Laboratório a Conceitos básicos das sub-redes

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Laboratório 10.3.5a Conceitos básicos das sub-redes

Objetivo

• Como identificar razões para usar uma máscara de sub-rede

• Como distinguir entre uma máscara de sub-rede padrão e uma máscara de sub-rede personalizada

• Quais dados requisitos determinam a máscara de sub-rede, a quantidade de sub-redes e hosts por sub-rede

• O que precisa ficar claro com relação a sub-redes utilizáveis e quantidades de hosts utilizáveis • Como usar o processo de AND para determinar se um endereço IP de destino é local ou remoto • Como identificar endereços de hosts IP válidos e inválidos com base em um número de rede e

uma máscara de sub-rede

Fundamentos / Preparação

Este exercício de laboratório trata os conceitos básicos das máscaras de sub-rede IP e o seu uso nas redes TCP/IP. A máscara de 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 o tamanho dos domínios de broadcast, o que cria redes menores com menos tráfego • Permitir que LANs em diferentes localizações geográficas comuniquem-se através de

roteadores

• Oferecer maior segurança, separando uma rede local da outra

Os roteadores separam as sub-redes e determinam quando um pacote pode ir de uma sub-rede a outra. Cada roteador por onde passa um pacote é considerado um salto. As máscaras de sub-rede ajudam as estações de trabalho, os servidores e os roteadores em uma rede IP a determinarem se o host de destino do pacote que eles desejam enviar está na sua própria rede ou em outra. Este laboratório repassará o conceito de máscara de sub-rede padrão e, depois, tratará das máscaras de sub-rede personalizadas. As máscaras de sub-rede personalizadas usam mais bits que as

máscaras de sub-rede padrão, tomando emprestados esses bits da parte do host do endereço IP. Isso cria um endereço com três partes:

• O endereço da rede original

• O endereço da sub-rede, formado pelos três bits emprestados

• O endereço do host, formado pelos bits deixados após tomar alguns emprestados para as sub-redes

Etapa 1 Revisar a estrutura dos endereços IP

Se uma organização tiver um endereço de rede IP de classe A, o primeiro octeto (8 bits) será atribuído e não mudará. A organização poderá usar os 24 bits restantes para definir até 16.777.214 hosts na sua rede. É uma quantidade enorme de hosts. Não é possível colocar todos esses hosts em uma rede física sem separá-los com roteadores e sub-redes.

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É comum que uma estação de trabalho esteja em uma rede ou sub-rede e que um servidor esteja em outra. Quando a estação de trabalho precisa recuperar um arquivo no servidor, ela tem de usar 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 os hosts e os roteadores a determinarem o local da rede onde um host de destino pode ser encontrado. Consultar a tabela abaixo para repassar as seguintes informações:

• As classes de endereço IP • As máscaras de sub-rede padrão

• A quantidade de redes que podem ser criadas com cada classe de endereço de rede • A quantidade de hosts que podem ser criados com 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 padrão Quantidade de redes Hosts por rede (endereços utilizáveis) A 1 – 126 * 0 N.H.H.H 255.0.0.0 126 (27 – 2) 16.777.214 (224 – 2) B 128 – 191 10 N.N.H.H 255.255.0.0 16.382 (214 – 2) 65.534 (216 – 2) C 192 – 223 110 N.N.N.H 255.255.255.0 2.097.150 (221 – 2) 254 (2 8 _{– 2)}

D 224 – 239 1110 Reservado para multicasting

E 240 – 254 11110 Experimental, usado para pesquisas

* O endereço 127 para classe A não pode ser usado e é reservado para as funções de loopback e de diagnóstico.

Etapa 2 Revisar o processo AND

Os hosts e os roteadores usam o processo AND para determinar se um host de destino está na mesma rede ou não. O processo AND é feito todas as vezes que um host deseja enviar um pacote para outro host em uma rede IP. A fim de conectar-se 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. Primeiro, o host de origem comparará (AND) seu próprio endereço IP com sua própria máscara de sub-rede. O resultado do AND é a identificação da rede onde reside o host de origem. Em seguida, ele 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 idênticos, eles poderão comunicar-se diretamente. 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 roteadores ou poderão não ser capazes de se comunicarem de nenhuma maneira.

