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IPV4
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Endereço IPv4
O endereço IPv4 tem o objetivo de identificar, de forma única e individual, cada dispositivo da inter-rede TCP/IP. Também denominado de endereço internet.
Representação:
Número inteiro de 32 bits.
Permite até 232 endereços.
Os usuários enxergam a internet como uma rede virtual única, na qual todos os dispositivos estão conectados. Para possibilitar essa conexão, um mecanismo de endereçamento universal deve ser adotado, permitindo a identificação individual e única de cada dispositivo.
Em redes TCP/IP, essa identificação é realizada por meio de endereços IP, também denominados endereços internet.
Representação por 4 números decimais separados por pontos, em que cada número
decimal está associado a um determinado octeto do endereço.
Para facilitar a manipulação, os endereços IPv4 são normalmente escritos com uma notação
decimal pontuada, denominada dotted-decimal notation. Cada número decimal está associado
a um determinado octeto do endereço e, portanto, varia entre 0 e 255.
A figura seguinte apresenta as notações binária e decimal de um endereço IPv4.
Notação decimal
Atribuição de endereços
Endereços IPv4 não são atribuídos às estações e roteadores.
Endereços IPv4 são atribuídos às interfaces de estações e roteadores.
Cada interface de estações e roteadores deve possuir um endereço IPv4.
Estações multihomed e roteadores possuem diversos endereços IPv4.
Endereços IPv4 não são atribuídos diretamente às estações e roteadores, mas às interfaces de rede desses dispositivos. Dessa forma, cada interface de estações e roteadores deve possuir um endereço IPv4 único.
É fácil, portanto, concluir que estações multihomed e roteadores possuem múltiplos endereços IPv4.
Hierarquia de endereçamento
Em vez de utilizar uma numeração puramente sequencial, os endereços IPv4 adotam uma
estrutura hierárquica que identifica as redes físicas e as estações (interfaces) nessas redes.
A razão dessa estruturação hierárquica é realizar o roteamento baseado em redes, em vez
de baseado em estações. Essa abordagem reduz sensivelmente a quantidade de informações
de roteamento e o torna mais eficiente. A Figura ilustra a estrutura hierárquica dos
endereços IPv4.
O roteamento é baseado em redes, portanto, as informações de roteamento apontam para
as redes, e não para as estações individuais.
Para representar essa hierarquia, todo endereço IPv4 é dividido em duas partes:
Identificador de rede – comumente denominado prefixo de rede, identifica a rede de
forma única e individual.
Identificador de estação – identifica a estação (interface) dentro da rede de forma
única e individual.
Regras de atribuição de endereços
Diferentes prefixos de rede devem ser adotados para diferentes redes físicas.
Um único prefixo de rede deve ser compartilhado por interfaces de uma rede física.
Um único identificador de estação deve ser atribuído a cada interface de uma rede física.
Na atribuição de endereços às interfaces de estações e roteadores, as seguintes regras
devem ser seguidas:
Por exemplo, observe na Figura, onde todas as máscaras de rede são /24, que todas as interfaces conectadas às redes N1 e N2 compartilham prefixos de redes que identificam suas respectivas redes físicas. Isso significa que as estações (E1 e E2) e o roteador (R1) compartilham o prefixo 192.168.10 da rede N1, enquanto as estações (E3 e E4) e o roteador (R1) compartilham o prefixo 200.10.1 da rede N2.
Interfaces conectadas a diferentes redes físicas podem possuir os mesmos identificadores de estação, pois seus prefixos de rede são diferentes e asseguram a unicidade de endereços.
Por exemplo, na rede N1, as estações (E1 e E2) e o roteador (R1) possuem os identificadores
de estação 1, 2 e 3, respectivamente. Já na rede N2, as estações (E3 e E4) e o roteador
(R1) possuem, também, os identificadores de estação 1, 2 e 3, respectivamente.
1. Diferentes prefixos de rede devem ser adotados para diferentes redes físicas.
Como os roteadores na inter-rede encaminham pacotes entre as redes físicas, é preciso que eles saibam distinguir umas das outras, através do prefixo de rede. Assim como no correio postal, cada cidade tem que ter um identificador diferente (CEP), para possibilitar o encaminhamento
de cartas de uma cidade para outra.
2. Um único prefixo de rede deve ser compartilhado pelas interfaces conectadas a uma mesma rede física. Se as interfaces pertencem a uma mesma rede física, elas devem usar o mesmo prefixo de rede atribuído à rede física, para que possam receber pacotes vindos de outras
redes físicas ou de outra estação da mesma rede onde elas estão.
Assim como no correio postal, cada bairro que pertence a uma cidade precisa ter o nome da cidade no seu endereço.
3. Um único identificador de estação deve ser atribuído a cada interface conectada a uma determinada rede física.
Não pode haver duas interfaces, dentro da mesma rede física,
com o mesmo identificador de estação.
É como se numa rua existissem duas casas com o mesmo número.
Classes de endereços
Endereços classe A.
Endereços classe B.
Endereços classe C.
Endereços classe D.
