Sub-Redes - Alves Passos

REDES DE COMPUTADORES – Sub-redes
Fundamentos:
A máscara de sub-rede pode ser usada para dividir uma rede existente em "sub-redes". Isso
pode ser feito para:
1) reduzir o tamanho dos domínios de broadcast (criar redes menores com menos tráfego);
2) para permitir que LANs em lugares geográficos diferentes se comuniquem ou
3) para separar uma LAN de outra por razões de segurança. Os roteadores separam as
sub-redes e um roteador determina quando um pacote pode ir de uma sub-rede a outra.
Cada roteador por onde um pacote passa é considerado um "salto". As máscaras de subrede ajudam as estações de trabalho, os servidores e os roteadores em uma rede IP a
determinar se o host de destino do pacote que eles desejam enviar está na sua própria rede
ou em outra. Faremos uma revisão da máscara de sub-rede padrão e depois nos
concentraremos nas máscaras de sub-rede personalizadas, que usarão mais bits que a
máscara de sub-rede padrão, "tomando emprestados" esses bits da parte do host do
endereço IP. Isso gera um endereço com três partes: 1) o endereço de rede original
atribuído, 2) o endereço de sub-rede formado pelos bits "emprestados" e 3) o endereço de
host formado pelos bits restantes após ter sido tomado bits emprestados para as sub-redes.
Conceitos básicos do endereço IP.
Os endereços IP de rede são atribuídos pelo Internet Network Information Center (InterNIC).
Se sua organização tiver um endereço de rede IP de classe "A", o primeiro octeto (8 bits)
será atribuído pelo InterNIC e ela poderá usar os 24 bits restantes para definir até 16.777.214
hosts na rede. São muitos hosts! Não é possível colocar todos esses hosts em uma rede
física sem separá-los com roteadores e sub-redes. Uma estação de trabalho pode estar em
uma rede ou sub-rede e um servidor pode estar em outra rede ou sub-rede. Quando a
estação de trabalho precisar recuperar um arquivo no servidor, precisará usar sua máscara
de sub-rede para determinar a rede ou sub-rede onde o servidor está. A finalidade de uma
máscara de sub-rede é ajudar os hosts e os roteadores a determinar o local da rede onde um
host de destino possa ser encontrado. Consulte a seguinte tabela para fazer uma revisão das
classes de endereço IP, máscaras de sub-rede padrão e o número de redes e hosts que
podem ser criados com todas as classes de endereço de rede.
Cls Intervalo Bits de
ID de
decimal ordem rede/host
do 1º
superior (N = Rede,
octeto
do 1º
H = Host)
octeto
A
1 - 126*
0
N.H.H.H
B 128 - 191
10
N.N.H.H
C 192 - 223
110
N.N.N.H
Máscara de
sub-rede
padrão
Número de redes
Hosts por rede
(endereços que
possam ser usados)
255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
126 (27 - 2)
16.382 (214 - 2)
2.097.150 (221 - 2)
16.777.214 (2 24 - 2)
65.534 (2 16 - 2)
254 (2 8 - 2)
O processo de AND.
Os hosts e os roteadores usam o processo de AND para determinar se um host de destino
está na mesma rede ou não. O processo de AND é feito todas as vezes que um host deseja
enviar um pacote para outro host em uma rede IP. Se você desejar se conectar a um
servidor, deverá conhecer seu endereço IP ou poderá inserir apenas o nome do host (por
exemplo, www.uol.com.br) e um Domain Name Server (DNS) converterá o nome do host em
um endereço IP. Primeiro, o host de origem comparará (AND) seu próprio endereço IP com
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sua própria máscara de sub-rede. O resultado do AND visa identificar a rede onde o host de
origem reside. Ele comparará, então, o endereço IP de destino com sua própria máscara de
sub-rede. O resultado do 2º AND será a rede onde o host de destino estará. Se o endereço
de rede de origem e o endereço de rede de destino forem os mesmos, eles poderão se
comunicar diretamente. Se os resultados forem diferentes eles estarão em redes ou subredes diferentes e precisarão se comunicar através de roteadores ou não poderão se
comunicar de forma alguma.