O AND depende da máscara de sub-rede. As máscaras de sub-rede são sempre formadas por uns. Um máscara de sub-rede padrão para uma rede de classe C é 255.255.255.0 ou

11111111.11111111.11111111.00000000. Ela é comparada a o endereço IP de origem bit por bit. O primeiro bit do endereço IP é comparado a o primeiro bit da máscara de sub-rede, o segundo bit a 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 de dois zeros, então o resultado do AND será zero. Basicamente,

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isso significa que a combinação de dois 1s resulta em 1, e as demais sempre resultam em 0. O resultado do processo AND é a identificação do número de rede ou de sub-rede onde está o endereço de origem ou destino.

Etapa 3 Duas redes de classe C usando a máscara de sub-rede padrão

Este exemplo mostra como uma máscara de sub-rede padrão de classe C pode ser usada para determinar em que rede está o host. 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, a origem na rede 200.1.1.0, tem o endereço IP 200.1.1.5. Ele quer enviar um pacote para o host Z, o destino na rede 200.1.2.0 que tem o endereço IP 200.1.2.8. Todos os hosts em todas as redes estão conectados a hubs ou comutadores e, depois, a um roteador. Lembre-se de que em um endereço de rede de classe C, os três primeiro octetos (24 bits) são atribuídos como o endereço da rede. Dessa maneira, essas duas redes de classe C são diferentes. Isso deixa ainda um octeto (8 bits) para hosts;, portanto cada rede de classe C poderá ter até 254 hosts.

• 28_{= 256 – 2 = 254}

Rede de origem: 200.1.1.0 Rede de destino: 200.1.2.0 Máscara de sub-rede: 255.255.255.0 Máscara de sub-rede: 255.255.255.0

IP do host 200.1.1.5 Host 200.1.2.8

Interface do roteador Interface do roteador

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

Observação: O resultado do processo AND é o endereço de rede do host X, que é 200.1.1.0. 2. Em seguida, o host X compara o endereço IP de destino do host Z com sua própria máscara de

sub-rede, usando o processo AND.

Hub Router Hub

Host

X

Host Z

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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

Observação: O resultado do processo AND é o endereço de rede do host Z, que é 200.1.2.0. O host X compara os resultados do AND das etapas 1 e 2 e percebe que são diferentes. Agora o host X sabe que o host Z não está na sua rede local (LAN). Por isso, ele precisa enviar o pacote para o seu gateway padrão, que é o endereço IP da interface do roteador, 200.1.1.1, na rede 200.1.1.0. Em seguida, o roteador repete o processo AND para determinar a interface de roteador para a qual ele deve enviar o pacote.

Etapa 4 Uma rede de classe C com sub-redes, usando uma máscara de sub-rede

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 rotear os pacotes de uma sub-rede para outra. Lembre-se de que em um endereço de rede de classe C, os três primeiro octetos (24 bits) são atribuídos como o endereço da rede. Isso deixa um octeto (8 bits) para os hosts. Assim, cada rede de classe C poderá ter até 254 hosts: • 28_{= 256 – 2 = 254}

Talvez seja desejável um total combinado de hosts, estações de trabalho e servidores inferior a 254 em uma única rede. Pode ser por questões de segurança ou para reduzir o tráfego. Isso pode ser feito criando duas sub-redes e separando-as com um roteador. Isso cria domínios de broadcast independentes menores e pode melhorar o desempenho da rede e aumentar a segurança. Isso é possível porque essas sub-redes ficarão separadas por um ou mais roteadores. Considere que serão necessárias pelo menos duas redes e que haverá pelo menos 50 hosts em cada sub-rede. Considerando que só há um endereço de rede de classe C, somente 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 a seguir ajudam a realizar isso:

1. A primeira etapa para criar as sub-redes é determinar quantas sub-redes são necessárias. Neste caso, são duas. Para saber quantos bits devem ser emprestados da parte do endereço da rede que representa o host, adicionar os valores de bits da direita para a esquerda até que o total seja maior ou igual ao número necessário para sub-redes. Porque precisamos de duas sub-redes, adicionar o bit um e o bit dois, totalizando três. Esse valor é maior que a número necessário para sub-redes. Para corrigir isso, tomar emprestados pelo menos dois bits do endereço do host, começando do lado esquerdo do octeto que contém o endereço do host.

