Cisco CCNAv7 - Binário e endereços IPv4

Introdução

No módulo de endereçamento, você vai calcular redes, sub-redes e quantidade de hosts. Tudo isso começa aqui: o endereço IPv4 que você vê como 192.168.10.1 é, para o computador, uma sequência de 32 bits. Neste post, você vai aprender a ler um endereço IPv4 em binário e a entender o papel do binário nas máscaras de sub-rede.

O endereço IPv4 em binário

Um endereço IPv4 tem 32 bits, divididos em quatro grupos de 8 bits (os octetos). Para ficar mais fácil para as pessoas, cada octeto é escrito em decimal e separado por pontos. Essa forma é chamada de notação decimal pontilhada.

flowchart LR
  A["Binário:<br/>11000000.10101000.00001010.00000001"] --> B["Decimal pontilhado:<br/>192.168.10.1"]

Octeto	1º	2º	3º	4º
Decimal	192	168	10	1
Binário	11000000	10101000	00001010	00000001

Cada octeto vai de 0 a 255, por isso 192.168.10.300 não é um endereço IPv4 válido: 300 não cabe em 8 bits.

Convertendo um endereço IPv4

A conversão é feita octeto por octeto, usando os métodos do post anterior.

Exemplo: converter 172.16.254.3 para binário

Octeto	Decimal	Cálculo	Binário
1º	172	128 + 32 + 8 + 4	10101100
2º	16	16	00010000
3º	254	128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2	11111110
4º	3	2 + 1	00000011

Resultado: 10101100.00010000.11111110.00000011

Exemplo: converter 11000000.10101000.01100100.00001010 para decimal

Octeto	Binário	Cálculo	Decimal
1º	11000000	128 + 64	192
2º	10101000	128 + 32 + 8	168
3º	01100100	64 + 32 + 4	100
4º	00001010	8 + 2	10

Resultado: 192.168.100.10

Note

Quantos endereços IPv4 existem? Com 32 bits, são 2³² = 4.294.967.296 (cerca de 4,3 bilhões). Esse número já não é suficiente para todos os dispositivos do mundo, e é um dos motivos da criação do IPv6.

A máscara de sub-rede em binário

Todo endereço IPv4 vem acompanhado de uma máscara de sub-rede, que indica quais bits pertencem à rede e quais pertencem ao host (o dispositivo). Em binário, a máscara é sempre:

• uma sequência de 1s (a parte da rede), seguida por
• uma sequência de 0s (a parte do host).

Exemplo: máscara 255.255.255.0

Octeto	1º	2º	3º	4º
Decimal	255	255	255	0
Binário	11111111	11111111	11111111	00000000
Significado	Rede	Rede	Rede	Host

São 24 bits 1 seguidos de 8 bits 0. Por isso, essa máscara também é escrita como /24, a notação de prefixo, em que o número depois da barra é a quantidade de bits 1.

flowchart LR
  A["IP 192.168.10.77<br/>máscara /24"] --> B["Rede:<br/>192.168.10"]
  A --> C["Host:<br/>77"]

Valores possíveis em um octeto da máscara

Como os bits 1 vêm sempre à esquerda, só existem 9 valores possíveis para um octeto de máscara:

Bits 1 no octeto	Binário	Decimal
0	00000000	0
1	10000000	128
2	11000000	192
3	11100000	224
4	11110000	240
5	11111000	248
6	11111100	252
7	11111110	254
8	11111111	255

Dica

Cada valor é a soma dos pesos da esquerda para a direita: 128, 128 + 64 = 192, 192 + 32 = 224, 224 + 16 = 240, e assim por diante, até 255. Essa tabela aparece o tempo todo no endereçamento IPv4.

Prefixos comuns

Prefixo	Máscara decimal	Uso comum
/8	255.0.0.0	Redes muito grandes
/16	255.255.0.0	Redes grandes
/24	255.255.255.0	LANs comuns (casas, escritórios)
/25	255.255.255.128	Divide uma /24 em duas
/26	255.255.255.192	Divide uma /24 em quatro
/30	255.255.255.252	Ligações ponto a ponto entre roteadores

Encontrando o endereço da rede

O endereço de rede é o “nome” da rede à qual o host pertence. Para obtê-lo, o dispositivo faz uma operação bit a bit chamada AND entre o endereço IP e a máscara:

Bit do IP	Bit da máscara	Resultado (AND)
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Ou seja, o resultado é 1 somente quando os dois bits são 1.

