Noções básicas de endereçamento e sub-redes TCP/IP

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INTRODUÇÃO

Quando configura o protocolo TCP/IP num computador com o Microsoft Windows, as definições de configuração de TCP/IP necessitam de um endereço IP, de uma máscara de sub-rede e, normalmente, de um gateway predefinido.

Para configurar o TCP/IP correctamente, é necessário compreender a forma como as redes de TCP/IP são processadas e divididas em redes e sub-redes. Este artigo pretende ser uma introdução geral aos conceitos de redes IP e de criação de sub-redes. Foi incluído um glossário no final do artigo.

Mais Informação

O sucesso do TCP/IP como protocolo de rede da Internet deve-se, em grande parte, à capacidade de ligação de redes de diferentes dimensões e de sistemas de diferentes tipos. Estas redes são definidas arbitrariamente em três classes principais (e mais algumas) que têm dimensões predefinidas, podendo cada uma delas ser dividida em sub-redes de menores dimensões por administradores do sistema. Uma máscara de sub-rede é utilizada para dividir um endereço IP em duas partes. Uma parte identifica o anfitrião (computador); a outra identifica a rede a que pertence. Para compreender melhor a forma como funcionam os endereços IP e as máscaras de sub-rede, observe um endereço IP (Internet Protocol) e veja como está organizado.

Endereços IP: Redes e anfitriões

Um endereço IP é um número de 32 bits que identifica de forma exclusiva um anfitrião (computador ou outro dispositivo, como, por exemplo, uma impressora ou um router) numa rede de TCP/IP.

Os endereços IP são normalmente expressos num formato com quatro números separados por pontos, como, por exemplo, 192.168.123.132. Para compreender como as máscaras de sub-rede são utilizadas para efectuar a distinção entre anfitriões, redes e sub-redes, examine um endereço IP com notação binária.

Por exemplo, o endereço IP com pontos 192.168.123.132 corresponde (em notação binária) ao número de 32 bits 110000000101000111101110000100. Poderá não ser fácil atribuir um significado a este número e, por isso, divida-o em quatro partes de oito dígitos binários.

Estas secções de oito bits denominam-se octetos. O exemplo de endereço IP ficaria, então, 11000000.10101000.01111011.10000100. Este número apenas faz um pouco mais de sentido e, por isso, para a maior parte das utilizações, converta o endereço binário no formato separado por pontos (192.168.123.132). Os números separados por pontos são os octetos convertidos da notação binária para notação decimal.

Para que uma rede alargada de TCP/IP funcione com eficácia como um grupo de redes, os routers que transmitem os pacotes de dados entre as redes não sabem a localização exacta do anfitrião a que um pacote de informações se destina. Os routers apenas sabem a que rede pertence o anfitrião e utilizam as informações armazenadas na respectiva tabela de encaminhamento para determinar como fazer chegar o pacote à rede do anfitrião de destino. Depois de o pacote ser entregue na rede de destino, é transmitido ao anfitrião correcto.

Para que este processo funcione, um endereço IP tem duas partes. A primeira parte de um endereço IP é utilizada como endereço de rede, funcionando a última parte como endereço de anfitrião. Se dividirmos o exemplo 192.168.123.132 nestas duas partes, o resultado será o seguinte:
   192.168.123.    Network
              .132 Host
				
- ou -
   192.168.123.0 - endereço de rede.
   0.0.0.132     - endereço de anfitrião.
				

Máscara de sub-rede

O segundo item, obrigatório para que o TCP/IP funcione, é a máscara de sub-rede. A máscara de sub-rede é utilizada pelo protocolo TCP/IP para determinar se um anfitrião se encontra na sub-rede local ou numa rede remota.

No TCP/IP, as partes do endereço IP utilizadas como endereços de rede e de anfitrião não são fixas e, por isso, os endereços de rede e de anfitrião acima não poderão ser determinados, salvo se tiver mais informações. Estas informações são fornecidas noutro número de 32 bits denominado máscara de sub-rede. Neste exemplo, a máscara de sub-rede é 255.255.255.0. O significado deste número não é óbvio, excepto se souber que 255 em notação binária é igual a 11111111; assim sendo, a máscara de sub-rede será:
   11111111.11111111.11111111.0000000
				
Depois de alinhar o endereço IP e a máscara de sub-rede, as partes do endereço correspondentes à rede e ao anfitrião podem ser separadas:
   11000000.10101000.01111011.10000100 -- Endereço IP (192.168.123.132)
   11111111.11111111.11111111.00000000 -- Máscara de sub-rede (255.255.255.0)
				
