Camada de rede - IP

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As notas de aulas são referências para estudo. Portanto não devem ser adotadas como material didático absoluto! 
Versão 0.3 – 01/09/2008 
 
 
Romildo Martins Bezerra 
CEFET/BA 
Redes de Computadores II 
 
 
 
A Camada de Rede e o protocolo IP .............................................................. 2 
O protocolo IP ....................................................................................... 2 
Formato do IP ..................................................................................... 3 
Endereçamento IP ................................................................................... 3 
Endereçamento com Classes e sem Classes .................................................. 4 
Classes Reservadas ............................................................................... 5 
IPS privados e públicos .......................................................................... 6 
NAT - Network Address Translation ........................................................... 6 
Endereçamento Dinâmico ....................................................................... 7 
Roteamento IP ....................................................................................... 7 
Roteamento estático ............................................................................. 7 
Estudo de Caso – Windows Server ................................................................ 8 
Estudo de Caso – Linux ............................................................................. 9 
Pesquise .............................................................................................. 9 
Temas para trabalhos .............................................................................. 9 
Bibliografia ........................................................................................... 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Camada de Rede 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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A Camada de Rede e o protocolo IP 
Na comunicação entre as redes é necessário de alguns requisitos para fornecer conectividade e 
seleção de caminho entre transmissor e receptor. Na camada de enlace, a comunicação é possível, pois 
transmissor e receptor estão na mesma rede. Já na camada de rede uma comunicação entre ambos é 
realizada host a host, ou seja, numa rede com diversos roteadores a comunicação é feita através de pares 
de roteadores. O modelo utilizado na Internet é uma rede de datagramas onde a comunicação entre 
sistemas finais não requer estabelecimento de conexão (circuito virtual) e não utiliza de forma exclusiva o 
meio de comunicação. (Figura01). 
 
 
Figura 01. Conceito de Datagrama [2] 
 
Na figura 01 é visto o modelo de datagrama onde não existe a garantia de que todos os pacotes 
seguirão o mesmo caminho, uma vez que os caminhos são baseados nas rotas configuradas nos roteadores. 
Tais rotas podem ser definidas de forma manual (rotas estáticas) ou configuradas automaticamente 
(protocolos de roteamento). No decorrer do curso, veremos as duas técnicas. 
No modelo TCP/IP a camada de rede recebe os serviços da camada de enlace e presta serviços 
para a camada de transporte. A lista de serviços oferecidos é: 
• Interconexão – prover conexão lógica entre diversas redes físicas heterogêneas (podem 
conter diferentes tecnologias de enlace, por exemplo, ATM e ethernet) de forma que as 
camadas superiores abstraiam o caminho percorrido. 
• Endereçamento – Prover a identificação de forma única de um host na rede ao qual faz 
parte seja esta rede uma LAN ou a Internet. 
• Roteamento – prover a escolha de rotas por onde os pacotes irão trafegar para que 
cheguem ao seu destino. Vale ressaltar que o P utiliza o conceito de datagrama. 
• Encapsulamento – encapsular pacotes recebidos de camadas superiores num datagrama. 
• Fragmentação – permite que um datagrama viaje por diferentes redes sem a preocupação 
com a tecnologia executadas. Assim, algumas vezes é necessário dividir os pacotes para se 
adaptar ao novo segmento de rede. 
 
Neste contexto, estudaremos o protocolo IP que executa a tarefa básica de levar pacotes de dados 
da origem para o destino e suas funções básicas como interconexão, endereçamento e roteamento.. Além 
dele, veremos também outros da mesma camada como o ICMP (usado para transmitir informação de 
diagnóstico sobre a transmissão IP) que é colocado acima do IP mas executam funções da camada de rede. 
 
O protocolo IP 
O Internet Protocol, ou simplesmente 
IP, é um protocolo da camada de rede 
responsável pelo encaminhamento dos dados 
numa rede. Presta todos os serviços de rede 
(interconexão, roteamento, endereçamento, 
fragmentação e encapsulamento) para as 
camadas superiores. È o protoclo base da 
arquitetura internet e é utilizado por todos os 
serviços de aplicação como: páginas, e-mail, 
transferência de arquivos, gerência de redes, 
resolução de nomes, dentre outros. 
 
