Sub-Redes, VLSM e CIDR

Sub-Redes

Sub-RedesMecanismo introduzido originalmente para minimizar o problema do crescimento das tabelas de rotas na Internet (RFC 950/1985). Do ponto de vista do endereamento IP uma sub-rede nada mais do que uma subdiviso lgica de um endereo de rede. Cada sub-rede possui um identificador especfico SubnetID obtido atravs da diviso dos bits do campo HostID. unio dos campos NetID e SubnetID d-se o nome de Prefixo de Rede Estendido (ExtendedNetwork Prefix).

Formato do EndereoNetID Prefixo de Rede SubnetID HostID HostID

NetID

Prefixo de Rede Estendido

Benefcios1.

Benefcios5.

(cont.)

2.

3. 4.

Uso de um nico endereo IP para mltiplas redes fsicas. Permite a mistura de tecnologias como Ethernet e Token Ring, dentro de uma mesma rede institucional. Permite acomodar decises administrativas. Possibilita uma melhor distribuio do trfego:O trfego gerado pelas mquinas em um segmento s transferido para um outro se a comunicao envolver mquinas em diferentes segmentos. Reduz o trfego de broadcast.

6.

Reduz o tamanho das tabelas de rotas na Internet global. Garante que a estruturao interna de subredes no vista fora da organizao.Liberdade local para alocao de endereos de sub-redes. Complexidade local arbitrria, sem afetar o tamanho das tabelas globais. A rota de qualquer rede externa para qualquer sub-rede a mesma.

Benefcios

(cont.)

Benefcios

(cont.)

Node X

Subnet 1 Subnet 2

Node Y

Network A

Benefcios

(cont.)

Mscara de Sub-RedeNum ambiente de sub-rede:130.5.32.0 130.5.0.0 130.5.64.0 130.5.96.0

Internet

R

130.5.128.0 130.5.160.0 130.5.192.0 130.5.224.0

Soluo: uso de uma mscara de sub-rede (Subnet Mask). A mscara de sub-rede um nmero de 32 bits usado para distinguir um prefixo de rede estendido (Netid + SubnetID) de um HostId em um endereo IP. A mscara tambm usada para determinar se um endereo IP est localizado na rede local ou em uma rede remota.

Como saber a fronteira entre SubnetID e HostID? Quais bits do endereo IP so usados para definir o nmero da sub-rede?

Mscara de Sub-Rede

(cont.)

Mscara de Sub-Rede

(cont.)

Os bits da mscara de sub-rede e do endereo IP tm correspondncia um-a-um.Os bits da mscara so iguais a 1 se o sistema deve tratar os correspondentes bits no endereo IP como parte do prefixo de rede estendido. Os bits so iguais a 0 se o sistema deve tratar os bits correspondentes no endereo IP como parte do HostID.

IP Address: 130.5.5.25 Subnet Mask: 255.255.255.0 (130.5.5.25/24)Prefixo de Rede Sub-rede HostID

recomendado que os bits de SubnetID sejam contguos e os mais significativos dentro do endereo de host local.

10000010.00000101.00000101.00011001 11111111.11111111.11111111.00000000Prefixo de Rede Estendido

Mscara de Sub-Rede

(cont.)

Questes a Considerar Quantas sub-redes a organizao necessita hoje? E quantas necessitar no futuro? Quantos hosts existem na maior sub-rede da organizao hoje? E quantos existiro no futuro?Ex: 9 (24) e 14 (25) sub-redes Ex: 50 (25)

Cada host de uma rede TCP/IP requer a definio de uma mscara de sub-rede, mesmo se tivermos apenas um nico segmento de rede. A mscara pode ser:Default: usada quando a rede no est dividida emsub-redes; Customizada: quando ela dividida em sub-redes.

A mscara default depende da classe da rede.Classe A: 255.0.0.0 Classe B: 255.255.0.0 Classe C: 255.255.255.0

Sub-Redes all-0s e all-1s Na definio da RFC 950 era proibido o uso de sub-redes com todos os bits iguais a zero ou todos iguais a um. A razo para essa restrio era eliminar situaes que potencialmente poderiam confundir o roteador.

