LEITE COM BISCOITOS: RETEAMENTO E SUB-REDES

Conceitos Básicos de Roteamento e de Sub-redes

> Protocolo roteado

*Protocolos roteados e de roteamento

É muito importante realizarmos a distinção de definições de termos parecidos.

Chamamos de roteamento a técnica utilizada na identificação do caminho mais eficiente para transmitir um pacote entre dois pontos da rede. Esta função é realizada pelo roteador.

O roteamento pode ser:

● Direto: quando dois nós estão diretamente conectados no mesmo domínio de broadcast, ou seja, o endereço IP pertence a esse domínio.
● Indireto: quando o endereço de destino não faz parte do mesmo domínio de broadcast.

Tabela de roteamento: Tabela construída a partir das informações contidas no cabeçalho IP dos pacotes que passam pelo nó, e utilizada para se determinar o melhor caminho para o envio do pacote.

R1#show ip route
Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP
i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area
* - candidate default, U - per-user static route, o - ODR
P - periodic downloaded static route
Gateway of last resort is 172.16.3.2 to network 0.0.0.0
172.16.0.0/24 is subnetted, 3 subnets
C 172.16.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0
C 172.16.3.0 is directly connected, Serial0/1
S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 172.16.3.2

Um protocolo roteado define o tipo do pacote encaminhado, ou roteado, através da rede, fornecendo as informações necessárias para a transferência de dados entre dispositivos.

Exemplo: IP, IPX, AppleTalk, e DECnet.

Um protocolo de roteamento aprende rotas e as insere na Tabela de Roteamento. Identificando, dinamicamente por meio de parâmetros, o melhor caminho para o envio dos pacotes pela rede.

Exemplo: RIP, OSPF, IS-IS, IGRP, EIGRP e BGP.

* IP como protocolo roteado

O protocolo IP é um protocolo não orientado à conexão, ele é transmitido pela rede pelos roteadores, que decidem o melhor caminho analisando a sua tabela de roteamento.

* Propagação de pacotes e comutação em um roteador

Para descrever o processo de envio e pacotes por uma rede necessitamos definir mais um elemento, o Gateway.

Denominamos Gateway como qualquer computador capaz de escolher um caminho para a transmissão do pacote.

Para estabelecer uma comunicação com redes externas definimos um gateway padrão (default gateway).

O processo para a transmissão de pacotes consiste em:

1 – Quando o dado chega a camada Internet, o protocolo IP identifica o endereço de destino e analisa.

a) Se o endereço IP pertence a sua rede.
A1) Verifica se o endereço físico do host existe em sua tabela MAC.

1. Se positivo, encaminha o quadro para o host de destino.
2. Se negativo, utiliza o protocolo ARP para descobrir o endereço MAC, associado ao endereço IP de destino. Após receber o endereço MAC, encaminha o quadro ao host de destino.

b) Se o endereço IP não pertence a sua rede.
B1) Encaminha o pacote para o default gateway.
B2) O gateway consulta a sua tabela de roteamento e encaminha o pacote para o próximo nó da rede.
B3) O próximo nó, gateway, recebe o pacote, analisa com base na tabela de roteamento e encaminha para o próximo nó, com a melhor rota para o endereço IP de destino. Continuando este processo até chegar no gatewayda rede de destino.
B4) Quando o pacote chega ao gateway da rede de destino, o pacote é analisado, conforme processo a.

* Internet Protocol (IP)

O protocolo IP é um protocolo não orientado à conexão, que busca fornecer a melhor entrega possível, porém não é confiável, ou seja, não garante a entrega.

O conceito de “protocolo não orientado à conexão" significa que não existe uma conexão estabelecida antes da transmissão. Por causa desse fato o pacote pode ser extraviado, não garantindo a entrega do mesmo.

A busca da melhor entrega é realizada a partir da análise das informações contidas no cabeçalho do protocolo, que formam a tabela de roteamento.

Na camada Internet, são acrescentadas informações, que compõem o cabeçalho do protocolo IP, aos dados recebidos dos protocolos de camada superior.

No cabeçalho do protocolo IP estão informações sobre versão, endereçamento, tempo de vida do pacote, protocolo, e outros campos de controle.

O IP não trata os dados passados pelas camadas superiores, somente adiciona o cabeçalho e o encaminha para a camada inferior.

O protocolo IP usa a técnica de fragmentação (técnica de divisão dos pacotes em várias partes) para adequar o tamanho do pacote, ou datagrama, ao MTU (Maximum Transfer Unit) do quadro da tecnologia usada na camada Acesso à Rede. O padrão Ethernet especifica MTU de 1500 bytes.

9.1.5. Estrutura de um pacote IP

Descrição dos campos:

VERS: (4 bits) Versão do protocolo IP.

HLEN: (4 bits) Comprimento do cabeçalho.

Tipo de Serviço: (8 bits) Fornece uma indicação dos parâmetros de qualidade
desejada (delay, throughput, confiabilidade, custo).

Comprimento Total: (16 bits) Indica o tamanho total do pacote.

Identificação: (16 bits) Identifica cada pedaço de um pacote IP fragmentado.

Flag: (3 bits) Para controle de fragmentação.
Bit 0: reservado
Bit 1: 0 = permite fragmentação. 1 = não permite fragmentação.
Bit 2: 0 = último fragmento. 1 = mais fragmentos.

Offset do fragmento: (13 bits) Indica a posição do fragmento dentro do pacote.

TTL - Time to Live (Tempo de Vida): (8 bits) Indica o tempo máximo que o pacote
pode trafegar na rede. Cada roteador decrementa esse valor, ao chegar em zero o
pacote é descartado.