Camada Protocolo 
5.Aplicação HTTP, SMTP, FTP, SSH, RTP, Telnet, SIP, RDP, 
IRC, SNMP, NNTP, POP3, IMAP, DNS, Ping.... 
4.Transporte TCP, UDP... 
3.Rede IP (IPv4, IPv6) , ARP, RARP, ICMP, IPSec ... 
2.Enlace Ethernet, 802.11 WiFi, IEEE 802.1Q, 802.11g, 
HDLC, Token ring, FDDI, PPP, Frame Relay... 
1.Física Modem, RDIS, RS-232, EIA-422, RS-449, 
Bluetooth, USB, ... 
 
Tabela 01. Protocolos e Camadas da Arquitetura Internet 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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Formato do IP 
 
 
 Figura 02. Campos do datagrama IP[1] 
 
Endereçamento IP 
Cada computador conectado a internet possui um endereço IP único e universal composto de 32 
bits e pode ser escrito da seguinte forma: 
 
200.217.69.132 
 
Tal endereço também pode ser escrito com a seguinte notação binária: 
 
11001000. 11011001. 1000101. 10000100 
 
Diferentemente do MAC Address o endereço IP é configurado via software e pode ser alterado pelo 
usuário e/ou administrador da rede. Para a configuração do endereço IP devemos também levar em 
consideração: 
 
• Mascara – “Uma máscara de subrede também conhecida como 
subnet mask ou netmask é um número de 32 bits usada para 
separar em um IP a parte correspondente à rede pública, à 
subrede e aos hosts. Uma subrede é uma divisão de uma rede 
de computadores - é a faixa de endereços lógicos reservada 
para uma organização. A divisão de uma rede grande em 
menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração 
simplificada e melhor desempenho de rede. No IPv4 uma 
subrede é identificada por seu endereço base e sua máscara 
de subrede.” Segundo o Wikipedia 
 
• Gateway – é um dispositivo intermediário geralmente 
destinado a interligar redes servindo de caminho para elas. 
Pode também separar domínios de colisão ou mesmo traduzir 
protocolos. Exemplos: roteadores, firewalls e Proxy. 
 
 Nesta seção entenderemos o endereçamento estático e dinâmico, endereçamento por classes e 
sem classes, endereços públicos e privados, além de comandos básicos no Windows e Linux. 
 
 
O que é uma mascara /24? 
 
A representação /24 indica a quantidade 
de bits destinada ao endereço da rede 
(netid), ou seja, uma mascara /24 pode 
ser escrita em binário como: 
 
11111111.1111111.1111111.00000000 
 
ou em decimal: 
 
255.255.255.0 
 
Quantos hosts cabem numa rede /24? 
Detalhamento do Datagrama IP 
• VER – informa a versão do protocolo. 
• HLEN – informa o tamanho do 
cabeçalho 
• Service – tem como objetivo 
idenificar o tipo de serviço para dar 
preferência no roteamento. 
Entretanto não foi muito utilizado. 
Maiores detalhes RFC791. 
• TTL – indica a quantidade de hops 
entre transmissor e receptor. O valor 
é decrementado a cada roteador do 
caminho. 
• Source IP e Destination IP – indica os 
endereços origem e destino. 
• Checksum – serve paraverificar a 
integridade do cabeçalho IP. 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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Endereçamento com Classes e sem Classes 
 Quando o endereço IP foi utilizado inicialmente com classe de endereçamento, onde o escopo dos 
possíveis IPs subdividido em cinco classes: 
 
Classe Primeiros Bits Endereço Mascara Observações 
A 0 1.0.0.0 até 127.255.255.255 /8 
B 10 128.0.0.0 até 191.255.255.255 /16 
C 110 192.0.0.0 até 223.255.255.255 /24 
D 1110 224.0.0.0 até 239.255.255.255 - Multicast 
E 11110 240.0.0.0 até 247.255.255.255 - Reservado 
 
Tabela 02. Classes de Endereçamento 
 
Na criação do endereçamento com classes, um endereço IP era subdividido, de forma fixa, em 
duas partes, identificador de rede (netid) e identificador de host (hostid). Esta subdivisão pode ser vista 
na Tabela 02. 
 
Classe Primeiro Byte Segundo Byte Terceiro Byte Quarto Byte 
A netid hostid hostid hostid 
B netid netid hostid hostid 
C netid netid netid hostid 
 
Tabela 03. Classes e alocação fixa de netid e hostid 
 
 Assim um endereço classe A que utilizasse o conceito de endereçamento por classes (126.0.0.0/8) 
teria a possibilidade de 224 dispositivos de rede. Será que existe uma rede desse tamanho? Quantos 
switches seriam necessários para montar uma rede local deste tipo? 
 Daí surge à necessidade de uma melhor utilização dos endereços IP visando evitar o desperdício. O 
endereçamento sem classes permite uma maior flexibilização da mascara de rede de acordo com o 
tamanho da rede. Por exemplo, uma rede 192.168.10.0/24 pode conter 256 possibilidades de IP, das 
quais: 
 
• 192.168.10.0 – Identifica a rede 
• 192.168.10.255 - Corresponde ao IP de difusão (broadcast) 
 
 Assim restando 254 possíveis endereços IPs (192.168.10.1 até 192.168.10.254). daí nos 
perguntamos, qual a menor mascara para uma rede com 100 computadores? 
 
