Como funciona o endereçamento de IP, máscara de rede e endereço de networking e broadcast?

INTRODUÇÃO

Quando você configura o protocolo TCP/IP em um computador Microsoft Windows, um endereço IP, máscara de subnet e, geralmente, um gateway padrão são necessários nas configurações de configuração TCP/IP. Para configurar corretamente o TCP/IP, é necessário entender como as redes TCP/IP são abordadas e divididas em redes e subredes. Este artigo destina-se como uma introdução geral aos conceitos de redes IP e subnetting. Um glossário está incluído no final do artigo.

Informações adicionais

O sucesso do TCP/IP como protocolo de rede da Internet é em grande parte por causa de sua capacidade de conectar redes de diferentes tamanhos e sistemas de diferentes tipos. Essas redes são arbitrariamente definidas em três classes principais (juntamente com algumas outras) que têm tamanhos predefinidos, cada um dos quais pode ser dividido em subredes menores pelos administradores do sistema. Uma máscara de subnet é usada para dividir um endereço IP em duas partes. Uma parte identifica o hospedeiro (computador), a outra parte identifica a rede à qual pertence. Para entender melhor como funcionam os endereços IP e as máscaras de subnet, veja um endereço IP (Protocolo de Internet) e veja como ele é organizado.

Endereços IP: Redes e anfitriões

Um endereço IP é um número de 32 bits que identifica exclusivamente um host (computador ou outro dispositivo, como uma impressora ou roteador) em uma rede TCP/IP. Os endereços IP são normalmente expressos em formato pontilhada-decimal, com quatro números separados por períodos, como 192.168.123.132. Para entender como as máscaras de subnet são usadas para distinguir entre hosts, redes e subredes, examine um endereço IP em notação binária. Por exemplo, o endereço IP pontilhada-decimal 192.168.123.132 é (em notação binária) o número de 32 bits 1100000010100111111000000010000000000. Este número pode ser difícil de fazer sentido, então divida-o em quatro partes de oito dígitos binários. Estas oito seções bit são conhecidos como octetos. O endereço IP de exemplo, então, torna-se 11000000.10101000.01111011.100000100. Este número só faz um pouco mais de sentido, então para a maioria dos usos, converter o endereço binário em formato pontilhada-decimal (192.168.123.132). Os números decimais separados por períodos são os octetos convertidos de notação binária a decimal. Para que uma rede de área larga TCP/IP (WAN) funcione de forma eficiente como uma coleção de redes, os roteadores que passam pacotes de dados entre as redes não sabem a localização exata de um hospedeiro para o qual um pacote de informações está destinado. Os roteadores só sabem em que rede o host é membro e usam informações armazenadas em sua tabela de rotas para determinar como levar o pacote para a rede do anfitrião do destino. Depois que o pacote é entregue na rede do destino, o pacote é entregue ao anfitrião apropriado. Para que esse processo funcione, um endereço IP tem duas partes. A primeira parte de um endereço IP é usada como um endereço de rede, a última parte como um endereço de host. Se você tomar o exemplo 192.168.123.132 e dividi-lo nestas duas partes você começa o seguinte:

   192.168.123. Network .132 Host
 

-ou-

   192.168.123.0 - network address. 0.0.0.132 - host address.
 

Máscara subnet

O segundo item, que é necessário para o TCP/IP funcionar, é a máscara da subnet. A máscara de subnet é usada pelo protocolo TCP/IP para determinar se um hospedeiro está na subrede local ou em uma rede remota. No TCP/IP, as partes do endereço IP que são usadas como endereços de rede e host não são fixas, de modo que a rede e os endereços de acolhimento acima não podem ser determinados a menos que você tenha mais informações. Esta informação é fornecida em outro número de 32 bits chamado uma máscara de subnet. Neste exemplo, a máscara subnet é 255.255.255.0. Não é óbvio o que este número significa a menos que você saiba que 255 em notação binária é igual a 1111111; assim, a máscara subnet é:

   11111111.11111111.11111111.0000000
 

Alinhar o endereço IP e a máscara de subnet juntos, as partes da rede e do anfitrião do endereço podem ser separadas:

   11000000.10101000.01111011.10000100 -- IP address (192.168.123.132)
   11111111.11111111.11111111.00000000 -- Subnet mask (255.255.255.0)
 

Os primeiros 24 bits (o número de pessoas na máscara de subnet) são identificados como o endereço da rede, com os últimos 8 bits (o número de zeros restantes na máscara de subnet) identificados como o endereço de hospedeiro. Isso lhe dá o seguinte:

   11000000.10101000.01111011.00000000 -- Network address (192.168.123.0)
   00000000.00000000.00000000.10000100 -- Host address (000.000.000.132)
 

