Protocolo IP

Conceito de protocolos

Para a Ciência da Computação, um protocolo é uma convenção que controla e possibilita uma conexão, comunicação, transferência de dados entre dois sistemas computacionais. Eles podem ser definidos como "as regras que governam" a sintaxe, semântica e sincronização da comunicação. Os protocolos podem ser implementados pelo hardware, software ou por uma combinação dos dois.

O IP (Internet Protocol, ou em português, Protocolo da Internet) é o principal protocolo de comunicação da Internet. Ele é o responsável por endereçar e encaminhar os pacotes que trafegam pela rede mundial de computadores. Ele é um protocolo de comunicação usado entre todas as máquinas em rede para encaminhamento dos dados. Tanto no Modelo TCP/IP, quanto no Modelo OSI, o importante protocolo da internet IP está na camada intitulada camada de rede.

O protocolo IP faz parte da camada Internet da sequência de protocolos TCP/IP. Ele é um dos protocolos mais importantes da Internet, porque permite a elaboração e o transporte dos datagramas IP (os pacotes de dados) sem, contudo, assegurar a entrega dos pacotes de dados. O protocolo IP trata os datagramas IP independentemente, definindo a sua representação, seu encaminhamento e seu envio.

Características do IP

● Serviço de datagrama não confiável

● Endereçamento Hierárquico

● Facilidade de Fragmentação e Remontagem de pacotes

● Identificação da importância do datagrama e do nível de confiabilidade exigido

● Identificação da urgência do datagrama

● Roteamento adaptativo

● Descarte e controle do tempo de vida dos pacotes

Formato do datagrama IPv4

Versão  (4 bits)	Comprimento de cabeçalho  (4 bits)	Tipo de serviço  (8 bits)	Comprimento total  (16 bits)
Identificação  (16 bits)			Bandeira  (3 bits)	Desfasamento de fragmento  (13 bits)
Duração de vida  (8 bits)		Protocolo  (8 bits)	Soma de controle cabeçalho  (16 bits)
Endereço IP de origem (32 bits)
Endereço IP de destino (32 bits)
Opções (se houver)
Dados

•  Versão (4bits): trata-se da versão do protocolo IP utilizada usada para identificar o formato do cabeçalho da internet e para verificar a validade do datagrama. Ela é codificada em 4 bits. 

• Comprimento de cabeçalho ou IHL (Internet Header Length): trata-se do número de palavras de 32 bits que constitua o cabeçalho (o valor mínimo é 5). Este campo é codificado em 4 bits. 

• Tipo de serviço ou Type of Service (8 bits): indica a maneira segundo a qual o datagrama deve ser tratado, parâmetros de qualidade do serviço. 

• Comprimento total ou Total Length (16 bits): indica a dimensão total do datagrama em bytes. A dimensão deste campo é de 2 bytes, a dimensão total da datagrama não pode exceder 65.536 bytes. Utilizado juntamente com a dimensão do cabeçalho, este campo permite determinar onde estão situados os dados.

• Identificação, bandeiras (flags) e deslocamento de fragmento: são campos que permitem a fragmentação dos datagramas, e que serão explicados abaixo. 

• Tempo de vida ou TTL (Time To Live (8 bits)): este campo indica o número máximo de switches (roteadores) através dos quais o datagrama pode passar. Assim, este campo é reduzido a cada passagem no roteador, quando este atinge o valor crítico de 0, o roteador destrói o datagrama. Isto evita o congestionamento da rede pelos datagramas perdidos. 

• Protocolo ou Protocol (8 bits): este campo, em codificação decimal, permite saber de que protocolo procede o datagrama. Alguns tipos de protocolo e seus respectivos códigos são ICMP (1), IGMP (2), TCP (6) e UDP (17).

• A Soma de controle do cabeçalho ou Header Checksum (16 bits): este campo contém um valor codificado de 16 bits, que permite controlar a integridade do cabeçalho a fim de determinar se este não foi alterado durante a transmissão. A soma de controle é o complemento de todas as palavras de 16 bits do cabeçalho (campo soma de controle excluído). Isto é feito para que, quando for feita a soma dos campos do cabeçalho (soma de controlo incluída), seja obtido um número com todos os bits posicionados em 1. 

• Endereço IP de origem ou Source Address (32 bits): este campo representa o endereço IP do computador emissor e permite que o destinatário responda. 

• Endereço IP de destino ou Destination Address (32 bits): endereço IP do destinatário da mensagem. 
• Opções ou Options: permite que o cabeçalho IP seja ampliado, ele é raramente utilizado e nem é recomendada a sua utilização. 
• Dados: é o mais importante campo do datagrama é onde contém o seguimento da camada de transporte. 

Função do IP

O Protocolo IP é responsável por realizar a transmissão de blocos de dados (datagramas) na rede e fornecer a fragmentação e remontagem de datagramas caso seja necessário a transmissão através de redes de pequeno porte.

