Fique por dentro – Resumo para o EBSERH (TI)

Olá Pessoal! Neste artigo apresentaremos um resumo sobre o protocolo IP, abordando os principais aspectos desse protocolo. A ideia é que ao terminar este artigo, você tenha base para resolver questões da banca IBFC. Por isso, estruturamos este artigo em tópicos mais cobrados por esta banca.

Sendo assim, este artigo está estruturado da seguinte forma:

• Introdução
• Protocolo IP
  • Protocolo IPv4
  • Protocolo IPv6
• Principais diferenças entre os protocolos IPv4 e IPv6
• Conclusão

Introdução

O Protocolo de Internet, amplamente conhecido como IP (do inglês, Internet Protocol), é o alicerce da comunicação digital global. Desde sua concepção inicial até sua evolução contínua, o IP desempenha um papel crucial na interconexão de dispositivos e na transmissão de dados através da vasta rede que é a internet. Ao permitir a transmissão de dados em redes de computadores, o IP se tornou um elemento fundamental para o funcionamento da internet e, por extensão, para a sociedade digital contemporânea.

Ao longo do tempo, o Protocolo IP evoluiu para se adaptar às crescentes demandas de uma internet em constante expansão, resultando em duas diferentes versões. Este artigo explora as características do protocolo IP e de suas versões: IPv4 e IPv6. 

Protocolo IP

O Protocolo de Internet (IP) é uma parte essencial da arquitetura de rede que desempenha um papel central na interconexão de dispositivos e na transmissão de dados em redes de computadores. O IP opera na camada de rede do modelo OSI (Open Systems Interconnection) e da arquitetura TCP/IP. 

A principal finalidade do Protocolo de Internet é fornecer um esquema de endereçamento único e global para cada dispositivo conectado a uma rede. Cada dispositivo é atribuído um endereço IP exclusivo que serve como sua identificação na rede. Esses endereços IP permitem que os pacotes de dados sejam direcionados de forma eficiente, garantindo que eles cheguem ao destino correto, mesmo em redes complexas e globais como a internet.

Além disso, uma das características notáveis do IP é sua independência de meio físico, o que significa que ele pode ser usado em várias tecnologias de rede, incluindo redes Ethernet, redes sem fio (Wi-Fi), e muitas outras. Isso contribui para sua adaptabilidade e universalidade na comunicação digital.

A versão mais amplamente usada do protocolo IP é o IPv4 (Internet Protocol version 4), que opera com endereços de 32 bits. No entanto, devido à escassez de endereços IPv4, a internet viu a transição gradual para o IPv6 (Internet Protocol version 6), que utiliza endereços de 128 bits e oferece um espaço de endereçamento praticamente ilimitado.

A seguir, exploraremos mais a fundo essas diferentes versões do protocolo IP e suas características distintivas.

Protocolo IPv4

O IPv4, que significa Internet Protocol versão 4, é amplamente utilizado atualmente. Ele desempenhou um papel crucial na construção e expansão da internet e continua a ser um componente essencial em muitas redes até hoje. Abaixo estão algumas características importantes sobre o IPv4.

Tamanho e Formato do Endereço

O endereço IPv4 é um identificador de 32 bits, que é dividido em quatro grupos de oito bits, chamados de octetos ou bytes. Cada octeto é representado em notação decimal pontuada (Dotted Decimal Notation), o que significa que os oito bits de cada octeto são convertidos em um número decimal. 

Por exemplo, um endereço IPv4 típico é representado como “192.168.1.1“.

