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Profยบ Anderson Barbosa

C a b e a m e n to de R edes Livro 1 Endereรงamento IPv4


Cabeamento de Redes Livro 1 – Endereçamento Ipv4

2012-2 1ª Edição

Este material é de produção independente do prof. Anderson Barbosa e é expressamente proibida sua reprodução, parcial ou integral, sem a prévia autorização do autor.

Sobre o Autor: - Técnico em Telecomunicações; - Técnico em Informática para a Internet; - Tecnólogo em Redes de Computadores; - Graduando em Engenharia de Telecomunicações; - Pós-graduando em Redes de Computadores; - Pós-graduando em Sistemas de Telecomunicações; - Técnico em Telecomunicações da Celesc desde 2005 e professor do Senai desde 2010.


Dados da Disciplina: Disciplina: Cabeamento de Redes – 04 créditos

Justificativa: Disciplina introdutória dos principais aspectos conceituais e práticos referentes ao cabeameto estruturado de uma rede de computadores. Ementa: Conceitos de cabeamento de redes. Comunicação serial (RS232). Instalação da rede lógica e física. Projeto de cabeamento e certificação de instalações. Instalação de cabeamento. Montagem de conectores. Aterramentos. Noções de cabeamento estruturado metálico e óptico. Prática em laboratório. Bibliografia Básica: DERFLER JR, Frank J. Tudo sobre cabeamento de rede.: CAMPUS, 1994. COELHO, Paulo Eustáquio. Projetos de Redes Locais com Cabeamento Estruturado. Instituto Online, 2003.

Bibliografia Complementar: PINHEIRO, José Maurício S. Guia Completo de Cabeamento de Redes.: CAMPUS, 2003.

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Índice

Introdução - pág. 5 Capítulo 1 Conceitos sobre IP - pág. 6 1.1 – Formato do número IP – pág. 6 1.2 Sub-rede – pág. 8 1.3 Notação Decimal e Notação Ciderizada – pág. 9 Capítulo 2 Cálculo para Sub-redes – pág. 14 2.1 – Número de Rede e número de Broadcast – pág. 14 2.2 – Cálculo do endereço de Rede – pág. 15 2.3 – Máscara de Rede – pág. 16 2.4 – Cálculo do endereço de Broadcast – pág. 17 2.5 – Cálculo de Sub-redes – pág. 17 Capítulo 3 Portas Lógicas – pág. 19 Exercícios – pág. 20 Respostas dos Exercícios – pág. 22 Bibliografia – pág. 24

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Introdução O tema abordado neste livro não tem o objetivo de esgotar o assunto sobre endereçamento IP, mas apenas de preparar o acadêmico para entender os princípios básicos sobre endereçamento IPv4 e com isso poder aplicá-lo durante aulas práticas em que seja necessário. Esta visão sobre endereçamento IP, que chamamos também de endereçamento lógico, também é importante para que possam ser resolvidos pequenos problemas de endereçamento após ou durante a implementação de um projeto de cabeamento estruturado. Importante salientar que o foco deste livro é o IPv4, sendo que o assunto sobre endereçamento IPv6 será tratado em momento oportuno.

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Capítulo 1 Conceitos sobre IP

1.1 - Formato do número IP

O endereço IP é utilizado em equipamentos que compõem uma rede com o objetivo de permitir que pacotes de dados possam trafegar nesta mesma rede e cheguem ao destino graças ao endereço de entrega, exatamente como no sistema dos Correios. Se algo de errado acontece com a entrega é necessário que o endereço do remetente seja conhecido para que a informação de erro seja retornada. O protocolo que dita as regras de endereçamento na complexa rede de computadores é o IP – Internet Protocol, e é dele que trataremos brevemente neste livro. Cada endereço IP tem o comprimento de 32 bits, que equivalem a 4 Bytes. Esses 4 bytes também são chamados de octetos. Portanto, um endereço IPv4 possui 4 octetos. Como exemplo podemos ver o IP representado abaixo em sua forma binária, onde cada byte é separado por um ponto. 11000000.10101000.00000011.00001010 Esses endereços são escritos em Notação Decimal separada por pontos (dotteddecimal notation) de acordo com o seguinte formato: xxx.yyy.zzz.www Onde cada letra (X, Y, Z ou W) representam números que podem variar de 0 até 255 seguindo algumas regras.

Exemplo de endereço IP em notação decimal: 192.168.3.10 Nesta representação cada byte do endereço é escrito em sua forma decimal e separados dos outros bytes do endereço por um ponto, lembrando que os bytes estão convertidos e representados em números decimais, pois seu equivalente em binário é: 11000000.10101000.00000011.00001010

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Perceba na rede representada pela figura abaixo que cada PC tem um endereço IP no formato de representação decimal.