O protocolo IP determina o destinatário da mensagem graças a três campos, quais sejam o campo endereço IP, que é o endereço do computador, o campo máscara de sub-rede, que permite ao endereço IP determinar a parte do endereço que se refere à rede e o campo gateway estreita por padrão, que permite ao protocolo Internet saber qual o computador que vai receber o datagrama, caso o computador de destino não esteja na rede local. 

A codificação IP faz parte da camada IP da sequência TCP/IP. Ela visa garantir o encaminhamento de um datagrama IP através de uma rede, tomando o caminho mais curto. Esta função é garantida por máquinas chamadas roteadores, ou seja, máquinas conectadas, que ligam, pelo menos, duas redes. 

Máscaras

As Máscaras de Rede foram criadas para dividir as redes IP em sub-redes. A Máscara de rede determina até qual dígito define a sub-rede e a partir de qual, tem-se os endereços de estações dentro das sub-redes. A máscara de rede possui 32 bits, assim como os endereços e são definidas como 1 para os bits correspondentes à rede e como 0 para as estações. Assim, possibilitou-se a criação de diversas redes fragmentando uma classe A ou agregando diversas classes C. Normalmente, expressa-se a máscara pelo número decimal correspondente aos 8 bits, por exemplo, o octeto 11111111 é apresentado como 255 e o octeto 11110000 é apresentado como 240.

No IPv4, no entanto, existem alguns endereços reservados. Toda a rede classe A, 127.0.0.0, com máscara de rede 255.0.0.0, é reservada para endereços locais na mesma máquina. Os endereços das redes 10.0.0.0/255.0.0.0, 172.16.0.0/255.240.0.0 e 192.168.0.0/255.255.0.0 são reservados para redes privadas, ou seja, não são vistos na Internet nem encaminhados pelos roteadores. Esses endereços costumam ser usados em redes internas, que utilizam o NAT (Network Address Translation) para compartilhar um endereço de IP público com diversos equipamentos, que utilizam endereços privados. Por fim, os endereços 224.0.0.0/240.0.0.0 são reservados para IP Multicast.

IPv6

IPv6 é a versão mais atual do Protocolo de Internet. Foi oficializada em junho de 2012 e está sendo implantada gradativamente para funcionar junto com o IPv4 numa situação chamada "dual stack". Os endereços IPv6 são normalmente escritos como oito grupos de 4 dígitos hexadecimais. Por exemplo, 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344.

Com 128 bits é possível endereçarmos 2^128 dispositivos diferentes. Foi calculado que com esse número dá para termos 1.564 endereços IP por metro quadrado da superfície do planeta terra.

Além de oferecer mais endereços, o IPv6 também implementa recursos não presentes no IPv4. Ele simplifica aspectos da atribuição de endereços (autoconfiguração de endereço sem estado), renumeração de rede e anúncios de roteador ao alterar os provedores de conectividade de rede. Ele simplifica o processamento de pacotes em roteadores, colocando a responsabilidade pela fragmentação de pacotes nos pontos finais.

O IPv6 não especifica recursos de interoperabilidade com o IPv4, mas essencialmente cria uma rede independente e paralela. A troca de tráfego entre as duas redes requer gateways de tradutores empregando um dos vários mecanismos de transição, como NAT64, ou um protocolo de tunelamento como 6to4, 6in4 ou Teredo.

Formato do datagrama IPv6

Um pacote IPv6 tem duas partes: cabeçalho (header) e dados (payload).

O cabeçalho consiste em uma parte fixa com funcionalidade mínima necessária para todos os pacotes e pode ser seguida por extensões opcionais para implementar recursos especiais.

O cabeçalho fixo ocupa os primeiros 40 octetos (320 bits) do pacote IPv6. Ele contém os endereços de origem e de destino, as opções de classificação de tráfego, um contador de saltos e o tipo de extensão opcional ou payload que segue o cabeçalho. Este próximo campo de cabeçalho informa ao receptor como interpretar os dados que seguem o cabeçalho. Se o pacote contiver opções, este campo contém o tipo de opção da próxima opção. O campo "next header" da última opção, aponta para o protocolo de camada superior que é carregado no payload do pacote.

Referências

https://www.citisystems.com.br/protocolo-tcp-ip/

http://br.ccm.net/contents/276-o-protocolo-ip

http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/05/o-que-e-ip.html

http://www.dltec.com.br/blog/redes/subrede-ip-mascaras-possiveis-e-quantidades-para-classes-a-b-e-c-curso-ccna/

https://pt.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Internet

http://www.devmedia.com.br/como-funciona-o-protocolo-ip/17494

https://terminaldeinformacao.com/2013/04/08/ipv6-ou-ipv4/

http://www.techsutram.com/2009/03/differences-ipv4-vs-ipv6.html