Exemplo (1)1) An organization has been assigned the network number 193.1.1.0/24 and it needs to define six subnets. The largest subnet is required to support 25 hosts. a. Specify the extended-network prefix that allows the creation of the six subnets. b. Express the subnets in binary and dotted decimal notation. c. List the range of host addresses for each subnet. d. Define the broadcast addresses for each subnet.

Exemplo (2)1) An organization has been assigned the network number 140.25.0.0/16 and it needs to create a set of subnets that supports up to 60 hosts on each subnet. a. Define the subnet mask / extended-network prefix lenght b. Express each of the subnets in binary and dotted decimal notation. c. Define the host addresses for each subnet. d. Define the broadcast addresses for each subnet.

Exerccio (1)1.

a.

b.

c.

d.

Assume that you have been assigned the 132.45.0.0/16 network block. You need to establish eight subnets. Specify the extended-network prefix that allows the creation of 8 subnets. Express the subnets in binary and dotted decimal notation List the range of host addresses that can be assigned to Subnet #3 (132.45.96.0/19) What is the broadcast address for Subnet #3?

Exerccio (2)2.

Pacote Broadcast Limitado um pacote enviado para o endereo IP de nmero 255.255.255.255.Possuem a poro NetID e HostID do endereo destino sempre iguais a 1.

a.

b.

c. d.

e.

f.

Assume that you have been assigned the 200.35.1.0/24 network block. You need to establish eight subnets. Define an extended-network that allows the creation of 20 hosts on each subnet. What is the maximum number of hosts that can be assigned to each subnet? What is the maximum number of subnets that can be defined? Specify the subnets of 200.35.1.0/24 in binary and dotted decimal notation. List the range of host addresses that can be assigned to Subnet #6 (200.35.1.192/27) What is the broadcast address for Subnet #6?

Pacotes broadcast limitados nunca devem passar por um roteador, podendo atravessar repetidores e pontes (MAC layer bridges).

Pacote Broadcast Direto um pacote enviado para um endereo IP destino cuja poro HostID sempre igual a 1.Ex: 180.100.255.255

Pacote Broadcast Direto

(cont.)

Um endereo broadcast network-directed tem todos os bits da sua poro HostID iguais a 1 e uma poro NetID vlida. Um endereo broadcast subnetworked-directed tambm tem todos os bits da sua poro HostID iguais a 1 e uma poro NetID vlida, alm de um campo de subnet vlido.O pacote broadcast chega a todas as mquinas da sub-rede. O pacote broadcast chega a todas as mquinas da rede.

Pacotes broadcast diretos podem atravessar um roteador e sero entregues para todos os hosts na rede destino. Broadcast direto pode ser network-directed ou subnetworked-directed.

IP Broadcast sem Sub-RedesSender Host C Host C Host C Host C Destination IP Address 255.255.255.255 128.1.255.255 128.2.255.255 128.3.255.255 Recipients Host D, Router_A Port 2, Router_B Port 1 Host A, Host B, Router_A Port 1 Host D, Router_A Port 2, Router_B Port 1 Host E, Host F, Router_B Port 2

IP Broadcast com Sub-RedesSender Host C Host C Host C Host C Destination IP Address 255.255.255.255 128.1.1.255 128.1.2.255 128.1.3.255 Recipients Host D, Router_A Port 2, Router_B Port 1 Host A, Host B, Router_A Port 1 Host D, Router_A Port 2, Router_B Port 1 Host E, Host F, Router_B Port 2

VLSM (Variable Length Subnet Mask)Tcnica que permite que mais de uma mscara de sub-rede seja definida para um dado endereo IP.

(Variable Length Subnet Mask)

VLSM

O campo prefixo de rede estendido passa a poder ter diferentes tamanhos.

Vantagens:Uso mais eficiente do espao de endereo atribudo organizao. Permite agregao de rotas, o que pode reduzir significantemente a quantidade de informao de roteamento no nvel do backbone.

Uso Eficiente do E.E. IP Address: 130.5.0.0/22(ou IP 130.5.0.0 com mscara 255.255.252.0)Bits de Sub-rede Bits de Host

Uso Eficiente do E.E.

(cont.)

Seja uma rede /16 (classe B) com prefixo de rede estendido /22 (6 bits para subnetting).

Prefixo de Rede

10000010.00000101.00000000.00000000Prefixo de Rede Estendido

Nessa situao, a eficincia de alocao aumentaria se pudssemos definir mais de uma mscara em um ambiente de sub-redes.