Cabeçalho e Campos

A imagem abaixo apresenta o cabeçalho do protocolo IPv4:

Agora, vamos descrever cada campo do IPv4:

• Versão (4 bits): Indica a versão do protocolo, que é 4 no caso do IPv4.
• Tamanho do Cabeçalho (4 bits): Especifica o tamanho do cabeçalho em palavras de 32 bits.
• Tipo de Serviço (ToS) (8 bits): Usado para definir prioridades de tráfego e outros parâmetros de qualidade de serviço.
• Tamanho Total (16 bits): Indica o tamanho do pacote, incluindo cabeçalho e dados.
• Identificação (16 bits), Flags (3 bits) e Offset de Fragmento (13 bits): Usados para controle de fragmentação de pacotes.
• Tempo de Vida (TTL) (8 bits): Define o número máximo de roteadores que um pacote pode atravessar antes de ser descartado.
• Protocolo (8 bits): Identifica o protocolo de camada superior (por exemplo, TCP, UDP).
• Checksum do Cabeçalho (16 bits): Utilizado para verificar a integridade do cabeçalho do pacote.
• Endereço de Origem e Destino (32 bits cada): Identifica os endereços IP de origem e destino.
• Opções: Campos opcionais que podem ser usados para funções específicas, como roteamento avançado.

Classes de Endereços

As classes de endereçamento IP referem-se às faixas de endereços IP definidas nas primeiras versões do protocolo IP (IPv4). Cada classe tem uma máscara de sub-rede associada que determina a quantidade de endereços de rede e de host disponíveis. No entanto, é importante observar que, com a adoção de máscaras de sub-rede variáveis (CIDR), as classes de endereçamento IP não são mais a base predominante para o roteamento IP. Mesmo assim, as bancas ainda costumam cobrar muito em suas provas questões sobre classes de endereços. Por isso, aqui estão as classes clássicas de endereçamento IPv4:

Observe que as classes D e E são reservadas para fins especiais, como endereços de multicast e fins experimentais, respectivamente.

Certamente, as classes IPv4, que incluem as Classes A, B e C, têm sido uma parte fundamental da estrutura de endereçamento IP por muitos anos. No entanto, elas apresentam algumas desvantagens significativas que levaram à necessidade de introduzir técnicas de roteamento mais flexíveis, como o CIDR (Classless Inter-Domain Routing). 

Desvantagens do uso de classes IPv4

Aqui estão algumas das desvantagens das classes IPv4:

• Desperdício de Endereços: Uma das maiores desvantagens das classes IPv4 é o desperdício de endereços IP. As classes foram projetadas para atender a diferentes tamanhos de redes, mas na prática, isso frequentemente resultava em blocos de endereços muito maiores do que o necessário para redes específicas. Isso levou a uma utilização ineficiente de endereços IP, especialmente nas Classes A e B.
• Rigidez no Design de Sub-Redes: As classes IPv4 impunham uma estrutura rígida para o design de sub-redes. Por exemplo, a Classe C tinha uma máscara de sub-rede fixa de /24, o que significava que cada sub-rede tinha exatamente 256 endereços IP, independentemente do tamanho real da rede. Isso não era adequado para muitas situações, levando a desperdício de endereços.
• Dificuldades de Agregação de Rotas: Para os ISPs, as classes IPv4 tornavam o roteamento menos eficiente. Isso ocorria porque as rotas precisavam ser anunciadas com base nas classes, levando a tabelas de roteamento mais extensas e menos eficientes. Isso também resultava em maior consumo de recursos de hardware e largura de banda de rede.
• Esgotamento de Endereços: Talvez a maior desvantagem das classes IPv4 tenha sido o esgotamento dos endereços disponíveis. Com um espaço de endereçamento limitado a 32 bits, o IPv4 enfrentou a iminente escassez de endereços devido ao rápido crescimento da internet e à proliferação de dispositivos conectados.

Devido a essas desvantagens, a comunidade de tecnologia da informação desenvolveu o CIDR como uma solução para permitir um uso mais flexível e eficiente de endereços IP e para resolver os problemas de esgotamento de endereços. O CIDR possibilitou uma abordagem mais granular e personalizada ao dimensionamento de redes e ao roteamento de pacotes, tornando-o uma solução importante na evolução da arquitetura de endereçamento IP.