Endereço de rede: 200.1.1.0 Bits do endereço de host do 4º. octeto:

1 1 1 1 1 1 1 1

Valores dos bits do endereço do

host (a partir da direita) 128 64 32 16 8 4 2 1

Adicionar bits a partir do lado direito, o 1 e o 2, até que a soma seja superior ao número necessário para sub-redes.

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Observação: Outra maneira de calcular a quantidade de bits a serem emprestados para as sub-redes é elevar a quantidade de bits emprestados ao quadrado. O resultado deve ser superior ao número necessário para redes. Por exemplo, se forem emprestados 2 bits, o cálculo é dois ao quadrado, 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 redes aumente, o número de hosts por 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 padrão anterior foi 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 se tornam 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 1 0 0 0 0 0 0

Valores dos bits para sub-rede: (a partir da esquerda)

128 64 32 16 8 4 2 1

Com essas informações, podemos montar a tabela a seguir. 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, pode-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 emprestado dos bits da sub-rede Valor decimal dos bits da sub-rede Valores binários possíveis dos bits de host (intervalo) (6 bits) Intervalo decimal de sub-rede/host Pode ser usado? 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

Observe que a primeira sub-rede sempre começa 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 ao quadrado os bits de host restantes. Como tomamos emprestados dois dos 8 bits para 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

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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.

Outra forma comum de se representar uma máscara de sub-rede é usar a “barra/quantidade” (/q), onde o q após a barra representa a quantidade de bits utilizados na máscara (rede e sub-rede combinadas). Por exemplo, um endereço de rede de classe C, como 200.1.1.0, com uma máscara de sub-rede padrão (255.255.255.0), seria escrito como 200.1.1.0 /24, indicando que 24 bits são usados para a máscara. A mesma rede, quando dividida em sub-redes usando-se dois bits de host 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 padrão (255.0.0.0) seria escrita como 10.0.0.0 /8. Se 8 bits (o octeto seguinte) estivessem sendo usados para as sub-redes, 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 sendo usada.

Etapa 5 Usare as informações a seguir e os exemplos anteriores para responder às

perguntas a seguir relativas as sub-redes.

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 interconectadas por roteadores. Pelo menos 25 hosts serão necessários em cada sub-rede. É necessário usar uma máscara de sub-rede personalizada de classe C e um roteador entre as sub-redes, a fim de rotear os pacotes de uma sub-rede para outra. 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.

Observação: Haverá 8 possíveis sub-redes, das quais 6 poderão ser usadas. Preencher a tabela a seguir e responder às perguntas:

Número da

sub-rede Valor binário emprestado dos bits da sub-rede Bits da sub-rede em decimal e número da sub-rede Valores binários possíveis dos bits de host (intervalo) (5 bits) Intervalo decimal de sub-rede/host Usar? 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:

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Usar a tabela que acaba de ser criada para ajudar a responder às seguintes perguntas:

1. Qual(is) octeto(s) representa(m) a parte de um endereço IP de classe C que representa a rede?

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2. Qual(is) octeto(s) representa(m) a parte de um endereço IP de classe C que representa o host?

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3. Qual é o equivalente binário do endereço da rede de classe C na situação apresentada?

197.15.22.0

Endereço de rede em decimal:

___________

Endereço de rede em binário:

___________

4. Quantos bits de ordem superior foram tomados emprestados dos bits do host no quarto octeto?

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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?

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7. Qual é o número máximo de sub-redes utilizáveis que podem ser criadas com essa máscara?

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8. Quantos bits restam no 4.º octeto para as IDs de hosts?

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9. Quantos hosts por sub-rede podem ser definidos com essa máscara de sub-rede?

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10. Qual é o número máximo de hosts que podem ser definidos para todas as sub-redes na

situação apresentada? Considere que o menor e o maior número para sub-redes e o maior e o menor ID para hosts de cada sub-rede não podem ser usados.

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11. 197.15.22.63 é um endereço IP de host válido para esta situação?

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12. Por que sim ou por que não?

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13. 197.15.22.160 é um endereço IP de host válido para esta situação?

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14. Por que sim ou por que não?

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15. O host A tem um endereço IP 197.15.22.126. O host B tem um endereço IP 197.15.22.129.