Sub-redes

Redes de
Computadores
Mauro Henrique Mulati
Roteiro




Sub-redes
NAT
CIDR
Protocolos de controle
Sub-redes


Todos os hosts de uma rede devem ter o
mesmo número de rede
Ex.: Universidade pega endereço de classe B






Depto. Ciência da Computação
Depto. Física
Depto. Matemática
...
Regra Ethernet dos 4 repetidores alcançada
Difícil obter outro endereço IP (60.000)
Sub-redes


Endereço classe A, B ou C se refere a uma
rede, e não conjunto de redes
A solução


Permitir que uma rede seja dividida em diversas
partes para uso interno
Externamente continue a funcionar como uma
única rede
Sub-redes
Sub-redes

Roteamento

Para qual sub-rede entregar o pacote?
 Tabela com todas as entradas (216 = 65.536)


Muito extensa
Parte dos bits do número de host são usados para criar um
número de sub-rede
Classe B
Classe B
•2 bits classe
•2 bits classe
•14 bits rede
•14 bits rede
•16 bits host
•6 bits sub-rede: 62 sub-redes
•10 bits host: 1022 hosts
Sub-redes

Máscara de sub-rede



Classe B
255.255.252.0
/22
Sub-redes

Endereços




Em binário




130.50.4.1
130.50.8.1
130.50.12.1
10000010 00110010 000001|00 00000001
10000010 00110010 000010|00 00000001
10000010 00110010 000011|00 00000001
Máscara de sub-rede

11111111 11111111 111111|00 00000000
Sub-redes

Roteador

Lista



(rede, 0): Como chegar a redes distantes
(esta rede ou host): Como chegar aos host locais
Associadas com interfaces de rede para alcançar
destino e algumas outras informações
Sub-redes

Pacote IP recebido




Endereço de destino é procurado na tabela de
roteamento
Se for uma rede distante, pacote encaminhado para
próximo roteador da interface fornecida na tabela
Se for um host local, (e.g. na LAN do roteador) o
pacote é enviado diretamente para lá
Se a rede não estiver presente, o pacote será enviado
para um roteador pré-definido que tenha tabelas
maiores
Sub-redes

Sub-redes



(rede, sub-rede, 0)
(esta rede, esta sub-rede, host)
AND booleano com a máscara de sub-rede

Eliminar o número de host e pesquisa o endereço
resultante em suas tabelas

Depois de determinar a classe
Sub-redes

IP



Máscara



130.50.15.6
10000010 00110010 00001111 00000110
255.255.252.0
11111111 11111111 11111100 00000000
AND booleano


10000010 00110010 00001100 00000000
130.50.12.0
Sub-redes



130.50.12.0
Usado para acessar tabelas de roteamento
para descobrir a entrada a usar para chegar
ao roteador correspondente à sub-rede 3
A divisão em sub-redes reduz o espaço na
tabela do roteador, criando uma hierarquia
de 3 níveis

Rede

Sub-rede

Host
Sub-redes

A divisão em sub-redes não é visível fora da
rede

Não precisa intervenção ICANN
Sub-redes

Exercício


Dada uma rede classe B, crie 4 sub-redes
utilizáveis e mostre os endereços IP das subredes e do broadcast.
Quantos hosts poderão ter cada sub-rede?
Sub-redes





1.º: Criar máscara de sub-rede
2.º: Quantos bits são necessários para ter-se
4 sub-redes?
3.º: Definir número de rede com base na
máscara
4.º: Endereço de rede, Endereço de Broadcast
5.º: Quantos host por sub-rede
NAT


NAT: Network Adress Translation
Esgotar endereços IP


IPv6: com lentidão
Idéia:

Atribuir a cada empresa um único endereço IP


Ou no máximo um número pequeno
Internamente, cada computador tem IP exclusivo
(privativo)
NAT

Endereços privativos



10.0.0.0 – 10.255.255.255 (16.777.216 hosts)
172.16.0.0 – 172.31.255.255 (1.042.576 hosts)
192.168.0.0 – 192.168.255.255 (65.536 hosts)
NAT

Caixa NAT



Pode ser com firewall
Com roteador
Independente
NAT

Quando pacote sai é convertido pela caixa
NAT


10.0.0.1 -> 192.60.42.12
E quando volta?


