Introdução ao Protocolo Internet - IP

Esse artigo é uma introdução (detalhada!) do protocolo IP - Internet Protocol. Necessário para o bom entendimento do funcionamento de uma rede.

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Por: Perfil removido em 02/06/2008


CIDR - Classless InterDomain Routing



CIDR - Classless InterDomain Routing ou Roteamento Inter-Domínio sem uso de Classes:

Com a rápida expansão da Internet comercial, por volta de 1993, foram observados três problemas estruturais relacionados com o modelo utilizado pelo endereçamento IP:
  1. Esgotamento eminente dos endereços da classe B.
  2. Crescimento exponencial das tabelas de roteamento na medida que novas redes eram adicionadas a Internet.
  3. Previsão de escassez total de endereços IP em poucos anos.

A razão do esgotamento dos endereços da classe B é que o número de hosts disponíveis nessa classe acabou sendo o valor intermediário entre o excesso de endereços da classe A e a insuficiência da classe C.

O crescimento do número de redes associadas à Internet levaria também ao esgotamento da capacidade de roteadores (mais antigos) de incluir novas redes em suas tabelas de roteamento. Além disto, o grande número de entradas nessas tabelas causa retardo, pois o tempo das consultas de roteamento também passa a ser maior.

Os dois primeiros problemas foram contornados provisoriamente pelo uso da proposta CIDR - Classless InterDomain Routing - Roteamento Inter-Domínio sem uso de Classes. CIDR foi proposta na RFC 1519.

Entretanto, solucionar o problema da escassez de endereços IP depende de uma solução de longo prazo, como a implantação de um protocolo IP de próxima geração (IPng - Internet Protocol Next Generation). Essa solução de longo prazo será provavelmente a implantação do IPv6. Essa nova versão do protocolo IP será capaz de ofertar um número bem maior de endereços IP (considerado praticamente inesgotável) além de outras melhorias introduzidas ao protocolo.

A solução CIDR propõe fazer a (re)distribuição dos endereços IP por faixas de endereços, no lugar do antigo sistema de classes. A proposta CIDR apresenta soluções simples e de relativo impacto sobre o funcionamento dos mecanismos da rede. O núcleo da solução inclui o abandono do uso das classes tradicionais A, B e C, utilizadas na atribuição de endereços IP comerciais. O objetivo básico da solução CIDR é tornar a distribuição de endereços IP mais próxima das reais necessidades de quem solicita e utiliza os endereços, evitando o desperdício de endereços como aconteceu no passado com o uso das classes A, B e C.

Utilizando o endereçamento CIDR, uma classe inteira (A ou B) pode ser dividida entre diversas empresas, evitando o desperdício de endereços. E, no caso das redes classe C, elas podem ser agregadas entre si gerando uma super-rede (supernet) e reduzindo as entradas na tabela do roteador. A redução das tabelas é outro benefício da proposta CIDR.

Nesta proposta, o roteamento de pacotes é idealizado em função de domínios e subdomínios, sendo baseado em faixas de endereços IP distribuídas por um orgão de atribuição regional. Distribuir endereços IP desta maneira têm um impacto no processo de roteamento de pacotes. O algoritmo anteriormente utilizado pelos roteadores, aplicando a máscara padrão de subrede da classe para obter o endereço da rede de destino, não funciona para os endereços CIDR.

CIDR tornou o comprimento das máscaras de subrede variável, até a nomenclatura foi alterada. Na notação CIDR, máscaras de subrede são chamadas de prefixo. O conceito de máscara de subrede com comprimento variável é chamado de VLSM - Variable Lenght Subnet Masking – Mascaramento de Subredes de Comprimento Variável.

A notação comum das máscaras de subrede com quatro valores decimais separados por pontos é agora substituída por outra notação mais simplificada, um único valor decimal precedido por uma barra. Esse valor decimal indica o número de bits ativos da máscara. Por exemplo, a máscara padrão das redes classe C 255.255.255.0 é na notação CIDR representada pelo prefixo /24. Como cada octeto ativo (255) possui 8 bits então o total de 24 bits estão sendo utilizados para representar a máscara de subrede. Na verdade, as duas notações coexistem, mas a notação CIDR deve sempre ter precedência.

As antigas tabelas de roteamento baseadas nas máscaras padrão com entradas do tipo { <rede>, <0> }, associadas às portas de saída do roteador, não atendem ao algoritmo de roteamento do sistema CIDR. Em seu lugar há agora uma tabela com registros binários do tipo triplas que representam { <IP>, <máscara>, <saída> }.

O valor constante no campo <IP> é o primeiro endereço da faixa em questão e representa o número de rede da faixa. A <máscara> representa o prefixo CIDR da rede, sendo o ponto de corte no byte de rede que indica quantos bits são cedidos à formação de números de hosts. O campo <saída>, é a indicação da porta de comunicação do roteador.

Assim, todos os roteadores passaram a usar uma tabela única de endereçamento de saídas. Em alguns casos, esses registros podem ser automaticamente agregados pelo software de gerenciamento do roteador. A agregação de vários registros em um único registro economiza ainda mais espaço na tabela. Essa agregação ocorre em função do número de saídas que esse roteador possui, do destino de cada uma dessas saídas e do modo como os endereços estão distribuídos. Não entraremos em detalhes sobre agregação.

O princípio básico da solução CIDR é bastante similar ao uso de subredes. Enquanto na criação de subredes é retirado espaço (bits) dos números de hosts para atribuir às subredes, reduzindo o número de hosts por redes. No esquema CIDR podem ser retirados bits do número de rede aumentando a quantidade do número de hosts. Significando que a máscara de rede avança também em direção ao número de rede e não somente sobre o número de hosts. Esse tamanho variável de máscaras de rede, permite criar redes com variadas quantidades de endereços de hosts.

