Redes UnP Aula 3

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REDES DE	COMPUTADORES
Protocolo	TCP/IP
UnP – Universidade Potiguar
Prof.	Ms.	Ricardo	Moreira	(ricardomoreira@unp.br)
Introdução
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¨ Para que os computadores de uma rede possam trocar
informações entre si é necessário que todos os
computadores adotem as mesmas regras para o envio e o
recebimento de informações. Este conjunto de regras é
conhecido como Protocolo de comunicação.
¨ No protocolo de comunicação estão definidas todas as
regras necessárias para que o computador de destino,
“entenda” as informações no formato que foram enviadas
pelo computador de origem.
¨ Dois computadores com diferentes protocolos instalados,
não serão capazes de estabelecer uma comunicação e nem
serão capazes de trocar informações.
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Introdução
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¨ Antes da popularização da Internet existiam diferentes protocolos
sendo utilizados nas redes das empresas. Os mais utilizados eram
os seguintes:
¤ NETBEUI	(Pequenas	redes,	não	conectadas	à	Internet)	
¤ IPX/SPX	
¤ Apple	Talk
¨ À medida que a Internet começou, a cada dia, tornar-se mais
popular, com o aumento exponencial do número de usuários, o
protocolo TCP/IP passou a tornar-se um padrão de fato, utilizando
não só na Internet, como também nas redes internas das
empresas, redes estas que começavam a ser conectadas à Internet.
Como as redes internas precisavam conectar-se à Internet, tinham
que usar o mesmo protocolo da Internet, ou seja: TCP/IP.
Introdução
4
¨ Este	gráfico demonstra emmilhares o	crecimento
exponencial dos	roteadores na Internet.
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Introdução
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¨ TCP/IP é um acrônimo para o termo Transmission Control
Protocol/Internet Protocol, ou seja é um conjunto de protocolos,
onde dois dos mais importantes (o IP e o TCP) deram seus nomes à
arquitetura. O protocolo IP, base da estrutura de comunicação da
Internet é um protocolo baseado no paradigma de chaveamento
de pacotes (packet-switching).
¨ Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer
estriutura de rede, seja ela simples como uma ligação ponto-a-
ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, pode-se
empregar estruturas de rede como Ethernet, Token-Ring, FDDI,
PPP, ATM, X.25, Frame-Relay, barramentos SCSI, enlaces de satélite,
ligações telefônicas discadas e várias outras como meio de
comunicação do protocolo TCP/IP.
Introdução
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¨ UNIX sempre utilizou o protocolo TCP/IP como padrão. O
Windows dá suporte ao protocolo TCP/IP desde as
primeiras versões, porém, para o Windows, o TCP/IP
somente tornou-se o protocolo padrão a partir do
Windows 2000.
¨ O Novell, IPX/SPX como protocolo padrão, passou a adotar
o TCP/IP como padrão a partir da versão 5.0.
¨ Ser o protocolo padrão significa que o TCP/IP será
instalado, automaticamente, durante a instalação do
Sistema Operacional, se for detectada a presença de uma
placa de rede.
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A	arquitetura	TCP/IP
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¨ Assim como OSI realiza a divisão de funções do
sistema de comunicação em estruturas de
camadas. Em TCP/IP as camadas são:
Camada	de	rede
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¨ A camada de rede é responsável pelo envio de datagramas
construídos pela camada Inter-Rede. Esta camada realiza
também o mapeamento entre um endereço de
identificação de nível Inter-rede para um endereço físico
ou lógico do nível de Rede.
¨ Alguns protocolos existentes nesta camada são:
¤ Protocolos com estrutura de rede própria (X.25, Frame-Relay,
ATM)
¤ Protocolos de Enlace OSI (PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI,
HDLC, SLIP, …)
¤ Protocolos de Nível Físico (V.24, X.21)
¤ Protocolos de barramento de alta-velocidade (SCSI, HIPPI, …)
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Camada Inter-rede
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¨ Responsável pelo endereçamento e roteamento de
pacotes (packets), obtenção de endereços de
hardware e envio de mensagens de erro. Exemplos:
¤ IP (Internet Protocol) - Endereçamento e roteamento de
pacotes (packets) entre diferentes hosts.
