Endereço de Rede, Hosts Utilizáveis e Broadcast

Identificar corretamente se um endereço IP é de rede, de host válido ou de broadcast é uma habilidade fundamental na configuração de redes e para evitar conflitos de endereçamento.

Para qualquer prefixo de sub-rede (como /24, /28 etc.), podemos derivar três tipos principais de endereços:

• Endereço de Rede: É o primeiro endereço da sub-rede. Todos os bits da parte de host são definidos como 0. Ele identifica a sub-rede em si e não pode ser atribuído a um dispositivo.
• Endereço de Broadcast: É o último endereço da sub-rede. Todos os bits da parte de host são definidos como 1. Ele é usado para enviar informações a todos os dispositivos dentro daquela sub-rede e também não pode ser atribuído a um dispositivo.
• Intervalo de Hosts Utilizáveis: São todos os endereços IP que ficam entre o Endereço de Rede e o Endereço de Broadcast. Estes são os IPs que você pode, de fato, atribuir a computadores, servidores, roteadores (nas suas interfaces), impressoras, etc.

Exemplos de Faixas de IP

Vamos visualizar alguns exemplos comuns de prefixos e suas faixas correspondentes:

Passo a Passo: Analisando 10.0.0.15/28

Vamos detalhar como determinar o tipo de IP para 10.0.0.15/28. O segredo está em converter para binário e observar a parte de host:

• Máscara /28: Significa que os primeiros 28 bits são da rede e os últimos 4 bits são para hosts.
  Máscara em binário: 11111111.11111111.11111111.11110000
• Endereço IP 10.0.0.15 em binário:
  00001010.00000000.00000000.00001111
• Aplicando a máscara (Rede vs. Host):

  IP:       00001010.00000000.00000000.00001111 (10.0.0.15)
  Máscara:  11111111.11111111.11111111.11110000 (/28)
            ------------------------------------------
  Parte Rede: 00001010.00000000.00000000.00000000 (10.0.0.0)  <-- Endereço de Rede
  Parte Host:                                     1111  <-- Bits de host do IP 10.0.0.15
                  

• Análise: Os 4 bits de host do IP 10.0.0.15 são 1111. Como todos os bits da parte de host estão '1', 10.0.0.15 é o endereço de broadcast para a sub-rede 10.0.0.0/28.
• Conclusão: 10.0.0.15 é o endereço de broadcast da sub-rede 10.0.0.0/28, e portanto, NÃO é um endereço de host válido.

Atividade Prática: Validando Endereços IP (15 min)

Para cada endereço IP e máscara abaixo, determine se ele é um endereço de Rede, Host Válido ou Broadcast. Justifique sua resposta e, para validar, configure esses IPs em PCs no Cisco Packet Tracer para ver se o software aceita o IP ou reporta um erro de "endereço de rede/broadcast".

Marque cada IP com (✔) se for Host Válido ou (✖) se for Host/Rede/Broadcast.

Entregável: Preencha a tabela acima com suas respostas, justificativas e o resultado da validação no Packet Tracer.

Entendendo e Diagnosticando Erros em Rotas

A tabela de roteamento de um dispositivo (roteador ou host) é o "mapa" que ele usa para decidir por onde enviar pacotes para alcançar seus destinos. Erros ou informações ausentes nessa tabela são uma das causas mais comuns de falhas de conectividade em redes.

Esta seção focará em como analisar tabelas de roteamento e identificar problemas, como rotas ausentes ou incorretas (loops).

Exemplo de Tabela de Rotas e Diagnóstico Básico

Considere a seguinte tabela de rotas simplificada de um roteador/host Linux (saída de ip r ou route -n):

Perguntas para Diagnóstico:

• Por que um pacote destinado a 192.168.20.0/24 não alcançaria seu destino a partir deste dispositivo? (Assuma que a rede 192.168.20.0/24 existe em algum lugar da rede global).
• Qual tipo de rota está faltando para que essa comunicação seja possível?
• Como você adicionaria essa rota estaticamente no Linux?
• Qual comando Linux você usaria para exibir essa tabela de rotas completa?

Dica: Uma rota padrão (Default Route) envia pacotes para destinos desconhecidos. Para redes específicas que não são diretamente conectadas nem cobertas pela rota padrão (ou se a rota padrão for problemática), uma rota estática é essencial.

Análise de Problemas Específicos: Loops de Roteamento

Além de rotas ausentes, um problema grave é um loop de roteamento, onde os pacotes são encaminhados de volta para o mesmo roteador ou ciclo de roteadores indefinidamente. Isso consome recursos e faz com que os pacotes expirem (TTL zero).