Fig. 1 – Rede com endereçamento IP nas interfaces

Ainda explorando a rede acima podemos dizer que cada PC pode ser chamado de hospedeiro. Todos os hospedeiros são interligados por um equipamento central chamado Roteador. Desconsidere o concentrador (Switch) entre os PCs e o Roteador, pois eles – os switchs - podem ser entendidos neste estágio de estudos apenas como extensões elétricas dos sinais, sem nenhum tipo de processamento, portanto não interferindo na análise de endereçamento IP. O caminho entre cada hospedeiro e o roteador é chamado de enlace. A fronteira entre o hospedeiro e o enlace físico é chamada de interface. Abordaremos as particularidades das interfaces em um outro livro, por enquanto considere a interface apenas como uma porta para plugar o cabo de rede. Importante salientar que um endereço IP está associado com uma interface e não com um hospedeiro ou com um roteador que contém aquela interface.

1.2 – Sub-rede Ainda com relação a figura 1 percebemos que o roteador possui três interfaces (três portas). E essas três interfaces interconectam os sete hospedeiros.

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Na terminologia IP a rede que interliga um número x de hospedeiros a uma interface de um roteador é chamada de sub-rede (ou uma rede IP, ou ainda simplesmente rede). Sendo assim, na rede representada pela figura 1 temos três sub-redes interligadas pelo roteador central. Vale adiantar uma característica dos roteadores: Roteadores interligam redes, enquanto concentradores (switchs ou hubs) interligam hosts. Podemos entender host como qualquer dispositivo que possa ser endereçado com um número IP. Vamos notar uma particularidade nesta rede. Cada sub-rede tem os seguintes formatos de endereços IP: 233.1.1.xxx 233.1.2.xxx 233.1.3.xxx Onde o x é a parte variável de todos os endereços IP. A parte variável deve ser diferente para hosts diferentes de uma mesma rede, ou seja, em uma mesma rede não pode existir endereços IP’s iguais.

1.3 – Notação Decimal e Notação Ciderizada O endereçamento IP designa endereços padrões para essas sub-redes que são os seguintes: 233.1.1.0/24 233.1.2.0/24 233.1.3.0/24 Os endereços acima representam números de rede e não podem ser atribuídos a interfaces de hospedeiros. Esses números são utilizados em momento oportuno na configuração de roteadores. O algarismo 24 significa que os primeiros 24 bits a esquerda do endereço IP (em seu formato binário) definem o endereço da sub-rede ou da rede, que não pode ser alterado para todos os hosts da mesma rede. Esta notação também pode ser chamada de notação Ciderizada. De acordo com este raciocínio, se 24 bits são fixos, sobram 8 bits variáveis, e a soma formam os 32 bits, ou 4 bytes que compõem nosso número IP.

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Para entender melhor vamos analisar a sub-rede 233.1.1.xxx da figura2:

Figura 2 – Sub-rede 233.1.1.0/24

Convertendo o número 233.1.1.xxx para binário temos: 11101001.00000001.00000001.xxxxxxxx Perceba que os bits representados acima somam 24bits ou 3 octetos, e o x, que representa os 8 bits variáveis, um octeto, pode ser alterado para qualquer host desta rede, então: 233.1.1.1 = 11101001.00000001.00000001.00000001 233.1.1.2 = 11101001.00000001.00000001.00000010 233.1.1.3 = 11101001.00000001.00000001.00000011 233.1.1.4 = 11101001.00000001.00000001.00000100 Como esperado, só o último octeto foi alterado, e agora fica mais claro que os 24 primeiros bits são fixos para esta rede, portanto a representação /24. Quem determina quantos bits são destinados a rede e ao host é a máscara de rede que será abordada mais adiante. Qualquer hospedeiro ligado, por exemplo, a sub-rede 233.1.1.0/24 seria obrigado a ter o endereço na forma 233.1.1.xxx.

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Então podemos concluir que na rede representada até o momento temos três subredes. 233.1.1.0/24; 233.1.2.0/24 e 233.1.3.0/24

Figura 3 – Sub-redes

Podemos usar a seguinte definição para sub-redes de um sistema: “Para determinar as sub-redes, destaque cada interface de seu hospedeiro ou roteador, criando uma ilha de redes isoladas com interfaces fechando as terminações das redes isoladas. Cada uma dessas redes isoladas é determinada sub-rede.” (Kurose/Ross)

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Exemplos:

Fig. 4 – Sub-rede 223.1.1.0/24 No exemplo da figura 4, se destacarmos as duas interfaces dos hospedeiros e a interface do roteador, criaremos uma ilha de uma rede isolada fechando estas nas terminações que são representadas pelas interfaces, ou seja, as duas dos hospedeiros (233.1.1.1 e 233.1.1.2) e a interface do roteador (233.1.1.3), como bem mostra a figura 5.

