REDES E SUB-REDES

O que é IPv4?

O IPv4 (Protocolo de Internet versão 4) é a quarta versão do Protocolo de Internet (IP) e é utilizado para a configuração de computadores, impressoras e nós de rede com o famoso endereço IP.

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Convite ao estudo

Caro aluno, seja muito bem-vindo à segunda unidade da disciplina de Redes e Sistemas Distribuídos: arquitetura e tecnologia de redes. Esta é uma unidade de ensino que tem por objetivo levá-lo ao estudo sobre endereçamento IP (Internet Protocol) de uma rede, compreensão e configuração de endereços e máscaras de rede e de sistemas de nomes de domínio. Adicionalmente, o estudo também abrange conceitos de Ethernet, operação de rede com interoperabilidade de protocolos e gerenciamento de desempenho e configuração de uma rede de computadores. O adequado estudo desta unidade fará com que a construção do conhecimento em redes possa seguir para abordagens técnicas e práticas embasadas em tecnologias de comunicação de dados e estruturas de redes de computadores e levar o profissional de redes à construção de soluções computacionais distribuídas.

A primeira seção, Redes e sub-redes, abordará conceitos sobre endereçamento IP, notação e classes de endereço, atribuição de endereço, configuração de máscaras de rede, segmentação de uma rede local e utilização de um servidor DNS (Domain Name System). A compreensão sobre endereços IP e sua utilização é fundamental para o trabalho de um profissional de tecnologia da informação no cenário das redes de computadores.

Em seguida, a segunda seção, Ethernet e IPv6, apresentará conceitos de Ethernet e domínios de broadcast e de colisão, operação, velocidade e comutação em redes. Este estudo lhe levará a compreender melhor o funcionamento de uma rede baseada no protocolo IEEE 802.3 e analisar a performance de uma rede em função da operação dentro de um canal compartilhado e com controle de colisão. Conheceremos informações e características do endereço IPv6 (Internet Protocol version 6) e veremos também as diferenças entre o IPv4 e o IPv6, explorando os tipos de endereços, coexistência, interoperabilidade e comandos de testes e conectividade. Aqui, você se aprofundará nas atividades de endereçamento e testes de rede, para que tenha conhecimento em planejar redes com as versões adequadas de endereços IP, assim como a coexistência de ambos os endereços em uma rede.

Para finalizar, temos a terceira seção, Gerência de desempenho, configuração e contabilização, que trará conceitos e prática para análise e configurações de uma rede de computadores, análise de gargalos, tempo de resposta, latência de rede, QoS (Quality of Services) e análise de tráfico. Faremos também uma introdução ao protocolo VLAN Trunk e ao serviço de acesso remoto com o SSH (Secure Shell). Os conhecimentos adquiridos nesta seção levarão o profissional de tecnologia da informação a gerenciar uma rede de forma técnica e utilizar ferramentas de monitoramento e gerenciamento da rede.

Com os conhecimentos assimilados desta unidade, você será capaz de fazer o planejamento de um esquema de endereçamento de redes utilizando os protocolos IPv4 e IPv6, o planejamento e a definição de máscaras de sub-redes e a configuração de um servidor DNS, além de realizar o gerenciamento de uma rede de computadores com análise de desempenho e contabilização via ferramentas de análise, redes virtuais e acesso remoto.

PRATICAR PARA APRENDER

Caro aluno, esta seção traz para você um conteúdo referente à arquitetura e tecnologia de redes, focando em endereçamento IP de uma rede de computadores local (LAN – Local Area Network). O endereçamento de uma rede local deve levar em consideração a análise de volume de endereços para os dispositivos da rede, a topologia da rede e a estrutura organizacional. O endereçamento de uma rede local necessita seguir critérios preestabelecidos referente a classes (ou sem classes) e números de endereços IPs a serem utilizados, assim como sua distribuição e organização em sub-redes, o que é realizado através do uso de máscara de rede.