Os primeiros 24 bits (o número de uns (1) existentes na máscara de sub-rede) são identificados como o endereço de rede, sendo os últimos 8 bits (o número restante de zeros (0) existentes na máscara de sub-rede) identificados como o endereço anfitrião. O resultado será:
   11000000.10101000.01111011.00000000 -- Endereço de rede (192.168.123.0)
   00000000.00000000.00000000.10000100 -- Endereço de anfitrião (000.000.000.132)
				
Agora já sabe que, no exemplo de máscara de sub-rede 255.255.255.0, o ID de rede será 192.168.123.0 e o endereço de anfitrião 0.0.0.132. Quando chega um pacote à sub-rede 192.168.123.0 (seja da sub-rede local ou de uma rede remota), tendo como endereço de destino 192.168.123.132, o computador recebe-o e processa-o.

Quase todas as máscaras de sub-rede decimais são convertidas em números binários constituídos por uns (1) à esquerda e zeros (0) à direita. Seguem-se outros modelos de máscaras de sub-rede comuns:
   Decimal                 Binário
   255.255.255.192         1111111.11111111.1111111.11000000
   255.255.255.224         1111111.11111111.1111111.11100000
				
O RFC 1878 da Internet (disponível a partir de http://www.internic.net) descreve as sub-redes e as máscaras de sub-rede que podem ser utilizadas em redes de TCP/IP.

Classes de rede

Os endereços Internet são atribuídos pela InterNIC (http://www.internic.net), a organização que administra a Internet. Estes endereços IP estão divididos por classes. As classes mais comuns são A, B e C. Também existem as classes D e E, não sendo, contudo, normalmente utilizadas por utilizadores finais. Cada classe de endereços tem uma máscara de sub-rede predefinida diferente. É possível identificar a classe de um endereço IP verificando o primeiro octeto. Seguem-se os intervalos dos endereços Internet da Classe A, B e C, ilustrados com um exemplo de endereço:
  • As redes de classe A utilizam uma máscara de sub-rede predefinida igual a 255.0.0.0 e têm um número entre 0 e 126 como primeiro octeto. O endereço 10.52.36.11 é um endereço de classe A. O primeiro octeto é 10, ou seja, um número entre 1 e 126, inclusive.
  • As redes de classe B utilizam uma máscara de sub-rede predefinida igual a 255.255.0.0 e têm um número entre 128 e 191 como primeiro octeto. O endereço 172.16.52.63 é um endereço de classe B. O primeiro octeto é 172, ou seja, um número entre 128 e 191, inclusive.
  • As redes de classe C utilizam uma máscara de sub-rede predefinida igual a 255.255.255.0 e têm um número entre 192 e 223 como primeiro octeto. O endereço 192.168.123.132 é um endereço de classe C. O primeiro octeto é 192, ou seja, um número entre 192 e 223, inclusive.
Em determinados casos, os valores predefinidos de máscara de sub-rede não correspondem às necessidades da organização, seja devido à topologia física da rede ou porque os números de redes (ou anfitriões) não respeitam as restrições predefinidas da máscara de sub-rede. A secção seguinte explica a forma como as redes podem ser divididas através da utilização de máscaras de sub-rede.

Criação de sub-redes

Uma rede de TCP/IP de Classe A, B ou C pode ser ainda mais dividida (com sub-redes) por um administrador do sistema. Isso torna-se necessário quando reconciliar o esquema de endereços lógicos da Internet (o mundo abstracto de endereços IP e sub-redes) com as redes físicas em utilização no mundo real.

Um administrador de sistema ao qual é atribuído um bloco de endereços IP poderá estar a administrar redes que não estão organizadas de uma forma que se adeqúe facilmente a estes endereços. Por exemplo, vejamos o exemplo de uma rede alargada com 150 anfitriões distribuídos por três redes (em diferentes cidades), ligados por um router de TCP/IP. Cada uma destas três redes tem 50 anfitriões. É-lhe atribuída a rede de classe C 192.168.123.0. (Para efeitos de exemplo, este endereço pertence a um intervalo não atribuído na Internet.) Isso significa que pode utilizar os endereços 192.168.123.1 a 192.168.123.254 para os 150 anfitriões.

Dois endereços que não podem ser utilizados no exemplo são 192.168.123.0 e 192.168.123.255 uma vez que os endereços binários com uma parte de anfitrião de todos os uns (1) e todos os zeros (0) são inválidos. O endereço com zeros é inválido porque é utilizado para especificar uma rede sem especificar um anfitrião. O endereço 255 (em notação binária, um endereço de anfitrião só com uns (1)) é utilizado para difundir uma mensagem a todos os anfitriões de uma rede. Lembre-se de que o primeiro e o último endereço de uma rede ou sub-rede não podem ser atribuídos a anfitriões individuais.