 Num endereço classe C, são reservados 8bits para endereços de host. Mas para 100 computadores 
precisaríamos de apenas 7bits (27 = 128). Assim poderíamos alocar um endereço de host para rede da 
seguinte forma: 
192 168 10 0 
11000000 10101000 00001010 00000000 
netid netid netid hostid 
 
Tabela 04. IP Classe C /24 sendo redimensionando 
 
 
 
 
 
 
 Note que um endereço de mascara /24 (256 possibilidades) foi subdividido em dois endereços /25. 
Esta realocação de bits pode ser feita com os bits seguintes e com qualquer mascara inicial. 
 
 
 
 
192 168 10 0 
11000000 10101000 00001010 00000000 
netid netid netid hostid 
Tabela 05. IP Classe C 192.168.10.0/25 
192 168 10 0 
11000000 10101000 00001010 10000000 
netid netid netid hostid 
Tabela 06. IP Classe C 192.168.10.128/25 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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Mascara Redes Possibilidades Endereços Possíveis 
/24 1 256 254 
/25 2 128 126 
/26 4 64 62 
/27 8 32 30 
/28 16 16 14 
/29 32 8 6 
/30 64 4 2 
 
Tabela 07. Possibilidades de distribuição de um IP Classe C 
 
 Esta subdivisão de endereços IP é uma atividade comum para o administrador de redes, seja do 
provedor de acesso ou apenas uma grande rede. Abaixo seguem alguns casos de exemplo 
 
 
 
 
 
 
Figura 03. Rede referente as Tabelas 05 e 06 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 04. Distribuição de um IP Classe C em 3 subredes /26 que comportam até 62 hosts. 
 
Classes Reservadas 
Existem classes de endereços reservadas que não podem ser consideradas como endereçáveis para 
acesso na internet, como: 
• 127.0.0.0/8 – IP de loopback1 
• 0.0.0.0 – Identificador da rede 
• 255.255.255.255 – IP de broadcast (todas as redes) 
• 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16 – Exemplos de IPs para redes privadas. Serão 
vistos maiores detalhes na seção seguinte. 
 
 
 
 
 
1 O endereço de loopback local permite à aplicação-cliente endereçar ao servidor na mesma máquina sem saber o endereço do host, 
chamado de "localhost (127.0.0.1). 
 
 
Perguntas Rápidas 
1. Quantas redes existem na figura ao 
lado? 
2. Supondo que cada rede tenha no 
máximo 26 computadores, quais 
seriam as subredes e suas 
respectivas máscaras? 
3. È possível dividir em números 
ímpares de rede? 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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IPS privados e públicos 
 Dentre as 4 bilhões de possibilidades disponíveis, três faixas são reservadas para redes privadas. 
Uma rede privada não pode se comunicar diretamente com redes públicas, como a internet. Se um 
dispositivo em uma rede privada deseja acessar a internet, será necessária a utilização de um gateway. 
Normalmente este gateway terá que fazer NAT (Network address translation). 
 A partir de agora, qualquer referência a IPs privados tem como objetivo informar que o mesmo 
pertence a uma rede que não pode conectar-se diretamente a internet. Tais endereços são comumente 
utilizados em redes locais (LANs). 
 
NAT - Network Address Translation 
 Com o compartilhamento de internet entre diversas estações numa LAN saindo por um único 
gateway, surgiu o problema de como os computadores pertencentes à esta LAN poderiam receber as 
respostas aos seus pedidos feitos para fora da rede. Como sabemos, uma LAN com IPs privados (10.0.0/8 
ou 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16) nunca poderiam acessar a internet pois não existem redes com tais 
faixas de IP e o computador que recebesse um pedido com um desses números não saberia para onde 
enviar a resposta. 
 
 
Figura 05. Exemplo de uma LAN com único IP público [1]. 
 
