Introdução:
Prezados leitores, esta é a vigésima e última parte, desta primeira etapa dos
tutoriais de TCP/IP. As partes de
Esta é a vigésima parte do Tutorial de TCP/IP. Na Parte 1 tratei dos aspectos básicos do protocolo TCP/IP. Na
Parte 2 falei sobre cálculos binários, um importante tópico
para entender sobre redes, máscara de sub-rede e roteamento. Na Parte 3 falei sobre Classes de endereços, na Parte 4 fiz uma introdução ao roteamento e na Parte 5 apresentei mais alguns exemplos/análises de como
funciona o roteamento e na Parte 6 falei sobre a Tabela de Roteamento. Na Parte 7 tratei sobre a divisão de uma rede em sub-redes,
conceito conhecido como subnetting. Na Parte 8 fiz uma apresentação de um dos serviços mais
utilizados pelo TCP/IP, que é o Domain Name System: DNS. O DNS é o serviço de
resolução de nomes usado em todas as redes TCP/IP, inclusive pela Internet que,
sem dúvidas, é a maior rede TCP/IP existente. Na Parte 9 fiz uma introdução ao serviço Dynamic Host
Configuration Protocol – DHCP. Na Parte 10 fiz uma introdução ao serviço Windows Internet
Name Services – WINS. Na Parte 11 falei sobre os protocolos TCP, UDP e sobre portas
de comunicação. Parte 12,
mostrei como são efetuadas as configurações de portas em diversos aplicativos
que você utiliza e os comandos do Windows 2000/XP/2003 utilizados para exibir
informações sobre portas de comunicação. Na Parte 13 falei sobre a instalação e a configuração do
protocolo TCP/IP. Na Parte 14 fiz uma introdução sobre o protocolo de roteamento
dinâmico RIP e na Parte 15 foi a vez de fazer a introdução a um outro
protocolo de roteamento dinâmico, o OSPF. Na Parte 16 você aprendeu sobre um recurso bem útil do Windows
2000: O compartilhamento da conexão Internet, oficialmente conhecida como ICS –
Internet Conection Sharing. Este recurso é útil quando você tem uma pequena rede,
não mais do que cinco máquinas, conectadas em rede, todas com o protocolo
TCP/IP instalado e uma das máquinas tem conexão com a Internet. Você pode
habilitar o ICS no computador que tem a conexão com a Internet. Na Parte 17, você aprendeu a utilizar o IFC – Internet
Firewall Connection (Firewall de Conexão com a Internet). O IFC faz parte do
Windows XP e do Windows Server 2003, não estando disponível no Windows 2000. O
IFC tem como objetivo proteger o acesso do usuário contra “ataques” e “perigos”
vindos da Internet. Na Parte 18 fiz uma apresentação sobre o protocolo IPSec. O
IPSec faz parte do Windows 2000, Windows XP e Windows Server 2003. O IPSec pode
ser utilizado para criar um canal de comunicação seguro, onde todos os dados
que são trocados entre os computaodres habilitados ao IPSec, são
criptografados. Na Parte 19, fiz uma apresentação sobre o conceito de PKI –
Public Key Infrastructure e Certificados Digitais. O Windows 2000 Server e
também o Windows Server 2003 disponibilizam serviços para a emissão,
gerenciamento e revogação de Certificados Digitais. Falei sobre o papel dos
Certificados Digitais em relação à segurança das informações.
Nesta vigésima parte será a vez de falar um pouco mais sobre o serviço (ou
protocolo como preferem alguns) NAT – Network Address Transaltion. Você
entenderá o que é o NAT e qual a sua função na conexão de uma rede com a
Internet.
Nota: Para aprender a instalar, configurar e a administrar os serviços
relacionados ao TCP/IP, no Windows 2000 Server, tais como o DNS, DHCP, WINS,
RRAS, Ipsec, NAT e assim por diante, o livro de minha autoria: Manual de Estudos Para o Exame 70-216, 712 páginas.
