endereço IP identifica o dispositivo específico na rede. Como os endereços IP consistem em quatro octetos separados por pontos, um, dois ou três desses octetos podem ser usados para identificar o número de rede. De forma semelhante, até três desses octetos podem ser usados para identificar a parte do host de um endereço IP.
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10.4 - Classes do endereço IP
10.4.1 - Classes do endereço IP
Existem três classes de endereços IP que uma organização pode receber do American Registry for Internet Numbers (ARIN) (ou do ISP da organização). Elas são classe A, B e C. O ARIN reserva, agora, os endereços de classe A para governos por todo o mundo (embora algumas grandes empresas, como, por exemplo, a Hewlett Packard, tenham recebido um no passado) e de classe B para empresas de médio porte. A todos os outros requerentes são atribuídos endereços de classe C. 
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10.4 - Classes do endereço IP
10.4.2 - Endereços IP como números decimais
Os endereços IP identificam um dispositivo em uma rede e a rede à qual ele está ligado. Para torná-los fáceis de serem lembrados, os endereços IP são geralmente escritos na notação decimal com ponto (4 números decimais separados por pontos, por exemplo, 166.122.23.130 - lembre-se de que um número decimal é um número de base 10, o tipo de número que usamos diariamente). 
 
10.4 - Classes do endereço IP
10.4.3 - Revisão da conversão de binários e decimais
Cada lugar em um octeto representa uma potência de 2 diferente. Como no sistema de números na base 10, as potências aumentam da direita para esquerda. 
A figura   ilustra um método para converter números binários em números decimais. A figura permite que você pratique suas habilidades em conversão.
A figura   ilustra um método para converter números decimais em números binários. A figura permite que você pratique suas habilidades em conversão.
Exemplo: 0010000 (Trabalhe da direita para a esquerda).
	0 x 20 = 0
	0 x 21º = 0
	0 x 22º = 0
	0 x 23 = 0
	1º x 24 = 16
	0 x 25 = 0
	0 x 26 = 0
	1 x 27 = 128
	Total = 144
	
	
	
Nesse exemplo, 0 é o valor de 20; 0 é o valor de 21º ; 0 é o valor de 22º ; 0 é o valor de 23 ; 1 é o valor de 24 ; 0 é o valor de 25 ; 0 é o valor de 26; e 1 é o valor de 27. Não há 1s, 2s, 4s, 8s, 32s, 64s; há um 16s e um 128. Somados, o total é 144, portanto, o número binário 10010000 é igual ao número decimal 144. 
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10.4	- Classes do endereço IP
10.4.4 - Convertendo endereços IP decimais em equivalentes binários.
Para converter endereços IP decimais em números binários, você deve saber os valores decimais de cada um dos 8 bits em cada octeto. Começando pelo bit que está no lado esquerdo do octeto, os valores começam em 128 e são reduzidos à metade cada vez que você se move 1 bit para a direita, continuando até um valor igual a 1 no lado direito do octeto. A conversão abaixo ilustra apenas o primeiro octeto. 
Exemplo:
Faça a conversão do primeiro octeto de 192.57.30.224 em formato binário.
	128
	+64
	+0
	+0
	+0
	+0
	+0
	+0
	=
	192
	27
	26
	25
	24
	23
	22
	21
	20
	
	
	1
	1
	0
	0
	0
	0
	0
	0
	=
	11000000
A primeira etapa é selecionar o octeto na extrema esquerda e determinar se o valor é maior que 128. Neste caso (192), é. Coloque um 1 no primeiro bit e subtraia 128 de 192. O resto é 64. O valor do próximo bit é 64, que é igual ao valor do resultado, portanto, esse bit deverá também ser 1. Subtraia 64 de 64. O resto é 0, portanto, os bits restantes devem ser todos 0. O número binário para o primeiro octeto deverá ser 11000000.
Exercício:
Faça a conversão dos octetos restantes (57, 30, 224) do endereço IP em formato binário. 
 