Desta forma, o gateway responsável pelo acesso à outras redes precisavam traduzir o endereço 
interno para um IP público endereçável à internet. Sendo assim, os pedidos teriam de ser gerados com um 
IP global do router. Mas quando a resposta chegasse ao router, seria preciso saber a qual dos 
computadores presentes na LAN pertencia àquela resposta. A solução encontrada foi fazer um 
mapeamento baseado no IP interno e na porta local do computador. 
 
Figura 06. Processo de tradução de endereços IP [2]. 
 
Resumindo, pode-se afirmar que com o NAT [2]: 
• Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP: apenas um endereço IP é usado para 
todos os dispositivos; 
• Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na rede local sem precisar notificar o 
mundo exterior; 
• Pode-se mudar de ISP sem alterar os endereços dos dispositivos na rede local; 
• Dispositivos da rede local não são explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo 
exterior (um adicional de segurança). 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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Endereçamento Dinâmico 
Até o momento apenas aprendemos o básico sobre o endereçamento IP. Se um administrador de 
rede necessitar alterar o endereço de uma estação é necessário configurar apenas o endereço IP, máscara 
e default gateway. Como visto no laboratório, esta é uma tarefa fácil. Entretanto imagine que a rede 
possui mais de 1000 computadores em cinco cidades diferentes, quanto tempo você levaria? Ou imagine 
apenas a alteração do default gateway de sua rede? 
Visando tornar o endereçamento IP fácil e menos suscetível a erros foi criado o DHCP (Dynamic 
Host Configuration Protocol). O DCHP é um protocolo que os computadores utilizam para obter 
informações de configuração sem exigir um administrador na estação configurada, utilizando uma 
abordagem cliente/servidor. 
Quando uma estação é inicializada (IP 0.0.0.0), ela envia um broadcast para toda a rede (DHCP 
Discovery) e espera um servidor oferecer um possível IP disponível através de uma mensagem (DHCP 
Offer). A partir daí, uma requisição é feita a partir do número oferecido (DHCP Request) . Ao confirmar o 
pedido (DHCP Reply), a estação está “alugando” um endreço Ip do servidor DHCP por um pedido de 
tempo, ou seja, esta requisição não ficará fixa para sempre, e como conseqüênciadisso, o endereço Ip 
poderá ser realocado. Maiores detalhes do funcionamento do DHCP serão vistos no decorrer do curso. 
 
 
Figura 07. Processo de tradução de endereços IP capturado pelo Wireshark 
 
Roteamento IP 
Roteamento consiste na escolha do caminho onde os datagramas irão trafegar. Diferentemente do 
tráfego rodoviário, onde os automóveis podem escolher sua rotas, a escolha dos caminhos neste caso é 
feita pelos dispositivos de rede. Dessa forma, um datagrama é conduzido até o seu destino final de acordo 
com as tabelas de roteamento. 
 
Roteamento estático 
Neste roteamento a tabela é construída manualmente pelo administrador da rede ou técnico de 
suporte. Assim qualquer mudança na topologia da rede ou sua respectiva configuração impacta 
diretamente na mudança de configuração da tabelas de roteamento. 
Para encaminhamento de um datagrama, é necessário que o dispositivo que irá efetuar o 
roteamento possua pelo menos três campos: IP destino, máscara e gateway. Para facilitar o 
encaminhamento, alguns roteadores também indicam a interface que o datagrama será encaminhado. 
Recomendo fortemente treinar a configuração da tabela de roteamento com os exercícios 
disponíveis na página da disciplina. 
 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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1
2
3
4
1
2
WAN01
192.168.1.0/24
WAN02
192.168.2.0/24
WAN03
192.168.3.0/24
1
1
2
2
 
 
 
Figura 08 – Exemplo de Tabela de Roteamento 
 
 
Estudo de Caso – Windows Server 
 
Nesta seção serão vistos alguns utilitários simples de linha de comando presentes no Windows 
Server que facilitam a administração de redes de computadores. Recomendo o teste dos parâmetros para 
práticas de laboratório e resolução de problemas. 
 
• Ipconfig - Exibe todos os valores de configuração de rede TCP/IP e atualiza as configurações do 
protocolo de configuração dinâmica de hosts (DHCP) e do sistema de nomes de domínios (DNS). 
Quando usado sem parâmetros, o ipconfig exibe endereços IPv6 ou o endereço IPv4, a máscara da 
sub-rede e o gateway padrão para todos os adaptadores. 
 
• Ping - Verifica a conectividade de nível IP com outro computador TCP/IP através do envio de 
mensagens de solicitação de eco de protocolo ICMP. A confirmação das mensagens de resposta é 
exibida juntamente com o tempo de ida e volta. Ping é o principal comando TCP/IP usado para 
resolver problemas de conectividade, acesso e resolução de nomes. Usado sem parâmetros, ping 
exibe a ajuda. 
 