Deste modo, uma organização solicita uma quantidade de endereços realmente mais próxima do seu uso efetivo e reduz o desperdício. Um pedido de endereços é agora feito por blocos contínuos equivalente ao número de hosts que efetivamente usarão o endereço e não por classe.

Suponha uma série de entidades com diferentes necessidades de endereços IP, variando entre 512 e 4.096 endereços. Nenhuma das classes poderia satisfazer essas necessidades sem gerar desperdício de endereços ou aumento da tabela de roteamento. Um raciocínio simples seria pensar em sempre distribuir 2, 4 ou 8 classes C para atender esses casos. Fazer isto visando apenas evitar desperdício poderia até funcionar por um período. Porém, essa solução acaba gerando muitas entradas na tabela de roteamento e esgotando a classe C ainda mais rápido.

Por exemplo, imaginemos a necessidade de uma empresa (E1) que precisa de 2.048 endereços IP. O orgão regional, responsável pela distribuição de endereços IP, possui um bloco de endereços (limitado) e fará a subdivisão de acordo com a demanda regional.

O cliente E1 recebe um bloco de endereços da classe C entre 192.24.0.0 e 192.24.7.255 com 2.048 endereços, correspondendo a oito classes do tipo C. Esse bloco recebe o nome de super-rede, pois agregou oito redes classe C em uma única faixa formando uma rede.

O endereço 192.24.0.0 será o endereço da rede e a máscara de subrede atribuída é 255.255.248.0 (na notação decimal com pontos) correspondendo ao prefixo /21 (na notação CIDR). A máscara é dada em função da quantidade de endereços solicitada. Ela é o ponto de corte que define a quantidade de hosts disponíveis na faixa.

Neste exemplo são solicitados 2.048 endereços. Então, para representar os hosts nessa rede CIDR são necessários 11 bits ( 211 é igual a 2.048). Os bits restantes são usados para representar a rede. Dos 32 bits são subtraídos 11 sobrando os 21 que representam a máscara. Essa faixa define 2.046 endereços para hosts, já descontados os endereços de rede (192.24.0.0) e o de broadcast (192.24.7.255). A entrada no registro de triplas da tabela do roteador referente a essa rede será { <192.24.0.0>, <255.255.248.0>, <saída> }, em notação binária.

Apesar de terem sido atribuídas oito redes classe C, apenas uma entrada é adicionada à tabela do roteador. Toda a faixa é vista como uma única rede na atribuição CIDR. A figura a seguir resume as principais características dessa rede configurada com notação CIDR.



Quando um pacote endereçado a um host dessa rede chega ao roteador, o endereço de destino do pacote é extraído. Em seguida, esse endereço de destino é submetido a uma operação binária (AND lógico) contra as diversas entradas da tabela do roteador. O resultado desta operação será o número da rede de destino.

Esse valor obtido é, em seguida, comparado (teoricamente) com todas as entradas da tabela do roteador. A entrada que coincidir com o número da rede (192.24.0.0) será usada para encaminhar o pacote. No caso de duas ou mais entradas coincidirem será utilizada a que tiver o maior prefixo. Por exemplo, coincidindo o endereço de rede com entradas na tabela que tenham os prefixos /19 e /21, esta última será utilizada.

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Páginas do artigo
   1. Introdução ao Protocolo Internet - IP
   2. Endereçamento IP
   3. Endereços IP especiais
   4. Criação de subredes IP
   5. Máscara de subrede
   6. CIDR - Classless InterDomain Routing
   7. Endereços IP privativos
   8. O cabeçalho IPv4
   9. Fragmentação
   10. QoS - Qualidade do Serviço
   11. ToS - Type of Service no protocolo IP
   12. Referências e conclusões
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Comentários
[1] Comentário enviado por roberto_espreto em 02/06/2008 - 12:37h

Cara, muito legal seu artigo! Ainda não tive tempo de ler adequadamente, mas assim que possível irei!
Tanembaum é de tirar o chapéu!
Um autor que gosto muito tbm é o Kurose e o Douglas Comer!
Continue com seus artigos assim!



®

[2] Comentário enviado por eduardo em 02/06/2008 - 13:57h

Parece ser bem interessante e completo.

Favoritei para ler depois ;)

[3] Comentário enviado por albertguedes em 02/06/2008 - 14:47h

Eita trabalhera hein ? Esse é um dos artigos mais completos que já li aqui no VOL, tenho que parabenizar pela esforço, valeu mesmo Unasi.

[4] Comentário enviado por maykonhammer em 02/06/2008 - 23:23h

parabéns pelo artigo..
flw

[5] Comentário enviado por elgio em 03/06/2008 - 10:55h

Muito bom!
Parabéns mesmo pelo excelente e completo artigo!

Em tempo: o task force Ipv6 elegeu 2008 como o "ano da virada". Será? hehehehe

[6] Comentário enviado por removido em 03/06/2008 - 11:59h

Excelente artigo!

[7] Comentário enviado por eng_ividal em 03/06/2008 - 18:07h

muito bom mesmo o artigo!!!

[8] Comentário enviado por stephannie em 04/06/2008 - 20:27h

Parabéns, muito bom!

[9] Comentário enviado por DavidNS em 28/08/2008 - 13:44h

valeu me ajudo a entender um pouco mais!!!

[10] Comentário enviado por leoh em 16/02/2010 - 23:54h

Texto de altíssima qualidade. Você tem talento para escrever. Parabéns.

[11] Comentário enviado por IanVilar em 01/11/2012 - 17:49h

Esse foi um dos artigos mais completos e bem explicados que já vi. Parabéns ao autor e que continue fazendo esse excelente trabalho!


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