Tópicos de Redes CCNA Explicados em Detalhe: O Que É, Como Funciona e Por Que Importa
O CCNA é a certificação de nível iniciante da Cisco para engenheiros de redes. A prova (200-301) cobre como os dispositivos se conectam, como os dados encontram o caminho pela rede, como proteger a rede e como automatizá-la. Este artigo aborda cada tópico principal em detalhe. Para cada um, você verá o que é, como funciona passo a passo, os erros comuns e como ele aparece em uma rede real.
O que você precisa
Não é preciso programar. Você deve se sentir à vontade com um computador e saber, em linhas gerais, o que é um endereço IP. Para a parte de laboratório, você precisa de um simulador de rede, como o Cisco Packet Tracer.
Ilustração
Tópico 1: Modelo OSI e TCP/IP
Uma rede é difícil de consertar quando tudo se mistura em um só problema. O modelo divide a rede em camadas, de modo que cada camada tem uma tarefa e um conjunto de protocolos. O modelo OSI tem sete camadas. O TCP/IP é o modelo de quatro camadas usado na internet, e os dois se correspondem.
As sete camadas do OSI
Camada 7 Aplicação (HTTP, DNS, DHCP, como o programa os vê), 6 Apresentação (formatos de codificação e criptografia), 5 Sessão (abre e fecha o diálogo), 4 Transporte (TCP e UDP, portas, confiabilidade), 3 Rede (endereços IP e roteamento), 2 Enlace de dados (endereços MAC, quadros, switches), 1 Física (cabos, sinais, conectores). Uma ajuda útil para lembrar é a frase em inglês "All People Seem To Need Data Processing", que vai da camada 7 até a 1.
Encapsulamento: como os dados descem pelas camadas
Quando você envia uma página web, cada camada adiciona o seu próprio cabeçalho. A camada de transporte acrescenta o número da porta, a camada de rede acrescenta o endereço IP de origem e de destino, e a camada de enlace acrescenta os endereços MAC de origem e de destino, além de um trailer. O receptor remove os cabeçalhos na ordem inversa. Cada camada lê apenas o próprio cabeçalho, por isso um problema pode ser isolado em uma única camada.
Usando as camadas para resolver problemas
Se um PC não consegue acessar a internet, verifique de baixo para cima. A luz do link está acesa (camada 1)? A porta do switch está na VLAN correta (camada 2)? O endereço IP e o gateway padrão estão corretos (camada 3)? A porta está aberta no servidor (camada 4)? Esse método é mais rápido do que mudar configurações ao acaso.
TCP/IP na prática
O modelo TCP/IP tem quatro camadas: Acesso à Rede, Internet, Transporte e Aplicação. A camada Internet corresponde à camada 3 do OSI, e a camada Acesso à Rede abrange as camadas 1 e 2 do OSI. Os engenheiros usam os nomes do TCP/IP ao falar da internet, e os números do OSI ao falar das camadas de um dispositivo.
Tópico 2: Endereçamento e sub-redes IPv4
Um endereço IPv4 tem 32 bits. As pessoas o escrevem como quatro números decimais (octetos), cada um de 0 a 255. A sub-rede usa o comprimento do prefixo para definir qual parte do endereço identifica a rede e qual identifica o host.
Parte de rede e parte de host
Em 192.168.10.77/26, o /26 significa que os primeiros 26 bits são de rede e os últimos 6 bits são de host. Hosts na mesma rede compartilham os mesmos 26 primeiros bits. Mudar o prefixo muda o tamanho da rede: /24 tem 256 endereços, /25 tem 128, /26 tem 64, /27 tem 32, e assim por diante.
Endereço de rede, broadcast e faixa de hosts
O endereço de rede é o primeiro endereço do bloco, com todos os bits de host em 0. O endereço de broadcast é o último, com todos os bits de host em 1. Os endereços entre os dois são os endereços de host utilizáveis, exceto o primeiro e o último, que são reservados. Para 192.168.10.77/26, o bloco vai de 192.168.10.64 a 192.168.10.127, os hosts utilizáveis vão de .65 a .126, e são 62 no total.