64 (26) sub-redes, cada uma com um mximo de 1022 hosts (210-2). Bom esquema para grandes sub-redes, com um grande nmero de hosts. Pssimo para sub-redes com poucos (20, 30) hosts (desperdcio de +/- 1000 endereos IP).

Ex: prefixo estendido igual a /26 para pequenas subredes (mximo de 62 hosts) e /22 para redes grandes, com at 1000 hosts.

Uso Eficiente do E.E.

(cont.)

Agregao de RotasPermite que uma nica entrada na tabela de rotas possa representar vrias sub-redes.A estrutura detalhada de informao de roteamento de um grupo de sub-redes escondida dos roteadores dos outros grupos. Bits de Host

IP Address: 130.5.0.0/26(ou Subnet Mask 255.255.255.192)

Prefixo de Rede

Bits de Sub-rede

Permite a diviso recursiva do espao de endereos da organizao.A rede primeiramente dividida em sub-redes; Algumas dessas sub-redes so divididas em outras subredes; e Algumas dessas sub-sub-redes so eventualmente divididas em novas sub-redes.

10000010.00000101.00000000.00000000Prefixo de Rede Estendido

11.1.0.0/16

Diviso Recursiva do Prefixo de Rede11.0.0.0/811.1.1.0/24 11.1.2.0/24 11.1.253.0/24 11.1.254.0/24

Router A

ou 11/811.1.253.32/27 11.1.253.64/27 11.1.253.160/27 11.1.253.192/27

11.2.0.0/16 11.3.0.0/16 11.252.0.0/16 11.254.0.0/16

Router B

11.1.1.0/24 11.1.2.0/24 11.1.252.0/24 11.1.254.0/24

11.0.0.0/8

11.1.0.0/16 11.2.0.0/16 11.3.0.0/16 11.252.0.0/16 11.253.0.0/16 11.254.0.0/16

11.253.0.0/16

11.1.253.0/24

Internet

Router C11.253.32.0/19 11.253.64.0/19 11.253.160.0/19 11.253.192.0/19

Router D11.1.253.32/19 11.1.253.64/19 11.1.253.96/19 11.1.253.128/19 11.1.253.160/19 11.1.254.192/19

11.253.32.0/19 11.253.64.0/19 11.253.160.0/19 11.253.192.0/19

Agregao de Rotas

Requisitos para Uso de VLSMOs protocolos de roteamento devem carregar a informao de prefixo de rede estendido em cada anncio de rota.OSPF, I-IS-IS e RIP-2.

Algoritmo Longest MatchEnd. Destino: 11.1.2.5 = 00001011.00000001.00000010.00000101 Rota #1: 11.1.2.0/24 Rota #2: 11.1.0.0/16 Rota #3: 11.0.0.0/8 = 00001011.00000001.00000010.00000000 = 00001011.00000001.00000000.00000000 = 00001011.00000000.00000000.00000000

Todos os roteadores devem implementar um algoritmo de forwarding consistente, baseado na escolha da maior mscara (longest match). Para a agregao de rotas ocorrer os endereos devem ser atribudos de modo a ter algum significado topolgico.

ExemploAn organization has been assigned the network number 140.25.0.0/16 and it plans to deploy VLSM according the figure. In the proposed design, the base network is divided in 16 equal-sized address blocks. Then Subnet #1 is divided into 32 equal-sized address blocks and Subnet #14 is divided into 16 equal sized address blocks. Finally, Subnet #14-14 is divided into 8 equal sized address block.a. b. c. d. e. f.

Exemplo

(cont.)

140.25.0.0/16

--0-- --1-- --2-- --3-- --12-- --13-- --14-- --15--

--0-- --1-- --30-- --31--

--0-- --1-- --14-- --15--

Specify the 16 Subnets of 14.25.0.0/16 Define the host addresses for Subnet #3 (148.25.48.0/20) Define the Sub-Subnets for Subnet # 14 (140.25.224.0/20) Define host addresses for Subnet #14-3 (140.25.227.0/24) Define the Sub2-Subnet for Subnet #14-14 (140.25.238.0/24) Define the host addresses for Subnet #14-14-2 (140.25.238.64/27)

--0-- --1-- --6-- --7--

ExerccioAn organization has been assigned the network number 140.25.0.0/16 and it plans to deploy VLSM. The following figure provides a graphic display of the VLSM design for the organization.a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.