Fig. 5 – ilha isolada que forma a sub-rede 233.1.1.0/24 Seguindo o mesmo método podemos determinar que na figura 6 temos ilhas isoladas pelas interfaces, uma formada pelo enlace entre os roteadores 1 e 2, outra formada pelo enlace entre os roteadores 1 e 3 e outra pelo enlace entre os roteadores 2 e 3, outra formada entre as interfaces dos hospedeiros mais acima e do router 3, uma outra pelas interfaces dos hospedeiros mais a esquerda e a do router 1 e uma última pelas interfaces dos hospedeiros mais a direita e a do router 2. 11


Portanto concluímos que a rede da figura 6 possui seis sub-redes. Considere que a ligação entre as interfaces dos hospedeiros e a interface do roteador é feita fisicamente com o auxílio de algum concentrador como um hub ou switch, que neste caso não influencia na análise pois suas interfaces não recebem endereços IP, apenas fazem a conexão elétrica entre os cabos para transmissão do sinal.

Fig. 6 – sub-redes

A notação Decimal, a mais simples e vista em vários exemplos até agora, é simplesmente a representação do número em binário em decimal, sem a barra e a menção de bits de rede ou hots, ex.: 233.1.1.1.

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Capítulo 2 Cálculo para Sub-redes

Em uma rede existem endereços IP’s que não podem ser atribuídos aos hosts. O endereço de Rede e o endereço de Broadcast são exemplos destes casos. Neste estágio de estudos não trataremos das particularidades de cada um desses endereços, devemos apenas saber que eles existem e não podem ser atribuídos ao endereçamento dos hosts. Contudo aprenderemos como eles são calculados e onde se localizam dentro de uma faixa de endereços IP. 2.1 – Número de Rede e número de Broadcast Define-se como número de rede o primeiro endereço da faixa de endereços IP de uma rede ou sub-rede, e como número de broadcast o último endereço desta faixa. Por exemplo, se tivermos a seguinte faixa de endereços IP para uma sub-rede: 10.0.0.0 10.0.0.1 10.0.0.2 . . . 10.0.0.253 10.0.0.254 10.0.0.255

Então o endereço 10.0.0.0 é destinado ao número que representa a rede e o endereço 10.0.0.255 é destinado ao endereço de broadcast.

Analisando agora a notação ciderizada, se tivermos, por exemplo, o IP 10.1.0.5/24 (24 bits para rede):

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O número de rede seria 00001010. 00000001. 00000000. 00000000, ou 10.1.0.0, primeiro endereço IP que seria para host da seqüência. O número de broadcast seria 0001010. 00000001. 00000000 .11111111, ou 10.1.0.255, último número de host permitido. Antes que você se pergunte porque o número 255 é o limite e não o número 999, lembre-se do formato do número IP e que os decimais são obtidos através dos binários, então, com 1 byte podemos obter combinações que variam de 00000000 até 11111111, e esta última combinação resulta em decimal no número 255. Para qualquer outro número decimal teríamos um estouro do byte, portanto, fugindo dos padrões do formato do número IP. Por exemplo, para o número decimal 999, o binário equivalente é: 1111100111 Onde temos 10 bits e não 8.

2.2 – Cálculo do endereço de Rede Usando operações binárias podemos calcular o número da rede, faz-se um AND bit a bit do número IP com os números destinados a rede em 1. Se um IP é /24, quer dizer que devem ser usados 24 bits para rede, restando oito para host. Para calcular a rede, neste caso, faz-se um AND com os primeiros 24 bits em 1 e os demais em zero:

Ao realizar este AND bit a bit, chega-se ao número 10.1.0.0 (número da rede). Perceba que os primeiros três octetos não foram alterados, pois a notação ciderizada já informava que os primeiros 24 bits eram fixos. É lógico que o cálculo realizado no computador ou roteador para chegar a este número é realizado bit a bit, mas para agilizar o resultado podemos fazer uma operação AND apenas na parte do IP variável, neste caso no último octeto.

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Como a resposta da operação AND entre os últimos octetos foi zero, temos o final do nosso endereço de rede. Se sabemos que a parte inicial é fixa então é só copiarmos e proto (10.1.0.0) temos nosso endereço de rede para o IP 10.1.0.5.

2.3 – Máscara de Rede Vamos analisar agora o número binário que utilizamos para realizar o a operação AND com o IP 10.1.0.5 e o seu correspondente em decimal.

Este número é chamado de Máscara de rede e ele determina quantos bits são usados para endereçar a rede e quantos são usados para determinar os hosts, em outras palavras ele determina os bits fixos e variáveis. Por exemplo, no caso analisado até agora temos a seguinte combinação: Endereço IP: ____10.1.0.5 Endereço de rede: 10.1.0.0 Máscara de rede:_255.255.255.0 Observe que o decimal 255 equivale diretamente ao decimal do endereço IP que é fixo (rede) e o zero da máscara equivale diretamente ao decimal do IP que é variável (host).