O AND depende da máscara de sub-rede. Um máscara de sub-rede padrão para uma rede
de classe C é 255.255.255.0 ou 11111111.111111111.111111111.00000000. Ela é
comparada com o endereço IP de origem a cada bit. O primeiro bit do endereço IP é
comparado com o primeiro bit da máscara de sub-rede e o segundo bit com o segundo, etc.
Se os dois bits forem 1s, então o resultado do AND é um UM. Se os dois bits forem um zero
e um um ou dois zeros então, o resultado do AND será um ZERO. Basicamente, isso
significa que uma combinação de dois 1s é igual a um UM, as demais são sempre iguais a
zero. O resultado do processo de AND é o número de rede ou de sub-rede onde o endereço
de origem ou destino está.
Duas redes de classe C usando a máscara de sub-rede padrão.
Este exemplo mostrará como uma máscara de sub-rede padrão de classe C pode ser usada
para determinar em que rede o host está. Uma máscara de sub-rede padrão não divide um
endereço em sub-redes. Se a máscara de sub-rede padrão for usada, a rede não será
dividida em sub-redes. O Host X (origem) na rede 200.1.1.0 tem um endereço IP 200.1.1.5 e
quer enviar um pacote ao Host Z (destino) na rede 200.1.2.0 e tem um endereço IP
200.1.2.8. Todos os hosts em todas as redes estão conectados a hubs ou switches e depois
a um roteador. Lembre-se de que em um endereço de rede de classe C, o ARIN determina
os três primeiros octetos (24 bits) como endereço de rede, portanto essas são duas redes de
classe C diferentes. Resta um octeto (8 bits) para os hosts, de forma que cada rede de
classe C pode ter até 254 hosts (2^8 = 256 - 2 = 254).
O processo de AND ajudará o pacote a sair do host 200.1.1.5 na rede 200.1.1.0 para o host
200.1.2.8 na rede 200.1.2.0 usando as seguintes etapas.
a. O Host X compara seu próprio endereço IP com sua própria máscara de sub-rede
usando o processo de AND.
Endereço IP do Host X 200.1.1.5
Máscara de sub-rede 255.255.255.0
Resultado do AND (200.1.1.0)
11001000.00000001.00000001.00000101
11111111.11111111.11111111.00000000
11001000.00000001.00000001.00000000
OBSERVAÇÃO: O resultado da etapa 3a do processo de AND é o endereço de rede do
Host X, que é 200.1.1.0.
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b. O próximo Host X compara o endereço IP do destino do Host Z com sua própria
máscara de sub-rede usando o processo de AND.
Endereço IP do Host Z 200.1.2.8
Máscara de sub-rede 255.255.255.0
Resultado do AND (200.1.2.0)
11001000.00000001.00000010.00001000
11111111.11111111.11111111.00000000
11001000.00000001.00000010.00000000
OBSERVAÇÃO: O resultado da etapa 3b do processo de AND é o endereço de rede do
Host Z, que é 200.1.2.0.
O Host X compara os resultados de AND das etapas A e B, e eles são diferentes. O Host
X percebe que o Host Z não está na sua Local Area Network (LAN) e deverá enviar o
pacote para o "gateway padrão" que é o endereço IP da interface do roteador 200.1.1.1
na rede 200.1.1.0. O roteador repetirá o processo de AND para determinar para que
interface de roteador enviar o pacote.
Uma rede de classe C usando uma máscara de sub-rede personalizada.
Este exemplo usa um único endereço de rede de classe C (200.1.1.0) e mostrará como uma
máscara de sub-rede de classe C personalizada pode ser usada para determinar em que
sub-rede um host está e para rotear os pacotes de uma sub-rede para outra. Lembre-se de
que em um endereço de rede de classe C, o ARIN atribui os três primeiros octetos (24 bits)
como endereço de rede. Restam 8 bits (um octeto) para os hosts, de forma que a rede de
classe C pode ter até 254 hosts (2^8 = 256 - 2 = 254).