Exerccio

(cont.)

140.25.0.0/16

--0-- --1-- --2-- --3--

--4-- --5-- --6-- --7--

Specify the 8 Subnets of 140.25.0.0/16 Identify the broadcast address for Subnet #3 (140.25.96.0) Specify the 16 subnets of Subnet #6 (140.25.192.0/19) List the host addresses that can be assigned to Subnet #6-3 (140.25.198.0/23) Identify the broadcast address for Subnet #6-3 Specify the 8 Subnets of Subnet #6-14 (140.25.220.0/23) List the host addresses that can be assigned to Subnet #6-3 (140.25.198.0/23) 140.25.0.0/16 Define host addresses for Subnet #6-14-2 (140.25.220.128/26) Identify the broadcast address for Subnet #6-14-2

--0-- --1-- --30-- --31--

--0-- --1-- --14-- --15--

--0-- --1-- --6-- --7--

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

(Classless Inter-Domain Routing)

CIDR

Novo esquema de endereamento da Internet definido pelo IETF nas RFCs 1517 a 1520 (1995). O esquema tambm chamado de Supernetting (super-rede). Motivao:Crescimento exponencial da Internet Eminente exausto dos endereos Classe B Rpido crescimento do tamanho das tabelas de roteamento global da Internet Eventual exausto do espao de endereos do IPv4

CIDR

(cont.)

CIDR

(cont.)

Elimina o conceito tradicional de redes classes A, B e C (da o nome classless).Uso do prefixo de rede, em vez dos 3 primeiros bits do endereo IP, para determinar o ponto de diviso entre o NetID e o HostID. Suporta o emprego de redes de tamanho arbitrrio.

Cada informao de roteamento anunciada junto com uma mscara de bits (prefix-length).Roteadores que suportam CIDR NO se baseiam nos trs primeiros bits do endereo e sim no tamanho do prefixo.

Permite uma alocao eficiente do espao de endereos do IPv4. Suporta agregao de rotas.Uma nica entrada na tabela pode representar o espao de endereos de talvez milhares de rotas classfull tradicionais.

O prefixo a maneira de se especificar o nmero de bits contguos mais esquerda na poro rede de cada entrada na tabela de roteamento.Rede com NetID = 20 bits e HostID=12 bits seria anunciada com um tamanho de prefixo de 20 bits (/20).

CIDR

(cont.)

Blocos de Endereos CIDRCIDR Prefix /13 /14 /15 /16 /17 /18 /19 /20 /21 /22 /23 /24 /25 /26 /27 Notao Decimal 255.248.0.0 255.252.0.0 255.254.0.0 255.255.0.0 255.255.128.0 255.255.192.0 255.255.224.0 255.255.240.0 255.255.248.0 255.255.252.0 255.255.254.0 255.255.255.0 255.255.255.128 255.255.255.192 255.255.255.224 # endereos individuais 512 K 256 K 128 K 64 K 32 K 16 K 8K 4K 2K 1K 512 256 128 64 32 # Redes

Um prefixo /20 representa um espao de de 212 (4.096) endereos.Um prefixo /20 tambm pode ser usado para representar uma rede classe A, B ou C tradicional.Classe A: 10.23.64.0/20 = 00001010. 00010111. 01000000. 00000000 Classe B: 130.5.0.0/20 = 10000010. 00000101. 00000000. 00000000 Classe C: 200.7.128.0/20 = 11001000. 00000111. 10000000. 00000000

classful8 Bs ou 2048 Cs 4 Bs ou 1024 Cs 2 Bs ou 512 Cs 1 B ou 256 Cs 128 Cs 64 Cs 32 Cs 16 Cs 8 Cs 4 Cs 2 Cs 1C C C 1/8 C

Eficincia de Alocao de Endereos Num ambiente classful, um ISP s pode alocar endereos /8, /16 ou /24. Usando CIDR, o ISP pode distribuir blocos do seu espao de endereos que atendam as necessidades especficas de cada cliente. Conseqentemente, isso confere maior flexibilidade e permite melhor utilizao do espao de endereamento alocado ao ISP.

