Redes de Computadores Trabalho de Laboratório Nº7

Redes de Computadores
Curso de Eng. Informática
Curso de Eng. de Electrónica e Computadores
Trabalho de Laboratório Nº7
Divisão das redes de classe A, B e C em sub-redes
2004/2005
Redes de Computadores
Trabalho nº7
1 Objectivo
•
Identificar razões para usar uma máscara de sub-rede
•
Distinguir entre uma máscara de sub-rede por omissão e uma máscara de sub-rede
personalizada
•
Identificar os requisitos que determinam a máscara de sub-rede, a quantidade de sub-redes e
de hosts por sub-rede
•
Determinar as sub-redes utilizáveis e os hosts utilizáveis em cada sub-rede
•
Utilizar o processo AND para determinar se um endereço IP de destino é local ou remoto
•
Identificar endereços IP válidos e inválidos para hosts, com base no número de rede e na
máscara de sub-rede
2 Introdução
Este laboratório aborda os conceitos básicos das máscaras de sub-rede IP e o seu uso nas redes
TCP/IP. A máscara de sub-rede pode ser usada para dividir uma rede existente em sub-redes.
Algumas das principais razões para a utilização de sub-redes são as seguintes:
•
Reduzir a dimensão dos domínios de broadcast, o que cria redes menores com menos
tráfego
•
Permitir que LANs em diferentes localizações geográficas comuniquem através de routers
•
Oferecer maior segurança separando uma rede local de outra
Os routers separam as sub-redes e determinam quando um pacote pode ir de uma sub-rede para
outra. Cada router por onde passa um pacote é considerado um salto. As máscaras de sub-rede
ajudam as estações de trabalho, os servidores e os routers numa rede IP a determinar se o host de
destino do pacote está na sua própria rede ou noutra rede. Este trabalho de laboratório relembra o
conceito de máscara de sub-rede por omissão e, em seguida inside sobre as máscaras de sub-rede
personalizadas. As máscaras de sub-rede personalizadas usam mais bits que as máscaras de subrede por omissão, tomando esses bits emprestados à parte de host do endereço IP. Isso divide um
endereço IP em três partes:
•
O endereço de rede original
•
O endereço da sub-rede, formado pelos bits emprestados
•
O endereço de host, formado pelos bits deixados após o empréstimo para as sub-redes
2.1 A estrutura dos endereços IP
Se uma organização tiver um endereço de rede IP de classe A, o primeiro octeto (8 bits) é
atribuído e não mudará. A organização pode usar os restantes 24 bits para definir até 16.777.214
hosts na sua rede. É uma quantidade enorme de hosts. Não é possível colocar todos estes hosts
numa rede física sem os separar com routers e sub-redes.
É comum que uma estação de trabalho esteja numa rede ou sub-rede e que um servidor esteja
noutra. Quando a estação de trabalho precisa recuperar um arquivo no servidor, ela tem de usar a
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Redes de Computadores
Trabalho nº7
sua máscara de sub-rede para determinar a rede ou sub-rede onde está o servidor. A finalidade de
uma máscara de sub-rede é ajudar hosts e routers a determinar o local da rede onde um host de
destino pode ser encontrado. Consulte a tabela abaixo para relembrar as seguintes informações:
•
As classes de endereço IP
•
As máscaras de sub-rede por omissão
•
A quantidade de redes que podem ser criadas em cada classe de endereço de rede
•
A quantidade de hosts que podem ser criados em cada classe de endereço de rede
Classe de
endereço
Intervalo
decimal
do 1o
octeto
Bits de
ordem
superior
do 1o
octeto
ID de
rede/host (N
= Rede, H =
Host)
Máscara de
sub-rede por
omissão
A
1 – 126 *
0
N.H.H.H
255.0.0.0
B
128 – 191
10
N.N.H.H
255.255.0.0
C
192 – 223
110
N.N.N.H
255.255.255.0
D
224 – 239
1110
Reservado para multicasting
E
240 – 254
11110
Experimental, usado para pesquisas
Quantidade
de redes
Hosts por
rede
(endereços
utilizáveis)
126
(27 – 2)
16.382
(214 – 2)
2.097.150
(221 – 2)
16.777.214
(224 – 2)
65.534
(216 – 2)
254
(28 – 2)
* O endereço de classe A, 127, não pode ser usado e é reservado para funções de loopback e
diagnóstico.