Notação CIDR

A notação CIDR, que significa “Classless Inter-Domain Routing” ou “Roteamento Interdomínio sem Classes”, é uma técnica utilizada para representar e gerenciar blocos de endereços IP de forma mais flexível e eficiente do que as classes tradicionais de endereços (Classe A, Classe B, Classe C, etc.) do IPv4.

Em vez de usar a estrita divisão em classes, a notação CIDR permite que os administradores de rede especifiquem máscaras de sub-rede de comprimentos variáveis para criar blocos de endereços personalizados. A notação CIDR é composta por um endereço IP seguido por uma barra e um número que indica o número de bits alocados para a rede. Por exemplo, “192.168.1.0/24” indica um bloco de endereços com um prefixo de rede de 24 bits.

Principais características e benefícios da notação CIDR

Aqui estão algumas das principais características e benefícios da notação CIDR:

• Flexibilidade de Design de Sub-Rede: Com a notação CIDR, os administradores de rede podem criar sub-redes de tamanhos variados, o que é útil para dimensionar redes de acordo com as necessidades específicas.
• Redução do Desperdício de Endereços: A notação CIDR permite um uso mais eficiente dos endereços IP, pois os blocos podem ser dimensionados de acordo com o número de dispositivos em uma rede. Isso ajuda a reduzir o desperdício de endereços, que era um problema nas antigas classes de endereços.
• Agregação de Rotas Eficiente: Os ISPs (Provedores de Serviço de Internet) podem usar a notação CIDR para resumir várias rotas em uma única entrada em tabelas de roteamento, economizando recursos de roteamento e melhorando a eficiência da rede.
• Sintaxe Simples e Clara: A notação CIDR é fácil de entender e usar, facilitando a representação de blocos de endereços IP de maneira concisa.

A notação CIDR é uma ferramenta essencial para o gerenciamento eficiente de endereços IP, especialmente em ambientes de rede complexos e em um momento em que a escassez de endereços IPv4 se tornou um problema significativo. Com CIDR, é possível criar sub-redes com tamanhos personalizados, e a quantidade de endereços de rede e host pode variar de acordo com a máscara de sub-rede usada.

Endereços Privados

Os endereços privados no IPv4 são uma faixa de endereços IP reservada para uso em redes locais, intranets e redes privadas que não estão diretamente conectadas à Internet pública. Esses endereços são projetados para permitir que as organizações atribuam endereços IP às máquinas em suas redes internas sem a necessidade de roteamento na Internet.

O IPv4 reserva três faixas de endereços para uso em redes privadas e internas, nas quais os endereços não são roteados pela internet pública. Esses são conhecidos como endereços privados:

• Classe A:
  • Faixa de endereços: 10.0.0.0 a 10.255.255.255
  • Máscara de sub-rede padrão: 255.0.0.0
  • Quantidade de endereços disponíveis: 16.777.216 (2^24)

• Classe B:
  • Faixa de endereços: 172.16.0.0 a 172.31.255.255
  • Máscara de sub-rede padrão: 255.240.0.0
  • Quantidade de endereços disponíveis: 1.048.576 (2^20)

• Classe C:
  • Faixa de endereços: 192.168.0.0 a 192.168.255.255
  • Máscara de sub-rede padrão: 255.255.0.0
  • Quantidade de endereços disponíveis: 65.536 (2^16)

Endereços Especiais

IPv4 também reserva certos endereços especiais, incluindo:

• Endereço de Loopback (127.0.0.1): Usado para testar a pilha de protocolos no próprio dispositivo.
• Endereço de Broadcast (exemplo: 255.255.255.255): Usado para transmitir informações para todos os dispositivos na rede.
• Endereço de Multicast (faixa específica, como 224.0.0.0 a 239.255.255.255): Usado para comunicação de grupo.