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10.4 - Classes do endereço IP
10.4.5 - Convertendo endereços IP binários em equivalentes decimais
Para converter endereços IP binários em números decimais, use o procedimento inverso ao que você usou para converter números decimais em números binários. 
Exemplo:
Converter o primeiro octeto do endereço IP binário 10101010.11111111.00000000.11001101 em um número decimal com pontos.
	1
	0
	1
	0
	1
	0
	1
	0
	27
	26
	25
	24
	23
	22
	21
	20
	128
	0
	32
	0
	8
	0
	2
	0
= 128 + 32 + 8 + 2 = 170
Para converter esse endereço IP, comece pelo bit que está no lado extremo esquerdo do primeiro octeto. Ele é 1. Você sabe que o valor de um bit nessa posição é 128, portanto, o número decimal começa com o valor 128. O próximo valor é 0, portanto, ignore-o. O terceiro valor é 1; o bit nessa posição tem valor igual a 32; portanto, adicione 32 a 128 para obter 160. O quarto bit é 0, portanto, ignore-o. O quinto bit é 1, o que significa adicionar 8 ao total de 160 atual, obtendo um novo total de 168. O sexto bit é 0, portanto, ignore-o e o sétimo bit é 1, o que significa adicionar 2 ao total de 168 atual. O último bit é 0, portanto, ignore-o. 
 
10.5 - Espaço de endereço reservado
10.5.1 - As finalidades das IDs de rede  e dos endereços de broadcast
	
	
Se o seu computador quisesse se comunicar com todos os dispositivos em uma rede, seria muito pouco prático escrever os endereços IP de todos os dispositivos. Você pode tentar usar dois endereços ligados por um hífen, indicando que está se referindo a todos os dispositivos dentro de um intervalo de números, mas isso também seria pouco prático. Existe, entretanto, um método mais rápido. 
Um endereço IP que termine com 0s binários em todos os bits de host é reservado para o endereço de rede (algumas vezes chamado de endereço de cabo). Assim, em um exemplo de rede de classe A, 113.0.0.0 é o endereço IP da rede que contém o host 113.1.2.3. Um roteador usa um endereço IP de uma rede ao encaminhar dados na Internet. Em um exemplo de rede de classe B, o endereço IP 176.10.0.0 é o endereço de uma rede. 
Os números decimais que preenchem os dois primeiros octetos em um endereço de rede de classe B são atribuídos e são números de rede. Os dois últimos octetos contêm 0s, porque esses 16 bits são números de host, e são usados para os dispositivos conectados à rede. O endereço IP do exemplo (176.10.0.0) é reservado para o endereço da rede. Ele nunca vai ser usado como um endereço para qualquer dispositivo que esteja ligado a ela.
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Se você quisesse enviar dados a todos os dispositivos em uma rede, você precisaria usar o endereço de broadcast. Um broadcast acontece quando uma origem envia dados a todos os dispositivos em uma rede. Para assegurar que todos os dispositivos na rede vão perceber esse broadcast, a origem deve usar um endereço IP de destino que todos eles possam reconhecer e recolher. Os endereços IP de broadcast terminam com 1s binários na parte do host do endereço (campo do host). 
Para a rede do exemplo (176.10.0.0) , onde os últimos 16 bits formam o campo do host (ou parte do host do endereço), o broadcast que seria enviado a todos os dispositivos na rede incluiria um endereço de destino 176.10.255.255 (já que 255 é o valor decimal de um octeto que contém 11111111).
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10.5 - Espaço de endereço reservado
10.5.2 - ID da rede
É importante entender a importância da parte da rede de um endereço IP: a ID da rede. Os hosts de uma rede podem apenas se comunicar diretamente com os dispositivos que tenham a mesma ID de rede. Eles podem compartilhar o mesmo segmento físico mas, se tiverem números de rede diferentes, geralmente, não poderão se comunicar entre si, a menos que haja outro dispositivo que possa fazer a conexão entre as redes. 
 
10.5 - Espaço de endereço reservado
10.5.3 - Analogia da ID da rede
Os códigos postais e as IDs das redes são muito parecidos na forma como funcionam. Os códigos postais permitem que o sistema postal envie sua correspondência para a agência de correios local e para a área onde você mora. A partir daí, o nome da rua encaminha o portador para o destino adequado. Uma ID de rede
permite que um roteador coloque um pacote no segmento de rede apropriado, enquanto a ID de host auxilia o roteador a encaminhar o quadro da camada 2 (encapsulando o pacote) ao host específico na rede. 
10.5 - Espaço de endereço reservado
10.5.4 - Analogia do endereço de broadcast
Um endereço de broadcast é um endereço composto totalmente por 1s no campo do host. Quando enviar um pacote de broadcast por uma rede, todos os dispositivos da rede perceberão. Por exemplo, em uma rede com ID 176.10.0.0, um broadcast que chegasse a todos os hosts teria o endereço 176.10.255.255. 
Um endereço de broadcast é muito parecido com uma mala direta. O código postal encaminha a correspondência para a área adequada, e o endereço de broadcast do "residente atual" encaminha, depois, a correspondência para todos os endereços. Um endereço IP de broadcast usa o mesmo conceito. O número de rede designa o segmento, e o resto do endereço comunica a todos os hosts IP na rede que essa é uma mensagem de broadcast e que o dispositivo precisa dar atenção à mensagem. Todos os dispositivos em uma rede reconhecem seu próprio endereço IP de host, assim como o endereço de broadcast da sua rede. 
 