Talvez você deseje menos de 254 hosts (estações de trabalho e servidores), todos em uma
rede e deseje criar duas sub-redes e separá-las com um roteador por razões de segurança
ou para reduzir o tráfego. Isso criará domínios de broadcast menores e independentes e
poderá melhorar o desempenho da rede e aumentar a segurança, já que essas sub-redes
serão separadas por um roteador. Suponha que você precise de pelo menos duas sub-redes
e pelo menos 50 hosts por sub-rede. Como você tem apenas um endereço de rede de classe
C e somente 8 bits no quarto octeto disponíveis para um total de 254 hosts possíveis, você
deverá criar uma máscara de sub-rede personalizada. Você usará a máscara de sub-rede
personalizada para "TOMAR EMPRESTADOS" bits da parte do host do endereço. As
seguintes etapas ajudarão a realizar isso:
a. A primeira etapa para dividir em sub-redes é determinar quantas sub-redes são
necessárias. Neste caso, você precisará de duas sub-redes. Para saber quantos bits
devem ser emprestados da parte do host do endereço da rede, adicione os valores do
bit da direita para a esquerda até que o total seja igual ou maior que o número de
sub-redes necessárias. Como precisamos de duas sub-redes, adicione o bit um e o
bit dois, encontrando três. Ele é maior que o número de sub-redes necessário, então
precisaremos pegar emprestados pelo menos dois bits do endereço de host
começando pela esquerda do octeto que contém o endereço de host.
Endereço de rede: 200.1.1.0
Bits do endereço de host do 4º octeto:
Valores dos bits do endereço do host (a partir da direita)
1
1
128 64
1
32
1
16
1
8
1
4
1
2
1
1
(Adicione os bits começando da direita (o 1 e o 2) até obter um número maior que o
número de sub-redes necessário)
b. Quando soubermos quantos bits tomar emprestados, tomaremos esses bits da
esquerda do primeiro octeto do endereço de host. Todos os bits tomados do host
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deixam alguns bits para os hosts. Mesmo se aumentarmos o número de sub-redes,
diminuiremos o número de hosts por sub-rede. Como precisamos tomar 2 bits da
esquerda, deveremos mostrar o novo valor na máscara de sub-rede. A máscara de
sub-rede padrão existente era 255.255.255.0 e a nova máscara de sub-rede
"personalizada" é 255.255.255.192. O 192 vem do valor dos dois primeiros bits da
esquerda (128 + 64 = 192). Esses bits tornam-se 1s e são parte da máscara de subrede. Restam 6 bits para os endereços IP do host ou 2^6 = 64 hosts por sub-rede.
Bits emprestados do 8º octeto para a sub-rede:
Valores dos bits para sub-rede: (a partir da esquerda)
1
128
1
64
1
32
1
16
1
8
1
4
1
2
1
1
Com essas informações, poderemos criar a tabela a seguir. Os dois primeiros bits são o
valor binário da sub-rede. Os últimos 6 bits são os bits de host. Tomando
emprestados 2 bits dos 8 bits do endereço do host, você poderá criar 4 sub-redes
com 64 hosts cada. As quatro redes criadas são a rede "0", a rede "64", a rede "128"
e a rede "192".
Nº da subrede
Sub-rede nº0
Sub-rede nº1
Sub-rede nº2
Sub-rede nº3
Valor
Valor decimal
binário
dos bits da
emprestado sub-rede
dos bits da
sub-rede
00
0
01
64
10
128
11
192
Valores binários
possíveis dos bits de
host (intervalo) (6 bits)
Intervalo decimal
de sub-rede/host
Pode ser
usado?
