Redes - e-Book 5 - Sistema Binário

PROGRAMA PRIMEIRO EMPREGO PROGRAMA DE APERFEIÇOAMENTO PROFISSIONAL REDE DE COMPUTADORES Unidade 5: SISTEMA BINÁRIO Salvador-BA 2021

2 Carlos Alberto Trindade Diretor Geral José Santana Secretário Executivo Vielka Vieira Lins Diretora de Gestão de Serviços Uedson Luiz Lima da Silva Gestor do Programa Primeiro Emprego Luzia Vilma Delgado Coordenadora do Programa de Aperfeiçoamento Profissional Renivaldo Alves dos Anjos Autor Luzia Vilma Delgado Uedson Luiz Lima da Silva Revisão Final FICHA CATALOGRÁFICA: ANJOS, Renivaldo Alves. Unidade de Aprendizagem V: Sistema Binário. Renivaldo Alves dos Anjos. – Salvador: Fundação Estatal Saúde da Família| FESF-SUS, 2021. 9p. Programa de Aperfeiçoamento Profissional. Curso Rede de Computadores. 1. Primeiro Emprego. 2. Redes. V. Sistema Binário.

3 UNIDADE DE APRENDIZAGEM 5: Sistema Binário. Objetivos de aprendizagem: Entender como funciona o sistema binário e como dimensionar um sistema de numeração IP. Conteúdo Programático: Sistema decimal Numeração binária Numeração hexadecimal Numeração IP Atividade avaliativa: Sistema Binário Referências Básicas: Configuração da Rede. Informática Divertida. Disponível em: https://sites.google.com/site/informaticacefluis/configuracao-da-rede.

4 SISTEMA BINÁRIO INTRODUÇÃO Quando falamos sobre TCP/IP, é natural que se pense em numeração binária, numeração decimal, máscara de sub rede, comunicação entre dispositivos... mas, na prática, como dimensionar um sistema de numeração IP para que se consiga ter um número satisfatório de subredes? Para que isso seja possível, é necessário conhecermos o sistema binário de numeração, onde os números conhecidos na base decimal são transformados em números entendíveis pelos computadores e dispositivos de rede. Por convenção, utilizaremos a notação 502(10), onde 502 representa o número e o número entre parênteses subscrito, ou seja, (10), a sua respectiva base. 1. SISTEMA DECIMAL A numeração decimal é aquela em que a base de contagem é 10. Assim sendo, necessitamos de 10 símbolos (algarismos), para representar todos os números possíveis, nesta base. Os símbolos para essa base são os algarismos de 0 até 9. Essa é a base numérica em que trabalhamos normalmente e ninguém pergunta qual é a base numérica na qual trabalhamos, pois já está implícito para todos que estamos na base 10. Entretanto os computadores, não sabem trabalhar com ela. Computadores trabalham não com base 10, mas sim com base 2 ou notação binária. 2. NUMERAÇÃO BINÁRIA Suponha agora o caso em que alguém nos solicite para escrever o número correspondente ao 503(10), porém no sistema de numeração binário. Isso já não é tão natural quanto o exemplo anterior. Repare que escrevemos 503(10). Isso é feito se estamos trabalhando com sistemas de numeração em várias bases. Por exemplo, 503 na base 8, ou 503(8), é completamente diferente de 503 na base 10, motivo pelo qual, costumamos colocar de modo subscrito e entre parênteses, a base na qual estamos

5 trabalhando. O único caso em que se pode omitir o subscrito é aquele em que o número está na base 10. Assim, o número 157 é o mesmo que 157(10). Exemplo I: Converter o número 503 em binário. Repare que ao escrevermos simplesmente 503, sabemos implicitamente que esse é um número na base 10. Passo 1: Dividir o número 503, sucessivamente por 2 , até que o quociente torne-se 1; Passo 2: Tomamos o último quociente e todos os restos das divisões feitas e ordenamos da seguinte forma, da direita para a esquerda; O número 503, escrito na forma binária fica: 1 1 1 1 1 0 1 1 1 (2) Vimos como passar um número da forma decimal, para a forma binária. Veremos agora o processo inverso. Exemplo II: Passar o número binário 1 0 0 0 1 0 1 1 , para o seu equivalente decimal. Passo 1: escreva a composição das potências de 2 e em seguida associe o número binário pertinente; Passo 2: efetuar as multiplicações casa a casa, da composição das potências pelos dígitos do número pertinente e somar os valores; 1 x 20 + 1 x 21 + 1 x 23 + 1 x 27 = 1 x 1 + 1 x 2 + 1 x 8 + 1 x 128 = 139 3. NUMERAÇÃO HEXADECIMAL