Endereçado para 192.60.42.12
Como a caixa NAT saberá para qual computador
enviar a resposta?
NAT

TCP e UDP possuem portas




Porta de origem
Porta de destino



Primeiras 4096 reservadas
80: Servidor Web
Mensagem TCP tem porta de origem e destino


16 bits = 65.536
Indica onde a conexão TCP começa e termina
Essas portas servem para identificar os processos que
utilizam a conexão em ambas as extremidades
Analogia com central telefônica de empresa
NAT

Quando pacote sai:


10.x.y.z é substituído pelo endereço IP verdadeiro
da empresa
Porta de origem do TCP é substituído por um
índice p/ tabela de conversão de 65.536 entradas
da caixa NAT


Soma de verificação do cabeçalho IP e TCP são
recalculados
Quando pacote entra:

Processo inverso
NAT: Problemas

Viola o modelo arquitetônico do IP



Todo endereço IP identifica uma única máquina
em todo o mundo
Internet muda característica de rede sem
conexões para uma espécie de rede orientada a
conexões
Viola regra fundamental da distribuição de
protocolos em camadas: camada k não pode
fazer quaisquer suposições sobre o que a
camada k+1 inseriu no campo de carga útil
NAT: Problemas

Outros protocolos da camada de transporte


Endereços IP no corpo do texto



FTP (File Transfer Protocol) padrão
Protocolo de telefonia da Internet H.323
Campo porta de origem de 16 bits: 65.536



Multimídia
65536-4096 = 61440
Permite que 61440 pares de aplicações se
comuniquem ao mesmo tempo
IPv6
NAT: Lembretes



Analisa camada 4
Lista de portas
Qual poderia ser uma outra maneira de
implementar o NAT?

Através de um campo de opção
CIDR



ClassLess InterDomain Routing
O IP está ficando sem endereços
Se um site precisa de 2000 endereços


Receberá um bloco de 2048 endereços
A eliminação de classes torna o
encaminhamento mais complicado
CIDR

Roteamento no antigo sistema de classes





Pacote IP chegava ao roteador
Uma cópia do endereço IP era deslocada 28 bits
para a direita afim de se descobrir a classe (A, B,
C, D)
O código para cada classe era então usado para
mascarar o número de rede de 8, 16 ou 24 bits e o
alinhava a direita em uma palavra de 32 bits
Em seguida, o número de rede era pesquisado na
tabela de A, B ou C
Depois que a entrada era encontrada, a linha de
saída podia ser pesquisada e o pacote
encaminhado
CIDR


Cada entrada na tabela de roteamento é
estendida com uma máscara de 32 bits
Agora existe uma única tabela de roteamento
para todas as redes, consistindo em um array
de triplas (endereço IP, máscara de sub-rede,
linha de saída)
CIDR


Quando um pacote chega, seu endereço de
destino é extraído
Depois (conceitualmente), a tabela de
roteamento é varrida entrada por entrada
mascarando-se o endereço de destino e
comparando-se esse endereço com a entrada
de tabela, em busca de uma correspondência.
CIDR


É possível que várias entradas (com
diferentes comprimentos de máscaras de subredes) correspondam e, nesse caso, será
usada a máscara mais longa
Portanto, se houver uma correspondência
para a máscara /20 e uma máscara /24, será
usada a entrada /24
CIDR