O IPv4, embora tenha sido amplamente eficaz, enfrentou um desafio significativo devido ao esgotamento de endereços IP de 32 bits. Como resultado, a comunidade de tecnologia da informação começou a transição gradual para o IPv6, que utiliza endereços de 128 bits, oferecendo um espaço de endereçamento quase ilimitado e resolvendo o problema da escassez de endereços IPv4.

Protocolo IPv6

O Protocolo de Internet versão 6 (IPv6) é a evolução do IPv4 e foi projetado para resolver vários desafios enfrentados pelo IPv4, como a escassez de endereços IP. 

A seguir, veremos as principais características do IPv6.

Tamanho e Formato do Endereço do IPv6

O endereço IPv6 é composto por 128 bits, o que fornece um espaço de endereçamento substancialmente maior do que o IPv4, que possui apenas 32 bits. Isso resulta em um número praticamente ilimitado de endereços IPv6.

Em contraste com a notação decimal pontuada do IPv4, o IPv6 utiliza uma notação hexadecimal separada por dois pontos. Por exemplo, um endereço IPv6 típico parece assim: “2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334”.

Cabeçalho e Campos do IPv6

O cabeçalho IPv6 é mais simplificado em comparação com o IPv4, o que ajuda a melhorar o desempenho do roteamento e reduz o processamento de pacotes nos roteadores.

A imagem abaixo ilustra o cabeçalho IPv6:

Abaixo estão descritos os principais campos do cabeçalho IPv6 e suas descrições:

• Versão (4 bits): Indica a versão do protocolo, que é 6 no caso do IPv6.
• Classe de tráfego (8 bits): Indica a classe ou prioridade do pacote IPv6.
• Rótulo de Fluxo (20 bits): Identifica um fluxo de pacotes IPv6 com requisitos de desempenho específicos.
• Tamanho dos Dados (16 bits): Indica o comprimento do cabeçalho IPv6 e dos dados subsequentes em octetos (bytes).
• Próximo Cabeçalho (8 bits): Identifica o protocolo da camada superior, como TCP, UDP ou ICMPv6.
• Limite de Saltos (8 bits): Semelhante ao IPv4, indica o número máximo de saltos que um pacote pode fazer antes de ser descartado.
• Endereço de Origem e Destino (128 bits): Identifica os endereços IP de origem e destino do pacote.

Além desses campos principais, o cabeçalho IPv6 pode ser seguido por uma série de outros cabeçalhos opcionais, chamados de “Extensão de Cabeçalho” (Header Extensions), que podem ser usados para funções específicas, como autenticação, fragmentação, opções de roteamento avançadas e muito mais. A presença desses cabeçalhos opcionais é indicada pelo campo “Próximo Cabeçalho”, que aponta para o tipo do próximo cabeçalho.

Endereços Especiais do IPv6

O IPv6 também possui uma série de endereços especiais com funções específicas, semelhantes aos do IPv4. Alguns desses endereços especiais incluem:

• Endereço de Loopback: O endereço de loopback no IPv6 é “::1“, que é equivalente ao “127.0.0.1” no IPv4 e é usado para testar a pilha de protocolos no próprio dispositivo.
• Endereço Unspecified: O endereço IPv6 não especificado é “0:0:0:0:0:0:0:0” ou simplesmente “::“, usado para indicar a ausência de um endereço.
• Endereço de Link-local: É um endereço especial que começa com “fe80::” e é usado para comunicação na rede local (link-local).
• Endereço Multicast: O IPv6 possui um espaço de endereçamento multicast expandido, que começa com o prefixo “ff00::“. Isso é usado para comunicação de grupo.
• Mapeamento de IPv4 em formato IPv6: ::ffff:EndereçoIPv4. Por exemplo, se eu quiser mapear o endereço 192.168.1.1 em IPv6, basta colocar o “::ffff:” na frente do IPv4. Portanto, o endereço 192.168.1.1 mapeado para IPv6 é “::ffff:192.168.1.1”. 