2.2 O processo AND
Os Hosts e routers usam o processo AND para determinar se um host de destino está na
mesma rede ou não. O processo AND é efectuada sempre que um host pretende enviar um pacote
para outro host numa rede IP. Se se desejar ligar a um servidor, é necessário conhecer o endereço IP
do servidor ou o nome do host (por exemplo, http://www.cisco.com). Se for usado o nome do host,
um servidor DNS (Domain Name Server) converterá esse nome em endereço IP.
Inicialmente, o host de origem comparará (AND) o seu próprio endereço IP com sua máscara
de sub-rede. O resultado do AND é a identificação da rede onde se encontra o host de origem. Em
seguida, comparará o endereço IP de destino com sua própria máscara de sub-rede. O resultado do
2.º AND será a rede onde está o host de destino. Se o endereço de rede de origem e o endereço de
rede de destino forem os mesmos, eles poderão comunicar-se directamente. Se os resultados forem
diferentes, então eles estarão em diferentes redes ou sub-redes. Se for este o caso, o host de origem
e o host de destino precisarão comunicar-se através de routers ou poderão não ser capazes de se
comunicarem de todo.
O AND depende da máscara de sub-rede. As máscaras de sub-rede são sempre formadas por
uns. Uma máscara de sub-rede por omissão para uma rede de classe C é 255.255.255.0 ou
11111111.11111111.11111111.00000000. Ela é comparada ao endereço IP de origem bit a bit. O
primeiro bit do endereço IP é comparado com o primeiro bit da máscara de sub-rede, o segundo bit
com o segundo e assim por diante. Se ambos os bits tiverem o valor de 1, o resultado do AND será
1. Se os bits tiverem o valor de 0 e 1, ou dois zeros, então o resultado do AND será zero.
Basicamente, isso significa que a combinação de dois 1s resulta em 1, e as demais resultam sempre
em 0. O resultado do AND é a identificação do número de rede ou de sub-rede onde está o endereço
de origem ou destino.
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Redes de Computadores
Trabalho nº7
2.3 Exemplos de aplicação
2.3.1 Duas redes de classe C usando a máscara de sub-rede padrão
Este exemplo mostra como uma máscara de sub-rede por omissão de classe C pode ser usada
para determinar em que rede está o host. Uma máscara de sub-rede por omissão não divide um
endereço em sub-redes. Se for usada a máscara de sub-rede por omissão a rede não está dividida em
sub-redes. O host X, com o endereço IP 200.1.1.5 (rede 200.1.1.0), quer enviar um pacote para o
host Z, que tem o endereço IP 200.1.2.8 (rede 200.1.2.0). Todos os hosts em todas as redes estão
ligados a hubs ou switches e, depois, a um router. Lembre-se de que num endereço de rede de classe
C, os três primeiros octetos (24 bits) são atribuídos ao endereço da rede. Então, estas duas redes de
classe C são diferentes. O último octeto (8 bits) é deixado para os hosts permitindo que cada rede de
classe C poderá ter até 254 hosts (28 = 256 – 2 = 254).
Interface do router
Interface do router
IP 200.1.1.1
IP 200.1.2.1
O processo AND ajuda 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:
1. O host X compara seu próprio endereço IP com sua própria máscara de sub-rede, usando o
processo AND.
Endereço IP do Host X 200.1.1.5
11001000.00000001.00000001.00000101
Máscara de sub-rede 255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
Resultado do AND (200.1.1.0)
11001000.00000001.00000001.00000000
Nota: O resultado do processo AND é o endereço de rede da origem, host X, que é
200.1.1.0.
2. Em seguida, o host X compara o endereço IP de destino, host Z, com sua própria máscara de
sub-rede, usando o processo AND.
Endereço IP do host Z 200.1.2.8
11001000.00000001.00000010.00001000
Máscara de sub-rede 255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
Resultado do AND (200.1.2.0)
11001000.00000001.00000010.00000000
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Trabalho nº7
Nota: O resultado do AND é o endereço de rede do host Z, neste caso, 200.1.2.0.
3. O host X compara os resultados do AND das etapas 1 e 2 e percebe que são diferentes. O
host X sabe agora que o host Z não está na sua rede local (LAN). Por isso, precisa enviar o
pacote para o seu gateway por omissão, que é o endereço IP da interface do router,
200.1.1.1, na rede 200.1.1.0. Em seguida, o router repete o processo AND para determinar
para que interface deve enviar o pacote.