T= Network Address Translation. (NAT)
Entendendo como funciona o NAT
Vamos inicialmente entender exatamente qual a função do NAT e em que situações
ele é indicado. O NAT surgiu como uma alternativa real para o problema de falta
de endereços IP v4 na Internet. Conforme descrito na Parte 1, cada computador que acessa a Internet deve ter o
protocolo TCP/IP configurado. Para isso, cada computador da rede interna,
precisaria de um endereço IP válido na Internet. Não haveria endereços IP v4
suficientes. A criação do NAT veio para solucionar esta questão.(ou pelo menos
fornecer uma alternativa até que o IP v6 esteja em uso na maioria dos sistemas
da Internet). Com o uso do NAT, os computadores da rede Interna, utilizam os
chamados endereços Privados. Os endereços privados não são válidos na Internet,
isto é, pacotes que tenham como origem ou como destino, um endereço na faixa
dos endereços privados, não serão encaminhados, serão descartados pelos
roteadores. O software dos roteadores está configurado para descartar pacotes
com origem ou destino dentro das faixas de endereços IP privados. As faixas de
endereços privados são definidas na RFC 1597 e estão indicados a seguir:
? 10.0.0.0 -> 10.255.255.255
? 172.16.0.0 -> 172.31.255.255
? 192.168.0.0 -> 192.168.255.255
Existem algumas
questões que devem estar surgindo na cabeça do amigo leitor. Como por exemplo:
Qual a vantagem do uso dos endereços privados? O que isso tem a ver com o NAT?
Muito bem, vamos esclarecer estas questões.
Pelo fato de os endereços privados não poderem ser utilizados diretamente na
Internet, isso permite que várias empresas utilizem a mesma faixa de endereços
privados, como esquema de endereçamento da sua rede interna. Ou seja, qualquer
empresa pode utilizar endereços na faixa 10.0.0.0 -> 10.255.255.255 ou na
faixa 172.16.0.0 -> 72.31.255.255 ou na faixa 192.168.0.0 ->
192.168.255.255.
“Com o uso do NAT, a empresa fornece acesso à Internet para um grande número de
computadores da rede interna, usando um número bem menor de endereços IP,
válidos na Internet.”
Por exemplo, uma rede com 100 computadores, usando um esquema de endereçamento
10.10.0.0/255.255.0.0, poderá ter acesso à Internet, usando o NAT, usando um
único endereço IP válido: o endereço IP da interface externa do NAT. Observe
que com isso temos uma grande economia de endereços IP: No nosso exemplo temos
100 computadores acessando a Internet (configurados com endereços IP privados),
os quais utilizam um único endereço IP válido, que é o endereço IP da interface
externa do servidor configurado como NAT.
Muito bem, respondi as questões anteriores mas agora devem ter surgido novas
questões na cabeça do amigo leitor, como por exemplo:
1. Se houver mais de um cliente acessando a Internet ao mesmo tempo e o NAT
possui apenas um endereço IP válido (ou em outras situações, se houver um
número maior de clientes internos acessando a Internet, do que o número de
endereços IP disponíveis no NAT. E o número de endereços IP, disponíveis no NAT
sempre será menor do que o número de computadores da rede interna, uma vez que
um dos principais objetivos do uso do NAT é reduzir a quantidade de números IP
válidos), como é possível a comunicação de mais de um cliente, ao mesmo tempo,
com a Internet?
2. Quando a resposta retorna, como o NAT sabe para qual cliente da rede interna
ela se destina, se houver mais de um cliente acessando a Internet?
Inicialmente vamos observar que o esquema de endereçamento utilizado pela
empresa do nosso exemplo (10.10.0.0/255.255.0.0) está dentro de uma faixa de
endereços Privados. Aqui está a principal função do NAT, que é o papel de
“traduzir” os endereços privados, os quais não são válidos na Internet, para o
endereço válido, da interface pública do servidor com o NAT.
