255.255.255.0: A matemática das máscaras de rede

Você sabia que um número IP não serve para realizar a comunicação entre uma máquina e outra?

Esta frase soa estranha, mas vou explicar o seu contexto: sempre uma máquina conversa com outra ela usa o endereço de enlace dela. Sim, enlace (referência ao modelo TCP/IP de quatro camadas, não o OSI)!

Considerando a rede Ethernet, com a atual Fast Ethernet (100Mbps) como sua maior representante, os endereços de hardware das placas de rede são constituídos de 48 bits (sendo que os primeiros 24 dizem qual o fabricante da placa de rede). É o número em HEXA que você vê quando executa um ifconfig, algo como 00:50:56:C0:00:06. Claro que todo mundo que já configurou um servidor DHCP sabe bem o que é este número.

Pois bem, a comunicação é realizada colocando-se o endereço de hardware do destino no pacote, determinando que este pacote deve ser entregue a máquina cujo endereço de placa de rede é o 00:50:56:C0:00:06. O problema é que isto só funciona em rede local, pois a origem precisa antecipadamente conhecer o MAC ADDRESS do destino e para isto que serve o protocolo ARP (que não irei descrever aqui).

Mas e quando o meu destino não está na mesma rede que eu e não posso colocar o MAC de destino no pacote? É aí que entra o que se chama de roteamento IP.

Analisando o número IP do destino minha máquina verifica que precisa repassá-lo ao gateway, pois o destino não é local. O gateway, por sua vez, compara o Ip de destino com sua tabela de rotas para determinar para onde o pacote vai agora, e assim sucessivamente até que o pacote chegue na rede local do destino, onde finalmente o último gateway irá enviar o pacote para o "MAC ADDRESS do destino". Cada etapa do roteamento envolve o MAC address do gateway de saída (este artigo é uma introdução e procura descrever apenas as máscaras e não as tarefas de um roteador).

Costumo aplicar em aula a seguinte analogia: como o CEP dos correios. Ele não serve para determinar a entrega, pois a carta será entregue para a Rua e número de uma determinada cidade. Serve apenas para roteamento, pois analisando o número sabe-se o que fazer com ele. Se estou no RS e o CEP não começa com o dígito 9, então o destino não é RS, pois "9" no início do CEP determina que é algum lugar no RS.

Logo, entendam o contexto quando digo que o número IP não serve para que uma máquina se comunique com outra. Quero dizer que a comunicação é sempre de endereço MAC para endereço MAC e que o número IP serve para determinar o próximo passo de roteamento (esta descrição está incompleta e focada ao objetivo deste artigo. Entender bem a participação dos números IP em uma comunicação envolve compreender a tarefa de cada uma das quatro camadas do modelo TCP/IP. Quem sabe em um próximo artigo?).

Resumindo: IP serve para rotear.

Aí surge, evidentemente, a necessidade de que os números IPS sejam organizados através de uma técnica determinística, que permita a qualquer um saber onde está o destino ou pelo menos, para que lado está. Como na analogia que fiz, o CEP tem esta função, pois se o CEP começa com 9 é Rio Grande do Sul e os demais dígitos dão uma maior precisão sobre a cidade, bairro e até a rua.

Com os números IPs da versão 4 (IPv4) é mais ou menos assim e a primeira organização de IPs foi a organização por classes.