• Tracert - Determina o caminho adotado até um destino enviando mensagens de solicitação de eco 
do protocolo de mensagens de controle da Internet (ICMP) ou ICMPv6 para o destino com valores 
cada vez maiores do campo Tempo de vida (TTL). O caminho exibido é a lista de interfaces 
próximas dos roteadores no caminho entre um host de origem e um destino. A interface próxima é 
a interface do roteador que está mais perto do host de envio no caminho. Usado sem parâmetros, 
tracert exibe ajuda. 
 
• Netstat - Exibe as conexões TCP ativas, as portas nas quais o computador está escutando, as 
estatísticas Ethernet, a tabela de roteamento IP, as estatísticas IPv4 (para os protocolos IP, ICMP, 
TCP e UDP) e as estatísticas IPv6 (para os protocolos IPv6, ICMPv6, TCP via IPv6 e UDP via IPv6). 
Usado sem parâmetros, netstat exibe as conexões TCP ativas. 
 
• Route - Exibe e modifica as entradas na tabela de roteamento IP local. Usado sem parâmetros, 
route exibe ajuda. 
 
O que fazem os comandos? 
• ping –t –l 32000 www.uol.com.br 
• route ADD 10.1.1.0 MASK 255.255.255.0 192.168.1.1 
Configuração dos Routers 
 
Router 1 
int01 –10.1.10.251 
int02 –192.168.1.1 
int03 –192.168.2.1 
Int04 –192.168.3.1 
 
Router 2 
int02 –10.1.20.251 
int01 –192.168.1.2 
 
Router 3 
int02 –10.1.30.251 
int01 –192.168.2.2 
 
Router 4 
int02 –10.1.40.251 
int01 –192.168.3.2 
 
Romildo Martins Bezerra 
 
 
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• ipconfig /flushdns 
• netstat –n 
• tracert –d www.uol.com.br 
 
Estudo de Caso – Linux 
 
• Route - manipula a tabela de roteamento IP do kernel. Seu principal uso é configurar rotas 
estáticas para hosts ou redes especificadas através de uma interface, após a mesma ter sido 
configurada com o programa ifconfig. 
 
• Ping - Verifica se um computador está disponível na rede. Este comando é muito utilizado por 
alguns programas de conexão e administradores para verificar se uma determinada máquina está 
conectada na rede e também para verificar o tempo de resposta de cada máquina da rede. 
 
• Traceroute - Mostra o caminho percorrido por um pacote para chegar ao seu destino. Este 
comando mostra na tela o caminho percorrido entre os Gateways da rede e o tempo gasto de 
retransmissão. Este comando é útil para encontrar computadores defeituosos na rede caso o 
pacote não esteja chegando ao seu destino. 
 
• Netstat - Mostra conexões de rede, tabela de roteamento, estatísticas de interfaces, conexões 
masquerade, e mensagens. 
 
• TCPtraceroute - Em comparação com o traceroute normal, tcptraceroute não usa pacotes ICMP. 
Mas ainda assim usa o princípio do TTL para os hops, porém com pacotes TCP. 
A grande questão é que os pacotes TCP sempre são liberados no firewall e não bloqueados como o 
ICMP. 
 
O que fazem os comandos? 
 
• ifconfig eth0 10.0.0.3 netmask 255.255.0.0 up 
• route add default gw 10.0.0.1 
 
 
Pesquise 
1. Como é que o TCP/IP faz para saber se o computador de origem e o computador de destino 
pertencem a mesma rede? 
2. Como o roteador da figura 06 consegue identificar para onde o pedido deve voltar? 
3. Como é possível otimizar um servidor DHCP? 
4. O DHCP utiliza que protocolo de Transporte? Por quê? 
5. O RIP apresenta a melhor métrica? Porque? 
6. Veja o utilitário netsh e pathping do Windows. 
7. Qual a vantagem do tcptraceroute do Linux? 
8. O que é NAT de porta? 
9. Quais as funções de firewall? 
10. O que é um servidor proxy? 
 
Temas para trabalhos 
1. OSPF 
2. IPV6 
3. Wireshark 
 
Bibliografia 
[1] FOROUZAN, B.A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 3ª Edição. Bookman. 2006 
[2] KUROSE, J. Redes de Computadores e a Internet. 3ª Edição. Addison-Wesley, 2006. 
[3] COMER, D. E. Redes de Computadores e a Internet. 4ª Edição. Bookman. 2007.