O Protocolo IP Versão 4 (IPv4) - Parte 1

 O Protocolo IP Versão 4 (IPv4)

Introdução

Desde o surgimento da internet, a necessidade de um sistema eficiente para identificar e localizar dispositivos em redes globais tem sido fundamental. O Protocolo IPv4 (Internet Protocol version 4) desempenha um papel crucial nesse cenário, sendo um dos pilares da comunicação digital como a conhecemos hoje. Desenvolvido na década de 1970, o IPv4 foi o primeiro protocolo amplamente adotado para permitir a troca de dados entre computadores em redes interconectadas, dando origem à internet moderna.
Neste artigo, vamos explorar o que é o IPv4, como ele funciona, sua estrutura de endereçamento e sua importância no ecossistema da internet. 

 "O elemento que mantém a Internet unida é o protocolo da camada de rede, o IP
(Internet Protocol). Ao contrário da maioria dos protocolos da camada de rede mais
antigos, o IP foi projetado desde o início tendo como objetivo a interligação de redes. Uma boa maneira de pensar na camada de rede é esta: sua tarefa é fornecer a melhor forma possível (ou seja, sem garantias) de transportar pacotes da origem para o destino, independentemente de essas máquinas estarem na mesma rede ou de haver outras redes entre elas."  (TANENBAUM , 2021, p. 566).

Funcionamento básico da internet

Na Internet, a comunicação funciona da seguinte forma: a camada de transporte
recebe os fluxos de dados e os divide para que possam ser enviados como pacotes IP. Teoricamente, os pacotes podem ter até 64 KB, no entanto, na prática, eles geralmente têm no máximo 1.500 bytes (e, portanto, cabem em um único quadro Ethernet). Os roteadores IP encaminham cada pacote pela Internet, por um caminho de um roteador para o seguinte, até que o destino seja alcançado. No destino, a camada de rede entrega os dados à camada de transporte, que os oferece ao processo receptor. Quando todos os fragmentos finalmente chegam à máquina de destino, eles são remontados pela camada de rede no datagrama original. Esse datagrama é, então, entregue à camada de transporte.

Detalhamento do protocolo IPV4 e seus campos

Um datagrama IPv4 consiste em uma parte de cabeçalho e uma parte de dados. O cabeçalho tem uma parte fixa de 20 bytes e uma parte opcional de tamanho variável. Os bits são transmitidos da esquerda para a direita e de cima para baixo, com o bit de mais alta ordem do campo Versão aparecendo primeiro.

Versão controla a versão do protocolo à qual o datagrama pertence.

IHL informa seu tamanho em palavras de 32 bits. O valor mínimo é 5, quando
não há nenhuma opção presente. O valor máximo desse campo de 4 bits é 15, que
limita o cabeçalho a 60 bytes.

Serviços diferenciados é um dos poucos campos que mudaram (ligeiramente) seu significado com o passar dos anos. Originalmente, ele se chamava Tipo de serviço. Ele foi e ainda é destinado a distinguir entre diferentes classes de
serviços. 

O campo Tamanho total inclui tudo o que há no datagrama – cabeçalho e dados. O
tamanho máximo é de 65.535 bytes. Atualmente, esse limite superior é tolerável, mas, com as futuras redes, serão necessários datagramas maiores.

O campo Identificação é necessário para permitir que o host de destino determine a qual datagrama pertence um fragmento recém-chegado. Todos os fragmentos de um datagrama contêm o mesmo valor de Identificação. 

Em seguida, há um bit não utilizado, o que é surpreendente, pois o espaço
disponível no cabeçalho IP é extremamente escasso.

Depois vêm dois campos de 1 bit relacionados à fragmentação. DF significa Don’t
Fragment (Não Fragmentar). Trata-se de uma ordem para os roteadores não dividirem o datagrama. 

O campo Deslocamento de fragmento informa a que ponto do datagrama atual o
fragmento pertence.

O campo TTL é um contador usado para limitar a vida útil dos pacotes. Esse campo
originalmente deveria contar o tempo em segundos, permitindo uma vida útil máxima de 255 s. Esse contador deve ser decrementado a cada hop e supõe-se que ele seja decrementado diversas vezes quando estiver enfileirado durante um longo tempo em um roteador. Na prática, ele simplesmente conta os hops. 

O campo Protocolo informa a que processo de transporte o datagrama deve ser entregue. O TCP é uma possibilidade, mas também há o UDP e alguns outros.

O campo Checksum do cabeçalho é responsável por garantir que o cabeçalho IP transitará integro.

Os campos Endereço de origem e Endereço de destino indicam o endereço IP de origem e de destino.

O campo Opções foi projetado para permitir que versões posteriores do protocolo
incluam informações inexistentes no projeto original, possibilitando a experimentação de novas ideias e evitando a alocação de bits de cabeçalho para informações raramente necessárias.

Conclusão

O Protocolo IPv4 é, sem dúvida, um dos pilares fundamentais da internet como a conhecemos hoje. Desde sua criação na década de 1970, ele tem desempenhado um papel crucial na interligação de redes e na comunicação global, permitindo a troca de dados entre dispositivos de maneira eficiente e organizada. Sua estrutura de endereçamento, embora limitada, foi essencial para o crescimento inicial da internet e continua sendo amplamente utilizada, mesmo com o advento do IPv6.

Ao explorar o funcionamento do IPv4, é possível entender como ele gerencia a fragmentação de pacotes, o controle de tempo de vida dos dados (TTL), a identificação de serviços diferenciados e a entrega de informações aos processos de transporte corretos. Cada campo do cabeçalho IPv4 foi projetado com um propósito específico, refletindo a complexidade e a engenhosidade por trás de um sistema que mantém a internet unida.

No entanto, com o esgotamento dos endereços IPv4 e a necessidade de suportar tecnologias emergentes, como a Internet das Coisas (IoT) e redes de alta velocidade, o IPv6 surge como uma evolução necessária. Ainda assim, o legado do IPv4 permanece inegável, pois ele não apenas estabeleceu as bases da comunicação digital, mas também demonstrou a importância de um protocolo robusto e adaptável para o funcionamento de uma rede global.

Em resumo, o IPv4 é muito mais do que um conjunto de números e campos técnicos; ele é a espinha dorsal da internet, uma ferramenta que transformou a maneira como nos conectamos, comunicamos e compartilhamos informações. Enquanto avançamos para novas tecnologias, é essencial reconhecer e valorizar o papel histórico e contínuo do IPv4 no ecossistema digital.

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Referencia: TANENBAUM, Andrew. Redes de computadores. 6. ed. São Paulo: Elsevier, 2021. 1152 p.