Entenda o Endereço IPv4: Guia Completo com Vantagens e Desvantagens

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O protocolo IPv4, a primeira versão do Protocolo de Internet, surgiu na Rede de Agências de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPANET) do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Uma das suas características mais notáveis é a capacidade de gerar bilhões de endereços IP. Desde a sua implementação em 1983, o aumento exponencial de dispositivos IoT tem levado à iminência do esgotamento dos endereços IPv4. Este artigo explorará a fundo o conceito de endereço IPv4, suas vantagens e desvantagens.

O que Define um Endereço IPv4?

O IPv4, pioneiro no mundo do Protocolo de Internet, utiliza um espaço de endereço de 32 bits, sendo o formato de endereço IP mais difundido. Este endereço de 32 bits é expresso por quatro números decimais, cada conjunto denominado octeto. Os valores numéricos em cada octeto variam entre 0 e 255, permitindo ao IPv4 criar cerca de 4,3 bilhões de endereços IP únicos. Um exemplo de endereço IPv4 seria 234.123.42.65. Além disso, explicaremos como converter um endereço IPv4 para código binário, usando o método de conversão IPv4 para binário.

Componentes de um Endereço IPv4

Um endereço IP é composto por três elementos principais:

  • Rede: Esta porção do endereço IP identifica a qual rede o endereço pertence. Localizada à esquerda do endereço IP, a parte da rede define o agrupamento lógico de dispositivos.

  • Host: A parte do host, normalmente diferente para cada dispositivo dentro da mesma rede, identifica cada dispositivo de forma singular. A parte da rede é compartilhada por todos os hosts dentro da mesma rede.

Tomando como exemplo o endereço IP (234.123.42.65), suas partes de Rede e Host são:

234
123
42
65
Parte da Rede
Parte do Host

  • Número da Sub-rede: Este componente opcional divide um endereço IP em segmentos menores, facilitando a interconexão de redes e otimizando o tráfego.

Transformação de Endereços IPv4 em Código Binário

Enquanto nós utilizamos endereços IPv4 numéricos de 32 bits, computadores e redes se comunicam através da linguagem binária. Vamos entender como converter um endereço IP para binário, utilizando o método conversor IPv4 para binário. Como mencionado anteriormente, cada conjunto de bits de 8 bits, chamado octeto, é representado por um valor numérico. A seguir, veremos como utilizar um gráfico de octetos de 8 bits, que indica o valor de cada bit.

Vamos converter o endereço IP 234.123.42.65 para linguagem binária, utilizando um gráfico de octetos. Cada bit do octeto é representado por 1 ou 0. O primeiro octeto, 234, será convertido encontrando os valores do gráfico de octetos que somam 234: 128+64+32+8+2. Assim, os números que compõem a soma são representados por 1, enquanto os demais são representados por 0.

128
64
32
16
8
4
2
1
1
1
1
0
1
0
1
0

Portanto, o binário de 234 é 11101010. Este processo é aplicado a cada octeto do endereço IP.

128
64
32
16
8
4
2
1
123
0
1
1
1
1
0
1
1
42
0
0
1
0
1
0
1
0
65
0
1
0
0
0
0
0
1

Assim, a representação binária do endereço IP 234.123.42.65 é: 11101010.01111011.00101010.01000001.

O Modelo IPv4–OSI

A Organização Internacional para Padronização (ISO) estabeleceu o modelo OSI para sistemas de comunicação, cujo acrônimo significa Interconexão de Sistemas Abertos. Este modelo consiste em camadas que explicam como sistemas se comunicam por meio de protocolos distintos. Cada camada desempenha um papel crucial na comunicação. O modelo OSI é composto pelas seguintes camadas:

  • Aplicação (Camada 7): Próxima ao usuário, esta camada recebe e apresenta dados para o usuário. Ela possibilita a comunicação com o aplicativo do outro lado da conexão, através das camadas inferiores. Exemplos incluem Telnet e FTP.

  • Apresentação (Camada 6): Esta camada processa a conversão de dados, adaptando-os do formato da aplicação para o formato da rede e vice-versa. A criptografia e descriptografia de dados são funções desta camada.

  • Sessão (Camada 5): A camada de sessão inicia quando dois computadores precisam se comunicar, criando sessões para respostas do usuário. Ela gere o estabelecimento, coordenação e término da sessão, como a verificação de senhas.