A atribuição de endereços de rede para hosts de uma rede local irá, em primeiro lugar, levar em consideração o número de dispositivos que poderão fazer parte da rede. Tendo em vista o número de hosts a serem endereçados, o administrador da rede definirá a classe IP para sub-rede, ou fará o seu cálculo da máscara da sub-rede utilizando a técnica de CIDR (Classless Inter-Domain Routing).

Aprofundaremos nossos estudos sobre redes conhecendo o DNS (Domain Name System), ou sistema de nomes de domínio, que estrutura uma rede dentro de um serviço de nomes de domínio para que as pesquisas possam utilizar nomes definidos por URL (Uniform Resource Locator) na tradução de endereços IPs para nomes utilizados nos browsers de internet.

Tendo as informações sobre endereços de rede e máscara de rede, podem ser informados manualmente os endereços e as máscaras nos dispositivos, ou fazê-lo de forma automática, utilizando-se de um servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), através do serviço de mesmo nome em um sistema operacional de rede.

A empresa de coworking que contratou sua consultoria para análise e implantação de um sistema de redes de computadores precisa, nesta segunda fase do projeto, de uma análise mais aprofundada sobre o seu sistema de endereçamento de redes, com um estudo e planejamento de utilização de intervalo de endereços IP a serem atribuídos para os dispositivos que estarão conectados nesta rede. Desta forma, a rede interna precisa ser adequadamente configurada com endereços IPs e máscara de sub-rede, para que todo o sistema computacional possa ser executado sem ocorrer falhas ou lentidões mediante a possibilidade de configurações de endereços repetidos por usuários do ambiente.

Com o objetivo de manter uma configuração profissional dos computadores e dispositivos da rede na empresa, deve ser proposto segmentar a rede em cinco sub-redes (Gerência, Sistemas, Reuniões, Clientes e Visitantes), dentro de uma estrutura de rede em Classe C, com a rede 192.168.10.0 e máscara de rede 255.255.255.0. A topologia da rede é mais uma vez representada na Figura 2.1 a seguir.

Seu trabalho consiste em gerar um relatório, chamado de Relatório do projeto de redes: configuração do endereçamento da rede.

O endereçamento de rede através da atribuição de números IPs para cada dispositivo é uma tarefa envolvente, que leva o profissional de tecnologia da informação a praticar os conceitos sobre arquitetura de redes de computadores e atribuir endereços lógicos internos para as redes de computadores definidos pelas classes e pelas sub-redes e desenhados através das máscaras de rede.

conceito-chave

Você já imaginou como toda a internet funciona? Já pensou que cada dispositivo conectado à internet possui um endereço único, dentro do domínio de sua rede, e que ele pode se comunicar com outro dispositivo localizado do outro lado do mundo? Pois bem, este sistema funciona graças ao protocolo IP e aos critérios de endereçamentos público e privado.

A seguir, desenvolveremos o conhecimento para que possamos realizar o endereçamento de nossas máquinas e nossas sub-redes.

Endereço IP (Internet Protocol)

De acordo com Stallings (2016), na maioria dos casos, uma rede local ou uma rede remota não é uma entidade isolada, e necessita de um sistema que possa fazer com que tenha acesso a outras redes. 

Conforme relata Forouzan (2010), o IPv4 é um protocolo de datagramas sem conexão e não confiável, ou seja, um serviço de entregas chamado de best-effort, o que significa que o IPv4 não possui mecanismos de controle de erros ou de fluxo, com exceção da detecção de erros no cabeçalho. Isto nos remete a relembrar que um protocolo adicional de camada de transporte deverá assumir a responsabilidade de realizar a conexão e a entrega confiável dos dados, tarefa realizada pelo protocolo TCP (Transmission Control Protocol). As definições técnicas sobre o protocolo IP estão formalizadas na RFC 791 da IETF.