O IPv6 é uma atualização crucial do IPv4, projetada para atender às crescentes demandas de endereçamento e melhorar a eficiência e segurança da internet. Sua implementação continua a crescer à medida que a transição do IPv4 para o IPv6 se torna mais importante devido ao esgotamento dos endereços IPv4. Isso garante um futuro mais escalável e seguro para a comunicação em rede global.

Especificidades e melhorias trazidas pelo IPv6

O Protocolo IPv6 traz várias especificidades em relação ao IPv4 que o tornam mais eficiente e adequado para as necessidades contemporâneas da comunicação em rede. Aqui estão algumas das principais características e especificidades do IPv6 em comparação com o IPv4:

Fim do Broadcast, Surgimento do Multicast

No IPv4, o broadcast era uma técnica usada para enviar pacotes para todos os dispositivos em uma rede local. No entanto, o broadcast pode ser ineficiente, gerando tráfego desnecessário em toda a rede.

No IPv6, o broadcast foi substituído pelo multicast. O IPv6 tem suporte a endereços de multicast expansivos, permitindo, portanto, que os pacotes sejam enviados apenas para os dispositivos que realmente precisam deles. Isso melhora a eficiência e reduz a carga na rede.

Endereços Únicos e Públicos

No IPv4, muitos dispositivos compartilhavam o mesmo endereço IP público, o que tornava o NAT (Network Address Translation) comum para a conexão de vários dispositivos a uma única conexão à internet.

No IPv6, a abundância de endereços disponíveis torna possível que muitos dispositivos tenham endereços IP públicos únicos. Isso simplifica a configuração de rede e elimina a necessidade de NAT em muitos casos.

Simplificação do Cabeçalho

O cabeçalho do IPv6 é mais simplificado em comparação com o IPv4, o que reduz a carga de processamento nos roteadores e melhora o desempenho do roteamento. O IPv6 remove campos desnecessários e coloca mais ênfase em extensões de cabeçalho.

Mecanismos de Autoconfiguração

O IPv6 introduz mecanismos avançados de autoconfiguração que permitem que dispositivos obtenham automaticamente endereços IP e configurações de rede sem intervenção manual. Isso facilita a implantação e a manutenção de redes.

Suporte a Segurança Integrada

O IPv6 incorpora suporte a segurança por meio do IPSec (Internet Protocol Security). Enquanto o IPSec é opcional no IPv4, ele é parte integrante do IPv6, garantindo a autenticação e criptografia dos pacotes de dados.

Expansão do Espaço de Endereçamento

O IPv6 usa um espaço de endereçamento de 128 bits, oferecendo, assim, um número virtualmente ilimitado de endereços IP. Isso resolve o problema de escassez de endereços que o IPv4 enfrenta.

Ausência de ARP (Address Resolution Protocol)

O IPv4 usa o ARP para mapear endereços IP em endereços MAC em redes locais. O IPv6, por outro lado, utiliza o ICMPv6 (Internet Control Message Protocol version 6) para realizar funções semelhantes, simplificando a resolução de endereços.

Essas especificidades do IPv6 tornam-no uma escolha mais adequada para atender às necessidades da internet moderna, permitindo, assim, eficiência, escalabilidade e segurança aprimoradas. Além disso, o IPv6 é a resposta ao esgotamento iminente de endereços IPv4 e é fundamental para o crescimento contínuo da internet.

Principais diferenças entre os protocolos IPv4 e IPv6

A tabela abaixo mostra as principais diferenças entre os protocolos IPv4 e IPv6:

Conclusão

É isso aí pessoal! Enfim, concluímos este tópico sobre o protocolo IP. Procuramos esclarecer bem as características de cada versão deste protocolo, focando nos pontos que mais são cobrados em provas. Por fim, Espero que o conteúdo aqui apresentado seja muito útil para sua aprovação. 

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