10.5 - Espaço de endereço reservado
10.5.5 - Hosts para as classes dos endereços IP
Cada classe de rede permite um número fixo de hosts. Em uma rede de classe A, o primeiro octeto é atribuído, restando os três últimos octetos (24 bits) para serem atribuídos aos hosts, portanto o número máximo de hosts é 224 (menos 2 endereços reservados para rede e broadcast), ou seja, 16.777.214 hosts. 
Em uma rede de classe B, os primeiros dois octetos são atribuídos, restando os dois últimos octetos (16 bits) para serem atribuídos aos hosts, portanto o número máximo de hosts é 216 (menos 2), ou seja, 65.534 hosts.
Em uma rede de classe C, os primeiros três octetos são atribuídos, restando o último octeto (8 bits) para ser atribuído aos hosts, portanto o número máximo de hosts é 28 (menos 2), ou seja, 254 hosts. 
Lembre-se de que o primeiro endereço em cada rede é reservado para o endereço de rede real (ou número de rede), e o endereço final em cada rede é reservado para broadcasts. 
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10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.1 - Endereçamento IP clássico
Os administradores de rede às vezes precisam dividi-las, particularmente as grandes redes, em redes menores, chamadas de sub-redes, para fornecer flexibilidade ao endereçamento. 
Os endereços de sub-rede são atribuídos localmente, normalmente pelo administrador da rede, de forma semelhante à parte do número do host dos endereços de classe A, B ou C. Além disso, como os outros endereços IP , todos os endereços de sub-rede são exclusivos.
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10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.2 - Sub-rede
Os endereços de sub-rede incluem a parte da rede de classe A, classe B ou classe C, mais um campo de sub-rede e um campo de host. O campo da sub-rede e o campo do host são criados a partir da parte original do host para toda a rede. A habilidade de decidir como dividir a parte original do host em novas sub-redes e campos de host permite que haja flexibilidade no endereçamento para o administrador da rede. Para criar um endereço de sub-rede, um administrador de rede toma emprestados bits do campo original do host e os designa como o campo da sub-rede. 
As figuras e ilustram a natureza hierárquica dos endereços de sub-rede. 
Para criar um endereço de sub-rede, um administrador de rede toma emprestados bits do campo do host e os designa como o campo da sub-rede. O número mínimo de bits que podem ser emprestados é 2. Se você tomasse emprestado apenas 1 bit para criar uma sub-rede, teria apenas um número de
rede (a rede .0) e o número de broadcast (a rede .1). O máximo de bits que podem ser emprestados é qualquer número de bits que deixe pelo menos 2 bits para o número do host. 
Neste exemplo de um endereço IP de classe C, foram tomados emprestados bits do campo do host para o campo da sub-rede. 
10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.3 - A finalidade de se criar sub-redes
	
O principal motivo para se usar sub-redes é reduzir o tamanho de um domínio de broadcast. Os broadcasts são enviados a todos os hosts em uma rede ou sub-rede. Quando o tráfego de broadcast começar a ocupar demais a largura de banda disponível, os administradores de rede poderão optar por reduzir o tamanho do domínio de broadcast. 
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10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.4 - Máscara de sub-rede
A máscara de sub-rede (termo formal: prefixo de rede estendida), informa aos dispositivos da rede que parte de um endereço é o campo da rede e que parte é o campo do host. Uma máscara de sub-rede tem o tamanho de 32 bits e tem 4 octetos, da mesma forma que um endereço IP.  
Para determinar a máscara de sub-rede do endereço IP de uma sub-rede específica, siga estas etapas: (1) Expresse o endereço IP da sub-rede na forma binária. (2) Substitua a parte da rede e da sub-rede do endereço composto somente por 1s. (3) Substitua a parte do host do endereço somente por 0s. (4) Como última etapa, converta a expressão binária novamente na notação decimal com ponto.
Observação: O prefixo de rede estendida inclui o número de rede de classe A, B ou C, mais o campo de sub-rede (ou número de sub-rede) que está sendo usado para estender as informações de roteamento (que, caso contrário, é apenas o número de rede). 
 