Topologia Simplificada de Exemplo:

Identifique a rota incorreta na saída da tabela de roteamento de **Router1**:

Um gateway que aponta para um IP da própria interface do roteador ou para um IP que está na mesma rede diretamente conectada, mas não é o IP do próximo salto real, pode causar um loop. O pacote nunca sai para o destino correto.

Atividades Práticas (Total 20-30 min)

Coloque seus conhecimentos em prática para diagnosticar e corrigir problemas de roteamento.

1. Atividade 1: Adicionando Rotas no Linux (10 min)
   • Em uma máquina virtual Linux (Ubuntu, Debian, etc.), abra o terminal.
   • Identifique suas interfaces de rede (ip a).
   • Crie a rota estática necessária para a rede 192.168.20.0/24 usando o comando sudo ip route add 192.168.20.0/24 via [IP_DO_SEU_GATEWAY_OU_PROXIMO_SALTO].
     • Dica: Se você estiver em uma rede simples (como a da sua casa), seu gateway padrão (o roteador) será o "próximo salto" para qualquer rede externa. Use ip r para encontrar o IP do seu gateway.
   • Valide a adição da rota com ip r.
   • Tente pingar um IP fictício nessa rede (ex: ping 192.168.20.1) para ver como o Linux tenta rotear o pacote.
2. Atividade 2: Diagnóstico e Correção de Loop no Packet Tracer (10-20 min)
   • No Cisco Packet Tracer, configure a topologia simples com Router1, Router2, PC1 e PC2 conforme o diagrama na seção "Análise de Problemas Específicos".
     • Exemplo de IPs:
     • Router1 Fa0/0: 10.0.1.1/24 (conectado ao PC1)
     • PC1: 10.0.1.2/24, Gateway 10.0.1.1
     • Router1 Fa0/1: 10.0.0.1/30 (conectado a Router2 Fa0/0)
     • Router2 Fa0/0: 10.0.0.2/30 (conectado a Router1 Fa0/1)
     • Router2 Fa0/1: 10.0.2.1/24 (conectado ao PC2)
     • PC2: 10.0.2.2/24, Gateway 10.0.2.1
   • No Router1 CLI, adicione a rota problemática que causa o loop (por exemplo, ip route 10.0.4.0 255.255.255.0 10.0.0.1 se 10.0.0.1 é a própria interface de Router1 ou um IP inválido para um next-hop).
   • Tente pingar um destino que usaria essa rota problemática (ex: ping 10.0.4.1). Observe o comportamento (ping falhando, TTL expirando).
   • Corrija a rota errada: Use o comando no ip route 10.0.4.0 255.255.255.0 10.0.0.1 para remover a rota incorreta.
   • Adicione a rota estática correta para a rede 10.0.2.0/24 no Router1 apontando para o Router2 (ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2).
   • Teste novamente o ping de PC1 para PC2 (ping 10.0.2.2). Agora deve funcionar!

Entregáveis:

• Para a Atividade 1: Screenshot da tabela de rotas do Linux com a rota adicionada.
• Para a Atividade 2: Screenshots da topologia no Packet Tracer, da tabela de rotas do Router1 corrigida (após remover o loop) e os resultados dos pings bem-sucedidos de PC1 para PC2.

Leitura Recomendada:

• Kurose (Cap. 4.3 - Camada de Rede, Roteamento; 5.6.5 - VLAN; Cap. 6.4 - Roteamento) - Aprofunde-se nos algoritmos de roteamento e tabelas.
• Tanenbaum (Cap. 5.5.7 - Comandos Linux para rede; Cap. 5.6 - Roteamento) - Revisão de comandos e conceitos de roteamento.

Introdução ao Desafio

Esta atividade prática irá consolidar seu entendimento sobre o cálculo de sub-redes VLSM (Variable Length Subnet Mask). Você irá projetar uma rede, dividindo um bloco IP maior em sub-redes de tamanhos variados para atender a necessidades específicas de hosts.

Lembre-se que o VLSM é fundamental para otimizar o uso de endereços IP, evitando o desperdício.