¤ ICMP (Internet Control Message Protocol) - Envio de
mensagens entre Hosts
¤ IGMP (Internet Group Management Protocol) - Envio de
mensagens entre grupos de hosts.
¤ ARP (Address Resolution Protocol) - Responsável por obter
o endereço de hardware referente ao número IP de um
host na própria rede.
A	arquitetura	TCP/IP
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6
Envelopamento	de	camadas	
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¨ O envelopamento de camadas é a forma como os
dados são transmitidos/recebidos entre hosts na
rede.
Envelopamento	de	camadas	
¨ O	browser envia	uma	mensagem	ao	servidor	
www usando	o	protocolo	de	aplicação	http.	Esta	
etapa	ocorre	na	camada	de	aplicação.	
¨ O	protocolo	de	aplicação	HTTP,	por	sua	vez,	
utiliza	o	protocolo	TCP da	camada	de	
transporte.	Para	que	isso	aconteça,	o	TCP	da	
máquina	remetente	necessita	contactar o	TCP	
do	destinatário,	para	estabelecer	a	conexão.	Só	
então,	o	TCP	divide	a	mensagem	em	segmentos	
adicionando	um	cabeçalho	de	controle.	
¨ O	IP acrescenta	seu	próprio	cabeçalho	na	
mensagem	transformando-a	em	um	Datagrama.	
Só	então,	ele	endereça	o	pacote	ao	seu	destino.	
¨ A	interface	de	rede formata	os	Datagramas
dentro	de	unidades	de	transmissão	conhecidas	
como	frames.	Assim,	mais	um	cabeçalho	é	
acrescentado	ao	Datagrama transformando-o	
em	um	frame	da	rede.	E,	finalmente,	ele	é	
enviado	ao	meio	físico.	
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Envelopamento	de	camadas	
¨ Ao	receber	um	frame a	interface	de	rede	faz	a	sua	
verificação	básica.	Caso	esteja	tudo	certo,	o	
Datagrama é	enviado	ao	protocolo	para	o	qual	está	
endereçado,	neste	caso	o	IP.
¨ O	IP simplesmente	verifica	se	o	Datagrama recebido	
possui	como	endereço	destino	o	seu	próprio	
endereço	IP.	Caso	positivo,	ele	verifica	para	qual	
protocolo	de	transporte	deve	enviar	este	
Datagrama,	neste	caso	o	TCP.
¨ O	TCP recebe	o	segmento,	executa	uma	verificação	
para	validá-lo	e	verifica	se	ele	está	na	seqüência	
correta.	Lembre-se	de	que	a	mensagem	foi	
desmembrada	em	segmentos!	Estando	tudo	certo,	
ele	envia	um	sinal	para	o	remetente,	informando	
qual	o	próximo	segmento	esperado.	Caso	este	seja	
o	último,	e	todos	os	demais	estiverem	presentes,	o	
TCP	remontará	a	mensagem	e	a	enviará	para	o	
programa	de	aplicação.
¨ O	servidor	Web	ao	receber	a	mensagem,	verifica	a	
correção	desta,	que	agora	é	um	comando	http e	
processa	o	pedido,	enviando	respostas.
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Uma rede TCP/IP
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¨ Quando utilizamos o protocolo TCP/IP como protocolo de comunicação
em uma rede de computadores, temos alguns parâmetros que devem ser
configurados em todos os equipamentos que fazem parte da rede
(computadores, servidores, hubs, switchs, impressoras de rede, etc).
•Número	IP	
•Máscara	de	sub-
rede
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Endereçamento IP
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¨ É um número de 32bits no seguinte formato: x.y.z.w, ou seja,
são quatro números separados por ponto.
¨ Não podem existir duas máquinas, com o mesmo número IP,
dentro da mesma rede. (conflito de número IP)
¨ O valor máximo para cada um dos números (x, y, z ou w) é 255.
¨ Uma parte do Número IP (1, 2 ou 3 dos 4 números) é a
identificação da rede, a outra parte é a identificação da máquina
dentro da rede.
Número	IP: 10.200.150.1
Máscara	de	Sub-rede: 255.255.255.0
Endereçamento IP
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¨ O prefixo do endereço (número de rede) identifica
a rede ao qual o computador está acoplado.