2.3.2 Uma rede de classe C com sub-redes, usando uma máscara de subrede personalizada
Este exemplo usa um único endereço de rede de classe C (200.1.1.0) e mostra como uma
máscara de sub-rede de classe C personalizada pode ser usada para determinar em que sub-rede um
host está e para encaminhar os pacotes de uma sub-rede para outra. Lembre-se de que num endereço
de rede de classe C, os três primeiro octetos (24 bits) são atribuídos ao endereço da rede. Isso deixa
um octeto (8 bits) para hosts. Assim, cada rede de classe C poderá ter até 254 hosts (28 = 256 – 2 =
254).
Em determinadas situações pode ser desejável ter um total combinado de hosts, estações de
trabalho e servidores, inferior a 254 numa única rede. Isto pode acontecer por questões de segurança
ou para reduzir o tráfego. O cumprimento deste requisito pode ser obtido criando duas sub-redes e
separando-as com um router. Neste caso, criam-se domínios de broadcast independentes, menores, e
pode melhorar-se o desempenho da rede e aumentar a segurança. Isto é possível porque essas
sub-redes ficaram separadas por um ou mais routers. Considere que serão necessárias pelo menos
duas sub-redes e que haverá pelo menos 50 hosts em cada sub-rede. Devido há existência de um
único endereço de rede de classe C, só os 8 bits do quarto octeto estarão disponíveis para um total
de 254 possíveis hosts. Portanto, será necessário criar uma máscara de sub-rede personalizada. A
máscara de sub-rede personalizada será usada para tomar bits emprestados da parte do endereço que
representa o host. As etapas seguintes ajudam a criar as sub-redes personalizadas:
1. A primeira etapa para criar as sub-redes é determinar quantas são necessárias. Neste caso
são duas. Para determinar quantos bits devem ser emprestados da parte do endereço da rede
que representa o host, adiciona-se os valores dos bits da direita para a esquerda até que o
total seja maior ou igual ao número necessário de sub-redes. Adicionar o bit um (1) e o bit
dois (2) totaliza o valor três. Esse valor é maior que a número necessário para as duas subredes que queremos criar. Então vamos tomar emprestados pelo menos dois bits do endereço
de host, começando do lado esquerdo do octeto que o contém.
Endereço de rede: 200.1.1.0
Bits do endereço de host do 4º octeto: 1
Valores dos bits de endereço do
host (a partir da direita)
1
128 64
1
1
1
1
1
1
32
16
8
4
2
1
Nota: Outra maneira de calcular a quantidade de bits a serem emprestados para as sub-redes
é elevar 2 à quantidade de bits emprestados. O resultado deve ser superior ao número
necessário para redes. Por exemplo, se forem emprestados 2 bits, o cálculo é 2 elevado a 2,
igual a 4. Como a quantidade de sub-redes necessárias é 2, esse valor deve ser adequado.
2. Depois de saber quantos bits devem ser emprestados, tomamos esses bits da esquerda do
endereço do host, o quarto octeto. Cada bit tomado do endereço do host diminui o número
de bits para os hosts. Embora a quantidade de sub-redes aumente, o número de hosts por
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Trabalho nº7
sub-rede diminui. Como é necessário tomar dois bits emprestados do lado esquerdo, esse
novo valor deve aparecer na máscara de sub-rede. A máscara de sub-rede por omissão
anterior era 255.255.255.0 e a nova máscara de sub-rede personalizada é 255.255.255.192.
O 192 é resultado da adição dos dois primeiros bits da esquerda, 128 + 64 = 192. Esses bits
agora passam a 1s e fazem parte da máscara de sub-rede. Restam 6 bits para os endereços IP
do host, ou 26 = 64 hosts por sub-rede.
Bits emprestados do 4º octeto para a sub-rede: 1
Valores dos bits para subrede:
(a partir da esquerda)
1
0
0
0
0
0
0
128 64 32 16 8
4
2
1
Com estas informações, podemos construir a tabela seguinte. Os dois primeiros bits são
o valor binário da sub-rede. Os últimos 6 bits são os bits do host. Tomando 2 bits
emprestados dos 8 bits do endereço do host, podem-se criar 4 sub-redes (22) com 64 hosts
cada uma. As 4 redes criadas ficam assim:
•
A rede 200.1.1.0
•
A rede 200.1.1.64
•
A rede 200.1.1.128
•
A rede 200.1.1.192
A rede 200.1.1.0 é considerada não utilizável, a menos que o dispositivo de rede suporte
o comando IOS ip subnet-zero, que permite utilizar a primeira sub-rede.