000000 - 111111
000000 - 111111
000000 - 111111
000000 - 111111
0 - 63
64 - 127
128 - 191
192 - 254
SIM
SIM
SIM
SIM
Observe que a primeira sub-rede sempre inicia em 0 e, nesse caso, aumenta 64 que
é o número de hosts em cada sub-rede. Uma forma de determinar o número de hosts
em cada sub-rede ou o início de cada sub-rede é elevar os bits de host restantes ao
quadrado. Como tomamos dois dos 8 bits para sub-redes e restaram seis bits, o
número de hosts por sub-rede será 2^6 ou 64. Outra forma de calcular a número de
hosts por sub-rede ou o "incremento" de uma sub-rede para a próxima, é subtrair o
valor decimal da máscara de sub-rede (192 no quarto octeto) de 256 (número máximo
de combinações de 8 bits possíveis), que é igual a 64. Isso significa começar em 0
para a primeira rede e adicionar 64 para cada sub-rede adicional. Se tomarmos a
segunda sub-rede (a rede 64) como um exemplo, o endereço IP 200.1.1.64 não
poderá ser usado como uma ID de host porque é a "ID da rede" da sub-rede "64" (a
parte do host tem apenas zeros) e o endereço IP 200.1.1.127 não poderá ser usado
porque é o endereço de broadcast para a rede 64 (a parte do host tem apenas 1s).
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Uma rede de classe C usando uma Máscara de sub-rede personalizada.
Tarefa: Use as informações a seguir e os exemplos anteriores para responder às questões a
seguir relativas à sub-rede.
Explicação: Sua empresa solicitou e recebeu o endereço de classe C 197.15.22.0. Você quer
subdividir sua rede física em quatro sub-redes que serão interconectadas por roteadores.
Você irá precisar de pelo menos 25 hosts por sub-rede. Você precisará usar uma máscara de
sub-rede personalizada de classe C e terá um roteador entre as sub-redes para rotear um
pacote de uma sub-rede para outra. Determine o número de bits que você precisará tomar
emprestados da parte do host do endereço da rede e depois o número de bits que restaram
para os endereços de host. (Dica: Há 8 sub-redes.)
1. Preencha a tabela abaixo e responda às questões a seguir:
Nº da sub-rede Valor binário
emprestado
dos bits da
sub-rede
Sub-rede nº0
Sub-rede nº1
Sub-rede nº2
Sub-rede nº3
Sub-rede nº4
Sub-rede nº5
Sub-rede nº6
Sub-rede nº7
Decimal dos
Valores binários
Intervalo decimal
bits da sub- possíveis dos bits de de sub-rede/host
rede e nº de host (intervalo) (6 bits)
sub-rede
Usar?
Observações:
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
QUESTÕES: Use a tabela que acabou de criar para ajudar a responder as seguintes perguntas:
1. Que octeto(s) representa(m) a parte da rede de um endereço IP de classe C?
_______________
2. Que octeto(s) representa(m) a parte do host de um endereço IP de classe C?
_________________
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3. Qual é o equivalente binário do endereço de rede de classe C no cenário (197.15.22.0)?
Endereço de rede decimal: __________ . __________ . __________ . __________ Endereço de
rede binário: __________ . __________ . __________ . __________
4. Quantos bits de ordem superior foram tomados emprestados dos bits de host no quarto
octeto? _____
5. Que máscara de sub-rede você deve usar (apresente a máscara de sub-rede em decimal
e binário)?
Máscara de sub-rede decimal: __________ . __________ . __________ . __________
Máscara de sub-rede binária: __________ . __________ . __________ . __________
6. Qual é o número máximo de sub-redes que podem ser criadas com essa máscara de
sub-rede? _____
7. Qual é o número máximo de sub-redes utilizáveis que podem ser criadas com essa
máscara? ____
8. Quantos bits restam no 4º octeto para as IDs do host? ______
9. Quantos hosts por sub-rede podem ser definidos com essa máscara de sub-rede?
_____________
10. Qual é o número máximo de hosts que podem ser definidos para todas as sub-redes
nesse cenário (levando em consideração que você não poderá usar o menor e nem o maior
número de sub-rede e também não poderá usar a maior e a menor ID do host em cada subrede)? _____________________________________________
11. 197.15.22.63 é um endereço IP de host válido para esse cenário? ____________
12. Por que ou por que não?
_____________________________________________________________
13. 197.15.22.160 é um endereço IP de host válido para esse cenário? ______
14. Por que ou por que não?
_____________________________________________________________
15. O Host "A" tem um endereço IP 197.15.22.126. O Host "B" tem um endereço IP
197.15.22.129. Esses hosts estão na mesma sub-rede? ______ Por que?
________________________________________________________________________
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