1 Estações de origem e destino estão conectadas na mesma rede física. Entrega indireta:
1 Estações de origem e destino estão conectadas em redes físicas distintas. 1 Pode ser representada por uma sequência de entregas diretas.
1 Datagramas são encaminhados através de roteadores intermediários.
Estações conectadas à mesma rede física podem se comunicar diretamente. No entanto, estações conectadas a redes físicas diferentes devem enviar os datagramas IP por meio de roteadores intermediários (conceito de inter-rede). Dessa forma, a arquitetura TCP/IP suporta dois tipos de entrega de datagramas.
Entrega direta
Ocorre quando as estações de origem e destino estão conectadas na mesma rede física. Para exemplificar a entrega direta, considere duas estações (A e B) conectadas ao mesmo segmento de rede física.
Suponha que a estação A deseja enviar um datagrama IP para a estação B. Nesse caso, o datagrama transporta os endereços IP das estações de origem (IA) e de destino (IB). Em
seguida, a estação A, caso não tenha o mapeamento da estação B em sua cache, ativa o protocolo ARP para mapear o endereço IP da estação B (IB) para o seu respectivo endereço
físico (FB). Após a resposta do protocolo ARP, o datagrama IP é encapsulado no quadro da rede física e, então, efetivamente transmitido. Esse quadro transporta os endereços físicos das estações de origem (FA) e destino (FB), conforme mostra a Figura 3.17.
FA FB Quadro IA IB Datagrama A B IA IB FA FB
Entrega indireta
Ocorre quando as estações origem e destino estão conectadas a redes físicas distintas. Ela pode ser representada como uma sequência de entregas diretas. Inicialmente, a estação
O protocolo BOOTP é definido pelo RFC 951. Detalhes sobre o protocolo DHCP podem ser obtidos no RFC 2131.
d
Figura 3.17 Entrega direta.Ca pí tu lo 3 - E nd er eç am en to I P ( pa rt e 1 )
origem entrega o datagrama a um roteador intermediário que, por sua vez, entrega a outro roteador intermediário e assim por diante, até que o último roteador do caminho entrega o datagrama à estação destino.
Exemplo de entrega indireta:
Considere duas estações (A e B), conectadas a redes físicas distintas (N1 e N2), por meio de um roteador (R) configurado como gateway padrão da estação A. Veja a Figura 3.18. Suponha que a estação A deseja enviar um datagrama IP para a estação B. Nesse caso, o datagrama sempre transporta os endereços IP das estações origem (IA) e destino (IB). A estação A deve
encaminhar o datagrama para o roteador R (gateway padrão), cujo endereço IP na rede N1 é IR,N1. Assim, após consultar a sua cache e verificar que não tem o mapeamento da interface do roteador R, a estação A ativa o protocolo ARP para mapear o endereço IP do roteador R na rede N1 (IR,N1) para o seu respectivo endereço físico (FR,N1). Em seguida, o datagrama IP é
encapsulado no quadro da rede física N1 e efetivamente transmitido. O quadro transporta os endereços físicos da estação origem (FA) e do roteador R na rede N1 (FR,N1). Após receber o
datagrama, o roteador pode entregar o datagrama à estação destino. Assim, R ativa o proto- colo ARP para mapear o endereço IP da estação destino (IB) para o seu respectivo endereço
físico (FB). Por fim, o datagrama IP é encapsulado no quadro da rede física N2 e efetivamente
transmitido. Nesse caso, o quadro transporta os endereços físicos do roteador R na rede N2 (FR,N2) e da estação destino (FB).
Da mesma forma, caso cheguem datagramas IP para outra rede destino, eles serão encami- nhados ao gateway padrão, que através do processo descrito acima, faz a entrega ao destino final ou a outro roteador intermediário. Isto significa que o gateway padrão pode também enviar mensagens ARP em broadcast.
F
R,N2F
B Quadro da rede N2I
AI
B Datagrama A B IR,N2 IB FR,N2 FB IA IR,N1 FA FR,N1F
AF
R,N1 Quadro da rede N1I
AI
B Datagrama IR,N1Um conjunto de máquinas numa rede local – tal que todas recebam quadros em broadcast de suas vizinhas – é chamado de domínio de broadcast.
Duas coisas importantes sobre quadros em broadcast:
1. Os hubs e switches propagam os quadros em broadcast por padrão; 2. Os roteadores NÃO propagam os quadros em broadcast por padrão.
Assim, se os quadros em broadcast estiverem congestionando o tráfego da rede local, a solução é dividir a rede local em sub-redes IP usando roteadores ou dividir a rede local em VLANs (Virtual LANs) usando switches. Note que a segmentação das redes locais usando switches (sem VLANs) resolve o problema de domínio de colisão, mas não o de domínio de broadcast.
Figura 3.18 Entrega indireta.