A seguir, é apresentada uma breve descrição dos campos do datagrama IPv4.
Versão: versão do protocolo IP (4 ou 6).
Comprimento do cabeçalho: tamanho do cabeçalho.
Tipo de serviço: prioridade do pacote.
Comprimento do datagrama: tamanho total do pacote (datagrama), com cabeçalho e dados.
Identificador de 16 bits: fragmento do pacote IP original.
Flag: MF, usado para o deslocamento dos datagramas e sua reconstrução; DF, utilização para autorização de fragmentação.
Deslocamento de fragmentação: ordem dos pacotes no processo de remontagem.
Tempo de vida: TLL (Time to Live). Indica o “tempo de vida” que o pacote possui a cada salto pelos nós da rede.
Protocolo da camada superior: repassa os dados para os protocolos das camadas superiores.
Soma de verificação do cabeçalho: informa os erros no cabeçalho.
Endereço IP de origem: endereço do remetente.
Endereço IP de destino: endereço do receptor.
Opções: implementações opcionais.
Dados: dados a serem transmitidos.

Observada a composição do fragmento IP na rede, refletiremos sobre como é feito o endereçamento de cada dispositivo conectado em uma rede de computadores.

Por exemplo, no sistema telefônico, a composição de um número local é estruturada em um conjunto de números, em que parte do número identifica o país, outra parte a região, outra ainda a central telefônica e outra o número do assinante.

Exemplo de número telefônico: 55 19 3555 0001

55: identifica um país.

19: identifica uma região.

3555: identifica a central telefônica.

0001: identifica o número do assinante (número hipotético).

A composição do endereço IP também segue esta estrutura, em que parte do número identifica a rede que o dispositivo pertence e parte determina o endereço do próprio dispositivo.

Exemplo de número IPv4: 192.168.5.114

192.168.5: identifica a rede ou sub-rede que o dispositivo pertence.

114: identifica o dispositivo dentro da rede em que ele pertence.

Kurose e Ross (2013) definem o IP como um endereço lógico, criado para que um dispositivo em rede possa se comunicar com outro dispositivo em rede. Trata-se de um endereço formado por 32 bits (ou 4 bytes), o que permite que sejam definidos 232 endereços de rede, ou seja, mais de 4 bilhões de endereços, o que pode parecer o suficiente para endereçar todos os dispositivos em rede, mas não é na verdade.

Um endereço IPv4 é um número binário, formado por quatro conjunto de números, chamados de octetos, que normalmente são representados por notação decimal. Um exemplo de endereços IP é: 192.168.0.15; outro exemplo é: 172.16.15.108; e outro ainda é: 200.204.0.10. Perceba que, se o endereço é formado por 4 bytes, cada 1 byte corresponde a 8 bits. Por exemplo, o endereço IP 200.241.120.25 tem o número decimal 200, equivalente aos 8 primeiros bits do endereço; 241 é o decimal do segundo conjunto de 8 bits; 120 é o terceiro; e 25, o quarto. Este número IP é a representação do número binário: 11000001.00100000.11011000.00001001. A Figura 2.3 apresenta um exemplo de endereço IPv4 dividido em octetos binários com as devidas representações.

Um endereço IPv4 é dividido em duas categorias:

• Pública, que o identifica como endereço único atribuído e alocado definitivamente e globalmente único para um dispositivo na internet. Para obter um endereço desta categoria, é necessário solicitá-lo a uma instituição de registro de internet.
• Privada, na qual um endereço IPv4 deve estar definido dentro de um intervalo de endereços com números limitados a um conjunto de classes e/ou sub-redes que podem ser utilizados livremente em redes privadas, sem acesso direto à internet.

Classes de endereços IPv4

Um endereço IP privado está condicionado a um intervalo definido, que pode ser utilizado para configuração manual ou automática dentro de uma rede privada. Para melhor aproveitamento e gestão de uma rede, os endereços IPs privados estão divididos em cinco classes: A, B, C, D e E. As classes A, B e C são aquelas úteis e configuráveis dentro de uma rede local.

• Endereços de classe A estão compreendidos dentro do limite de 1.0.0.0 até 127.255.255.255.
• Endereços de classe B, de 128.0.0.0 até 191.255.255.255.
• E endereços de classe C, de 192.0.0.0 até 223.255.255.255.