10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.5 - Operações booleanas: AND, OR e NOT
O termo "operações", em matemática, refere-se às regras que determinam como um número se combina com outros números. As operações de números decimais incluem soma, subtração, multiplicação e divisão. Existem operações relacionadas, porém diferentes, para se trabalhar com os números binários. As operações booleanas básicas são AND, OR e NOT. 
AND é como a multiplicação 
OR é como a adição 
NOT altera 1 para 0 e 0 para 1 
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10.6 - Conceitos básicos de sub-rede
10.6.6 - Executando a função AND
O menor endereço numerado em uma rede IP é o endereço de rede (o número de rede mais 0 em todo o campo do host). Isso também se aplica a uma sub-rede: o menor endereço numerado é o endereço de sub-rede.
Para rotear um pacote de dados, o roteador deve determinar primeiro o endereço de rede/sub-rede de destino, executando uma função AND lógica usando o endereço IP do host de destino e a máscara de sub-rede. O resultado será o endereço de rede/sub-rede. 
Na figura, o roteador recebeu um pacote para o host 131.108.2.2, ele usa a operação AND para saber se esse pacote deve ser roteado para a sub-rede 131.108.2.0. O processo de executar o AND é explicado no laboratório 10.6.6. 
 
10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.1 - Intervalo de bits necessários à criação de sub-redes
Para se criar sub-redes, você deverá estender a parte do roteamento dos endereços. A Internet conhece a rede como um todo, identificada pelo endereço de classe A, B ou C, que define 8, 16 ou 24 bits de roteamento (o número da rede). O campo da sub-rede se transformará em bits de roteamento adicionais, para que os roteadores dentro da organização possam reconhecer as diferentes localizações, ou sub-redes, dentro da rede. 
Questão: No endereço 131.108.0.0, quais são os bits de roteamento?
Resposta: 131.108 - É o número da rede de classe B de 16 bits. 
Questão: Para que são usados os outros dois octetos (16 bits) do endereço 131.108.0.0? 
Resposta: No que diz respeito à Internet, é apenas um campo de host de 16 bits, porque isto é um endereço de classe B: um número de rede de 16 bits e um número de host de 16 bits. 
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Questão: Que parte do endereço 131.108.0.0 é o campo de sub-rede?
Resposta:  Quando decidir criar sub-redes, você deverá dividir o campo original do host (16 bits, no caso da classe B) em duas partes: o campo da sub-rede e do host. Algumas vezes, isso é conhecido como
"tomar emprestados" alguns dos bits originais do host para criar o campo da sub-rede. As outras redes na Internet não levam isso em conta, elas olham para o endereço da mesma forma, o que vêem realmente é o número de rede de classe A, B ou C, e enviam o pacote ao seu destino. O número mínimo de bits que podem ser tomados emprestados é 2, independentemente de estar trabalhando em uma rede de classe A, B ou C1º porque devem restar pelo menos 2 bits para os números de host2º , o máximo varia de acordo com a classe de endereço.  
	Endereço Class
	Tamanho do campo de host padrão
	Número máximo de bits de sub-rede
	A
	24
	22
	B
	16
	14
	M
	8
	6
O campo da sub-rede está sempre imediatamente após o número da rede. Ou seja, os bits emprestados devem ser os primeiros n bits do campo de host padrão, onde n é o tamanho desejado para o novo campo da sub-rede. 
A máscara de sub-rede é a ferramenta usada pelo roteador para determinar que bits são os bits do roteamento e que bits são os bits do host. �� INCLUDEPICTURE "D:\\Cisco\\1 Semestre\\Curr Aluno 2.1P\\images\\3.gif" \* MERGEFORMATINET 
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.2 - Determinando o tamanho da máscara de sub-rede
As máscaras de sub-rede usam o mesmo formato dos endereços IP. Têm tamanho de 32 bits e são divididas em quatro octetos, escritos no formato decimal com ponto. As máscaras de sub-rede contêm apenas 1s nas posições dos bits da rede (determinadas pela classe do endereço), assim como nas posições de bits de sub-rede desejadas e contêm apenas 0s nas posições restantes, designando-os para a parte do host de um endereço. 