De acordo com este raciocínio, podemos concluir que com uma máscara 255.255.0.0 para o mesmo IP 10.1.0.5, teríamos os dois primeiros octetos representado a rede (fixos) e os outros dois octetos representado os hots (variáveis), ainda seguindo esta análise, teríamos um IP representado da seguinte forma na notação ciderizada: 10.1.0.5/16 Pois os primeiros 16 bits são utilizados para representar a rede.

2.4 – Cálculo do endereço de Broadcast Para determinar qual é o endereço de broadcast, para o mesmo IP usado até agora, faz-se um OR bit a bit com a máscara complementada (invertida, números destinados à rede em ZERO):

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Sendo agora um OR, o resultado matemático disto será 10.1.0.255. O mesmo método de calcular apenas a parte variável e copiar a parte fixa também vale para o endereço de Broadcast.

2.5 – Cálculo de Sub-redes A máscara de rede determina o número de hosts, ou endereços, que podem ser utilizados em uma determinada rede. Vamos analisar a máscara 255.255.255.0. Convertendo-a em binário temos: 11111111.11111111.11111111.00000000 Onde os primeiros 24 bits representam a parte do endereço IP destinada a representar a rede, portanto fixa. Para determinarmos a quantidade de endereços disponíveis elevamos a base binária (2) a uma potência representada pela quantidade de dígitos zero presentes na máscara, em nosso caso temos 8 zeros, então: 2^8=256 Portanto, com esta máscara, podemos ter até 256 combinações possíveis de endereços IP, que variam de 10.1.0.0 até 10.1.0.255. Destas 256 possibilidades de endereços diminuímos 2, que são os endereços de rede e broadcast, nos restando 254 endereços IPs utilizáveis. Na prática separamos o endereço 10.1.0.0 (rede) e o 10.1.0.255 (broadcast) e nos resta a faixa de 10.1.0.1 até 10.1.0.254 para endereçar qualquer host na rede. Então podemos concluir que para determinar a quantidade de endereços IP utilizáveis em uma rede devemos elevar o 2 a uma potência equivalente ao número de zeros existentes na máscara representada em binário, e deste resultado sobtrair dois, que equivalem aos endereços de rede e broadcast. Podemos também aumentar ou diminuir a faixa de endereços utilizáveis em uma rede de acordo com a necessidade da situação. Por exemplo, para uma rede que necessite apenas de dois endereços IP podemos utilizar o seguinte endereçamento: Máscara em binário: 11111111.11111111.11111111.11111100

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2^2 = 4 4-2 = 2 Quatro combinações de IP’s e dois IP’s utilizáveis: 10.0.0.0 10.0.0.1 10.0.0.2 10.0.0.3 IP’s utilizáveis: 10.0.0.1 e 10.0.0.2 Endereço de Rede: 10.0.0.0 Endereço de Broadcast: 10.0.0.3 Máscara em decimal: 255.255.255.252

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Capítulo 3 Portas Lógicas

Tabela resumo sobre as operações lógicas digitais.

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Exercícios 1 – Calcule o endereço de rede e o endereço de broadcast dos seguintes números IP’s de acordo com sua respectiva máscara: 192.168.0.10 (máscara 255.255.255.240) 192.168.0.30 (máscara 255.255.255.240) 10.0.0.10 (máscara 255.255.255.252)

2 - Para a rede abaixo atribua a cada computador um IP e uma máscara de rede. Limite a sub-máscara ao menor números de IP’s utilizáveis possíveis para o caso em questão. Dê a resposta em formato de representação ciderizada.

3 – Desenhe uma rede com quatro sub-redes e atribua IPs e máscara de rede de acordo com os critérios estudados até o momento. Utilize a notação Ciderizada para representar os endereços. Dados: - Cada sub-rede tem que ter no mínimo 4 computadores; - Switch interliga computadores; - Roteador interliga redes. 19


Respostas dos exercícios:

Exercício 1 IP: 192.168.0.10 Rede: 192.168.0.0 Broadcast: 192.168.0.15 IP: 192.168.0.30 Rede: 192.168.0.16 Broadcast: 192.168.0.31 IP: 10.0.0.10 Rede: 10.0.0.8 Broadcast: 10.0.0.11

Exercício 2:

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Exercício 3: (Uma das possíveis respostas)

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Bibliografia: KUROSE; ROSS Redes de Computadores e a Internet.: PEARSON, 5ª edição; 2010.

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Autor: Anderson Barbosa Segundo semestre de 2012 Livro usado na disciplina de Cabeamento de Redes do curso Superior de Tecnologia em Eletrônica Industrial

Críticas, dúvidas ou sugestões devem ser enviadas para o autor através do endereço eletrônico andersonb1502@gmail.com 23


Cabeamento de Redes

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