O endereço IP de um host pode ser visualizado através do comando ipconfig/all, quando estiver utilizando sistemas operacionais Windows, e ifconfig se estiver com um sistema Linux. A Figura 2.5 demonstra um exemplo de informação sobre endereço IP apresentado em console via comando ipconfig/all e ifconfig .

Além da utilização de endereços dentro de intervalos definidos pelas classes A, B e C em uma rede local privada, há ainda outras regras de endereçamento que necessitam ser observadas. As regras são:

1. Não pode haver duas ou mais estações com o mesmo endereço IP na mesma rede.
2. A mesma sub-rede deve ser definida em um endereço IP para que dois hosts se comuniquem diretamente.
3. Para determinar qual parte da rede IP significa a rede, é usado o artifício de sub-rede, identificado no próprio endereço IP. De forma complementar, o Quadro 2.1 traz algumas regras sobre a composição de um endereço IP que o invalidam quando utilizados para o endereçamento de um host de rede.

• Endereço de broadcast: são endereços destinados para comunicação simultânea com todos os hosts da rede. Por exemplo, um servidor de endereços IP, como o DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), o utiliza para que as estações possam receber seus endereços IP quando se conectam à rede. Os endereços de broadcast utilizam o 255 na identificação do host de rede, por exemplo: xxx.255.255.255, xxx.xxx.255.255 ou xxx.xxx.xxx.255. Conforme relata Kurose e Ross (2013), quando um host envia um datagrama com o endereço 255.255.255.255, a mensagem é entregue a todos os outros hosts da mesma sub-rede.
• Endereço de loopback: o endereço IPv4 127.0.0.1 é um endereço reservado para realizar testes de comunicação interprocessos da interface da rede pelo próprio dispositivo. Quando uma aplicação usa o endereço de loopback como destino, o software do protocolo TCP/IP devolve os dados sem gerar tráfego na rede. É uma forma simples de fazer com que um cliente local de rede se comunique com o servidor local de forma a testar a própria interface de rede. Este endereço é importante para testar o próprio dispositivo de rede (placa de rede ativa). Você pode testar sua interface digitando ping 127.0.0.1. A Figura 2.6 apresenta um exemplo de teste de interface com o comando ping.

Se você não deseja conectar diretamente seu dispositivo à internet, você pode utilizar qualquer faixa de endereço, conforme apresentado. Para evitar conflitos, se for conectar seu computador à internet, é necessário que se utilize uma das faixas de endereços reservadas, com as classes A, B ou C em sua rede interna. O Quadro 2.2 apresenta as faixas de endereços reservados mais comuns.

Máscara da sub-rede

Uma máscara de rede é uma técnica utilizada para definir a porção do número IP que está designada para identificar a rede e a porção utilizada para identificar o host. A Figura 2.7, apresentada a seguir, demonstra que o endereço IPv4 da rede é 192.168.0.12, e sua máscara da rede é 255.255.255.0, de forma que os três primeiros octetos (255.255.255) representam a rede, e o quarto octeto (0) representa o host. Podemos perceber também que há um endereço que identifica o Gateway Padrão (192.168.0.1), que representa o caminho de saída das mensagens da sub-rede. Este endereço é normalmente identificado do IP de um dispositivo concentrador/controlador de rede, representado por um switch ou roteador.

O Quadro 2.3 busca complementar as informações anteriores com a distribuição dos octetos do endereço IP em conformidade com as classes de rede.

Observamos que o endereço IP permite que uma rede seja dividida em redes diferentes. A composição de um endereço IP define, conforme vimos, que um host tem sua identidade única e pertence a uma rede. Considerando que uma rede pode ser segmentada, ou seja, dividida em sub-redes, o endereçamento também precisa ser utilizado para formalizar esta identificação. Imagine que uma empresa precise isolar os departamentos X, Y e Z dentro de uma rede interna. Isso é possível por meio da manipulação da máscara de redes. Conforme apresentam Kurose e Ross (2013), para determinar as sub-redes, cada interface deve ser destacada de seu hospedeiro ou roteador, criando ilhas de redes isoladas com interfaces fechando as terminações das redes isoladas. As sub-redes são o termo técnico destas ilhas isoladas. Além da atribuição de mais endereços dentro das classes A, B e C, que permitem a configuração de sub-redes, outro método também foi criado com o objetivo de melhor aproveitar os endereços IPs dentro das redes, chamado pelos autores de CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Esta é uma estratégia de atribuição de endereços conhecida como roteamento interdomínio sem classes, a qual generaliza a noção de endereçamento de sub-rede.