6 Nesse caso como a base é 16, devemos ter 16 símbolos para representar todos os algarismos dessa base. Em termos de números somente conhecemos os símbolos de 0 a 9 , perfazendo 10 símbolos. Mas como a base é 16 necessitamos de mais 6 símbolos. Esses símbolos são então tirados do alfabeto. As letras usadas são A, B, C, D, E, F, onde. “A” é igual a 10 “B” é igual a 11 “C” é igual a 12 “D” é igual a 13 “E” é igual a 14 “F” é igual a 15 Assim a base hexadecimal possui 16 símbolos básicos, a saber: Exemplo III: Suponha que desejamos inserir o número binário 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 (2) em um computador para ser processado. Nessa situação podemos cometer erros, pois estamos tratando de longas sequências de 1's e 0's e isso pode facilmente nos confundir. Para isso foi criada a numeração hexadecimal, muito usada no mundo da computação e eletrônica digital, que visa facilitar a inserção de números binários em computadores. Hexadecimal, significa base 16 (16 é uma potência de 2, ou 16 = 24). Então o nosso objetivo será transformar um número binário em um número hexadecimal, para que fiquemos menos sujeitos a erros. Deve-se fazer agrupamento de 4 bits a partir do bit menos significativo e ponderá-los com seu respectivo peso.

7 4. NUMERAÇÃO IP Existem diversas operações lógicas que podem ser feitas entre dois dígitos binários, sendo as mais conhecidas as seguintes: “E”, “OU”, “XOR” e “NOT”. Para o nosso estudo interessa o operador E. Quando realizamos um “E” entre dois bits, o resultado somente será 1, se os dois bits forem iguais a 1. Se pelo menos um dos bits for igual a zero, o resultado será zero. Na tabela a seguir temos todos os valores possíveis da operação E entre dois bits. BIT 1 BIT 2 BIT 1 E BIT 2 00 0 10 0 01 0 11 1 Considere a figura abaixo a seguir, onde temos a representação de uma rede local, ligada a outras redes da empresa, através de um roteador.

8 Temos uma rede que usa como máscara de subrede 255.255.255.0 (uma rede classe C, mas ainda não abordamos as classes de redes, o que será feito na Parte 3 deste curso). A rede é a 10.200.150.0, ou seja, todos os equipamentos da rede têm as três primeiras partes do número IP como sendo: 10.200.150. Veja que existe uma relação direta entre a máscara de subrede a quantas das partes do número IP são fixas, ou seja, que definem a rede. A rede da figura abaixo é uma rede das mais comumente encontradas hoje em dia, onde existe um roteador ligado à rede e o roteador está conectado a um Modem, através do qual é feita a conexão da rede local com a rede WAN da empresa, através de uma linha de dados (também conhecido como link de comunicação). Nas próximas partes lições vou detalhar a função do roteador e mostrarei como funciona o roteamento entre redes.

9 Quando dois computadores tentam trocar informações em uma rede, o TCP/IP precisa, primeiro, determinar se os dois computadores pertencem a mesma rede ou a redes diferentes. Neste caso podemos ter duas situações distintas: Situação 1: Os dois computadores pertencem a mesma rede: Neste caso o TCP/IP envia o pacote para o barramento local da rede. Todos os computadores recebem o pacote, mas somente o computador que é o destinatário do pacote é que o captura e passa para processamento pelo Windows e pelo programa de destino. Como é que o computador sabe se ele é ou não o destinatário do pacote? Muito simples, no pacote de informações está contido o endereço IP do computador destinatário. Em cada computador, o TCP/IP compara o IP de destinatário do pacote com o IP do computador, para saber se o pacote é ou não para o respectivo computador. Situação 2: Os dois computadores não pertencem a mesma rede: Neste caso o TCP/IP envia o pacote para o Roteador (endereço do Default Gateway configurado nas propriedades do TCP/IP) e o Roteador se encarrega de fazer o pacote chegar ao seu destino. Em uma das partes deste tutorial veremos detalhes sobre como o Roteador é capaz de rotear pacotes de informações até redes distantes. No endereçamento IP, a máscara de subrede é utilizada para determinar qual “parte” do endereço IP representa o número da Rede e qual parte representa o número da máquina dentro da rede. A máscara de subrede também foi utilizada na definição original das classes de endereço IP. Em cada classe existe um determinado número de redes possíveis e, em cada rede, um número máximo de máquinas. Inicialmente foram definidas cinco classes de endereços, identificadas pelas letras: A, B, C, D e E. Detalharemos abaixo a classe de endereço C, comumente utilizada em redes locais. A classe C foi definida com tendo os três primeiros bits do número IP como sendo sempre iguais a 1, 1 e 0. Com isso o primeiro número do endereço IP somente poderá variar de 192 até 223. Como o terceiro bit é sempre 0, o valor do terceiro bit que é 32 nunca é somado para o primeiro número IP, com isso o valor máximo fica em: 255-32, que é 223. Observe, no esquema a seguir, que o primeiro bit sendo 1, o segundo bit sendo 1 e o terceiro bit sendo 0, o valor máximo (quando todos os demais bits são iguais a 1) a que se chega é de 223.