Exemplo 1Se um cliente requer 800 endereos de hosts, em vez de lhe ser atribudo um endereo Classe B (e portanto desperdiar ~64700 endereos) ou quatro Classes Cs individuais (e introduzir 4 novas rotas nas tabelas de roteamento da Internet global), poderia lhe ser atribudo um bloco de endereos /22 (que corresponde a 210 ou 1024 endereos IP ou 4 redes /24 contguas).Bloco do ISP: 11001110.00000000.01000000.00000000 206.0.64.0/18 206.0.68.0/22 206.0.68.0/24 206.0.69.0/24 206.0.70.0/24 206.0.71.0/24

Bloco de cliente: 11001110.00000000.01000100.00000000 Classe C #0: Classe C #1: Classe C #2: Classe C #3: 11001110.00000000.01000100.00000000 11001110.00000000.01000101.00000000 11001110.00000000.01000110.00000000 11001110.00000000.01000111.00000000

Exemplo 2Assume that an ISP owns the address block 200.25.0.0/16. This block represents 65.536 (216) IP addresses (or 256 /24s). From the 200.25.0.0/16 block it wants to allocate the 200.25.16.0/20 address block. This smaller block represents 4.096 (216) IP addresses (or 16 /24s).In a classful environment, the ISP is forced to use the /20 as 16 individual /24s (see Figure 1). Address block: 11001000.00011001.00010000.00000000 Network #0: Network #1: Network #2: Network #14: Network #15: 11001000.00011001.00010000.00000000 11001000.00011001.00010001.00000000 11001000.00011001.00010010.00000000 11001000.00011001.00011110.00000000 11001000.00011001.00011111.00000000 200.25.16.0/20 200.25.16.0/24 200.25.17.0/24 200.25.18.0/24 200.25.30.0/24 200.25.31.0/24

Exemplo 2

cont.

Figure 1

Exemplo 2

(cont.)

Exemplo 2

(cont.)

However, in a classless environment, the ISP is free to cut up the pie any way it wants. It could slice the original pie into 2 pieces (each of the address space) and assign one portion to organization A, then cut the other half into 2 pieces (each of the address space) and assign one piece to organization B, and finally slice the remaining fourth into 2 pieces (each 1/8 of the address space) and assign it to organization C and D). See Figure 2. Each of the individual organization is free to allocate the address space within its intranetwork as it sees fit.

Figure 2

CDIR e VLSMCIDR e VLSM so essencialmente a mesma coisa j que ambos permitem dividir recursivamente uma poro do espao de endereos IP em pedaos (blocos) menores. A diferena que com VLSM a recurso feita no espao de endereamento previamente alocado para a organizao, sendo isso invisvel para a Internet global. O CIDR, por sua vez, permite a alocao recursiva de um bloco de endereos por um Internet Registry a um high-level ISP , a um middle-level ISP, a um low-level ISP e, finalmente, rede privada da organizao.

CIDR: Agregao de Rotas200.25.0.0/16

Internet

200.25.16.0/20

ISP

200.25.16.0/21 200.25.16.0/24 200.25.17.0/24 200.25.18.0/24 200.25.19.0/24 200.25.20.0/24 200.25.21.0/24 200.25.22.0/24 200.25.23.0/24

200.25.24.0/22

200.25.28.0/23

200.25.30.0/23

200.24.24.0/24 200.24.25.0/24 200.24.26.0/24 200.24.27.0/24 200.25.28.0/24 200.25.29.0/24 200.25.30.0/24 200.25.31.0/24

Org. A

Org. B

Org. C

Org. D

CIDR: Agregao de Rotas (cont.)

Roteamento em Ambiente Classless

Roteamento em Ambiente Classless (cont.)

Roteamento em Ambiente Classless (cont.)

Exerccioa.

b.

c.

List the individual networks numbers defined by the CIDR block 200.56.168.0/21 List the individual networks numbers defined by the CIDR block 195.24/13 Aggregate the following set of (4) IP /24 network addresses to the highest degree possible: 212.56.146.0/24,212.56.147.0/24, 212.56.148.0/24, 212.56.149.0/24

d.

Idem: 202.1.96.0/24, 202.1.97.0/24, 202.1.98.0/24, ,202.1.126.0/24, 202.1.127.0/24, , 202.1.158.0/24, 202.1.159.0/24

e.

How would you express the entire Class A address as a single CIDR advertisement?