1. Introdução ao IPv4
O IPv4 (Internet Protocol version 4) é o protocolo fundamental para comunicação em redes, utilizando endereços de 32 bits. Apesar da transição para IPv6, o IPv4 permanece essencial em infraestruturas modernas.
1.1 Características Principais
- Espaço de endereço de 32 bits (4.3 bilhões de endereços)
- Notação decimal pontuada (ex: 192.168.1.1)
- Divisão em classes históricas (A-E)
- Mecanismos de conservação (NAT, CIDR)
2. Espaço de Endereçamento IPv4
2.1 Redes Públicas e Privadas
Redes Públicas (Roteáveis globalmente):
- Atribuídas por IANA e RIRs
- Exemplos: 8.8.8.8 (Google DNS), 1.1.1.1 (Cloudflare)
Redes Privadas (RFC 1918):
- 10.0.0.0/8 (16.777.216 hosts)
- 172.16.0.0/12 (1.048.576 hosts)
- 192.168.0.0/16 (65.536 hosts)
Redes Especiais:
- 100.64.0.0/10 (Carrier-Grade NAT)
- 169.254.0.0/16 (APIPA/Link-Local)
- 198.18.0.0/15 (Benchmarking)
2.2 Endereços Reservados e Especiais
| Endereço | Finalidade |
|---|---|
| 0.0.0.0/8 | Rede “This” (histórica) |
| 127.0.0.0/8 | Loopback |
| 224.0.0.0/4 | Multicast |
| 255.255.255.255 | Broadcast Limitado |
3. Subnetting Avançado
3.1 Máscaras de Sub-rede e CIDR
A máscara define a divisão entre porção de rede e host:
Endereço: 192.168.1.100/26
Máscara: 255.255.255.192
Binário: 11111111.11111111.11111111.110000003.2 Cálculo de Sub-redes
Fórmulas Essenciais:
- Número de sub-redes = 2ⁿ (onde n = bits emprestados)
- Hosts por sub-rede = 2ᵐ – 2 (onde m = bits de host)
Exemplo Prático:
Dividir 192.168.0.0/24 em 8 sub-redes com 30 hosts cada:
- Bits necessários: 3 (2³=8 sub-redes)
- Nova máscara: /27 (255.255.255.224)
- Intervalos:
- 192.168.0.0/27 (hosts 1-30)
- 192.168.0.32/27 (hosts 33-62)
- …
- 192.168.0.224/27 (hosts 225-254)
3.3 VLSM (Variable Length Subnet Mask)
Técnica para alocação eficiente:
Cenário:
- Rede 172.16.0.0/16
- Requisitos:
- 2 sub-redes /22 (1.022 hosts)
- 5 sub-redes /25 (126 hosts)
- 10 sub-redes /28 (14 hosts)
Implementação:
- Alocar /22 primeiro (172.16.0.0/22, 172.16.4.0/22)
- Alocar /25 nos espaços restantes
- Preencher /28 nos intervalos menores
4. Roteamento IPv4
4.1 Tabelas de Roteamento
Estrutura básica:
Destino Máscara Gateway Interface
0.0.0.0 0.0.0.0 203.0.113.1 eth0
192.168.1.0 255.255.255.0 0.0.0.0 eth1
10.0.0.0 255.0.0.0 192.168.1.254 eth14.2 Tipos de Rotas
| Tipo | Descrição | Exemplo |
|---|---|---|
| Rota Direta | Rede local conectada | 192.168.1.0/24 via eth0 |
| Rota Estática | Configuração manual | ip route add 10.0.0.0/8 via 192.168.1.1 |
| Rota Default | Gateway padrão | 0.0.0.0/0 via 203.0.113.1 |
| Rotas Dinâmicas | Aprendidas via protocolos (OSPF, BGP) | – |
4.3 Sumarização de Rotas
Técnica para reduzir tabelas de roteamento:
Exemplo:
Rotas originais:
- 192.168.0.0/24
- 192.168.1.0/24
- 192.168.2.0/24
- 192.168.3.0/24
Rota sumarizada:
- 192.168.0.0/22
5. Protocolos de Transporte
5.1 TCP vs UDP
| Característica | TCP | UDP |
|---|---|---|
| Orientação | Orientado a conexão | Não orientado |
| Confiabilidade | Confiável (ACKs) | Não confiável |
| Controle de Fluxo | Presente | Ausente |
| Overhead | Alto | Baixo |
| Casos de Uso | HTTP, SSH, FTP | DNS, VoIP, Streaming |
5.2 Portas Bem Conhecidas
| Porta | Protocolo | Serviço |
|---|---|---|
| 20/21 | TCP | FTP |
| 22 | TCP | SSH |
| 53 | UDP/TCP | DNS |
| 80 | TCP | HTTP |
| 443 | TCP | HTTPS |
6. Diagnóstico e Solução de Problemas
6.1 Ferramentas Essenciais
- ping: Teste básico de conectividade
- traceroute/tracert: Mapeamento de caminho
- mtr: Combinação de ping+traceroute
- netstat/ss: Conexões ativas
- tcpdump/Wireshark: Análise de pacotes
6.2 Problemas Comuns
- Conflitos de IP: Dois dispositivos com mesmo endereço
- Problemas de MTU: Pacotes grandes sendo descartados
- Rotas Ausentes: Falta de gateway padrão
- Filtragem: Firewalls bloqueando tráfego
7. Boas Práticas de Projeto
- Planejamento Hierárquico:
- Design em camadas (Core, Distribution, Access)
- Agregação de tráfego
- Documentação:
- Mapeamento de endereços IP
- Diagramas de topologia
- Segurança Básica:
- Filtragem por ACLs
- Proteção contra IP spoofing
Conclusão
Este guia abrange desde os fundamentos do IPv4 até técnicas avançadas de engenharia de redes. A compreensão profunda desses conceitos é essencial para projetar, implementar e solucionar problemas em redes modernas. Para aprofundamento, recomenda-se o estudo de IPv6, protocolos de roteamento dinâmico e virtualização de redes.