10 11011111 Multiplica por 27 26 25 24 23 22 21 20 Equivale a 128 64 32 16 8 4 2 1 Multiplicação 1x12 1x64 0x32 1x16 1x8 1x4 1x2 1x1 8 Resulta em 128 64 0 16 8 4 2 1 Somando tudo 128 + 64 + 0 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 Resulta em 223 Por padrão, para a Classe C, foi definida a seguinte máscara de sub-rede: 255.255.255.0. Com esta máscara de sub-rede observe que temos 24 bits para o endereço da rede e apenas 8 bits para o endereço da máquina dentro da rede. Com base no número de bits para a rede e para as máquinas, podemos determinar quantas redes Classe C podem existir e qual o número máximo de máquinas por rede. Para isso utilizamos a fórmula 2n – 2, onde “n” representa o número de bits utilizado para a rede ou para a identificação da máquina dentro da rede. NÚMERO DE REDES DA CLASSE C Número de bits para a rede: 21. Como o primeiro, o segundo e o terceiro bit são sempre 110, ou seja, são fixos, não variam. Dessa forma sobram 21 bits (24-3) para formar diferentes redes. 221-2 = 2.097.152-2 = 2.097.150 redes Classe C NÚMERO DE MÁQUINAS NA CLASSE C:

11 Número de bits para identificar a máquina: 8, dessa forma, utilizando a fórmula da classe C, vista anteriormente, a quantidade de máquinas na rede é facilmente encontrada utilizando 2n-2 = 28-2 = 256-2 = 254 máquinas em cada rede classe C. Observe que na Classe C temos um grande número de redes disponíveis, com, no máximo, 254 máquinas em cada rede. É o ideal para empresas de pequeno porte. Mesmo com a Classe C, existe um grande desperdício de endereços. Imagine uma pequena empresa com apenas 20 máquinas em rede. Usando um endereço Classe C, estariam sendo desperdiçados 234 endereços. Conforme já descrito anteriormente, esta questão do desperdício de endereços IP pode ser resolvida através da utilização de subredes. A seguir apresentamos uma tabela com as principais características de cada Classe de Endereços IP Endereços Especiais Existem alguns endereços IP especiais, reservados para funções específicas e que não podem ser utilizados como endereços de uma máquina da rede. A seguir descrevo estes endereços. 1. Endereços da rede 127.0.0.0: São utilizados como um aliás (apelido), para fazer referência a própria máquina. Normalmente é utilizado o endereço 127.0.0.1, o qual é associado ao nome localhost. Esta associação é feita através do arquivo hosts. No Windows 95/98/Me o arquivo hosts está na pasta onde o Windows foi instalado e no Windows 2000/XP/Vista/2003, o arquivo hosts está no seguinte caminho: system32/drivers/etc, sendo que este caminho fica dentro da pasta onde o Windows foi instalado.

12 2. Endereço com todos os bits destinados à identificação da máquina, iguais a 0: Um endereço com zeros em todos os bits de identificação da máquina, representa o endereço da rede. Por exemplo, vamos supor que você tenha uma rede Classe C. A máquina a seguir é uma máquina desta rede: 200.220.150.3. Neste caso o endereço da rede é: 200.220.150.0, ou seja, zero na parte destinada a identificação da máquina. Sendo uma rede classe C, a máscara de sub-rede é 255.255.255.0. 3. Endereço com todos os bits destinados à identificação da máquina, iguais a 1: Um endereço com valor 1 em todos os bits de identificação da máquina, representa o endereço de broadcast. Por exemplo, vamos supor que você tenha uma rede Classe C. A máquina a seguir é uma máquina desta rede: 200.220.150.3. Neste caso o endereço de broadcast desta rede é o seguinte: 200.220.150.255, ou seja, todos os bits da parte destinada à identificação da máquina, iguais a 1. Sendo uma rede classe C, a máscara de sub-rede é 255.255.255.0. Ao enviar uma mensagem para o endereço do broadcast, a mensagem é endereçada para todos as máquinas da rede.

13 REFERÊNCIAS: Configuração da Rede. Informática Divertida. Disponível em: https://sites.google.com/site/informaticacefluis/configuracao-da-rede. Acesso em: 16 mar. 2021. Elmer, Fausto, Juliano. Os Números Binários e o Computador: Informática Aplicada ao Ensino. UFSCAR. Disponível em: https://www.dm.ufscar.br/profs/caetano/iae2004/G8/tcpip.htm#:~:text=Existem%2 0diversas%20opera%C3%A7%C3%B5es%20l%C3%B3gicas%20que,XOR%22% 20e%20%22NOT%22.&text=Como%20o%20TCP%2FIP%20usa%20a%20m%C 3%A1scara%20de%20sub%2Drede%3A&text=A%20rede%20%C3%A9%20a%2 010.200,como%20sendo%3A%2010.200.150.. Acesso em: 16 mar. 2021 PINHEIRO, José Maurício S. Redes I - Fundamentos. Disponível em: https://www.projetoderedes.com.br/aulas/ugb_redes_I/ugb_redes_I_material _de_apoio_01.pdf. Acesso em: 16 mar. 2021.