¨ O sufixo identifica um computador individual
(host) naquela rede.
¨ Assim, embora as designações de números de rede
devam ser coordenadas globalmente, os sufixos
podem ser atribuídos localmente sem
coordenação global.
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Endereçamento IP
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¨ Quantos bits (dos 32 disponíveis) deve-se alocar para o endereço
de rede (prefixo)? E quantos para o endereço de host (sufixo)?
¨ O prefixo precisa de bits suficientes para permitir que um número
de rede único seja atribuído a cada rede física em uma inter-rede.
¨ O sufixo precisa de bits suficientes para permitir que a cada
computador acoplado a uma rede seja atribuído um sufixo único.
PrefixoGrande	::	Acomoda	muitas	redes...
...Limita	o	tamanho	de	cada	rede	(número	de	hosts)
Sufixo	Grande ::	Acomoda	muitos	hosts...
...Limita	o	número	total	de	redes	
Endereçamento IP
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¨ Quando um computador da rede tenta se comunicar com
outros computadores/servidores, o protocolo TCP/IP faz
alguns cálculos... ???
¨ Com isso, para equipamentos que fazem parte de uma
rede, baseada no protocolo TCP/IP se conectar a outras
redes ou a Internet, devemos configurar, no mínimo, os
seguintes parâmetros:
¤ Número	IP	
¤ Máscara	de	sub-rede	
¤ Default	Gateway	(Roteador)
¤ DNS
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Questão	de	exemplo	para	os	exames	
de	Certificação
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1) A seguir estão as configurações básicas do TCP/IP de três
estações de trabalho: micro01, micro02 e micro03.
Configurações	do	micro01:
Número	IP: 100.100.100.3
Máscara:	255.255.255.0
Gateway: 100.100.100.1	
DNS:	189.124.128.32
Configurações	do	micro02:
Número	IP: 100.100.100.4
Máscara:	255.255.240.0
Gateway: 100.100.100.1
DNS:	189.124.128.32
Configurações	do	micro03:
Número	IP: 100.100.100.5
Máscara:	255.255.255.0
Gateway: 100.100.100.2
DNS:	189.124.128.32
O micro 02 não está conseguindo comunicar-se com os demais computadores da rede.
Já o micro03 consegue comunicar-se na rede local, porém não consegue se comunicar
com nenhum recurso de outras redes, como por exemplo a Internet. Quais alterações
você deve fazer para que todos os computadores possam se comunicar normalmente,
tanto na rede local quanto com as redes externas?
O micro02 está com uma máscara de sub-rede 255.255.240.0, diferente. Já o micro03
não consegue porque que a configuração do Gateway está incorreta.
Como	o	TCP/IP	usa	a	máscara	de	sub-
rede	e	o	roteador
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Classes	de	Endereços	IP
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¨ A fim de proporcionar a flexibilidade necessária para apoiar as
redes de diferentes tamanhos, os projetistas decidiram que o
espaço de endereço IP deveria ser dividido.
¨ A primeira opções foi dividir o endereço IP em duas metades, dois
bytes para identificar a rede e dois bytes para a estação. Entretanto
isto traria inflexibilidade pois só poderiam ser endereçados 65536
redes, cada uma com 65536 estações. (Desperdício)
¨ Posteriormente ficou definido que a divisão de endereço IP em
rede e estação, seria feito por meio de classes.
¨ Em cada classe existe um determinado número de redes possíveis
e, em cada rede, um número máximo de máquinas.
Classes	de	Endereços	IP
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Inicialmente foram definidas cinco classes de endereços, identificadas
pelas letras: A, B, C, D e E.
Redes Classe A
Por padrão, para a Classe A, foi definida a seguinte máscara de sub-
rede: 255.0.0.0. Com esta máscara de sub-rede observe que temos 8 bits para o
endereço da rede e 24 bits para o endereço da máquina (16.777.214) dentro da
rede.
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Classes	de	Endereços	IP
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Redes Classe B
Por padrão, para a Classe B, foi definida a seguinte máscara de sub-
rede: 255.255.0.0. Com esta máscara de sub-rede observe que temos 16 bits para o
endereço da rede e 16 bits para o endereço da máquina (65.534) dentro da rede.