Número da
sub-rede
Valor binário
dos bits da
sub-rede
emprestados
Valor
decimal dos
bits da subrede
Valores
binários
possíveis dos
bits de host
(intervalo)
(6 bits)
Intervalo
decimal de
sub-rede/host
Sub-rede 0
00
0
000000–111111
0–63
Não
1.ª sub-rede
01
64
000000–111111
64–127
Sim
2.ª sub-rede
10
128
000000–111111
128–191
Sim
3.ª sub-rede
11
192
000000–111111
192–254
Não
Pode
ser
usado?
Observe que a primeira sub-rede começa sempre com 0 e, neste caso, aumenta em
64, que é a quantidade de hosts em cada sub-rede. Uma forma de se determinar o número de
hosts em cada sub-rede ou o início de cada sub-rede é elevar 2 ao número de bits de host
restantes. Como tomamos emprestados dois dos 8 bits para sub-redes e restaram 6 bits, o
número de hosts por sub-rede será 26 ou 64. Outra forma de se calcular o 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, que é a quantidade máxima de possíveis
combinações de 8 bits. O resultado é 64. Isso significa começar a primeira rede em 0 e
somar 64 para cada sub-rede adicional. Por exemplo, se a segunda sub-rede for usada, a rede
200.1.1.64 não poderá ser usada como ID do host, pois o ID da rede 64 tem somente zeros
na parte que representa o host.
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Outra forma comum de se representar uma máscara de sub-rede é usar a “/número”
(/#), onde o # após a barra representa a quantidade de bits utilizados na máscara (rede e subrede combinadas). Por exemplo, um endereço de rede de classe C como 200.1.1.0, com uma
máscara de sub-rede por omissão (255.255.255.0), seria escrito como 200.1.1.0 /24,
indicando que são 24 bits usados para a máscara. A mesma rede, quando dividida em subredes usando-se dois bits de host emprestados para as sub-redes, seria escrita como
200.1.1.0 /26. Isso indica que 24 bits são usados para a rede e 2 bits para a sub-rede. A
máscara de sub-rede personalizada seria representada por 255.255.255.192 em formato
decimal pontuado.
Uma rede de classe A, 10.0.0.0, com uma máscara por omissão (255.0.0.0) seria
escrita como 10.0.0.0 /8. Se 8 bits (o octeto seguinte) estivessem sendo usados para as subredes, ela seria escrita como 10.0.0.0 /16. Isso representaria uma máscara de sub-rede
personalizada de 255.255.0.0 em formato decimal pontuado. O número com “barra” após o
número da rede é um método abreviado de indicar a máscara de sub-rede que está a ser
usada.
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Trabalho nº7
3 Questões finais
a. Uma empresa solicitou e recebeu o endereço de rede de classe C, 197.15.22.0. A rede física
será dividida em 4 sub-redes que serão interligadas por routers. Pelo menos 25 hosts serão
necessários em cada sub-rede. É necessário usar uma máscara de sub-rede personalizada de
classe C e um router entre as sub-redes, a fim de encaminhar os pacotes de uma sub-rede
para outra.
Pretende-se determinar a quantidade de bits que precisam ser emprestados da parte do
endereço da rede que representa o host e a quantidade de bits restantes para os endereços de
host.
Nota: Haverá 8 sub-redes possíveis, das quais 6 poderão ser usadas.
Preencha a tabela seguinte e responda às perguntas.
Número da
sub-rede
Valor binário
dos bits da
sub-rede
emprestados
Bits da
sub-rede
em
decimal
Valores
binários
possíveis dos
bits de host
(intervalo)
(5 bits)
Intervalo
decimal de
sub-rede/host
Pode ser
Usado?
Sub-rede 0
1.ª sub-rede
2.ª sub-rede
3.ª sub-rede
4.ª sub-rede
5.ª sub-rede
6.ª sub-rede
7.ª sub-rede
OBSERVAÇÕES:
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Use a tabela que acaba de ser criada para ajudar a responder às seguintes questões:
1. Que octeto(s) representa(m) a parte de rede de um endereço IP de classe C?
____________________________________________________
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Trabalho nº7
2. Que(is) octeto(s) representa(m) a parte de host de um endereço IP de classe C?
____________________________________________________
3. Qual é o equivalente binário do endereço da rede de classe C na situação
apresentada? 197.15.22.0
Endereço de rede em binário: __________ __________ __________ __________
4. Quantos bits de ordem superior foram tomados emprestados dos bits de host no
quarto octeto? _______________________________________________________
5. Qual é a máscara de sub-rede que deve ser usada? Mostre a máscara de sub-rede em
decimal e binário.
