Dia 2: IPv4 — Classes, Subnetting, CIDR e VLSM

No Dia 1 vimos os modelos OSI e TCP/IP — a arquitectura conceptual das redes. Hoje descemos ao endereçamento concreto: como o IPv4 identifica cada interface na rede, como dividir redes em sub-redes, e as técnicas modernas (CIDR, VLSM) que substituíram o antigo sistema de classes. Este é o alicerce de tudo o que se segue no Curso de Redes — sem dominar endereçamento, não há encaminhamento, firewall nem VPN que funcione.

1. Introdução ao IPv4

O IPv4 (Internet Protocol version 4) é o protocolo de endereçamento mais utilizado na Internet. Cada endereço IPv4 tem 32 bits, representado em notação decimal pontuada — quatro blocos de 8 bits (octetos) separados por pontos, cada um variando de 0 a 255.

Exemplo: o endereço 192.168.1.10 em binário é:

11000000.10101000.00000001.00001010
   192    .  168    .     1   .    10

Com 32 bits, o espaço total de endereços é 2³² = 4.294.967.296 (~4,3 mil milhões). Parece muito, mas o crescimento exponencial da Internet esgotou este espaço — daí a criação do IPv6, com 128 bits. Cada endereço IPv4 identifica não um computador, mas uma interface de rede. Um router com 3 interfaces tem 3 endereços IP distintos.

Um endereço IPv4 divide-se em duas partes: parte de rede (network) e parte de hospedeiro (host). A máscara de sub-rede determina onde está a divisão. Por exemplo, com a máscara 255.255.255.0, os primeiros 24 bits identificam a rede e os últimos 8 bits identificam o hospedeiro.

2. Classes de Endereçamento

Originalmente (RFC 790, 1981), o IPv4 dividia-se em cinco classes. Cada classe fixava a fronteira entre rede e hospedeiro num ponto pré-definido. Este sistema foi substituído por CIDR em 1993, mas o conceito ainda aparece em certificações e ferramentas legadas.

O intervalo 127.0.0.0/8 está reservado para loopback (localhost) — por isso a classe A começa em 1 e não em 0. O endereço 0.0.0.0 significa “rede indefinida”.

O problema das classes era a rigidez: uma organização que precisasse de 500 endereços recebia uma classe B (65.534 hospedeiros), desperdiçando 65.000 endereços. Isto acelerou o esgotamento do IPv4 e motivou a criação do CIDR.

3. Subnetting — Dividir Redes

Subnetting é a técnica de dividir uma rede maior em várias sub-redes menores. Isto reduz o tamanho dos domínios de difusão, melhora a segurança (segmentação entre departamentos) e optimiza a utilização do espaço de endereçamento.

A divisão faz-se emprestando bits da parte de hospedeiro para a parte de rede. Cada bit emprestado duplica o número de sub-redes e reduz os hospedeiros por sub-rede para metade. A fórmula fundamental:

Para n bits emprestados: 2ⁿ sub-redes. Para h bits restantes de hospedeiro: 2^h − 2 endereços úteis (subtrai-se o endereço de rede e o de difusão).

Exemplo prático com ipcalc:

# Calcular sub-redes com ipcalc
ipcalc 192.168.1.0/24
ipcalc 192.168.1.0/26

# Dividir /24 em 4 sub-redes (/26)
# 192.168.1.0/26   — hospedeiros .1 a .62
# 192.168.1.64/26  — hospedeiros .65 a .126
# 192.168.1.128/26 — hospedeiros .129 a .190
# 192.168.1.192/26 — hospedeiros .193 a .254

Ao passar de /24 para /26, emprestamos 2 bits da parte de hospedeiro. Obtemos 2² = 4 sub-redes, cada uma com 2⁶ − 2 = 62 hospedeiros úteis. A máscara /26 em decimal é 255.255.255.192 — os 2 bits extra ligados valem 128 + 64 = 192.

O ipcalc mostra automaticamente a rede, o difusão, a máscara e o intervalo de hospedeiros — ideal para verificar cálculos manuais antes de configurar equipamento.

4. CIDR — Classless Inter-Domain Routing

O CIDR (Classless Inter-Domain Routing), definido na RFC 4632 (2006), eliminou o conceito rígido de classes. Em vez de a fronteira rede/hospedeiro ser fixa por classe, o CIDR permite qualquer comprimento de prefixo, indicado pela notação /n — onde n é o número de bits de rede.

A grande vantagem do CIDR é a agregação de rotas: um ISP que receba blocos contíguos pode anunciar uma única rota /20 em vez de 16 rotas /24. Isto reduziu drasticamente o tamanho das tabelas de encaminhamento globais. A notação CIDR é omnipresente — firewalls, routers, configurações de rede — e é a que usaremos em todo o resto do curso.