Máscara de sub-rede e máscara wildcard
A máscara de sub-rede escreve os bits de rede como 1, então /26 é 255.255.255.192. A máscara wildcard é o inverso, 0.0.0.63, e é usada em ACLs e no OSPF da Cisco. Converter entre as duas é uma tarefa comum em provas: subtraia cada octeto de 255 para obter a wildcard.
Descobrindo rapidamente o tamanho do bloco
Pegue 256 e subtraia o último octeto da máscara que não seja 255. Para /26, a máscara termina em 192, então 256 − 192 = 64, que é o tamanho do bloco. Os endereços de rede então são 0, 64, 128 e 192. Esse truque responde "a qual sub-rede este endereço pertence?" em poucos segundos.
Configuração do equipamento: atribuir endereços às interfaces do roteador
Configure as interfaces LAN e WAN com endereço IPv4 e máscara, e ative cada uma com no shutdown. Confira com show ip interface brief: cada interface deve mostrar up e up.
! Roteador R1: interfaces LAN e WAN com endereços IPv4
enable
configure terminal
hostname R1
interface GigabitEthernet0/0
description LAN-Sales
ip address 192.168.10.1 255.255.255.192
no shutdown
exit
interface GigabitEthernet0/1
description WAN-to-ISP
ip address 203.0.113.2 255.255.255.252
no shutdown
exit
end
write memory
! Verificar
show ip interface brief
Tópico 3: VLSM e planejamento de endereços
Sub-redes de tamanho fixo desperdiçam endereços. Um link ponto a ponto precisa de apenas 2 endereços, mas um /24 oferece 254. O VLSM (Variable Length Subnet Masking) permite que cada rede use um prefixo diferente, ajustado à sua necessidade.
Como o VLSM funciona
Comece pela maior necessidade. Dê à maior rede o menor prefixo que ainda comporte seus hosts, depois coloque a rede seguinte logo depois da primeira, e assim por diante. Para 50 hosts, você precisa de 6 bits de host (62 utilizáveis), então /26. Para 20 hosts, /27 (30 utilizáveis). Para 2 hosts, /30 (2 utilizáveis).
Regra de alinhamento
Cada bloco precisa começar em um múltiplo do próprio tamanho. Um /27 (32 endereços) pode começar em .0, .32, .64 e assim por diante, mas não em .10. Ignorar essa regra causa sub-redes sobrepostas, que é o erro mais comum de VLSM.
Sumarização
Sub-redes contíguas podem ser agrupadas em uma única rota maior. Por exemplo, 10.1.0.0/24 e 10.1.1.0/24 podem ser sumarizadas em 10.1.0.0/23. Um bom planejamento faz o roteador anunciar uma rota em vez de várias, e a tabela de roteamento permanece pequena.
Lista de verificação do planejamento
Calcule os hosts de cada rede e acrescente espaço para crescimento, ordene do maior para o menor, aloque os blocos com alinhamento e escreva a rede, o primeiro host, o último host e o gateway de cada uma. Um plano escrito evita a maioria dos erros de endereçamento, tanto em laboratório quanto em produção.
Tópico 4: Ethernet, switches e VLANs
Um switch conecta dispositivos dentro de uma mesma rede local. Ele opera na camada 2 e usa endereços MAC, que são endereços de hardware de 48 bits, para decidir para onde cada quadro vai.
Tabela de endereços MAC
Quando um quadro chega, o switch registra o endereço MAC de origem e a porta por onde ele entrou. Quando precisa enviar a um endereço MAC de destino já conhecido, ele encaminha apenas para a porta correspondente. Se o destino for desconhecido ou for um broadcast, o switch inunda o quadro por todas as portas, exceto a de entrada.
Domínio de colisão e domínio de broadcast
Cada porta de switch é um domínio de colisão separado, então os dispositivos não colidem entre si. Um domínio de broadcast é o conjunto de dispositivos que recebem os broadcasts uns dos outros. O switch deixa o domínio de broadcast do tamanho da rede, e um roteador ou uma VLAN é que o divide.