Por padrão, se nenhum bit tiver sido tomado emprestado, a máscara de sub-rede para uma rede de classe B será 255.255.0.0, que é o equivalente decimal com ponto de 1s nos 16 bits correspondentes ao número de rede de classe B. 
Se 8 bits tiverem de ser tomados emprestados para o campo da sub-rede, a máscara de sub-rede deverá incluir 8 bits 1 adicionais, e será 255.255.255.0. 
Por exemplo, se a máscara de sub-rede 255.255.255.0 estiver relacionada ao endereço de classe B 130.5.2.144 (8 bits emprestados para sub-redes), o roteador saberá rotear o pacote para a sub-rede 130.5.2.0 ao invés da rede 130.5.0.0 
Outro exemplo é o endereço de classe C 197.15.22.31, com uma máscara de sub-rede 255.255.255.224. Com o valor de 224 no octeto final (11100000 em binário), a parte da rede de classe C de 24 bits foi estendida em 3 bits, para fazer o total de 27 bits. 131 no último octeto mostra o terceiro endereço de host que pode ser usado na sub-rede 197.15.22.128. Os roteadores na Internet (que não conhecem a máscara de sub-rede) se preocuparão apenas em rotear a rede de classe C 197.15.22.0, enquanto os roteadores na rede, conhecendo a máscara de sub-rede, estarão procurando por 27 bits para tomar a decisão de roteamento.
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.3 - Computando a máscara de sub-rede e o endereço IP
Sempre que você tomar emprestados bits do campo do host, será importante observar o número de sub-redes adicionais que serão criadas a cada vez que você pega emprestado mais um bit. Você já aprendeu que não pode tomar emprestado apenas 1 bit, o mínimo é de 2 bits. 
O empréstimo de 2 bits cria quatro sub-redes possíveis (22º ) (mas, lembre-se sempre de que existem duas sub-redes reservadas/não utilizáveis). Cada vez que você toma emprestado mais um bit do campo do host, o número de sub-redes criadas aumenta em uma potência de 2. 
As oito sub-redes possíveis criadas tomando-se 3 bits emprestados é igual a 2 3 (2 x 2 x 2). As dezesseis sub-redes possíveis criadas tomando-se emprestados 4 bits é igual a 2 4 (2 x 2 x 2 x 2). A partir desses exemplos, é fácil perceber que toda vez que você toma emprestado mais um bit do campo do host, o número de sub-redes criadas dobra. 
Questão: Quantos bits são tomados emprestados (qual é o tamanho do campo da sub-rede) para uma rede de classe B usando-se uma máscara de sub-rede 255.255.240.0?
Resposta: Os dois primeiros octetos da máscara (255.255) correspondem aos 16 bits do número de rede de uma classe B. Lembre-se de que o campo da sub-rede é representado por todos os bits "1" adicionais além deles. O número decimal 240 é o binário 11110000, note que você está usando 4 bits para o campo da sub-rede. 
Questão: Quantas sub-redes possíveis existem com um campo de sub-rede de 4 bits?  
Resposta: Comece descobrindo o menor número de 4 bits, 0000, a seguir, o maior número de 4 bits, 1111 (15). Portanto, as sub-redes possíveis são de 0 a 15, ou dezesseis sub-redes. Entretanto, você sabe que não pode usar a sub-rede 0 (é parte do endereço da rede) e também não pode usar a sub-rede 15 (1111) (endereço de broadcast). Esse campo de sub-rede de 4 bits permite quatorze sub-redes que podem ser usadas (1-14). 
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.4 - Computando hosts por sub-rede
Todas as vezes que você toma emprestado 1 bit de um campo do host, resta 1 bit a menos no campo que pode ser usado para os números de host. Especificamente, cada vez que você toma emprestado outro bit no campo do host, o número de endereços do host que você pode atribuir é diminuído de uma potência de 2 (é reduzido à metade). 
Para ajudá-lo a compreender como isso funciona, use um endereço de rede de classe C como exemplo. Se não existir nenhuma máscara de sub-rede, todos os 8 bits no último octeto serão usados para o campo do host. Portanto, haverá 256 (28 ) endereços possíveis disponíveis para serem atribuídos aos hosts (254 endereços que podem ser usados, depois de subtrair os dois que você não poderá usar). Agora, imagine que essa rede de classe C está dividida em sub-redes. Se tomar emprestados 2 bits do campo de host padrão de 8 bits, o campo do host diminuirá para 6 bits no tamanho. Se você escrevesse todas as combinações possíveis de 0s e 1s que pudessem ocorrer nos 6 bits restantes, você descobriria que o número total de hosts possíveis, que poderiam ser atribuídos a cada sub-rede, seria reduzido a 64 (26). O número de hosts que podem ser usados seriam reduzidos a 62. 