Da mesma forma que ocorre com o endereçamento de sub-rede utilizando as classes mencionadas, no CIDR o IP de 32 bits é dividido em duas partes, conservando a notação decimal com quatro grupos de números (octetos) separados por ponto, mas adicionado de um novo número separado pela barra. Como exemplo, um endereço na notação CIDR segue o seguinte formato: x.x.x.x/y, onde o y identifica o número de bits da primeira parte do endereço que identifica a rede. O restante dos bits identificará os hosts.

Em uma rede classe C, por exemplo, temos os três primeiros octetos (formados cada um por 8 bits) definindo a rede, o que daria uma máscara em notação CIDR da seguinte forma: 192.168.15.85/24, onde 24 representa a soma dos bits dos três octetos que identificam a rede. Em uma rede classe B, temos os dois primeiros octetos definindo a rede, o que daria uma máscara de notação CIDR: 172.16.189,85/16, onde 16 representa a soma dos bits dos dois octetos que identificam a rede. Estas máscaras fazem com que muitos endereços IP dentro das classes não sejam utilizados, o que representa um desperdício de endereços.

O CIDR permite que a notação que define a máscara de rede (/24 ou /16, por exemplo) tenha números diferentes, utilizando um volume maior de bits nos octetos que definem a rede, o que divide o número de hosts para sub-redes e, desta forma, aproveita-se o número de endereços para hosts dentro de uma rede segmentada em sub-redes.

Divisão de uma rede em sub-redes

Uma rede A, B o C pode ser dividida em sub-redes para que uma rede com um número determinado de dispositivos possa ser configurada de forma otimizada. De acordo com Tanenbaum (2011), a segmentação de uma rede, ou divisão em sub-redes, oferece alguns benefícios, como:

1. Reduzir o tráfego da rede, considerando que os hosts de uma sub-rede fazem domínio de broadcast.
2. Simplificar o gerenciamento da rede com identificação de falhas através do mapeamento de endereços.
3. Controlar os recursos da rede através de sua segmentação.

Vamos tomar como exemplo uma rede classe C definida como 192.168.123.x. Conforme exemplo apresentado pela Microsoft (2020), se houver uma rede com 150 hosts em uma única rede, podemos apenas atribuir os endereços dentro do intervalo de rede definição (classe C com intervalo de endereços de 192.168.123.1 até 192.168.123.152). Porém, ser tivermos redes separadas fisicamente, divididas em três redes de 50 hosts cada, pode-se utilizar a classe C e um endereço 192.168.123.0, utilizando os endereços úteis de 192.168.123.1 até 192.168.123.254 que comportam os 150 hosts, mas precisaremos dividi-la em sub-redes. 

Para dividir uma rede em quatro sub-redes, por exemplo, utiliza-se uma máscara de sub-rede, que torna o endereço de rede maior (utilizando mais bits emprestados dos bits do endereço da rede) e o número de endereços de hosts menor (pois empresta bits do octeto do host), ou seja, utiliza-se de alguns dos bits utilizados para identificar os hosts para identificar parte da rede. Por exemplo, a máscara de sub-rede 255.255.255.192 (11111111.11111111.11111111.11000000 binário) oferece quatro redes de 62 hosts cada. Os dois primeiros bits do último octeto se tornam endereços de rede e possibilitam que se tenha redes adicionais. Usando uma máscara de rede 255.255.255.192, a rede 192.168.123.0 dispõe de quatro redes, sendo a primeira sub-rede 192.168.123.0, a segunda 192.168.123.64, a terceira 192.168.126.128 e a quarta 192.168.123.192, com 62 hosts endereçáveis em cada uma delas.