VLAN: separando redes em um mesmo switch
Uma VLAN é uma rede lógica identificada por um número. As portas são atribuídas a uma VLAN, então um host na VLAN 10 não consegue alcançar um host na VLAN 20 na camada 2. Cada VLAN normalmente tem sua própria sub-rede, e é necessário um roteador ou um switch de camada 3 para levar o tráfego de uma à outra. VLANs aumentam a segurança e reduzem o broadcast.
Porta de acesso e trunk
Uma porta de acesso transporta uma única VLAN e se conecta a um dispositivo final. Um trunk transporta várias VLANs entre switches, usando a marcação 802.1Q para indicar a qual VLAN cada quadro pertence. A VLAN nativa de um trunk transporta quadros sem marcação, e as duas pontas precisam concordar com isso.
Spanning Tree Protocol
Links redundantes formam loops. Sem proteção, os broadcasts circulariam para sempre e tomariam a rede. O Spanning Tree Protocol (STP) bloqueia algumas portas para que exista apenas um caminho ativo. Se o link ativo falhar, o STP libera o caminho de reserva. Cada switch elege um root bridge, e a porta de menor custo até o root permanece aberta.
Configuração do equipamento: criar VLANs e portas de acesso no switch
Crie a VLAN 10 e a VLAN 20, coloque as portas dos usuários nelas e configure o link para outro switch como trunk que transporta as duas VLANs. A segurança de porta limita a porta de vendas a dois endereços MAC aprendidos e bloqueia os demais.
! Switch SW1: VLANs, portas de acesso, trunk e segurança de porta
enable
configure terminal
vlan 10
name SALES
exit
vlan 20
name IT
exit
interface range FastEthernet0/1 - 10
switchport mode access
switchport access vlan 10
exit
interface range FastEthernet0/11 - 20
switchport mode access
switchport access vlan 20
exit
interface FastEthernet0/1
switchport port-security
switchport port-security maximum 2
switchport port-security violation restrict
switchport port-security mac-address sticky
exit
interface GigabitEthernet0/1
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 10,20
switchport trunk native vlan 99
exit
end
write memory
! Verificar
show vlan brief
show interfaces trunk
show port-security interface FastEthernet0/1
Tópico 5: Roteamento: tabela de roteamento, rotas estáticas e OSPF
Um roteador conecta redes diferentes na camada 3. Ele decide o próximo salto de cada pacote consultando a tabela de roteamento, que contém a lista de redes que ele conhece e como alcançá-las.
Lendo a tabela de roteamento
Cada rota tem uma rede de destino, um prefixo, um próximo salto ou uma interface de saída, além de uma distância administrativa e uma métrica. Redes diretamente conectadas têm distância 0 e são adicionadas automaticamente. Rotas estáticas têm distância 1 por padrão. O roteador usa a rota com o prefixo mais longo que corresponde, e em caso de empate decide pela menor distância administrativa.
Rotas estáticas
Rotas estáticas são digitadas pelo administrador, por exemplo ip route 10.2.0.0 255.255.255.0 192.168.1.2. São simples, previsíveis e não consomem banda para anunciar rotas. Elas não percebem uma falha por conta própria, então são adequadas para redes pequenas e para uma rota padrão apontando para o provedor.
Rota padrão
A rota padrão 0.0.0.0/0 corresponde a qualquer destino. Ela só é usada quando nenhuma outra rota corresponde. Roteadores de filiais normalmente têm uma rota padrão apontando para a matriz ou para o provedor, o que mantém a tabela de roteamento pequena.
OSPF: protocolo de estado de enlace
Roteadores OSPF trocam informações sobre seus links e seus estados. Cada roteador constrói o mesmo mapa da rede e executa o algoritmo de Dijkstra para encontrar o caminho mais curto até cada destino, usando o custo. O OSPF converge rapidamente após uma falha e suporta áreas para que redes grandes continuem fáceis de gerenciar. Os vizinhos formam adjacências trocando pacotes Hello.