Na mesma rede de classe C, se tomar emprestados 3 bits, o tamanho do campo do host será reduzido a 5 bits e o número total de hosts que poderão ser atribuídos às sub-redes será reduzido a 32 (25 ). O número de hosts que podem ser usados serão reduzidos a 30. 
O número de endereços de host que podem ser atribuídos a uma sub-rede está relacionado ao número de sub-redes que foram criadas. Em uma classe C, por exemplo, se uma máscara de sub-rede 255.255.255.224 fosse aplicada, 3 bits (224 = 11100000) teriam sido tomados emprestados do campo do host e 8 (menos 2) sub-redes que pudessem ser usadas teriam sido criadas, cada uma tendo 32 (menos 2) endereços de host. 
Exercício:
Divida o último octeto em duas partes: um campo de sub-rede e um campo de host. Se houver 32 endereços de host possíveis que possam ser atribuídos a cada sub-rede, então seus endereços IP estarão dentro da faixa de números (mas, lembre-se de que dois endereços de host não podem ser usados nas sub-redes).
Em uma rede de classe C 199.5.12.0 com máscara de sub-rede 255.255.255.224, a que sub-rede o host 199.5.12.97 pertenceria? (dica: 97 = binário 01100001) 
sub-rede 0? 
sub-rede 1? 
sub-rede 2? 
sub-rede 3? 
sub-rede 4? 
nenhuma delas? 
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.5 - A operação booleana AND
Como você já sabe, o menor endereço numerado em uma rede IP é o endereço de rede (o número de rede mais 0 em todo o campo do host). Isso também se aplica a uma sub-rede; o endereço de numeração mais baixa é o endereço da sub-rede. 
Para rotear um pacote de dados, o roteador deve determinar primeiro o endereço de rede/sub-rede de destino, executando uma função AND lógica usando o endereço IP do host de destino e a máscara de sub-rede dessa rede. O resultado será o endereço de rede/sub-rede, que é o que um roteador
usa para determinar como encaminhar o pacote.
Imagine que você tem uma rede de classe B, com o número de rede 172.16.0.0. Após avaliar as necessidades de sua rede, você decide tomar emprestados 8 bits para criar sub-redes. Como você aprendeu anteriormente, quando você toma emprestados 8 bits com uma rede de classe B, a máscara de sub-rede é 255.255.255.0. 
Alguém fora da rede envia dados ao endereço IP 172.16.2.120. Para determinar onde entregar os dados, o roteador executa a operação AND desse endereço com a máscara de sub-rede. Quando dois números são submetidos à operação AND, a parte do host do resultado será sempre 0. O restante é o número da rede, incluindo a sub-rede. Portanto, os dados são enviados à sub-rede 172.16.2.0, e apenas o roteador final percebe que o pacote deveria ter sido entregue ao host 120 na sub-rede. 
Agora, imagine que você tem a mesma rede, 172.16.0.0. Desta vez, no entanto, você decide tomar emprestados apenas 7 bits, para o campo de sub-rede. A máscara de sub-rede binária para isso seria 11111111.11111111.11111110.00000000. Como seria isso em notação decimal com ponto? 
Novamente, alguém fora da rede envia dados ao host 172.16.2.120. Para determinar para onde enviar os dados, o roteador executa a operação AND nesse endereço com a máscara de sub-rede, novamente. Como antes, quando os dois números são submetidos à operação AND, a parte do host do resultado é 0. O que é diferente no segundo exemplo? Tudo parece igual, pelo menos em decimal. 
A diferença está no número de sub-redes disponíveis e no número de hosts que podem estar em cada sub-rede, e você só pode perceber isso comparando as duas máscaras de sub-rede diferentes. 1
Com 7 bits no campo da sub-rede, podem existir apenas 126 sub-redes. Quantos host podem existir em cada sub-rede? Qual o tamanho do campo do host? Com 9 bits para os números de host, podem existir 510 hosts em cada uma dessas 126 sub-redes.
1º As duas figuras nesta página incluem um tópico que você aprenderá mais adiante: uma forma alternativa de expressar a máscara de sub-rede. Você aprendeu que os 1s da máscara representam os bits de roteamento: a rede mais a sub-rede. 255.255.255.0 indica que existem 24 bits de roteamento, no total. Isso é indicado, às vezes, acrescentando "/24" a um endereço IP, como em 131.108.3.1 /24 - isso mostra o mesmo que uma máscara de sub-rede maior. 
 