Para calcular as sub-redes através de um exemplo adaptado de Nunes (2017) e poder melhor entender a divisão da rede apresentada anteriormente, seguiremos estes passos:

Passo 1: fazer a conversão da máscara de rede de 255.255.255.0 para binário, que resulta em 1111111.11111111.11111111.00000000.

Passo 2: fazer o cálculo da quantidade de hosts para cada uma das sub-redes, considerando o número (n) de bits necessários para:

• A rede: 2ⁿ = 2² = 4, ou seja, para fazer quatro sub-redes será necessário alocar dois bits da máscara de rede. Note que podemos ter dois ou quatro (ou mais, desde que sejam números pares), assim como precisamos dividir nossa rede em três sub-redes, utilizaremos o cálculo com quatro sub-redes.
• Hosts de sub-rede: 2ⁿ = 2⁶ = 64, com possibilidade de até 64 hosts em cada sub-rede. Considere que, para converter os octetos, são utilizados: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128. Como foram utilizados dois bits para a definição das redes, sobraram outros seis bits para os hosts.

Passo 3: elaborar a tabela ou o racional com os endereços da sub-rede. Novamente, lembre-se das regras de endereçamento, que excluem todos os endereços de rede e de broadcast, por exemplo, os endereços 192.168.123.0 e 192.168.123.255.

• Sub-rede 1: 192.168.123.0: hosts que variam de 192.168.123.1 até 192.168.123.62, e broadcast 192.168.123.63.
• Sub-rede 2: 192.168.123.64: hosts que variam de 192.168.123.65 até 192.168.123.126, e broadcast 192.168.123.127.
• Sub-rede 3: 192.168.123.128: hosts que variam de 192.168.123.129 até 192.168.123.190, e broadcast 192.168.123.191.
• Sub-rede 4: 192.168.123.192: hosts que variam de 192.168.123.193 até 192.168.123.254, e broadcast 192.168.123.255.

Passo 4: identificar a máscara da rede. Considere que a máscara de rede 11111111.11111111.11111111.00000000 binário (255.255.255.0 decimal) utilizou dois bits do octeto do host para adicionar nos octetos da rede (sub-rede), O primeiro bit da máscara representa o número decimal 128, e o segundo bit, 64; desta forma, temos 128 + 64 = 192, ficando a máscara da rede como 11111111.11111111.1111111.11000000 binário (255.255.255.192 decimal). Em notação CIDR, temos a máscara binária 11111111.11111111.11111111.11000000 com 26 bits definindo a máscara da rede, o que resulta em uma notação decimal de um endereço IP como 192.168.123.1/26, onde 192.168.123.1 é um dos endereços da rede e /26 identifica a sub-rede, formada pela somatória dos bits que identificam a rede. A notação para a nova máscara de sub-rede é: 255.255.255.192, ou /26.

Os endereços IPs e as máscaras (e sub-rede, se desejado) precisam ser informados em cada host da rede. Segue, na Figura 2.8, um exemplo de configuração de endereço IP e máscara de rede em um sistema Windows.

DNS (Domain Name System)

O DNS é um protocolo utilizado para um sistema de domínio que faz a interconexão de URL (Uniform Resource Locator), ou seja, nomes de endereços de sites da internet com endereços IP. Este protocolo implementa um serviço importante de resolução de nomes mediante endereços IPs externos, localizados dentro de uma estrutura hierárquica na internet. As empresas também utilizam servidores de DNS para que suas redes locais possam encontrar informações mediante a utilização de nomes, inseridas como URL no lugar de endereços IPs, utilizando-se de um servidor de DNS.