Exemplo no qual estão disponíveis milhões de endereços
Começando em 194.24.0.0
Suponha que a Universidade de Cambridge precise de
2048 endereços e receba os endereços de
194.24.0.0 a 194.24.7.255 másc. 255.255.248.0
11000010.00011000.00000000.00000000
11000010.00011000.00000111.11111111
11111111.11111111.11111000.00000000
211=2048
CIDR








Suponha que a Universidade de Oxford precise de 4096
Como um bloco de 4096 endereços deve ficar em um
limite de 4096 bytes, não podem ser fornecidos
endereços que comecem em 194.24.8.0 (por causa do
último 1)
212=4096
11000010.00011000.00001000.00000000
Em vez disso, são fornecidos endereços de
194.24.16.0 a 194.24.31.255 másc. 255.255.240.0
11000010.00011000.00010000.00000000
11000010.00011000.00011111.11111111
11111111.11111111.11110000.00000000
212=4096
CIDR





Agora, Universidade de Edinburgh solicita 1024
endereços e são atribuídos
194.24.8.0 a 194.24.11.255 másc. 255.255.252.0
11000010.00011000.00001000.00000000
11000010.00011000.00001011.11111111
11111111.11111111.11111100.00000000
210=1024
CIDR
CIDR

As tabelas de roteamento do mundo inteiro agora estão atualizadas com as
três entradas atribuídas. Cada entrada contém um endereço básico e uma
máscara de sub-rede. Essas entradas em binário:

Considere que chega o pacote 194.24.17.4
11000010.00011000.00010001.00000100

Universid.
Primeiro endereço
Cambrigde
11000010.00011000.00000000.00000000
Edinburgh
11000010.00011000.00001000.00000000
(Disp.)
11000010.00011000.00001100.00000000
Oxford
11000010.00011000.00010000.00000000
Esse valor corresponde ao endereço básico de Oxford. Senão for
encontrada nenhuma outra correspondência mais abaixo na tabela, será
utilizada a entrada de Oxford, e o pacote será enviado pela linha
especificada.
CIDR

Agora vamos observar essas três universidades do ponto de vista de um
roteador em Omaha, Nebraska, que tem apenas quatro linhas de saída:
Minneapolis, Nova York, Dallas e Denver

Ao receber as três novas entradas, o software do roteador verifica que pode
combinar todas as três entradas em uma única entrada agregada
194.24.0.0/19 com um endereço binário e a submáscara:

194.24.0.0/19
11000010.00011000.00000000.00000000
11111111.11111111.11100000.00000000



Essa entrada envia todos os pacotes destinados a quaiquer das três
universidades para Nova York. Agregando as três entradas, o roteador
de Omaha reduziu seu tamanho de tabela em duas entradas

Se Nova York tem um única linha para Londres, relativa a todo o tráfego
do Reino Unido, pode usar uma entrada agregada. Porém se houverem
linhas separadas p/ Londres e Edinburgh, serão necessárias três
entradas separadas.

A agregação é muito utilizada em toda a Internet para reduzir o tamanho
das tabelas de roteadores.
CIDR



A entrada de rotas agregadas também envia
pacotes correspondentes aos endereços nãoatribuídos para Nova York
Desde que os endereços sejam de fato não
atribuídos, não há problema
Mas se forem pra Califórnia, por ex., será
preciso uma entrada 194.24.12.0/22 para lidar
com eles
Protocolos de controle da
Internet

ICMP (Internet Control Message Protocol)

Operação da Internet é monitorada rigorosamente
pelos roteadores



Quando ocorre algo inesperado, o evento é reportado
pelo ICMP
Também é usado para testar a Internet
Cada tipo de mensagem ICMP é encapsulado em
um pacote IP
ICMP
ICMP

Não foi possível entregar o pacote


O campo Time to live chegou a 0




Ou DF não pode ser mantido
Loop
Congestinamento
Valores baixos para o timer
Campo de cabeçalho inválido