Para entender exatamente o funcionamento do NAT, vamos considerar um exemplo
prático. Imagine que você tem cinco computadores na rede, todos usando o NAT.
Os computadores estão utilizando os seguintes endereços:
? 10.10.0.10
? 10.10.0.11
? 10.10.0.12
? 10.10.0.13
? 10.10.0.14
O computador com
o NAT habilitado tem as seguintes configurações:
? IP da interface interna: 10.10.0.1
? IP da interface externa: Um ou mais endereços
válidos na Internet, obtidos a partir da conexão com o provedor de Internet,
mas sempre em número bem menor do que a quantidade de computadores da rede
interna.
Quando um cliente
acessa a Internet, no pacote de informação enviado por este cliente, está
registrado o endereço IP da rede interna, por exemplo: 10.10.0.10. Porém este
pacote não pode ser enviado pelo NAT para a Internet, com este endereço IP como
endereço de origem, senão no primeiro roteador este pacote será descartado, já
que o endereço 10.10.0.10 não é um endereço válido na Internet (pois é um
endereço que pertence a uma das faixas de endereços privados, conforme descrito
anteriormente). Para que este pacote possa ser enviado para a Internet, o NAT
substitui o endereço IP de origem por um dos endereços IP da interface externa
do NAT (endereço fornecido pelo provedor de Internet e, portanto, válido na
Internet). Este processo que é chamado de tradução de endereços, ou seja,
traduzir de um endereço IP interno, não válido na Internet, para um endereço IP
externo, válido na Internet. Quando a resposta retorna, o NAT repassa a
resposta para o cliente que originou o pedido.
Mas ainda fica a questão de como o NAT sabe para qual cliente interno é a
resposta, se os pacotes de dois ou mais clientes podem ter sido traduzidos para
o mesmo endereço IP externo. A resposta para estas questão é a mesma. O NAT ao
executar a função de tradução de endereços, associa um número de porta, que é
único, com cada um dos computadores da rede interna. A tradução de endereços
funciona assim:
1. Quando um cliente interno tenta se comunicar com a Internet, o NAT substitui
o endereço interno do cliente como endereço de origem, por um endereço válido
na Internet. Mas além do endereço é também associada uma porta de comunicação.
Por exemplo, vamos supor que o computador 10.10.0.12 tenta acessar a Internet.
O NAT substitui o endereço 10.10.0.12 por um endereço válido na Internet, vou
chutar um: 144.72.3.21. Mas além do número IP é também associada uma porta,
como por exemplo: 144.72.3.21:6555. O NAT mantém uma tabela interna onde fica
registrado que, comunicação através da porta “tal” está relacionada com o
cliente “tal”. Por exemplo, a tabela do NAT, em um determinado momento, poderia
ter o seguinte conteúdo:
? 144.72.3.21:6555 10.10.0.10
? 144.72.3.21:6556 10.10.0.11
? 144.72.3.21:6557 10.10.0.12
? 144.72.3.21:6558 10.10.0.13
? 144.72.3.21:6559 10.10.0.14
Observe que todos
os endereços da rede interna são “traduzidos” para o mesmo endereço externo,
porém com um número diferente de porta para cada cliente da rede interna.
2. Quando a resposta retorna, o NAT consulta a sua tabela interna e, pela
identificação da porta, ele sabe para qual computador da rede interna deve ser
enviada a referida resposta, uma vez que a porta de identificação está
associada com um endereço IP da rede interna. Por exemplo, se chegar um pacote
endereçado a 144.72.3.21:6557, ele sabe que este pacote deve ser enviado para o
seguinte computador da rede interna: 10.10.0.12, conforme exemplo da tabela
anterior. O NAT obtém esta informação a partir da tabela interna, descrita
anteriormente.