Deverá ser possível atribuir endereços IP a 254 anfitriões. Este procedimento deverá resultar se os 150 computadores estiverem numa única rede. No entanto, os 150 computadores encontram-se em três redes físicas. Em vez de pedir mais blocos de endereço para cada rede, divida a rede em sub-redes que permitem a utilização de um bloco de endereços em várias redes físicas.

Neste caso, a rede é dividida em quatro sub-redes, utilizando uma máscara de sub-rede que torna o endereço de rede maior e o intervalo de endereços de rede possível menor. Por outras palavras, está a pedir 'emprestadas' algumas partes normalmente utilizadas para o endereço de anfitrião e a utilizá-las para a parte da rede do endereço. A máscara de sub-rede 255.255.255.192 dispõe de quatro redes, cada uma com 62 anfitriões. Este procedimento funciona porque, em notação binária, 255.255.255.192 é igual a 1111111.11111111.1111111.11000000. Os dois primeiros dígitos do último octeto tornam-se endereços de rede e, assim sendo, o resultado são as redes adicionais 00000000 (0), 01000000 (64), 10000000 (128) e 11000000 (192). (Alguns administradores utilizam apenas duas das sub-redes, utilizando 255.255.255.192 como máscara de sub-rede. Para mais informações sobre este tópico, consulte o RFC 1878.) Nestas quatro redes, os últimos 6 dígitos binários podem ser utilizados como endereços de anfitrião.

Utilizando uma máscara de sub-rede 255.255.255.192, a rede 192.168.123.0 transforma-se em quatro redes 192.168.123.0, 192.168.123.64, 192.168.123.128 e 192.168.123.192. Estas quatro redes teriam como endereços de anfitrião válidos:
   192.168.123.1-62
   192.168.123.65-126
   192.168.123.129-190
   192.168.123.193-254
				
É importante lembrar, mais uma vez, que os endereços binários de anfitrião apenas com uns (1) ou apenas com zeros (0) são inválidos e, por isso, não podem ser utilizados endereços com o último octeto igual a 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 ou 255.

Poderá ver como todo este processo funciona, observando dois endereços de anfitrião, 192.168.123.71 e 192.168.123.133. Se tiver utilizado a máscara de sub-rede predefinida da classe C 255.255.255.0, poderá encontrar ambos os endereços na rede 192.168.123.0. No entanto, se utilizar a máscara de sub-rede 255.255.255.192, ficarão em diferentes redes; 192.168.123.71 ficará na rede 192.168.123.64, 192.168.123.133 na rede 192.168.123.128.

Gateways predefinidos

Se um computador com TCP/IP tiver necessidade de comunicar com um anfitrião de outra rede, fá-lo-á normalmente através de um dispositivo denominado router. Em termos de TCP/IP, a um router especificado num anfitrião, que liga a sub-rede do anfitrião a outras redes, chama-se um gateway predefinido. Esta secção explica como o TCP/IP determina se deve enviar pacotes ao respectivo gateway predefinido para transmitir a outro computador ou dispositivo da rede.

Quando um anfitrião tenta comunicar com outro dispositivo através de TCP/IP, efectua um processo de comparação da máscara de sub-rede e do endereço IP de destino definido com a respectiva máscara de sub-rede e endereço IP. O resultado desta comparação indica ao computador se o destino é um anfitrião local ou remoto.

Se o resultado deste processo determinar o destino como sendo um anfitrião local, o computador apenas terá de enviar o pacote através da sub-rede local. Se o resultado da comparação determinar o destino como sendo um anfitrião remoto, o computador reencaminhará o pacote para o gateway predefinido especificado nas respectivas propriedades de TCP/IP. Caberá, depois, ao router reencaminhar o pacote para a sub-rede correcta.

Resolução de problemas

Os problemas de redes TCP/IP são normalmente provocados por uma configuração incorrecta das três principais entradas das propriedades de TCP/IP de um computador. Compreendendo a forma como os erros de configuração de TCP/IP afectam as operações de rede, poderá resolver muitos problemas de TCP/IP.