Distância administrativa e métrica
Quando um roteador aprende a mesma rede por duas fontes, a distância administrativa define em qual fonte confiar. Estática tem 1, OSPF tem 110. A métrica então decide entre rotas da mesma fonte. O OSPF usa o custo, que é baseado na largura de banda.
Configuração do equipamento: adicionar rota estática e OSPF
A rota estática informa ao roteador o caminho para uma rede que ele não vê diretamente. O OSPF permite que os roteadores aprendam as redes internas uns dos outros automaticamente. O comando passive-interface impede que os Hellos do OSPF sejam enviados na LAN, onde não são necessários.
! Roteador R1: rota estática para a rede de TI e OSPF para as redes internas
enable
configure terminal
ip route 10.2.0.0 255.255.255.0 192.168.1.2
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 203.0.113.1
router ospf 1
router-id 1.1.1.1
network 192.168.10.0 0.0.0.63 area 0
network 10.0.0.0 0.255.255.255 area 0
passive-interface GigabitEthernet0/0
exit
end
write memory
! Verificar
show ip route
show ip ospf neighbor
Tópico 6: NAT e PAT
As faixas de IP privado como 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16 são reservadas para uso interno. O tráfego dessas faixas não pode ser roteado na internet pública, então o roteador na borda traduz os endereços.
Inside local e inside global
Os termos usados no NAT são: endereço inside local é o endereço privado de um host, e endereço inside global é o endereço público que aparece fora da rede. O endereço outside é o endereço do host remoto. A tradução acontece na fronteira entre as interfaces inside e outside.
NAT estático
O NAT estático cria um mapeamento fixo de um para um, por exemplo 192.168.1.10 sempre vira 203.0.113.10. É usado para servidores que precisam ser acessados de fora, como um servidor web ou de e-mail.
NAT dinâmico
O NAT dinâmico atribui um endereço público de um pool a um host privado quando ele se conecta pela primeira vez, e devolve o endereço quando a sessão termina. Ainda exige um endereço público para cada host ativo, então economiza pouco endereço.
PAT (NAT overload)
O PAT mapeia muitos hosts privados para um único endereço público, mudando a porta de origem de cada sessão. O roteador guarda uma tabela de tradução com o endereço e a porta inside contra o endereço e a porta outside. É assim que uma casa ou um escritório com dezenas de dispositivos usa um único endereço IP público.
Configuração do equipamento: PAT e NAT estático
Muitos hosts inside compartilham um endereço outside por overload (PAT). O servidor web recebe um mapeamento fixo da porta pública 80 para o seu endereço privado. Marque cada interface como inside ou outside, ou o NAT não funciona.
! Roteador R1 (borda): PAT para a LAN inside e NAT estático para o servidor web público
enable
configure terminal
access-list 1 permit 192.168.10.0 0.0.0.63
ip nat inside source list 1 interface GigabitEthernet0/1 overload
ip nat inside source static tcp 192.168.20.10 80 203.0.113.10 80
interface GigabitEthernet0/0
ip nat inside
exit
interface GigabitEthernet0/1
ip nat outside
exit
end
write memory
! Verificar
show ip nat translations
show ip nat statistics
Tópico 7: Listas de controle de acesso
Uma ACL é uma lista de regras em sequência que permite ou nega tráfego. Roteadores e switches a usam para filtrar pacotes, por exemplo para impedir que a rede de visitantes alcance a rede de servidores.
A ordem das regras importa
O equipamento verifica as regras de cima para baixo e aplica a primeira que corresponde. Ele não verifica o resto da lista. Uma regra ampla colocada acima de uma regra específica esconde a específica, então as regras mais específicas devem vir primeiro.
Negação implícita
Toda ACL termina com uma regra oculta de negar tudo. Se um pacote não corresponde a nenhuma regra, ele é descartado. Um erro comum é escrever apenas regras de negação e achar que o resto vai passar, mas a negação implícita o bloqueia.
ACL padrão e estendida
Uma ACL padrão filtra apenas pelo endereço de origem. Deve ser colocada perto do destino. Uma ACL estendida pode filtrar por endereço de origem e de destino, protocolo e número de porta, por exemplo permitindo somente TCP porta 443. Deve ser colocada perto da origem, para que o tráfego indesejado seja descartado logo no início.