Com isso, vários computadores da rede interna, podem acessar a Internet, ao
mesmo tempo, usando um único endereço IP ou um número de endereços IP bem menor
do que o número de computadores da rede interna. A diferenciação é feita
através de uma atribuição de porta de comunicação diferente, associada com cada
IP da rede interna. Este é o princípio básico do NAT – Network Address
Translation (Tradução de Endereços IP).
Agora que você já sabe o princípio básico do funcionamento do NAT, vamos
entender quais os componentes deste serviço no Windows 2000 Server e no Windows
Server 2003.
Os componentes do NAT
O serviço NAT é composto, basicamente, pelos seguintes elementos:
? Componente de tradução de endereços: O NAT
faz parte do servidor RRAS. Ou seja, para que você possa utilizar o servidor
NAT, para fornecer conexão à Internet para a rede da sua empresa, você deve ter
um servidor com o RRAS instalado e habilitado (veja o Capítulo 6 do livro
Manual de Estudos Para o Exame 70-216, para detalhes sobre a habilitação do
RRAS). O servidor onde está o RRAS deve ser o servidor conectado à Internet. O
componente de tradução de endereços faz parte da funcionalidade do NAT e será
habilitado, assim que o NAT for configurado no RRAS.
? Componente de endereçamento: Este componente
atua como um servidor DHCP simplificado, o qual é utilizado para concessão de
endereços IP para os computadores da rede interna. Além do endereço IP, o
servidor DHCP simplificado é capaz de configurar os clientes com informações
tais como a máscara de sub-rede, o número IP do gateway padrão (default
gateway) e o número IP do servidor DNS. Os clientes da rede interna devem ser
configurados como clientes DHCP, ou seja, nas propriedades do TCP/IP, você deve
habilitar a opção para que o cliente obtenha um endereço IP automaticamente.
Computadores executando o Windows Server 2003 (qualquer edição), Windows XP,
Windows 2000, Windows NT, Windows Me, Windows 98 ou Windows 95, são automaticamente
configurados como clientes DHCP. Caso um destes clientes tenha sido configurado
para usar um IP fixo, deverá ser reconfigurado para cliente DHCP, para que ele
possa utilizar o NAT.
? Componente de resolução de nomes: O
computador no qual o NAT é habilitado, também desempenha o papel de um servidor
DNS, o qual é utilizado pelos computadores da rede interna. Quando uma consulta
para resolução de nomes é enviada por um cliente interno, para o computador com
o NAT habilitado, o computador com o NAT repassa esta consulta para um servidor
DNS da Internet (normalmente o servidor DNS do provedor de Internet) e retorna
a resposta obtida para o cliente. Esta funcionalidade é idêntica ao papel de
DNS Proxy, fornecida pelo ICS, conforme descrito anteriormente.
Importante: Como
o NAT inclui as funcionalidades de endereçamento e resolução de nomes, você
terá as seguintes limitações para o uso de outros serviços, no mesmo servidor
onde o NAT foi habilitado:
? Você não poderá executar o servidor DHCP ou o
DHCP Relay Agent no servidor NAT.
? Você não poderá executar o servidor DNS no
servidor NAT.
Um pouco de
planejamento antes de habilitar o NAT
Antes de habilitar o NAT no servidor RRAS, para fornecer conexão à Internet
para os demais computadores da rede, existem alguns fatores que você deve levar
em consideração. Neste item descrevo as considerações que devem ser feitas,
antes da habilitação do NAT. Estes fatos ajudam a evitar futuros problemas e
necessidade de reconfigurações no NAT.