Máscara de sub-rede incorrecta: Se uma rede utilizar uma máscara de sub-rede diferente da máscara predefinida para a respectiva classe de endereço, existindo ainda um cliente configurado com a máscara de sub-rede predefinida para a classe de endereço, a comunicação falhará para algumas redes mais próximas, mas não para as mais distantes. Como exemplo, se criar quatro sub-redes (como no exemplo de criação de sub-redes), mas utilizar o número de sub-rede incorrecto 255.255.255.0 na configuração de TCP/IP, os anfitriões não conseguirão determinar que alguns computadores se encontram em sub-redes diferentes. Quando isso acontece, os pacotes que se destinem a anfitriões de redes físicas diferentes que façam parte do mesmo endereço de classe C não serão enviados a um gateway predefinido para entrega. Um sintoma comum desta situação acontece quando um computador consegue comunicar com anfitriões que se encontram na respectiva rede local, assim como com todas as redes remotas, excepto as mais próximas e com o mesmo endereço de classe A, B ou C. Para corrigir este problema, basta introduzir a máscara de sub-rede correcta na configuração de TCP/IP desse anfitrião.

Endereço IP incorrecto: Se colocar na mesma rede local computadores com endereços IP que devam estar em sub-redes distintas, esses computadores não conseguirão comunicar. Tentarão enviar pacotes entre si através de um router que não conseguirá reencaminhá-los correctamente. Um sintoma deste problema verifica-se quando um computador que consegue comunicar com anfitriões em redes remotas não consegue comunicar com alguns ou todos os computadores da respectiva rede local. Para corrigir este problema, certifique-se de que todos os computadores pertencentes à mesma rede física têm endereços IP na mesma sub-rede IP. Se esgotar os endereços IP num único segmento de rede, existem soluções para além do âmbito deste artigo.

Gateway predefinido incorrecto: Um computador configurado com um gateway predefinido incorrecto conseguirá comunicar com anfitriões do próprio segmento de rede, mas não conseguirá comunicar com anfitriões em algumas ou todas as redes remotas. Se uma única rede física tiver mais do que um router, estando configurado o router errado como gateway predefinido, um anfitrião conseguirá comunicar com algumas redes remotas, mas não com outras. Este problema é comum se uma organização tiver um router para uma rede de TCP/IP interna e outro router ligado à Internet.

Referências

Dois exemplos conhecidos de documentos de referência sobre TCP/IP são:

"TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols," Richard Stevens, Addison Wesley, 1994

"Internetworking with TCP/IP, Volume 1: Principles, Protocols, and Architecture," Douglas E. Comer, Prentice Hall, 1995

Recomenda-se vivamente que um administrador de sistema responsável por redes de TCP/IP tenha, pelo menos, um destes documentos disponível.

Glossário

Endereço de difusão ? Um endereço IP com a parte do anfitrião apenas com uns (1).

Anfitrião ? Um computador ou outro dispositivo numa rede de TCP/IP.

Internet ? O conjunto global de redes ligadas que partilham um intervalo comum de endereços IP.

InterNIC ? A organização responsável pela administração de endereços IP na Internet.

IP ? O protocolo de rede utilizado para enviar pacotes de rede através de uma rede de TCP/IP ou da Internet.

Endereço IP ? Um endereço exclusivo de 32 bits para um anfitrião numa rede de TCP/IP ou de Internet.

Rede ? O termo Rede é utilizado de duas formas neste artigo. Um refere-se a um grupo de computadores num único segmento de rede física; o outro é um intervalo de endereços de rede IP que é atribuído por um administrador de sistema.

Endereço de rede ? Um endereço IP com a parte do anfitrião apenas com zeros (0).

Octeto ? Um número de 8 bits, 4 dos quais incluem um endereço IP de 32 bits. Têm um intervalo 00000000-11111111 que corresponde aos valores decimais 0-255.

Pacote ? Uma unidade de dados transmitida através de uma rede de TCP/IP ou de uma rede alargada.

RFC (Request for Comment) ? Um documento utilizado para definir padrões na Internet.

Router ? Um dispositivo que transmite tráfego de rede entre redes IP diferentes.

Máscara de sub-rede ? Um número de 32 bits utilizado para distinguir a parte do endereço IP correspondente à rede e ao anfitrião.

Sub-rede ? Uma rede de menores dimensões criada através da divisão de uma rede de maiores dimensões em partes iguais.

TCP/IP ? Largamente utilizado, o conjunto de protocolos, padrões e utilitários normalmente utilizados na Internet e em redes de grandes dimensões.

Rede alargada (WAN) ? Uma rede de grandes dimensões constituída por redes de menores dimensões separadas por routers. A Internet é um exemplo de uma WAN de grande dimensão.
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Propriedades

Artigo: 164015 - Última revisão: 6 de março de 2013 - Revisão: 1.0
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  • Microsoft Windows 2000 Server
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