Classes	de	Endereços	IP
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Redes Classe C
Por padrão, para a Classe C, foi definida a seguinte máscara de sub-
rede: 255.255.255.0. Com esta máscara de sub-rede observe que temos 24 bits para
o endereço da rede e apenas 8 bits para o endereço da máquina (254) dentro da
rede.
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Classes	de	Endereços	IP
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Redes Classe D
Redes Classe E
Esta classe foi definida com tendo os quatro primeiros bits do número IP como
sendo sempre iguais a 1, 1, 1 e 0. A classe D é uma classe especial, reservada para
os chamados endereços deMulticast.
Esta classe foi definida com tendo os quatro primeiros bits do número IP como
sendo sempre iguais a 1, 1, 1 e 1. A classe E é uma classe especial e está reservada
para uso futuro.
Resumo	das	Classes	de	Endereço	IP
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2n	- 2,	onde	“n”	representa	o	número	de	bits	utilizado	para	a	rede	ou	para	a	
identificação	da	máquina	dentro	da	rede.
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Resumo	das	Classes	de	Endereço	IP
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Endereços	especiais
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¨ Existem alguns endereços IP especiais, reservados para funções
específicas e que não podem ser utilizados como endereços de
uma máquina da rede.
¤ Endereços da rede 127.0.0.0: São utilizados como um aliás (apelido), para
fazer referência a própria máquina. Normalmente é utilizado o endereço
127.0.0.1, o qual é associado ao nome localhost.
¤ Endereço com todos os bits destinados à identificação da máquina,
iguais a 0: Um endereço com zeros em todos os bits de identificação da
máquina, representa o endereço da rede. Por exemplo, vamos supor que
você tenha uma rede Classe C. A máquina a seguir é uma máquina desta
rede: 200.220.150.3. Neste caso o endereço da rede é: 200.220.150.0.
¤ Endereço com todos os bits destinados à identificação da máquina,
iguais a 1: Um endereço com valor 1 em todos os bits de identificação da
máquina, representa o endereço de broadcast. Por exemplo, vamos supor
que você tenha uma rede Classe C. A máquina a seguir é 200.220.150.255,
ou seja, todos os bits da parte destinada à identificação da máquina, iguais
a 1.
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Endereços	especiais
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Endereços IP Privados
¨ Algumas redes privadas não estão ligadas à Internet...
¨ ...e assim não há motivo para se requisitar faixas únicas de
endereços IPs a serem utilizadas na organização.
¨ Por convenção, o Comitê Gestor da Internet reservou três
faixas de endereços para tal fim.
10.0.0.0	a	10.255.255.255
172.16.0.0	a	172.31.255.255
192.168.0.0	a	192.168.255.255
Endereços	especiais
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Endereços IP Privados
¨ Pacotes contendo qualquer um destes endereços como
destino não podem trafegar na Internet (são descartados
pelos roteadores).
¨ Uma Intranet que utilize estas faixas de endereços e que
queira se interligar com a Internet deverá implementar algum
esquema de troca de endereços privado/público.
¨ Este esquema é conhecido como Mascaramento IP (IP
Masquerading)
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Roteamento IP
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¨ O	destino	de	um	mensagem	IP	sendo	enviado	por	uma	
máquina	pode	ser:
¤ a	própria	estação;
¤ uma	estação	situada	na	mesma	rede;	ou
¤ uma	estação	situada	numa	rede	diferente.
¨ No	primeiro	caso,	o	pacote	é	enviado	ao	nível	IP	que	o	
retorna	para	os	níveis	superiores.
¨ No segundo caso, é realizado o mapeamento ARP e a
mensagem é enviada por meio do protocolo de rede.
Roteamento IP
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¨ Quando uma estação deve enviar um pacote para
outra rede, o protocolo IP deve enviá-lo para um
roteador situado na mesma rede.
¨ O roteador por sua vez irá enviar o pacote para outro
roteador, na mesma rede que este e assim
sucessivamente até que o pacote chegue ao destino
final.
¨ Roteamento entre redes é a principal função do
protocolo IP.
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Roteamento IP
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¨ Um endereço IP não identifica um computador
específico...
¨ ... cada endereço IP identifica uma conexão entre
um computador e uma rede.