1. Utilize endereços privados para os computadores da rede interna.
Esta é a primeira e óbvia recomendação. Para o esquema de endereçamento da rede
interna, você deve utilizar uma faixa de endereços, dentro de uma das faixas de
endereços privados: 10.0.0.0/255.0.0.0, 172.16.0.0/255.240.0.0 ou
192.168.0.0/255.255.0.0. Você pode utilizar diferentes máscaras de sub-rede, de
acordo com as necessidades da sua rede. Por exemplo, se você tiver uma rede com
100 máquinas, pode utilizar um esquema de endereçamento: 10.10.10.0/255.255.255.0,
o qual disponibiliza até 254 endereços. Por padrão, o NAT utiliza o esquema de
endereçamento 192.168.0.0/255.255.255.0. Porém é possível alterar este esquema
de endereçamento, nas configurações do NAT. Lembre-se que, uma vez habilitado o
NAT, este passa a atuar como um servidor DHCP para a rede interna, fornecendo
as configurações do TCP/IP para os clientes da rede interna. Com isso, nas
configurações do NAT (para todos os detalhes sobre as configurações do NAT,
consulte o Capítulo 7 do livro Manual de Estudos Para o Exame 70-216), você
define o escopo de endereços que será fornecido para os clientes da rede.
Nota: Você também poderia configurar a sua rede interna com uma faixa de
endereços IP válidos, porém não alocados diretamente para a sua empresa. Ou
seja, você estaria utilizando na rede interna, um esquema de endereçamento que
foi reservado para uso de outra empresa. Esta não é uma configuração
recomendada e é conhecida como: “illegal or overlapping IP addressing”. O
resultado prático é que, mesmo assim, você conseguirá usar o NAT para acessar a
Internet, porém não conseguirá acessar os recursos da rede para o qual o
esquema de endereçamento foi oficialmente alocado. Por exemplo, se você
resolveu usar o esquema de endereçamento 1.0.0.0/255.0.0.0, sem se preocupar em
saber para quem esta faixa de endereços foi reservado. Mesmo assim você
conseguirá acessar a Internet usando o NAT, você apenas não conseguirá acessar
os recursos e servidores da empresa que usa, oficialmente, o esquema de
endereçamento 1.0.0.0/255.0.0.0, que você resolveu utilizar para a rede interna
da sua empresa.
Ao configurar o NAT, o administrador poderá excluir faixas de endereços que não
devem ser fornecidas para os clientes. Por exemplo, se você tiver alguns
equipamentos da rede interna (impressoras, hubs, switchs, etc) que devam ter um
número IP fixo, você pode excluir uma faixa de endereços IP no servidor NAT e
utilizar estes endereços para configurar os equipamentos que, por algum motivo,
precisam de um IP fixo.
2. Usar um ou mais endereços IP públicos.
Se você estiver utilizando um único endereço IP, fornecido pelo provedor de
Internet, não serão necessárias configurações adicionais no NAT. Porém se você
obtém dois ou mais endereços IP públicos, você terá que configurar a interface
externa do NAT (interface ligada a Internet), com a faixa de endereços
públicos, fornecidos pelo provedor de Internet. A faixa é informada no formato
padrão: Número IP/Máscara de sub-rede. Pode existir situações em que nem todos
os números fornecidos pelo provedor possam ser informados usando esta
representação. Nestas situações pode acontecer de você não poder utilizar todos
os endereços disponibilizados pelo provedor de Internet, a não ser que você
utilize a representação por faixas, conforme descrito mais adiante.
Se o número de endereços fornecido for uma potência de 2 (2, 4, 8, 16, 32, 64 e
assim por diante), é mais provável que você consiga representar a faixa de
endereços no formato Número IP/Máscara de sub-rede. Por exemplo, se você recebeu
quatro endereços IP públicos: 206.73.118.212, 206.73.118.213, 206.73.118.214 e
206.73.118.215. Esta faixa pode ser representada da seguinte maneira:
206.73.118.212/255.255.255.252.
Nota: Para maiores detalhes sobre a representação de faixas de endereços IP e
máscaras de sub-rede, consulte as seguintes partes deste tutorial: Parte 1,
Parte 2, Parte 3 e Parte 4.