Bug software IP do transmissor
Software de um roteador
ICMP

Pacote regulador



Ensina geografia a um roteador




Host deve desacelerar
Controle de congestionamento feito na camada de
transporte
Roteador percebe que pacote pode ter sido
roteado incorretamente
Avida o host transmissor do provável erro
Pergunta se uma máquina está ativa
Sim estou ativa
ICMP


Igual a Echo, mas com timbre de hora
Igual a Echo reply, mas com timbre de hora


Usados para medir desempenho da rede
Existem outras
ARP





ARP (Address Resolution Protocol)
Cada placa Ethernet é equipada com um
endereço Ethernet de 48 bits
Solicitam a uma autoridade central
Não entendem endereços IP
De que forma os endereços IP são mapeados
nos endereços da camada de enlace de
dados, como é o caso dos endereços
Ethernet?
ARP
3 /24 interconectadas: 2 Ethernets e um anel
3 redes
FDDI
ARP



E1 a E6
F1 a F3
Host 1 -> host 2



Sabe o nome, recebe o IP do DNS
Host 2: 192.31.65.5
Host 1 constrói pacote:



Destination address: 192.31.65.5
Software IP vê que está na própria rede
Precisa pegar o endereço Ethernet

Poderia ser arquivo de configuração
 Tarefa demorada e propensa a erros
ARP





Envia pacote de difusão p/ Ethernet perguntando:
a quem pertence o endereço IP 192.31.65.5?
A difusão chegará a cada máquina da Ethernet
192.31.65.0 e cada uma delas verificará seu
endereço IP
Somente o host 2 responderá com seu endereço
Ethernet E2
Dessa forma, o host 1 descobrirá que o endereço
IP 192.31.65.5 está no host que tem o endereço
Ethernet E2
Vantagem sobre arquivos de configuração é a
simplicidade
ARP



Nesse ponto, o software IP do host 1 constrói
um quadro Ethernet endereçado a E2, coloca
o pacote IP (endereçado a 192.31.65.5) no
campo de carga útil e o envia à Ethernet
A placa Ethernet do host 2 detecta esse
quadro, reconhece-o como uma quadro
destinado a ela, recolhe-o e causa uma
interrupção
O driver Ethernet extrai o pacote IP da carga
útil e o repassa ao software IP, que verifica se
ele está corretamente endereçado, e depois o
processa
ARP

Otimizações


Depois que uma máquina executa o ARPela
armazena o resultado em uma cache, caso
precise entrar em contato com a mesma máquina
depois
Host 2 precisará enviar uma resposta, o que
também forcará a execução do ARP para
determinar o endereço Ethernet do transmissor



Host 1 inclui seu mapeamento IP para Ethernet no
pacote ARP
Quando a difusão do ARP chega ao host 2, o par
(192.31.65.7, E1) é inserido no cache ARP do host 2
para uso futuro
Todas as máquinas da rede Ethernet podem fazê-lo
ARP

Otimizações


Máquina difundir o mapeamento IP, Ethernet ao
ser inicializada
Feita em geral quando um ARP procura seu
próprio endereço IP




Não deve haver resposta, mas um efeito colateral da
difusão é criar uma entrada no cache ARP de todas as
máquinas
Se chegar uma resposta (inesperada) isso significa que
o mesmo endereço IP foi atribuído a duas máquinas
A nova máquina deve informar esse fato ao
administrador do sistema e não deverá ser
reinicializada
Entradas no cache ARP sofrem timeout após
alguns minutos
ARP

Host 1 -> Host 4


ARP: problema porque host 4 não verá a difusão
1.ª solução:



Roteador CC ser configurado para responder
solicitações ARP para a rede 192.31.63.0
Neste caso, o host 1 criará a entrada (192.31.63.8, E3)
e enviará todo o tráfego do host 4 para o roteador local
ARP proxy
ARP

2.ª solução


Fazer com que host 1 veja imediatamente que o
destino está em uma rede remota e envie todo o
tráfego para um endereço Ethernet padrão que
trata do tráfego remoto, nesse caso E3
Não requer que o roteador CC saiba a que redes
remotas está servindo
ARP