  • Transporte (Camada 4): Esta camada garante a transmissão dos dados de uma rede para outra, controlando quantidade, velocidade e destino. Protocolos como TCP/IP e UDP operam nesta camada. Ela recebe os dados das camadas superiores, divide-os em segmentos e os envia para a camada de rede.

  • Rede (Camada 3): A camada de rede é responsável pelo roteamento de pacotes de dados até seu destino, escolhendo o caminho mais eficiente.

  • Enlace de Dados (Camada 2): Esta camada transfere os dados da camada física para as camadas superiores, corrigindo erros na transferência.

  • Física (Camada 1): A camada física, a última do modelo OSI, engloba a estrutura de comunicação e os componentes de hardware, como cabos, conectores e tensões.

Estrutura dos Pacotes IPv4

Um pacote IPv4 é composto por um cabeçalho e dados, com capacidade para transportar até 65.535 bytes. O cabeçalho IP pode variar de 20 a 60 bytes, incluindo o endereço de destino e origem, além de campos de informações que ajudam o pacote a chegar ao destino.

Cabeçalho de um pacote IPv4:

Um cabeçalho de pacote IPv4 possui 13 campos obrigatórios:

  • Versão: Um campo de 4 bits que indica a versão do IP em uso.

  • Comprimento do Cabeçalho da Internet (IHL): O comprimento total do cabeçalho IP.

  • Tipo de Serviço: Informa sobre a sequência dos pacotes em transmissão.

  • Comprimento Total: O comprimento total do cabeçalho IP. Varia de 20 a 65.535 bytes.

  • Identificação: Identifica as diferentes partes dos pacotes que se separam durante a transmissão.

  • ECN: Notificação Explícita de Congestionamento, verificando se a rota de transmissão está sobrecarregada.

  • Flags: Campo de 3 bits que indica se um pacote IP deve ser fragmentado, dependendo do tamanho dos dados.

  • Fragment Offset: Campo de 13 bits que permite a sequência e o posicionamento dos dados fragmentados em um pacote IP.

  • Time to Live (TTL): Um valor anexado a cada pacote que impede a circulação infinita do pacote. O valor é reduzido em um a cada roteador, e o pacote é descartado quando o valor atinge um.

  • Protocolo: Um campo de 8 bits que informa qual protocolo a camada de rede está utilizando.

  • Header Checksum: Detecta erros de comunicação no cabeçalho e nos pacotes.

  • Endereço IP de Origem: O endereço IPv4 do remetente (32 bits).

  • Endereço IP de Destino: O endereço IPv4 do receptor (32 bits).

  • Opções: Utilizado quando o comprimento do IHL é maior que 5.

A seguir, examinaremos as características do protocolo IPv4, suas vantagens e desvantagens.

Características do IPv4

As principais características do IPv4 são:

  • Utiliza um endereço IP de 32 bits.
  • Os números são separados por pontos decimais.
  • Suporta tipos de endereço unicast, multicast e broadcast.
  • Possui uma estrutura com doze campos de cabeçalho.
  • Suporta VLSM (Variable Length Subnet Mask).
  • Utiliza ARP (Address Resolution Protocol) para mapear para o endereço MAC.
  • As redes podem ser configuradas via DHCP ou manualmente.

Vantagens e Desvantagens do IPv4

Vamos analisar as vantagens e desvantagens do IPv4:

Vantagens do IPv4:

  • Ampla distribuição e compatibilidade de rede.
  • Roteamento eficaz.
  • Codificação consistente.
  • Conexão simples com múltiplos dispositivos em rede.
  • Meio de comunicação eficaz, sobretudo em organizações multicast.

Desvantagens do IPv4:

  • Esgotamento iminente de endereços IPv4.
  • Gerenciamento trabalhoso, complexo e lento.
  • Roteamento de internet ineficiente.
  • Segurança opcional.

Estas são as vantagens e desvantagens do protocolo IPv4.

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Embora o IPv6, a versão avançada, esteja em ascensão, o IPv4 continua em uso devido à sua compatibilidade, mesmo com o esgotamento de endereços. Esperamos que este artigo tenha sido útil para o seu aprendizado sobre o que é um endereço IPv4. Deixe seus comentários ou sugestões na seção abaixo.