Caso não seja possível fazer a representação no formato Número IP/Máscara de
sub-rede, você pode informar os endereços públicos como uma série de faixas de
endereços, conforme exemplo a seguir:
? 206.73.118.213 -> 206.73.118.218
? 206.73.118.222 -> 206.73.118.240
3. Permitir
conexões da Internet para a rede interna da empresa
O funcionamento normal do NAT, permite que sejam feitas conexões da rede
privada para recursos na Internet. Por exemplo, um cliente da rede acessando um
servidor de ftp na Internet. Neste caso, o cliente executando um programa
cliente de ftp, faz a conexão com um servidor ftp da Internet. Quando os
pacotes de resposta chegam no NAT, eles podem ser repassados ao cliente, pois
representam a resposta a uma conexão iniciada internamente e não uma tentativa
de acesso vinda da Internet.
Você pode querer fornecer acesso a um servidor da rede interna, para usuários
da Internet. Por exemplo, você pode configurar um servidor da rede interna com
o IIS e instalar neste servidor o site da empresa. Em seguida você terá que
configurar o NAT, para que os usuários da Internet possam acessar este servidor
da rede interna. Observe que nesta situação, chegarão pacotes da Internet, os
quais não representarão respostas a requisições dos clientes da rede interna,
mas sim requisições de acesso dos usuários da Internet, a um servidor da rede
interna. Por padrão este tráfego será bloqueado no NAT. Porém o administrador
pode configurar o NAT para aceitar requisições vindas de clientes da Internet,
para um servidor da rede interna. Para fazer estas configurações você deve
seguir os seguintes passos:
Para permitir que usuários da Internet, acessem recursos na sua rede interna,
siga os passos indicados a seguir:
? O servidor da rede interna, que deverá ser
acessado através da Internet, deve ser configurado com um número IP fixo
(número que faça parte da faixa de endereços fornecidos pelo NAT, para uso da
rede interna) e com o número IP do default gateway e do servidor DNS (o número
IP da interface interna do computador com o NAT habilitado).
? Excluir o endereço IP utilizado pelo servidor
da rede Interna (servidor que estará acessível para clientes da Internet) da
faixa de endereços fornecidos pelo NAT, para que este endereço não seja alocado
dinamicamente para um outro computador da rede, o que iria gerar um conflito de
endereços IP na rede interna.
? Configurar uma porta especial no NAT. Uma
porta especial é um mapeamento estático de um endereço público e um número de
porta, para um endereço privado e um número de porta. Esta porta especial faz o
mapeamento das conexões chegadas da internet para um endereço específico da
rede interna. Com o uso de portas especiais, por exemplo, você pode criar um
servidor HTTP ou FTP na rede interna e torná-lo acessível a partir da Internet.
Nota: Para
aprender os passos práticos para a criação de portas especiais no NAT, consulte
o Capítulo 7 do livro: Manual de Estudos Para o Exame 70-216.
4. Configurando aplicações e serviços.
Algumas aplicações podem exigir configurações especiais no NAT, normalmente com
a habilitação de determinadas portas. Por exemplo, vamos supor que você está
usando o NAT para conectar 10 computadores de uma loja de jogos, com a
Internet. Pode ser necessária a habilitação das portas utilizadas por
determinados jogos, para que estes possam ser executados através do NAT. Se
estas configurações não forem feitas, o NAT irá bloquear pacotes que utilizem
estas portas e os respectivos jogos não poderão ser acessados.
5. Conexões VPN iniciadas a partir da rede interna.
No Windows 2000 Server não é possível criar conexões VPN L2TP/IPSec, a partir
de uma rede que utilize o NAT. Esta limitação foi superada no Windows Server
2003.
Muito bem, de teoria sobre NAT é isso.
Conclusão
Nesta parte do tutorial fiz uma breve apresentação sobre o serviço de tradução
de endereços – NAT – Network Address Translation. Esta foi a vigésima e última
parte, desta primeira etapa dos tutoriais de TCP/IP. As partes de