¨ Um computador com múltiplas conexões de rede
(por exemplo, um roteador) deve ser designado
com um endereço IP para cada conexão.
Cada roteador ao longo do caminho recebe o datagrama, extrai o endereço de
destino do cabeçalho e usa o endereço de destino para determinar um
próximo hop (salto de uma rede para outra) para o qual o datagrama deve ser
enviado (destino final ou outro roteador).
Roteamento IP
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Roteamento IP
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¨ Determinar se a estação destino está em outra rede e
por isto deve-se enviar a mensagem para um roteador.
???
¨ Determinar, através da tabela de rotas da máquina
origem, qual roteador é o correto para se enviar a
mensagem
¨ Descobrir, através do protocolo ARP, qual o endereço
MAC do roteador
¨ Enviar a mensagem IP com o endereço de nível de
rede apontado para o roteador e o endereço IP (na
mensagem IP) endereçado para a máquina destinoComo é que o TCP/IP faz para saber se o computador de
origem e o computador de destino pertencem a mesma rede?
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suponha que o computador cujo IP é 10.200.150.5 (origem) queira
enviar um pacote de informações para o computador cujo IP é 10.200.150.8
(destino), ambos com máscara de sub-rede igual a 255.255.255.0.
O primeiro passo é converter o número IP das duas máquinas e da máscara
de sub-rede para binário.
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Como é que o TCP/IP faz para saber se o computador de
origem e o computador de destino pertencem a mesma rede?
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Agora é feito uma operação AND, bit a bit, entre o Número IP e a
máscara de Sub-rede do computador de origem
O mesmo para o computador de destino
Como os resultados são iguais o TCP/IP conclui que as duas máquinas
fazem parte da mesma rede, 10.200.150.0, e neste caso o TCP/IP envia o
pacote para o barramento da rede local.
Do	contrário	o	que	o	TCP/IP	faria???
Sub-rede ou Subneting
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¨ A técnica de máscara de bits além de útil para se definir o
encaminhamento de um datagrama e de simplificar o esquema de
roteamento, flexibiliza a distribuição de endereços nas redes.
¨ Pode-se definir máscaras que permitam, por exemplo, uma rede
classe C ser subdivida em duas ou mais redes, chamadas de sub-
redes.
¨ O esquema de sub-rede consiste em incluir no prefixo alguns bits
do sufixo dos endereços.
¨ Com isso, diminui-se o número máximo de hosts por rede mas
aumenta-se o número de redes para o “mesmo” prefixo.
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Sub-rede ou Subneting
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¨ Até agora vimos que para cada classe de IP existe sua
respectiva máscara (Mask), onde são utilizados oito,
dezesseis ou vinte e quatro bits para a máscara de rede.
¨ Este esquema de endereçamento acarreta em um
grande desperdício de números IP.
Sub-rede ou Subneting
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Exemplo 01: Dividir a seguinte rede classe C: 192.45.32.0/255.255.255.0
em pelo menos, 10 sub-redes. Determinar o seguinte:
a)	Quantos	bits	serão	necessários	para	fazer	a	divisão	e	obter	pelo	menos	10	
sub-redes?
b)	Quantos	números	IP	(hosts)	estarão	disponíveis	em	cada	sub-rede?
c)	Qual	a	nova	máscara	de	sub-rede?
d)	Listar	a	faixa	de	endereços	de	cada	sub-rede.
Formulás:
¨ Calcular	o	número	de	sub-redes	é:	Núm.	de	sub-redes	=	2n-2,	onde	n	é	o	
número	de	bits	a	mais	utilizados	para	a	máscara	de	sub-rede.
¨ Calcular	o	número	de	endereços	IP	dentro	de	cada	sub-rede	é:	2n-2,	onde	
n	é	o	número	de	bits	restantes,	isto	é,	não	utilizados	pela	máscara	de	sub-
rede.
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Sub-rede ou Subneting
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a)	Quantos	bits	serão	necessários	p/	a	divisão?	
Substituindo n por valores sucessivos, até atingir ou superar o valor de 10
temos: para n=2, a fórmula resulta em 2, para n=3, a fórmula resulta em 6,
para n=4 a fórmula resulta em 14.