Máscara wildcard em ACLs
As ACLs usam máscara wildcard em vez de máscara de sub-rede. A wildcard 0.0.0.255 corresponde a uma rede /24, e 0.0.0.0 corresponde a um único host. Escrever "any" equivale a 0.0.0.0 255.255.255.255.
Aplicando a ACL
Uma ACL não tem efeito até ser aplicada a uma interface em uma direção. Inbound filtra o tráfego que entra na interface, e outbound filtra o tráfego que sai dela. Escolher a direção correta é uma das decisões mais importantes ao configurar um filtro.
Configuração do equipamento: escrever uma ACL estendida
A ACL bloqueia Telnet da sub-rede de vendas para o servidor e permite o resto. A ordem das regras importa: a linha de negação precisa vir antes da permissão. Aplique-a em sentido inbound na interface LAN, para que o tráfego seja verificado ao entrar no roteador.
! ACL estendida no R1: bloquear Telnet da LAN de vendas para o servidor, permitir o resto
enable
configure terminal
ip access-list extended SERVER-IN
remark Bloquear Telnet de vendas para o servidor
deny tcp 192.168.10.0 0.0.0.63 host 192.168.20.10 eq telnet
permit ip any any
exit
interface GigabitEthernet0/0
ip access-group SERVER-IN in
exit
end
write memory
! Verificar
show ip access-lists SERVER-IN
Tópico 8: Serviços de rede: DHCP, DNS, NTP e logging
Os hosts dependem de vários serviços para funcionar corretamente. Sem eles, você precisaria digitar manualmente cada endereço, nome e horário.
DHCP: endereços automáticos
O DHCP segue quatro passos chamados DORA: Discover (o cliente transmite um pedido), Offer (o servidor oferece um endereço), Request (o cliente aceita) e Acknowledge (o servidor confirma o aluguel). O servidor também fornece o gateway padrão, os servidores DNS e o tempo de concessão. Um roteador pode atuar como servidor DHCP em uma filial pequena.
DNS: nomes para endereços
O DNS traduz nomes como www.example.com em endereços IP. O cliente pergunta ao servidor DNS configurado, que pode consultar outros servidores acima dele na hierarquia. Os registros comuns incluem A (endereço IPv4), AAAA (IPv6), MX (servidor de e-mail) e CNAME (alias). Falhas de DNS costumam parecer problemas de rede, então teste com o nome e com o endereço IP.
NTP: manter os relógios sincronizados
O NTP sincroniza o relógio dos dispositivos com uma fonte de horário. Horário preciso é importante para correlacionar logs quando um incidente de rede acontece em vários dispositivos, e para certificados, que só valem dentro de um período. Um dispositivo pode ser configurado como cliente de um servidor de horário, ou como servidor para outros dispositivos.
Syslog e SNMP
O syslog envia mensagens de eventos dos dispositivos para um servidor de log centralizado, onde você pode pesquisá-las. Cada mensagem tem um nível de severidade, de 0 (emergência) a 7 (depuração). O SNMP permite que um gerenciador solicite que os dispositivos informem contadores, como o tráfego das interfaces, e pode enviar traps quando algo acontece. O SNMP versão 3 acrescenta autenticação e criptografia.
Configuração do equipamento: configurar DHCP, DNS, NTP e logging
O pool DHCP distribui endereços para a LAN de vendas, e a faixa excluída mantém o roteador e os servidores fora do pool. DNS, NTP e o host de syslog fazem com que nomes, relógios e logs funcionem juntos.
! DHCP para a LAN de vendas, além de DNS, NTP e logging
enable
configure terminal
ip dhcp excluded-address 192.168.10.1 192.168.10.10
ip dhcp pool SALES
network 192.168.10.0 255.255.255.192
default-router 192.168.10.1
dns-server 192.168.20.53
lease 7
exit
ip domain-name example.local
ntp server 192.168.20.123
logging host 192.168.20.514
service timestamps log datetime msec
end
write memory
! Verificar
show ip dhcp binding
show ntp status
show logging
Tópico 9: Noções de segurança e automação
A segurança começa protegendo o próprio dispositivo e depois o tráfego que passa por ele. A automação reduz a quantidade de mudanças manuais, que são propensas a erro.