De acordo com Kurose e Ross (2013), o DNS costuma ser empregado por outras entidades da camada de aplicação, como o HTTP, SMTP e FTP, para traduzir nomes de hosts fornecidos por usuários para endereço IP. De forma sintética, para que uma URL informada em um navegador possa retornar o conteúdo do site, é necessário que ele busque o seu endereço IP correspondente através de alguns passos:

1. O host do usuário executa o lado cliente da aplicação DNS.
2. O navegador extrai o nome do host do URL e passa o nome para o lado do cliente da aplicação DNS.
3. O cliente DNS envia uma consulta com o nome do host para um servidor DNS.
4. O cliente DNS recebe uma resposta com o endereço IP do nome do host pesquisado.
5. O navegador recebe o endereço do DNS e abre uma conexão TCP com o processo servidor do HTTP via porta 80 naquele endereço IP.

O DNS é um protocolo que implementa um serviço de resolução (tradução) de nomes, endereços de páginas definidas por suas URL (Uniform Resource Locator) em endereços IPs dentro de uma estrutura hierárquica de servidores espalhados pelo mundo todo. Na internet, existem servidores DNS raiz que se interligam a servidores de domínio de alto nível, chamados de TLD (Top Level Domain), responsáveis por domínios, como .com, .org, .net, .edu e .gov, e por domínios de alto nível de países, como .uk, .fr., .br. Abaixo destes servidores, estão os servidores DNS autorizativos (de autoridade, ou locais), disponibilizados por organizações que desejam oferecer hosts servidores para acesso público na internet, e finalmente os servidores de nomes locais, que necessariamente não pertencem a uma hierarquia e são chamados de servidores de nomes default. A Figura 2.9 apresenta os servidores raiz do mundo em 2012.

Em sua funcionalidade básica, quando um resolvedor tem uma consulta sobre um nome de domínio, ele a envia a um dos servidores de nomes local. Se o domínio que estiver sendo buscado estiver sob a jurisdição do servidor de nomes, serão retornados os registros com as informações de acesso. Caso o domínio for remoto e não houver informações sobre o domínio solicitado no local, o servidor de nomes (DNS) enviará uma mensagem de consulta para o servidor DNS de nível superior, buscando o domínio solicitado. Dois protocolos agem neste processo: o próprio DNS que traduz nomes simbólicos em endereços IP e o LDAP (Ligh-weith Directory Access Protocol), que organiza as informações como uma árvore e permite pesquisas em diferentes componentes e realiza a busca pelas informações solicitadas. A Figura 2.10 ilustra a relação hierárquica e distribuída entre servidores de controle de DNS espalhados pelo mundo com servidores locais.

Conforme exemplificam Kurose e Ross (2013): um hospedeiro cis.poly.edu deseja o endereço IP de gaia.cs.umass.edu. Considere que o servidor DNS local é dns.poly.edu e que um servidor DNS autorizativo para gaia.cs.umass.edu seja denominado dns.umass.edu. Como mostra a Figura 2.10, o hospedeiro cis.poly.edu primeiro envia uma mensagem de consulta DNS ao seu servidor DNS local dns.poly.edu. A mensagem de consulta contém o nome de hospedeiro a ser traduzido, isto é, gaia.cs.umass.edu. O servidor DNS local transmite uma mensagem de consulta a um servidor DNS raiz, que verifica o sufixo edu e retorna ao servidor DNS local uma lista de endereços IP de servidores TLD responsáveis por edu. O servidor DNS local retransmite a mensagem de consulta a um desses servidores TLD, o qual, por sua vez, percebe o sufixo umass.edu e responde com o endereço IP do servidor DNS autorizado para a instituição com dns.umass.edu. O servidor DNS local reenvia a mensagem de consulta para dns.umass.edu, que responde com o endereço IP de gaia.cs.umass.edu. Para poder obter o mapeamento para um único nome de hospedeiro, foram enviadas oito mensagens DNS: quatro mensagens de consulta e quatro de resposta.

Dentro de uma organização, é possível implementar um servidor de DNS para que informações possam ser compartilhadas dentro da estrutura da rede. De acordo com Northrup e Mackin (2009), a implantação de um servidor DNS é um procedimento razoavelmente simples, especialmente em um controlador de domínio. Kurose e Ross (2013) identificam um DNS como um servidor organizado de maneira hierárquica e distribuída. A seguir, temos um exemplo de topologia de rede com um servidor DNS instalado e configurado através da ferramenta Packet Tracer, demonstrada na Figura 2.11.