Exemplos de leitura CIDR:

• 10.0.0.0/8 — rede 10.x.x.x, 16 milhões de hospedeiros
• 172.16.0.0/12 — rede 172.16-31.x.x, ~1 milhão de hospedeiros
• 192.168.1.0/30 — só 2 hospedeiros, ideal para ligação WAN

5. VLSM — Variable Length Subnet Mask

VLSM (Variable Length Subnet Mask) é a técnica que permite usar máscaras de comprimento diferente em sub-redes dentro da mesma rede principal. Sem VLSM, todas as sub-redes de uma rede tinham de ter a mesma máscara — o que significa que uma VLAN com 100 hospedeiros e um ligação WAN com 2 hospedeiros usavam o mesmo bloco /24, desperdiçando endereços.

O processo de planeamento VLSM segue uma regra simples: atribuir primeiro as sub-redes maiores (menor prefixo, mais hospedeiros) e depois as menores. Isto evita fragmentação do espaço de endereços.

Exemplo prático: dividir 192.168.1.0/24 em sub-redes com necessidades diferentes:

# VLSM: atribuir máscaras diferentes por necessidade
# VLAN Vendas:    50 hospedeiros → /26 (62 úteis)
# VLAN TI:        25 hospedeiros → /27 (30 úteis)
# VLAN Servidores: 100 hospedeiros → /25 (126 úteis)
# WAN links:      2 hospedeiros   → /30 (2 úteis)

Atribuição ordenada por tamanho:

O bloco /24 (256 endereços) foi totalmente particionado sem desperdício. Sobram 24 endereços (.232 — .255) para crescimento futuro. Com divisão em sub-redes tradicional (máscara fixa /26), teríamos desperdiçado 4×62 = 248 endereços em ligações WAN que só precisam de 2.

6. Endereços Privados e Especiais

Nem todos os endereços IPv4 são encaminháveis na Internet pública. A RFC 1918 define três blocos privados para uso interno — qualquer organização pode usá-los sem registo, desde que não os anuncie na Internet pública. O NAT (Network Address Translation) permite que estes endereços acedam à Internet através de um endereço público.

Outros intervalos especiais importantes:

• Loopback — 127.0.0.0/8: 16 milhões de endereços para testes locais. O mais conhecido é 127.0.0.1 (localhost).
• APIPA — 169.254.0.0/16: auto-atribuído por DHCP quando não há servidor (link-local).
• Multicast — 224.0.0.0/4: usado por protocolos como OSPF e mDNS.
• Broadcast — 255.255.255.255: enviado a todas as redes locais (difusão limitada).

Comandos de verificação de encaminhamento em Linux:

# Verificar tabela de encaminhamento
ip route show

# Adicionar rota estática
ip route add 10.0.2.0/24 via 192.168.1.1

7. Erros Comuns e Checklist

O endereçamento IPv4 é onde a maioria dos problemas de rede começam. Uma máscara errada num dispositivo pode tornar metade da rede inacessível. Aqui estão os erros mais frequentes e um lista de verificação para os evitar.

Checklist antes de configurar sub-redes:

• ✓ Determinar número de sub-redes e hospedeiros por sub-rede
• ✓ Aplicar VLSM — ordenar por tamanho decrescente
• ✓ Validar com ipcalc cada bloco atribuído
• ✓ Confirmar que não há sobreposição entre sub-redes
• ✓ Reservar o primeiro endereço útil para o gateway (convenção)
• ✓ Documentar a atribuição em tabela ou ferramenta (NetBox, phpIPAM)
• ✓ Deixar margem de crescimento — não esgotar o bloco /24

No Dia 1 estabelecemos os fundamentos. Hoje dominamos o endereçamento IPv4 — classes (históricas), divisão em sub-redes, CIDR e VLSM. No Dia 3 (em breve) veremos IPv6: o porquê dos 128 bits, o formato hexadecimal, e como o endereçamento muda sem NAT. No Dia 5 abordaremos OSPF e encaminhamento dinâmico, onde o divisão em sub-redes bem feito é essencial para sumarização de rotas.

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• Dia 1: Fundamentos — Modelo OSI e TCP/IP
• Dia 3: IPv6 — Endereçamento de 128 bits (em breve)
• Dia 4: Ethernet e Switching — VLANs, Trunking e STP (em breve)
• Dia 5: OSPF e Routing Dinâmico (em breve)

Fontes: RFC 1918 (Address Allocation for Private Internets), RFC 4632 (CIDR), ipcalc man page (man7.org).