Exercício Proposto: Divisão de Rede

Você recebeu o bloco de rede 192.168.10.0/24 e precisa dividi-lo em sub-redes para os seguintes departamentos, utilizando a técnica VLSM:

• Departamento de TI: 100 hosts
• Departamento de Vendas: 50 hosts
• Departamento de RH: 20 hosts
• Links Ponto-a-Ponto: 2 hosts (para a conexão entre roteadores, se necessário)

Passos para a Atividade:

1. Organize as Necessidades: Ordene os requisitos de hosts do maior para o menor.
2. Calcule as Sub-redes: Para cada departamento/link:
   • Determine o número mínimo de bits de host (n) necessário (lembrando que 2ⁿ - 2 deve ser maior ou igual ao número de hosts).
   • Calcule o prefixo da máscara (/XX) para essa sub-rede (32 - n).
   • Identifique o endereço de rede, o primeiro IP utilizável, o último IP utilizável e o endereço de broadcast para cada sub-rede.
3. Ferramentas de Apoio: Você pode usar uma planilha de cálculo (como Google Sheets ou Excel) ou o Cisco Packet Tracer para auxiliar e validar seus cálculos.
4. Validação Opcional no Packet Tracer: Se possível, configure PCs em cada uma das sub-redes e teste a conectividade (ping) dentro da mesma sub-rede e entre sub-redes (assumindo que o roteamento seria configurado).

Exemplo de Solução (para as necessidades de 100, 50 e 20 hosts)

Abaixo, um exemplo de como a alocação de IPs ficaria para os departamentos, seguindo a lógica do VLSM. Tente realizar seus próprios cálculos antes de consultar este exemplo.

• TI (100 hosts):
  • Precisa de 7 bits de host (2⁷ = 128 IPs no total, 128 - 2 = 126 utilizáveis).
  • Máscara: /25.
  • Endereço de Rede: 192.168.10.0/25
  • Hosts Utilizáveis: 192.168.10.1 – 192.168.10.126
  • Broadcast: 192.168.10.127
• Vendas (50 hosts):
  • Precisa de 6 bits de host (2⁶ = 64 IPs no total, 64 - 2 = 62 utilizáveis).
  • Máscara: /26.
  • Endereço de Rede: 192.168.10.128/26 (começa após o broadcast da sub-rede de TI).
  • Hosts Utilizáveis: 192.168.10.129 – 192.168.10.190
  • Broadcast: 192.168.10.191
• RH (20 hosts):
  • Precisa de 5 bits de host (2⁵ = 32 IPs no total, 32 - 2 = 30 utilizáveis).
  • Máscara: /27.
  • Endereço de Rede: 192.168.10.192/27 (começa após o broadcast da sub-rede de Vendas).
  • Hosts Utilizáveis: 192.168.10.193 – 192.168.10.222
  • Broadcast: 192.168.10.223
• Links Ponto-a-Ponto (2 hosts):
  • Precisa de 2 bits de host (2² = 4 IPs no total, 4 - 2 = 2 utilizáveis).
  • Máscara: /30.
  • Endereço de Rede: 192.168.10.224/30 (começa após o broadcast da sub-rede de RH).
  • Hosts Utilizáveis: 192.168.10.225 – 192.168.10.226
  • Broadcast: 192.168.10.227

Entregáveis:

• Uma tabela ou lista detalhada com os cálculos para cada sub-rede (Departamento de TI, Vendas, RH e Links Ponto-a-Ponto), incluindo:
  • Número de hosts necessários
  • Número de bits de host (n)
  • Máscara CIDR (/XX)
  • Endereço de Rede
  • Primeiro IP utilizável
  • Último IP utilizável
  • Endereço de Broadcast
• (Opcional) Um diagrama da rede que você projetou, mostrando as sub-redes e como elas se conectam.

Cenário do Projeto: Empresa com Múltiplos Departamentos

Uma empresa está expandindo e precisa de uma rede organizada, segmentada e segura para seus três principais departamentos: Financeiro, TI e Vendas. Cada departamento deve estar em uma sub-rede separada (usando VLANs) para melhorar o desempenho, a segurança e a capacidade de gerenciamento. Será necessário roteamento inter-VLAN para permitir a comunicação entre os departamentos.

Requisitos de Hosts e Segmentação:

• Departamento de Vendas: Mínimo de 100 hosts (maior departamento, deve ser alocado primeiro para otimização VLSM).
• Departamento de Financeiro: Mínimo de 50 hosts.
• Departamento de TI: Mínimo de 30 hosts.
• Links Ponto-a-Ponto: Mínimo de 2 hosts (para as conexões entre roteadores, se houver).

Você deverá utilizar um bloco de endereços IP privados da Classe A ou B (RFC 1918) à sua escolha, com um prefixo inicial de /16 ou /24, e sub-dividí-lo com VLSM.