Resp.: 4 bits
b)	Quantos	números	IP	(hosts)	estarão	disponíveis?
Como utilizamos quatro bits do último octeto (além dos 24 bits dos três
primeiros octetos, os quais já faziam parte da máscara original), sobraram
apenas 4 bits para os endereços IP, ou seja, para os endereços de hosts em
cada sub-rede. Aplicando a fórmula 2n-2, onde n=4, vou obter um valor 14.
Resp.: 14 hosts por sub-rede
Sub-rede ou Subneting
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c) Qual é	a	nova	máscara?
Como foi utilizado os quatro bits do quarto octeto para fazer a divisão em
sub-redes, os quatro primeiros bits foram definidos iguais a 1. Logo basta
somar os respectivos valores, ou seja: 128+64+32+16 = 240.
Resp.: A nova mask é 255.255.255.240
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Sub-rede ou Subneting
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d) Listar a	faixa de	endereços de	cada sub-rede
Observe o último bit definido para a máscara. No nosso exemplo é o
quarto bit do quarto octeto. Qual o valor decimal do quarto bit? 16 (o
primeiro é 128, o segundo 64, o terceiro 32 e assim por diante..)
O valor do último bit é um indicativo das faixas de variação. Ou seja, na
prática temos 16 hosts em cada sub-rede, embora o primeiro e o último não
devam ser utilizados, pois o primeiro é o endereço da própria sub-rede e o
último é o endereço de broadcast da sub-rede. Por isso que ficam 14 hosts
por sub-rede, devido ao ‘-2’ na fórmula, o ‘-2’ significa: - o primeiro – o
último.
Ao listar as faixas, consideramos os 16 hosts, apenas é importante
salientar que o primeiro e o último não são utilizados.
Sub-rede ou Subneting
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d) Listar a	faixa de	endereços de	cada sub-rede
Sub-rede	01	192.45.32.0 ->	 192.45.32.15
Sub-rede	02 192.45.32.16	 ->	 192.45.32.31
Sub-rede	03 192.45.32.32	 ->	 192.45.32.47
Sub-rede	04 192.45.32.48	 ->	 192.45.32.63
Sub-rede	05 192.45.32.64	 ->	 192.45.32.79
Sub-rede	06 192.45.32.80	 ->	 192.45.32.95
Sub-rede	07 192.45.32.96	 ->	 192.45.32.111
Sub-rede	08 192.45.32.112 ->	 192.45.32.127
Sub-rede	09 192.45.32.128 ->	 192.45.32.143
Sub-rede	10 192.45.32.144 ->	 192.45.32.159
Sub-rede	11 192.45.32.160 ->	 192.45.32.175
Sub-rede	12 192.45.32.176 ->	 192.45.32.191
Sub-rede	13 192.45.32.192 ->	 192.45.32.207
Sub-rede	14 192.45.32.208 ->	 192.45.32.223
Sub-rede	15 192.45.32.224 ->	 192.45.32.239
Sub-rede	16 192.45.32.240 ->	 192.45.32.255
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Rota	Padrão	(Default)
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¨ Freqüentemente, as redes só possuem uma rota de saída para uma
outra rede.
¨ Isto é, só existe um gateway na rede.
¨ Nestes casos, é interessante definir uma rota padrão nas tabelas de
roteamento que será utilizada sempre que nenhuma outra rota
‘casar’ com o endereço de destino.
¨ Quando definimos um gateway em um host, estamos definindo a
rota padrão que o host irá utilizar quando quiser passar um pacote
para um outro host que não está na sua rede.
Rede Máscara Roteador
0.0.0.0 0.0.0.0 IP	do	Roteador
Dever	de	casa
46
Exemplo 02: Dividir a seguinte rede classe B: 150.100.0.0/255.255.0.0.
São necessárias, pelo menos, 20 sub-redes. Determinar o seguinte:
a)	Quantos	bits	serão	necessários	para	fazer	a	divisão	e	obter	pelo	menos	20	
sub-redes?
b)	Quantos	números	IP	(hosts)	estarão	disponíveis	em	cada	sub-rede?
c)	Qual	a	nova	máscara	de	sub-rede?
d)	Listar	a	faixa	de	endereços	de	cada	sub-rede.