Endereços classe E.
Em relação à capacidade, permitem a configuração de um variado número de redes com
diferentes tamanhos.
Para acomodar diferentes tamanhos de redes físicas, o espaço de endereços IPv4 é dividido
em cinco classes de endereços, denominadas classes A, B, C, D e E. Cada classe adota uma
posição diferente para delimitar o prefixo de rede e o identificador de estação.
Capacidade
A figura ilustra as classes de endereços IPv4, cuja distinção é realizada por um código
fixo associado a cada classe nos primeiros bits do octeto mais significativo.
Endereços classe A – os 8 primeiros bits identificam a rede e os outros 24 bits identificam a estação.
Assim, podemos concluir que o total de redes classe A é de 27 (primeiro bit do prefixo de rede sempre igual a 0), com até 224 estações em cada rede.
Classe
A
Endereços classe B – os 16 primeiros bits representam o prefixo de rede e os outros 16 bits representam o identificador da estação. Nesse caso, o total de redes classe B é de 214
(dois primeiros bits do prefixo de rede fixados em 10), com até 216 estações em cada rede.
Classe
B
Classe
C
Endereços classe C – possuem 24 bits que identificam a rede e apenas 8 bits que identificam
a estação. Assim, a quantidade de redes classe C é de, no máximo, 221 (três primeiros bits do prefixo de rede fixados em 110), com até 28 estações em cada rede.
Definições
Observe que as classes A, B e C permitem a configuração de um variado número de redes
com diferentes tamanhos:
Endereços classe A suportam poucas redes, mas cada uma delas pode ser gigantesca.
Endereços classe B suportam um número mediano de redes, com tamanho
relativamente grande.
Endereços classe C suportam um grande número de pequenas redes.
Endereços classe D são usados para suportar endereçamento multicast, em que cada
endereço é associado a um grupo de estações. Neste caso, pacotes destinados a um
determinado endereço multicast são entregues às estações que pertencem ao respectivo
grupo. O conjunto composto pelos 28 bits de um endereço classe D é denominado identificador
de grupo multicast. Ao contrário das classes A, B e C, endereços multicast não
possuem qualquer hierarquia. Na prática, endereçamento multicast pode ser utilizado
por aplicações interativas de grupo – por exemplo, videoconferência – ou como mecanismo
para identificar serviços em uma rede.
Endereçamento por Classe
Endereços
Especiais
Além de serem utilizados para identificar estações (interfaces de estações e roteadores)
de uma rede, os endereços IPv4 servem para referenciar as próprias redes. Por isso, por
convenção, qualquer endereço classe A, B ou C, cujo identificador de estação possua todos
os bits iguais a 0, é reservado para endereçar a própria rede, denominando-se, então,
endereço de rede. Assim, o identificador de estação com todos os bits iguais a 0 nunca é
atribuído a uma interface. A tabela seguinte ilustra a convenção para endereços de rede.
Endereços de rede e broadcast
Endereços de rede nunca são usados diretamente nos datagramas IPv4. Entretanto, como
o roteamento na arquitetura TCP/IP é baseado em redes, em vez de estações, os endereços
de rede são largamente adotados para manter as informações de roteamento que apontam
para as respectivas redes. Uma vez que cada rede física possui um endereço de rede particular,
o endereçamento IP adota o conceito de broadcast direto.
Para suportar o conceito de broadcast direto, o endereçamento IPv4 reserva um endereço
especial em cada rede. Por convenção, qualquer endereço classe A, B, ou C, cujo identificador de
estação possua todos os bits iguais a 1, é reservado para representar o endereço de broadcast
direto. Assim, o identificador de estação com todos os bits iguais a 1 nunca deve ser atribuído a
uma interface. A tabela seguinte ilustra a convenção para endereços de broadcast direto.
Ao contrário de endereços de rede, que nunca são usados diretamente nos datagramas
IPv4, endereços de broadcast direto podem ser usados em datagramas, permitindo ao
roteador de entrada da rede destino realizar o broadcast do datagrama naquela rede.
Broadcast
direto
Além do conceito de broadcast direto, o endereçamento IPv4 também suporta o conceito de broadcast limitado, que, similarmente, permite o envio de datagramas IPv4 para todas as estações (interfaces de estações e roteadores) de uma determinada rede. No entanto, ao contrário do broadcast direto, que permite o envio a partir de qualquer estação da inter-rede TCP/IP, o broadcast limitado permite o envio apenas a partir de uma estação localizada na própria rede destino.
Ou seja, somente uma estação da própria rede pode realizar o broadcast limitado para aquela rede.
Na prática, o broadcast limitado é geralmente usado durante procedimentos de identificação de serviços em uma rede.
Para suportar o conceito de broadcast limitado, o endereçamento IPv4 reserva um endereço
especial que, por convenção, é composto de 32 bits iguais a 1. Assim, o endereço 255.255.255.255
é reservado para representar o endereço de broadcast limitado. Da mesma forma que endereços
de broadcast direto, o endereço de broadcast limitado pode ser usado em datagramas IP.