Protegendo o acesso aos dispositivos
Use SSH em vez de Telnet, porque o Telnet envia senhas em texto puro. Defina um enable secret forte, um banner que avise usuários não autorizados e tempos limite de inatividade nas linhas console e VTY. Limite o acesso VTY à sub-rede de gerenciamento com uma ACL.
Segurança de porta
A segurança de porta limita quantos endereços MAC uma porta de switch pode aprender, e pode desativar a porta se um dispositivo novo se conectar. Isso impede que alguém conecte um switch ou falsifique um endereço MAC em uma porta pública. O modo sticky guarda os endereços aprendidos na configuração em execução.
AAA: autenticação, autorização e contabilidade
O AAA define quem pode entrar (autenticação), o que pode fazer depois de entrar (autorização) e registra o que faz (contabilidade). Normalmente usa um servidor centralizado, como TACACS+ ou RADIUS, para que as contas sejam gerenciadas em um único lugar.
Automação e programabilidade
Configurar muitos dispositivos manualmente é lento e propenso a erros. Uma API permite que um software leia e altere os dispositivos diretamente. Uma REST API usa métodos HTTP (GET, POST, PUT, DELETE) e envia dados em JSON, um formato de texto com pares de chave e valor. Controladores como o Cisco DNA Center aplicam uma única política a muitos dispositivos de uma vez.
Configuração do equipamento: proteger o acesso ao switch
Somente SSH é permitido nas linhas VTY, os usuários entram com contas locais, as sessões ociosas expiram e uma lista de acesso limita o gerenciamento a uma única sub-rede. Use suas próprias senhas fortes e nunca guarde senhas reais em notas compartilhadas.
! Proteger o acesso ao SW1: somente SSH, login local, timeout e somente a sub-rede de gerenciamento
enable
configure terminal
hostname SW1
ip domain-name example.local
crypto key generate rsa modulus 2048
username admin privilege 15 secret <strong-password>
enable secret <strong-password>
banner motd #Somente para usuários autorizados#
ip access-list standard MGMT-ONLY
permit 192.168.20.0 0.0.0.255
deny any
exit
line vty 0 4
transport input ssh
login local
exec-timeout 5 0
access-class MGMT-ONLY in
exit
end
write memory
! Verificar
show ip ssh
show running-config | section line vty
Prática em laboratório
O CCNA é uma prova prática, então ler sobre um tópico não basta. Monte uma pequena rede no simulador com dois switches, dois roteadores e três PCs. Siga os passos abaixo e confira cada resultado antes de avançar.
1. Planeje os endereços primeiro. Use o método VLSM sobre um /24 para três redes: de 50, 20 e 2 hosts.
2. Configure os PCs com endereço, máscara e gateway padrão conforme o seu plano.
3. Crie duas VLANs no switch, coloque um PC em cada VLAN e confirme que eles não conseguem se alcançar.
4. Conecte os switches com um trunk e verifique a VLAN nativa.
5. Adicione rotas estáticas em cada roteador e teste com ping e traceroute.
6. Adicione uma ACL que bloqueie um PC de alcançar o servidor, aplique-a na direção correta e teste novamente.
Próximos passos
Depois das bases, estude um tópico de cada vez, começando por sub-redes e roteamento, porque a maioria dos outros tópicos depende deles. Escreva um plano para cada laboratório antes de configurar qualquer coisa. A maioria dos problemas de laboratório vem de uma máscara errada, de um gateway errado ou de uma VLAN errada.
Resumo
O CCNA cobre como os dispositivos se conectam, como os pacotes são roteados entre redes, como manter a rede segura e como automatizá-la. As ideias centrais são sub-redes, switching com VLANs, roteamento com a regra do prefixo mais longo, NAT, ACLs e serviços de rede básicos. Estude cada ideia e depois verifique no laboratório.