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.6 - Configuração IP em um diagrama de rede
Quando você configurar os roteadores, você deverá conectar todas as interfaces a um segmento de rede diferente. Cada um desses segmentos será uma sub-rede independente. Você deve selecionar um endereço de cada sub-rede diferente para atribuir à interface do roteador que se conecta a essa sub-rede. Cada segmento de uma rede (o cabo e as conexões reais) deve ter números de rede/sub-redes diferentes. A figura mostra como ficaria um diagrama de rede usando uma rede de classe B dividida em sub-redes. 
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.7 - Esquemas de host/sub-rede
Uma das decisões que você deve tomar, sempre que criar sub-redes, é determinar o número ideal de sub-redes e de hosts (Observação: O número de sub-redes necessárias por sua vez determina o número de hosts disponíveis. Por exemplo, se tomar emprestados 3 bits com uma rede de classe C, apenas 5 bits sobrarão para os hosts).
Você já aprendeu que não pode usar a primeira e a última sub-rede. Você também não pode usar o primeiro e o último endereço dentro das sub-redes: um é o endereço de broadcast da sub-rede e o outro é parte do endereço da rede. Quando criar sub-redes, você perderá uma quantidade razoável de endereços prováveis. Por essa razão, os administradores de rede devem prestar bastante atenção à porcentagem de endereços que eles perdem ao criarem sub-redes.
Exemplo:
Se você tomar emprestados 2 bits, você criará 4 sub-redes, cada uma com 64 hosts. Apenas duas das sub-redes podem ser usadas e apenas 62 hosts podem ser usados por sub-rede, restando 124 hosts que podem ser usados dos 254 que poderiam ser usados antes de você optar por usar sub-redes. Isso significa que você está perdendo 51% dos seus endereços. 
Imagine, desta vez, que você tomou emprestados 3 bits. Você agora tem 8 sub-redes, das quais apenas 6 podem ser usadas, com 30 hosts que podem ser usados por sub-rede. Isso lhe dá um total de 180 hosts que podem ser usados, de 254, mas agora você está perdendo apenas 29% dos seus endereços. Sempre que criar sub-redes, você deverá levar em consideração o crescimento futuro da rede e a porcentagem de endereços que você perderia com a criação de sub-redes.
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10.7 - Criando uma sub-rede
10.7.8 - Endereços privativos
Há alguns endereços em cada classe de endereços IP que não são atribuídos. Esses endereços são chamados de endereços privativos. Os endereços privativos podem ser usados por hosts que usam a network address translation (NAT) ou um servidor proxy, para se conectar a uma rede pública; ou por hosts que não estão conectados à Internet. 
Muitos aplicativos exigem conectividade dentro de apenas uma rede e não necessitam de conectividade externa. Em redes grandes, o TCP/IP é freqüentemente usado, mesmo quando não é necessária a conectividade da camada de rede fora da rede. Os bancos são um bom exemplo. Eles podem usar o TCP/IP para se conectar aos caixas automáticos (ATMs). Essas máquinas não se conectam à rede pública e, portanto, os endereços privativos são ideais para elas. Os endereços privativos também podem ser usados em uma rede onde não haja endereços públicos suficientes. 
Os endereços privativos podem ser usados com um servidor de conversão do endereço de rede (NAT) ou um servidor proxy para fornecer conectividade a todos os hosts em uma rede que tenha, relativamente, poucos endereços públicos disponíveis. Conforme estabelecido, todo o tráfego com um endereço de destino dentro de um dos intervalos de endereços privativos NÃO serão roteados na Internet. 
 
CCNA – Sem 1 Cap 10 – Camada 3 Roteamento e Endereçamento	Pág. � PAGE �12�
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