Ar qu ite tu ra e P ro to co lo s d e R ed e T CP -IP
Desperdício de endereços
Caso o endereço de rede classe C 192.168.10.0 seja atribuído a uma rede com 100 estações, apenas 100 dos 254 endereços permitidos são efetivamente utilizados. Consequentemente, 154 endereços são desperdiçados. Pior ainda, caso surja outra rede física com menos de 154 estações, esses endereços que estão sobrando não podem ser atribuídos, pois qual- quer endereço de rede somente pode ser atribuído a uma única rede física. Assim, outro endereço de rede deve ser atribuído para essa nova rede física, aumentando provavelmente ainda mais o desperdício de endereços.
Se o número de estações da rede original aumentar de 100 para 300, apenas um endereço de rede classe B pode ser usado. Supondo que o endereço de rede classe B 172.16.0.0 tenha sido atribuído para essa rede, o desperdício é muito maior, pois um endereço classe B possui 65.534 (216-2) endereços permitidos; são, exatamente, 65.234 endereços desperdiçados.
Assim, considerando o rápido crescimento da internet, o elevado desperdício de endereços tornou evidente que o esquema original de endereçamento IPv4 era bastante insatisfatório. Esse problema foi considerado muito crítico pelos grupos responsáveis pela padronização da arquitetura TCP/IP, pois as previsões denunciavam um rápido esgotamento do espaço de endereçamento IPv4, impossibilitando a conexão de novas redes e inviabilizando a expansão da internet.
Consequentemente, soluções deveriam ser propostas com os objetivos de minimizar o des- perdício de endereços e maximizar o tempo de vida do esquema de endereçamento baseado em endereços de apenas 32 bits. Veremos essas soluções a seguir e no próximo capítulo.
q
O esquema de endereçamento IPv4 original é inviável tecnicamente, pois cada rede física deve ter um prefixo de rede único. A analogia seria de duas ruas com nomes distintos. Imagine uma rede física classe A:
1 Escalabilidade de hardware (24 milhões de portas de switch). 1 Escalabilidade de software (excesso de tráfego).
O mesmo vale para uma rede classe B (65 mil portas). Já uma rede classe C pode se tornar pequena.
Quando descrevemos as classes de endereços IPv4 identificamos que o esquema original de endereçamento IPv4 é bastante insatisfatório, pois gera um elevado desperdício de ende- reços que pode ocasionar o rápido esgotamento dos endereços IPv4.
Consequentemente, soluções alternativas deveriam ser propostas com o objetivo de mini- mizar o desperdício de endereços e, assim, maximizar o tempo de vida do espaço de ende- reçamento de 32 bits. Na tentativa de solucionar o desperdício de endereços, identificou-se que o principal problema era a associação de um prefixo de rede a uma única rede física.
q
1 Rápido esgotamento do espaço de endereçamento IPv4. 1 Impossibilidade de conexão de novas redes.
1 Crescimento da internet é inviabilizado.
1 Solução: compartilhar um único endereço de rede entre múltiplas redes físicas. Objetivo:
1 Minimizar o desperdício de endereços.
1 Maximizar o tempo de vida do espaço de endereçamento de 32 bits.
Prefixo de rede Porção do endereço IP que identifica a rede de forma única e individual.
Ca pí tu lo 3 - E nd er eç am en to I P ( pa rt e 1 )
Em consequência do desperdício de endereços, fica impossibilitada a conexão de novas redes e, portanto, o crescimento da internet é inviabilizado. Para solucionar esse pro- blema, o esquema de endereçamento de sub-redes foi padronizado na arquitetura TCP/ IP, permitindo o compartilhamento de um único endereço de rede, classe A, B ou C, entre diversas redes físicas. Pretendia-se com este esquema conseguir minimizar o desperdício de endereços e assim maximizar o tempo de vida do espaço de endereçamento de 32 bits, enquanto uma solução definitiva não era encontrada. Veremos adiante que, apesar de todos os esforços, está sendo muito difícil manter o endereçamento IPv4. Veremos também que a solução definitiva é o endereçamento IPv6.
No entanto, o conceito de sub-redes não se mostrou plenamente eficaz, pois a atribuição de ende- reços classe B ainda representava um enorme desperdício de endereços. Na prática, para cada endereço classe B, geralmente, apenas uma pequena parcela dos endereços de sub-rede é efeti-
vamente atribuída, representando, assim, um grande desperdício do espaço de endereçamento. Avaliando o uso ineficiente de endereços classe B, identificou-se que a principal razão era a inexistência de um tamanho de rede adequado às necessidades das instituições. Enquanto endereços classe C são bastante pequenos, endereços classe B são demasiadamente grandes. Nesse contexto, o esquema de endereçamento de super-redes foi padronizado na arquitetura TCP/IP com o objetivo de permitir a atribuição de blocos de endereços com tamanhos adequados às necessidades das instituições.