Tarefas do Projeto de Rede (Atividade Prática: 40 min)

Siga os passos abaixo para planejar e configurar a rede no Cisco Packet Tracer:

1. 1. Planejamento de Endereçamento IP (VLSM)

   • Escolha um bloco IP privado: Ex: 10.0.0.0/16 ou 172.16.0.0/16.
   • Atribua sub-redes com máscaras adequadas: Utilize o cálculo VLSM (começando pelo departamento de Vendas, que tem a maior necessidade) para atribuir sub-redes a cada departamento e aos links ponto-a-ponto (se aplicável). Calcule a máscara CIDR (/XX), o endereço de rede, a faixa de hosts utilizáveis e o endereço de broadcast para cada um.
   • Defina VLAN IDs e Gateways: Para cada departamento, escolha um VLAN ID único (ex: Vendas - VLAN 10, Financeiro - VLAN 20, TI - VLAN 30) e defina o endereço IP que será o gateway (geralmente o primeiro IP utilizável da sub-rede, atribuído à interface do roteador).

   Comando útil para validação: Você pode usar a ferramenta ipcalc (em Linux) ou calculadoras online para validar seus cálculos de sub-rede (ipcalc 192.168.10.0/26).

2. 2. Desenho da Topologia no Packet Tracer

   Monte a seguinte topologia básica, adicionando switches e um roteador:

   network_design.txt

   [PC-Vendas: VLAN 10]---[Fa0/1: Switch1]
   [PC-Financeiro: VLAN 20]---[Fa0/2: Switch1]
   [PC-TI: VLAN 30]---[Fa0/3: Switch1]
                                     | (Trunk)
                                     [G0/0: Router1]

   Adicione os Dispositivos: PCs (1 por departamento), 1 Switch de Camada 2 (ex: 2960), 1 Roteador (ex: 2911).

   Conecte os Dispositivos: Use cabos Copper Straight-Through. Conecte os PCs ao switch e o switch ao roteador.

3. 3. Configuração CLI no Packet Tracer

   Configure as VLANs e o roteamento inter-VLAN (Router-on-a-Stick) nos dispositivos:

   vlan_router_config.txt

   # Configuração no SWITCH (ex: Switch1)
   Switch> enable
   Switch# configure terminal
   
   # Criação das VLANs
   Switch(config)# vlan 10
   Switch(config-vlan)# name VENDAS
   Switch(config-vlan)# exit
   Switch(config)# vlan 20
   Switch(config-vlan)# name FINANCEIRO
   Switch(config-vlan)# exit
   Switch(config)# vlan 30
   Switch(config-vlan)# name TI
   Switch(config-vlan)# exit
   
   # Atribuição de portas às VLANs (ex: F0/1 para Vendas, F0/2 para Financeiro, F0/3 para TI)
   Switch(config)# interface FastEthernet0/1
   Switch(config-if)# switchport mode access
   Switch(config-if)# switchport access vlan 10
   Switch(config-if)# exit
   Switch(config)# interface FastEthernet0/2
   Switch(config-if)# switchport mode access
   Switch(config-if)# switchport access vlan 20
   Switch(config-if)# exit
   Switch(config)# interface FastEthernet0/3
   Switch(config-if)# switchport mode access
   Switch(config-if)# switchport access vlan 30
   Switch(config-if)# exit
   
   # Configuração da porta Trunk (conexão Switch-Roteador, ex: G0/1)
   Switch(config)# interface GigabitEthernet0/1 # ou FastEthernet0/24, dependendo da sua escolha
   Switch(config-if)# switchport mode trunk
   Switch(config-if)# end
   Switch# copy running-config startup-config
   
   # Configuração no ROUTER (ex: Router1) - Roteamento Inter-VLAN (Router-on-a-Stick)
   Router> enable
   Router# configure terminal
   
   # Configuração da interface física que conecta ao Switch (não atribua IP a ela!)
   Router(config)# interface GigabitEthernet0/0 # A porta conectada ao Trunk do Switch
   Router(config-if)# no ip address # Garante que não tem IP na interface principal
   Router(config-if)# no shutdown
   Router(config-if)# exit
   
   # Criação das sub-interfaces e atribuição de IPs/VLANs (Gateways para os departamentos)
   Router(config)# interface GigabitEthernet0/0.10 # Sub-interface para VLAN 10 (Vendas)
   Router(config-subif)# encapsulation dot1Q 10
   Router(config-subif)# ip address [IP_GATEWAY_VENDAS] [MASCARA_VENDAS]
   Router(config-subif)# exit
   
   Router(config)# interface GigabitEthernet0/0.20 # Sub-interface para VLAN 20 (Financeiro)
   Router(config-subif)# encapsulation dot1Q 20
   Router(config-subif)# ip address [IP_GATEWAY_FINANCEIRO] [MASCARA_FINANCEIRO]
   Router(config-subif)# exit
   
   Router(config)# interface GigabitEthernet0/0.30 # Sub-interface para VLAN 30 (TI)
   Router(config-subif)# encapsulation dot1Q 30
   Router(config-subif)# ip address [IP_GATEWAY_TI] [MASCARA_TI]
   Router(config-subif)# exit
   
   Router(config)# end
   Router# copy running-config startup-config

   Configuração dos PCs: Atribua os IPs dos hosts (dentro da faixa utilizável da sua sub-rede) e configure o gateway padrão para o IP da sub-interface correspondente no roteador.