Máscara de sub-rede em decimal: _________ __________ __________ _________
Máscara de sub-rede em binário: _________ __________ __________ _________
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 4.º octeto para IDs de hosts? _____________________
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
na situação apresentada? Considere que o maior e o menor número para sub-redes e
o maior e o menor ID para hosts de cada sub-rede não podem ser usados.
___________________________________________________________________
11. 197.15.22.63 é um endereço IP de host válido para esta situação? ___________
12. Justifique? _______________________________________________________
13. 197.15.22.160 é um endereço IP de host válido para esta situação? __________
14. Justifique? _______________________________________________________
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? _______ Porquê ?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
b. Dado um endereço de rede de classe A, 10.0.0.0 /24, responda às seguintes perguntas
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Trabalho nº7
1. Quantos bits foram tomados emprestados à parte do endereço que representa o host?
___________
2. Qual é a máscara de sub-rede para esta rede?
Decimal pontuado __________________________________________________
Binário
______________ ______________ ______________ ______________
3. Quantas sub-redes utilizáveis existem? ____________________________________
4. Quantos hosts utilizáveis existem por sub-rede? ____________________________
5. Qual é o intervalo de hosts da sub-rede utilizável No. dezasseis? _______________
6. Qual é o endereço de rede da sub-rede utilizável No. dezasseis? ________________
7. Qual é o endereço de broadcast da sub-rede utilizável No. dezasseis? ____________
8. Qual é o endereço de broadcast da última sub-rede utilizável? _________________
9. Qual é o endereço de broadcast da rede principal? ___________________________
c. A Empresa ABC adquiriu o endereço de classe B, 172.16.0.0. A empresa precisa criar um
esquema de sub-redes para oferecer o seguinte:
• 36 sub-redes com pelo menos 100 hosts
•
24 sub-redes com pelo menos 255 hosts
•
10 sub-redes com pelo menos 50 hosts
Não será necessário fornecer um endereço para a ligação WAN, pois ele será obtido através
do fornecedor de serviços de Internet. Considerando este endereço de rede de classe B e
estes requisitos responda às seguintes perguntas
1. Quantas sub-redes são necessárias para esta rede? ___________________________
2. Qual é a quantidade mínima de bits que podem ser emprestados? _______________
3. Qual é a máscara de sub-rede para esta rede? _______________________________
Decimal pontuado __________________________________________________
Binário ______________ ______________ ______________ ______________
Formato com barra _________________________________________________
4. Quantas sub-redes utilizáveis existem? ____________________________________
5. Quantos hosts utilizáveis existem por sub-rede? ____________________________
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Redes de Computadores
Trabalho nº7
6. Complete a tabela a seguir considerando as 3 primeiras e as 4 últimas sub-redes
Número da sub-rede
ID da sub-rede
Intervalo de hosts
ID de broadcast
7. Qual é o intervalo de hosts da sub-rede dois? _______________________________
8. Qual é o endereço de broadcast da 126.ª sub-rede? __________________________
9. Qual é o endereço de broadcast da rede principal? ___________________________
d. Uma Academia clássica adquiriu o endereço de classe C, 192.168.1.0. A academia precisa
criar sub-redes para oferecer segurança de baixo nível e controle de broadcast na LAN. Não
é necessário fornecer um endereço para a ligação WAN. Ele é obtido através do fornecedor
de serviços de Internet.
A LAN consiste do seguinte, sendo que cada item precisa da sua própria sub-rede:
•
Sala de aula n.º 1
28 nós
•
Sala de aula n.º 2
22 nós
•
Laboratório de computadores
30 nós
•
Instrutores
12 nós
•
Administração
8 nós
Considerando este endereço de rede de classe C e estes requisitos responda às seguintes
perguntas :
1. Quantas sub-redes são necessárias para esta rede? ___________________________
2. Qual é a máscara de sub-rede para esta rede?
3. Decimal pontuado ______________________________________________
4. Binário _____________ _____________ _____________ _____________
5. Formato com barra _____________________________________________
6. Quantos hosts utilizáveis existem por sub-rede? ____________________________
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Trabalho nº7
7. Complete a seguinte tabela:
Número da sub-rede
ID da sub-rede
Intervalo de hosts
ID de broadcast
8. Qual é o intervalo de hosts da sub-rede seis? _______________________________
9. Qual é o endereço de broadcast da 3.ª sub-rede? ____________________________
10. Qual é o endereço de broadcast da rede principal? ___________________________
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