Em um sistema Windows Server, a ativação do servidor DNS se dá primeiramente pela criação de uma zona DNS, que é um banco de dados com registros que associam nomes a endereços para uma parte definida de um espaço de nomes DNS. Depois, o servidor DNS precisa ser configurado para registros de DNS e, por último, configurar a replicação e transferência de zona. Já em distribuições Linux, as configurações podem ser feitas em menus do ambiente gráfico ou via configuração textual no arquivo /etc/named.conf. O arquivo localhost define todas as configurações de domínio local para informar o endereço de consulta ao hostname localhost. O banco de dados do domínio é definido pelos arquivos zona e zona reversa.

Junto à configuração do endereço IP do host e às informações de máscara de rede, deve também ser informado o endereço de DNS na rede. Segue, na Figura 2.12, um exemplo de configuração de endereço de DNS em um sistema Windows.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

O DHCP permite atribuir endereços IP, máscaras de sub-rede e outras informações de configuração a computadores clientes em uma rede local. Uma rede que possui um servidor DHCP disponível permite aos seus computadores obterem um endereço IP através de solicitação e atribuição automática pelo servidor, conforme defendem Northrup e Mackin (2009).

Um administrador de rede pode configurar um serviço de DHCP para que determinado host receba o mesmo endereço IP toda vez que se conectar, ou um endereço IP temporário, diferente a cada conexão. Kurose e Ross (2013) classificam o DHCP como um protocolo plug and play, considerando sua capacidade de automatizar os aspectos relativos à rede da conexão de um host. Ademais, o DHCP é um protocolo cliente-servidor, no qual, em geral, um host representa o cliente. A Figura 2.13 ilustra um servidor DHCP conectado à rede 223.1.2.0/24, servindo o roteador de agente de repasse para clientes conectados às sub-redes 223.1.1.0/24 e 223.1.3.0/24. Para um hospedeiro recém-chegado, o protocolo DHCP e um processo de quatro etapas:

1. Descoberta do servidor DCHP.
2. Oferta dos servidores DHCP.
3. Solicitação DHCP.
4. Configuração de requisição DHCP.

A seguir, temos um exemplo de topologia de rede com um servidor DHCP instalado e configurado através da ferramenta Packet Tracer, demonstrada na Figura 2.14. A imagem refere-se ao departamento Servidor, no qual existe um servidor de rede que suporta serviços de DNS, DHCP, HTTP, FTP, entre outros, ligados a um Switch que interliga e serve toda uma rede de um departamento. A parte inferior da figura a seguir mostra a configuração do serviço de DHCP no Packet Tracer.

Em distribuições Linux, as configurações podem ser feitas em menus do ambiente gráfico ou via configuração textual no arquivo /etc/dhcpd.conf. A sua ativação se dá pela execução do programa ntsysv com a seleção da opção dhcpd. Ainda em Linux, o servidor DHCP pode ser executado através do comando # service dhcpd start.

Em um ambiente Windows Server, a configuração do intervalo de endereços a serem automaticamente atribuídos aos hosts se dá por meio do menu Iniciar > Programas > Ferramentas Administrativas > DHCP. A Figura 2.15 apresenta as telas de configuração de um servidor DHCP em plataforma Windows Server e cliente em plataforma Windows.

Caro aluno, esta seção trouxe para você informações importantes para a configuração de endereços IPv4 em hosts em uma rede. Os endereços podem ser atribuídos de forma manual ou de forma automática por um servidor DHCP. Também houve o aprendizado sobre máscaras de rede e a configuração de uma sub-rede através de seus endereços e máscaras. Estas informações são fundamentais para que você possa configurar dispositivos adequadamente, em conformidade com regras e técnicas de endereçamento IP, de forma a deixar sua rede com performance superior a uma rede sem planejamento de endereçamento IP.