4. 4. Testes de Conectividade

   Após todas as configurações, teste a conectividade:

   • Ping de um PC para o gateway da sua própria VLAN.
   • Ping de um PC de uma VLAN para um PC de OUTRA VLAN (ex: Vendas para TI). Este teste valida o roteamento inter-VLAN.
   • Teste a conectividade com traceroute para ver os saltos (o roteador deve aparecer como um salto para pings inter-VLAN).

Relatório Final: Documentação do Projeto

Ao finalizar o projeto, compile suas descobertas e configurações em um relatório detalhado.

Formato do Relatório:

Apresente seus resultados em uma tabela clara como o exemplo abaixo (preenchendo com seus próprios cálculos e IPs):

Entregáveis Finais:

• Uma **planilha** (ou documento equivalente) com todos os cálculos de sub-rede VLSM para cada departamento e links P2P.
• **Screenshots** da topologia montada no Packet Tracer (com nomes e IPs visíveis) e das configurações CLI relevantes (VLANs no switch, sub-interfaces no roteador).
• Um **comentário** sobre a escolha das máscaras e como o VLSM ajudou a otimizar o uso do espaço IP.

Leitura Recomendada:

• Kurose (§6.4) - Detalhes sobre roteamento e encaminhamento em redes com VLANs.
• Tanenbaum (§5.6) - Conceitos de roteamento e como VLANs se integram.

Importância da Documentação

A documentação de rede é tão crucial quanto o próprio projeto e configuração. Um relatório detalhado garante que a rede pode ser compreendida, mantida e expandida por outros profissionais no futuro. Este relatório final tem como objetivo consolidar todo o trabalho de planejamento e configuração realizado no projeto de rede com sub-redes e VLANs.

Estrutura e Conteúdo do Relatório

Seu relatório deve ser claro, conciso e cobrir todos os aspectos do projeto.

1. Resumo das Sub-redes Alocadas (Modelo de Tabela)

Apresente os detalhes do seu planejamento de endereçamento IP em uma tabela organizada. Inclua todas as sub-redes calculadas para cada departamento e, se houver, para links ponto-a-ponto.

2. Requisitos para o Relatório

Seu relatório deve conter os seguintes itens para uma avaliação completa:

• Uma **lista de sub-redes** completa com suas máscaras, intervalos de hosts e endereços de broadcast, conforme planejado no seu cálculo VLSM. Isso pode ser uma tabela ou uma lista bem organizada.
• O **gateway sugerido** para cada VLAN/sub-rede.
• Um **diagrama da topologia de rede** que você montou no Packet Tracer (ou em outra ferramenta de desenho). Este diagrama deve ser claro, com legendas para IPs, máscaras e VLAN IDs.
• **Screenshots** relevantes das configurações do Packet Tracer:
  • Configurações das VLANs no switch (show vlan brief).
  • Configurações das sub-interfaces no roteador (show running-config interface [porta_física] ou show ip interface brief).
  • Resultados dos testes de conectividade (pings inter-VLAN bem-sucedidos).
• Um **comentário ou breve análise** sobre a escolha das máscaras de sub-rede e como a aplicação do VLSM ajudou a otimizar o uso do espaço de endereçamento IP, minimizando o desperdício em comparação com o FLSM.
• (Opcional) **Capturas de tráfego Wireshark** demonstrando o encapsulamento 802.1Q (VLAN tagging) no link trunk (entre o switch e o roteador).

Formato Sugerido:

• Documento PDF (2-4 páginas).
• Organizado em seções claras (Introdução, Planejamento IP, Topologia e Configuração, Testes e Validação, Conclusão).

Leitura Recomendada para Suporte:

• RFC 1918: Endereços de alocação de IP privados (para entender as faixas 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16).
• Kurose (§6.4): Aborda o roteamento e encaminhamento, o que inclui a funcionalidade de VLANs.
• Tanenbaum (§5.6): Explica conceitos de roteamento e interconexão de LANs, incluindo VLANs.