Protocolo: (8 bits) Indica o protocolo cujos dados estão sendo transportados.
ICMP = 1, TCP = 6, UDP = 17.

Checksum do cabeçalho: (16 bits) Verifica a integridade do cabeçalho. No caso de
ocorrência de erro o pacote é descartado.

Endereço IP de origem: (32 bits) Endereço IP do host que enviou o pacote.

Endereço IP de destino: (32 bits) Endereço IP do host que receberá o pacote.

Padding: (variável) Para garantir que o comprimento do cabeçalho seja múltiplo de 32 bits.

> As mecânicas da divisão em sub-redes

* Classes de endereços IP de rede

Conforme descrito anteriormente, as classes de endereços IP são: A, B, C, D e E. Sendo que as utilizadas para comunicação unicast são as classes A, B e C.

* Introdução e razão para a divisão em sub-redes

Para a criação de uma sub-rede, parte dos bits destinados aos host são utilizados. As principais vantagens associadas ao uso de sub-redes são a segmentação da rede, evitando tráfego desnecessário de broadcast, e o controle de segurança, limitando o acesso aos segmentos por meio do uso de listas de acesso.

* Estabelecimento do endereço da máscara de sub-rede

A utilização da máscara de sub-rede permite a criação de um número maior de pequenas
redes.

Possui duas formas de notação:

● Decimal pontuada: Como no endereço IP (W.X.Y.Z). Exemplo: 255.0.0.0, 255.255.0.0, 255.255.255.0, 255.255.240.0 ou 255.255.255.248.

● Prefixo (Número de bits): representada por /N, onde N indica o número de bits 1 da máscara. Exemplo: /8, /16, /24, /20, ou /29.

A máscara de sub—rede indica o limite entre a parte destinada ao host e à rede em um endereço IP. É uma seqüência de 1s consecutivos partindo dos bits mais significativos. Por ex.: a representação da máscara 255.240.0.0 ou /12 indica (11111111.11110000.00000000.00000000).

* Aplicação da máscara de sub-rede

Para aplicarmos uma máscara de sub-rede devemos realizar um AND lógico entre o endereço IP e a máscara associada.

Exemplo:
Endereço IP: 192.168.14.34
Máscara: /28 ou 255.255.255.240

Convertemos os números para binário.

(11000000.10101000.00001110.00100010) AND
(11111111.11111111.11111111.11110000)
___________________________________
(11000000.10101000.00001110.00100000)

Convertendo para decimal temos o endereço da sub-rede.
Endereço IP da sub-rede: 192.168.14.32 /28 ou (255.255.255.240)

Isso indica que teremos os seguintes endereços IP disponíveis para os hosts:
192.168.14.X onde X: (de 33 até 46), conforme a tabela abaixo.

imagem 3 Conceitos Básicos de Roteamento e de Sub-redes

* Divisão de redes das classes A, B e C em sub-redes

* Cálculos de sub-redes

Para determinarmos qual a melhor máscara que devemos utilizar na segmentação de uma rede, ou seja, na criação de sub-redes, devemos planejar o número de hosts e sub-redes que teremos em nosso ambiente, prevendo sempre possíveis expansões.

Tendo esse valores disponíveis, basta adaptá-los às possíveis configurações de números de hosts e sub-redes.

O cálculo é o seguinte:

Para hosts (independente do tipo Classfull ou Classless)
(2 elevado ao número de bits de hosts) –2 = número de hosts.

Para sub-redes Classfull:
(2 elevado ao número de bits da sub-rede) –2 = número de sub-redes.

Para sub-redes Classless:
(2 elevado ao número de bits da sub-rede) = número de sub-redes.

No caso de necessitarmos implementar em uma empresa 5 sub-redes, com no máximo 25 hosts em cada sub-rede.

A princípio vamos realizar os cálculos para Classfull:

O processo é o seguinte:

Passo 1 - Determinar a classe (A, B ou C).

Passo 2 - Converter, se necessário, a máscara no formato de prefixo.

Passo 3 - Determinar o número de bits de hosts necessários para atender ao número decimal de hosts desejado.

Passo 4 - Subtrair o número de bits encontrado da porção do número de bits da sub-rede.

Passo 5 - Calcular as possíveis sub-redes, construindo uma tabela com a seqüência numérica binária.

Passo 6 Escolher as sub-redes e implantar a solução.

Para o nosso exemplo temos:

Passo 1 - Determinar a classe (A, B ou C).

Considerando as classes A, B e C podemos verificar que a classe C se adapta a estas necessidades, sem muito desperdício de endereços IP.

Podemos, neste caso, utilizar um endereçamento IP privado para criar a nossa rede interna, corporativa, uma Intranet.

Vamos trabalhar com o nosso exemplo, que pertence a classe C: 192.168.14.0.

Passo 2 - Converter, se necessário, a máscara no formato de prefixo.

A máscara padrão para uma classe C é /24 (255.255.255.0).

Passo 3 - Determinar o número de bits de hosts necessários para atender ao número decimal de hosts desejado.

O número de bits mais próximo ao desejado é 5. Pois 25 = 32 > 25 e o imediatamente inferior (4 bits) não atenderia, pois 24 = 16 < 25.

Passo 4 - Subtrair o número de bits encontrado da porção do número de bits da sub-rede.

De acordo com a figura abaixo podemos concluir que para a classe C temos 8 bits para o número de hosts, sendo que necessitamos de 5. Portanto, 8 – 5 = 3 bits.