Então agora você sabe, para este exemplo usando uma máscara de subnet 255.255.2, que o ID de rede é 192.168.123.0, e o endereço do host é 0.0.0.0.132. Quando um pacote chega na subrede 192.168.123.0 (da subrede local ou de uma rede remota), e tem um endereço de destino de 192.168.123.132, seu computador o receberá da rede e o processará. Quase todas as máscaras subnetas decimais convertem-se em números binários que são todos à esquerda e todos os zeros à direita. Algumas outras máscaras comuns de subnet são:

   Decimal                 Binary
   255.255.255.192         1111111.11111111.1111111.11000000
   255.255.255.224         1111111.11111111.1111111.11100000
 

O Internet RFC 1878 (disponível a partir de InterNIC -Public Information Regarding Internet Domain Name Registration Services) descreve assubredes válidas e máscaras subnetas que podem ser usadas em redes TCP/IP.  

Aulas em rede

Os endereços da Internet são alocados pela InterNIC,a organização que administra a Internet. Esses endereços IP são divididos em classes. Os mais comuns deles são as classes A, B e C. Classes D e E existem, mas geralmente não são usadas por usuários finais. Cada uma das classes de endereços tem uma máscara de subnet padrão diferente. Você pode identificar a classe de um endereço IP olhando para seu primeiro octeto. A seguir estão os intervalos dos endereços de Internet classe A, B e C, cada um com um endereço de exemplo:

• As redes classe A usam uma máscara de subnet padrão de 255,0,0 e têm 0-127 como seu primeiro octeto. O endereço 10.52.36.11 é um endereço de classe A. Seu primeiro octeto é 10, que está entre 1 e 126, inclusive.
• As redes classe B usam uma máscara de subnet padrão de 255.255.0.0 e têm 128-191 como seu primeiro octeto. O endereço 172.16.52.63 é um endereço de classe B. Seu primeiro octeto é 172, que está entre 128 e 191, inclusive.
• As redes classe C usam uma máscara de subnet padrão de 255.255.255.0 e têm 192-223 como seu primeiro octeto. O endereço 192.168.123.132 é um endereço de classe C. Seu primeiro octeto é 192, que está entre 192 e 223, inclusive.

Em alguns cenários, os valores padrão da máscara subnetnão se encaixam nas necessidades da organização, devido à topologia física da rede, ou porque o número de redes (ou hosts) não se encaixa nas restrições padrão da máscara de subnet. A próxima seção explica como as redes podem ser divididas usando máscaras de subnet.

Sub-redes

Uma rede Classe A, B ou C TCP/IP pode ser dividida ou subaferida por um administrador do sistema. Isso se torna necessário à medida que você concilia o esquema de endereçológico da Internet (o mundo abstrato de endereços IP e subnetas) com as redes físicas em uso pelo mundo real. Um administrador de sistema que tenha um bloco de endereços IP pode estar administrando redes que não são organizadas de uma forma que se adapte facilmente a esses endereços. Por exemplo, você tem uma ampla rede de área com 150 hosts em três redes (em diferentes cidades) que são conectadas por um roteador TCP/IP. Cada uma dessas três redes tem 50 hosts. Você recebe a rede classe C 192.168.123.0. (Para ilustração, este endereço é, na verdade, de uma faixa que não é alocada na Internet.) Isso significa que você pode usar os endereços 192.168.123.1 a 192.168.123.254 para seus 150 anfitriões. Dois endereços que não podem ser usados em seu exemplo são 192.168.123.0 e 192.168.123.255 porque os endereços binários com uma parcela do anfitrião de todos os e todos os zeros são inválidos. O endereço zero é inválido porque é usado para especificar uma rede sem especificar um host. O endereço 255 (em notação binária, um endereço de host de todos os) é usado para transmitir uma mensagem para cada host em uma rede. Basta lembrar que o primeiro e último endereço em qualquer rede ou subnet não pode ser atribuído a qualquer host individual. Agora você deve ser capaz de dar endereços IP para 254 anfitriões. Isso funciona bem se todos os 150 computadores estiverem em uma única rede. No entanto, seus 150 computadores estão em três redes físicas separadas. Em vez de solicitar mais blocos de endereços para cada rede, você divide sua rede em subredes que permitem que você use um bloco de endereços em várias redes físicas. Neste caso, você divide sua rede em quatro subredes usando uma máscara de subnet que torna o endereço de rede maior e a possível gama de endereços de host menores. Em outras palavras, você está "pedindo emprestado" alguns dos bits geralmente usados para o endereço de host, e usá-los para a parte de rede do endereço. A máscara subnet 255.255.255.192 dá-lhe quatro redes de 62 anfitriões cada. Isso funciona porque na notação binária, 255.255.255.192 é o mesmo que 1111111.1111111.11111.1111.110000. Os dois primeiros dígitos do último octeto tornam-se endereços de rede, então você obtém as redes adicionais 00000000 (0), 01000000 (64), 10000000 (128) e 11000000 (192). (Alguns administradores usarão somente dois dos subnetworks usando 255.255.255.192 como uma máscara do subnet. Para mais informações sobre este tema, consulte rfc 1878.) Nestas quatro redes, os últimos 6 dígitos binários podem ser usados para endereços de hospedeiro. Usando uma máscara subnet de 255.255.255.192, sua rede 192.168.123.0 torna-se então as quatro redes 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 e 192.168.123.192. Essas quatro redes teriam como endereços de acolhimento válidos:

   192.168.123.1-62
   192.168.123.65-126
   192.168.123.129-190
   192.168.123.193-254
 

Lembre-se, novamente, que endereços de hospedeiro bináriocom todos os ou todos os zeros são inválidos, então você não pode usar endereços com o último octeto de 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 ou 255. Você pode ver como isso funciona olhando para dois endereços de host, 192.168.123.71 e 192.168.123.133. Se você usou a máscara de subnet classe C padrão de 255.255.255.0, ambos os endereços estão na rede 192.168.123.0. No entanto, se você usar a máscara subnet de 255.255.255.192, eles estão em diferentes redes; 192.168.123.71 está na rede 192.168.123.64, 192.168.123.133 está na rede 192.168.123.128.

Gateways padrão

Se um computador TCP/IP precisar se comunicar com um host em outra rede, ele geralmente se comunicará através de um dispositivo chamado roteador. Em termos TCP/IP, um roteador especificado em um host, que liga a subrede do host a outras redes, é chamado de gateway padrão. Esta seção explica como tcp/ ip determina se deve ou não enviar pacotes para o seu gateway padrão para chegar a outro computador ou dispositivo na rede. Quando um host tenta se comunicar com outro dispositivo usando TCP/IP, ele executa um processo de comparação usando a máscara de subnet definida e o endereço IP de destino versus a máscara de subnet e seu próprio endereço IP. O resultado desta comparação informa ao computador se o destino é um anfitrião local ou um hospedeiro remoto. Se o resultado deste processo determinar o destino como um anfitrião local, o computador simplesmente enviará o pacote na subnet local. Se o resultado da comparação determinar o destino como um hospedeiro remoto, o computador encaminhará o pacote para o gateway padrão definido em suas propriedades TCP/IP. É então a responsabilidade do roteador para encaminhar o pacote para a subnet correta.

Solução de problemas

Os problemas de rede TCP/IP são frequentemente causados pela configuração incorreta das três entradas principais nas propriedades TCP/IP de um computador. Ao entender como os erros na configuração TCP/IP afetam as operações de rede, você pode resolver muitos problemas comuns de TCP/IP. Máscara subnet incorreta: se uma rede usar uma máscara de subnet diferente da máscara padrão para sua classe de endereços, e um cliente ainda estiver configurado com a máscara de subnet padrão para a classe de endereço, a comunicação não conseguirá algumas redes próximas, mas não para as distantes. Como exemplo, se você criar quatro subredes (como no exemplo de subcompensação), mas usar a máscara subnet incorreta de 255.255.255.0 em sua configuração TCP/IP, os hosts não serão capazes de determinar que alguns computadores estão em subredes diferentes das suas. Quando isso acontecer, pacotes destinados a hosts em diferentes redes físicas que fazem parte do mesmo endereço classe C não serão enviados para um gateway padrão para entrega. Um sintoma comum disso é quando um computador pode se comunicar com os anfitriões que estão em sua rede local e pode falar com todas as redes remotas, exceto aqueles que estão nas proximidades e têm a mesma classe A, B ou endereço C. Para corrigir esse problema, basta digitar a máscara de subnet correta na configuração TCP/IP para esse host. Endereço IP incorreto: se você colocar computadores com endereços IP que devem estar em subredes separadas em uma rede local uns com os outros, eles não serão capazes de se comunicar. Tentarão emitir pacotes a se através de um roteador que não pudesse os encaminhar corretamente. Um sintoma deste problema é um computador que pode falar com hosts em redes remotas, mas não pode se comunicar com alguns ou todos os computadores em sua rede local. Para corrigir esse problema, certifique-se de que todos os computadores da mesma rede física tenham endereços IP na mesma subrede IP. Se você ficar sem endereços IP em um único segmento de rede, existem soluções que vão além do escopo deste artigo. Gateway padrão incorreto: um computador configurado com um gateway padrão incorreto será capaz de se comunicar com os anfitriões em seu próprio segmento de rede, mas não se comunicará com os hosts em algumas ou todas as redes remotas. Se uma única rede física tiver mais de um roteador e o roteador errado for configurado como um gateway padrão, um host poderá se comunicar com algumas redes remotas, mas não com outras. Esse problema é comum se uma organização tiver um roteador para uma rede Interna de TCP/IP e outro roteador conectado à Internet.