Host 1 coloca pacote IP no campo carga útil
de um quadro Ethernet endereçado a E3
Quando obtém o quadro Ethernet, o roteador
CC remove o pacote IP do campo de carga
útil e procura o endereço IP nas tabelas de
roteamento
Esse roteador descobre que os pacotes
destinados à rede 192.31.63.0 devem ir para o
roteador 192.31.60.7
Se ainda não souber o endereço FDDI de
192.31.60.7 o roteador transmitirá um pacote
ARP para o anel e descobrirá que é F3
ARP





Em seguida, ele incluirá o pacote no campo de carga útil de um
quadro FDDI endereçado a F3 e o colocará no anel
No roteador EE, o driver FDDI remove o pacote do campo de carga
útil e o envia ao software IP, que constata a necessidade de enviar o
pacote para 192.31.63.8
Se esse endereço IP não estiver em seu cache ARP, o software
transmitirá uma solicitação ARP através da rede Ethernet do EE e
descobrirá que o endereço de destino é E6
Em seguida, o software montará um quadro Ethernet endereçado a
E6, colocará o pacote no campo de carga útil e fará sua transmissão
na Ethernet
Quando o quadro Ethernet chegar ao host 4, o pacote será extraído
do quadro e repassado do software IP para processamento
ARP

Ir do host 1 até uma rede distante passando
por uma WAN é um processo praticamente
igual, exceto pelo fato de que, dessa vez, as
tabelas do roteador CC o informam de que ele
deve usar o roteador da WAN, cujo endereço
FDDI é F2
RARP: Reverse Address Resolution Protocol




Qual é o endereço IP correspondente a um
endereço Ethernet?
Ocorre quando uma estação de trabalho sem
disco é inicializada
Máquina obtém imagem binária de seu
sistema operacional a partir de um servidor de
arquivos remoto
RARP: Pacote: meu endereço Ethernet de 48
bits é 14.04.05.18.01.25. Alguém conhece
meu IP?

O servidor RARP vê essa solicitação, procura o
endereço Ethernet em seus arquivos de
configuração e envia de volta o endereço IP
correspondente
RARP




Melhor que a inclusão de um endereço IP na
imagem de memória
Uma desvantagem do RARP é que utiliza
endereço de destino composto somente por
valores 1 (difusão limitada) para chegar ao
servidor RARP
Não são encaminhadas pelos roteadores
É necessário um servidor RARP em cada rede
BOOTP




Utiliza UDP, que são encaminhados pelos
roteadores
Fornece informações adicionais a uma
estação de trabalho sem disco, inclusive o
endereço IP do servidor de arquivos com a
imagem
Endereço IP do roteador padrão e a máscara
de sub-rede a ser usada
Exige configuração manual de tabelas que
mapeiam IPs para Ethernet
BOOTP


Problema quando um novo host é adicionado:
o administrador deve atribuir a ele um
endereço IP
Inserido manualmente o par (endereço
Ethernet, endereço IP) na tabelas de
configuração do BOOTP
DHCP


DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Permite atribuição manual e a atribuição
automática de endereços IP


Substitui o RARP e o BOOTP na maioria dos
sistemas
Tendo em vista que o servidor DHCP pode
não estar disponível por difusão, um agente
de retransmissão DHCP é necessário em
cada LAN
DHCP





Uma máquina recém-inicializada transmite por
difusão
DHCP DISCOVER
O agente de restransmissão em sua LAN
intercepcta todas as difusões do DHCP
Ele envia em unidifusão ao servidor DHCP,
talvez em uma rede distante
O agente precisa do IP do DHCP
DHCP
DHCP

Tempo IP


Arrendamento (leasing)
Pouco antes de expirar o prazo de
arrendamento, o host deve solicitar ao DHCP
uma renovação