Exemplo simples: 192.168.10.77 /24

Nos três primeiros octetos, a máscara é 11111111, então o IP é copiado. No último, a máscara é 00000000, e o resultado é 0.

	1º	2º	3º	4º
IP	11000000	10101000	00001010	01001101
Máscara	11111111	11111111	11111111	00000000
AND (rede)	11000000	10101000	00001010	00000000
Decimal	192	168	10	0

Endereço de rede: 192.168.10.0.

Exemplo com sub-rede: 192.168.10.77 /26

A máscara /26 é 255.255.255.192. Só o último octeto precisa de cálculo:

	Último octeto
IP (77)	01001101
Máscara (192)	11000000
AND	01000000
Decimal	64

Endereço de rede: 192.168.10.64.

Note

Você não precisa dominar o cálculo de sub-redes agora. Ele será estudado em detalhes no módulo de endereçamento IPv4. O objetivo aqui é entender que, para o computador, tudo acontece em binário, e que a máscara separa a rede do host.

Por que o binário é importante em redes?

Situação	Como o binário ajuda
Sub-redes	Os bits “emprestados” do host definem quantas sub-redes e hosts existem
Máscaras e prefixos	A barra (/24, /26…) é a contagem de bits 1
Roteamento	O roteador compara bits do endereço de destino com os da tabela de rotas
Listas de controle de acesso (ACL)	Usam wildcard masks, que são máscaras “invertidas”
Diagnóstico	Entender por que dois dispositivos estão (ou não) na mesma rede

Mini laboratório: endereços IP em binário

Objetivo: converter endereços reais da sua rede e conferir o resultado.

Parte 1: converta à mão

Converta para binário (octeto por octeto):

Endereço	Binário
10.0.0.1	?
192.168.1.1	?
255.255.255.0	?
172.16.0.254	?

Ver respostas

• 10.0.0.1 = 00001010.00000000.00000000.00000001
• 192.168.1.1 = 11000000.10101000.00000001.00000001
• 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
• 172.16.0.254 = 10101100.00010000.00000000.11111110

Parte 2: use o seu próprio endereço

1. Descubra o IP e a máscara do seu computador:

ip address show

(no Windows, ipconfig)

2. Converta o IP e a máscara para binário.
3. Faça o AND bit a bit e encontre o endereço de rede.
4. Confira com Python:

python3 -c "import ipaddress; print(ipaddress.ip_interface('192.168.10.77/26').network)"

Troque o endereço e o prefixo pelos seus. O resultado deve ser igual ao seu cálculo.

Perguntas para fixar:

• Quantos bits 1 tem a máscara 255.255.255.192? Qual é o prefixo?
• Por que a máscara nunca pode ser 11110111?
• Dois hosts, 192.168.10.20/24 e 192.168.10.200/24, estão na mesma rede?

Ver respostas

• 24 + 2 = 26 bits 1, ou seja, /26.
• Porque os 1s precisam ser contínuos, da esquerda para a direita, seguidos apenas por 0s.
• Sim: com /24, os três primeiros octetos definem a rede (192.168.10), e os dois estão nela.

Resumo

• Um endereço IPv4 tem 32 bits, em 4 octetos escritos em decimal e separados por pontos.
• Cada octeto vai de 0 a 255, e a conversão é feita octeto por octeto.
• A máscara de sub-rede tem 1s contínuos à esquerda (rede) e 0s à direita (host); o prefixo conta os bits 1.
• O AND entre o IP e a máscara resulta no endereço da rede.
• O binário é a base do endereçamento, das sub-redes e do roteamento.

Próximo passo

No próximo tópico, você vai conhecer o sistema hexadecimal, usado em endereços MAC e IPv6.