Os dispositivos de computação modernos geralmente estão conectados à Internet. Esta vasta fonte de dados é acessível graças a uma ampla gama de protocolos e padrões de comunicação. O endereço IP sustenta todos eles. Um endereço IP é um endereço digital para um dispositivo de computação que permite que ele se comunique por meio de conexões de rede. Criticamente, ele fornece comunicação entre redes, o que permitiu à Internet formar uma vasta malha de redes interconectadas.
Da mesma forma, uma carta precisa ter um endereço no envelope para ser entregue no local certo, um pacote de rede precisa de um endereço IP de destino para ser entregue no dispositivo correto. A Internet e seu precursor, a ARPANET, são baseados em uma estrutura de endereços chamada IPv4, ou Internet Protocol versão 4. Embora isso agora esteja sendo substituído pelo IPv6.
O esquema de endereçamento original – IPv4
IPv4 é o esquema de endereços padrão da maior parte da Internet e tem sido desde o seu início. Os endereços IPv4 são definidos com 32 bits binários. Para torná-los legíveis para humanos, eles geralmente são exibidos em um formato chamado de dotted-quad ou notação de ponto-decimal. Um exemplo de endereço IPv4 seria 192.168.0.2.
Diz-se que o formato legível do IPv4 acima tem quatro octetos porque cada uma das seções separadas por pontos tem 8 bits. Cada octeto pode ter um valor entre 0 e 255. Isso significa que há um total de 232 ou 4.294.967.296 endereços IPv4 possíveis. Isso pode parecer muito e foi presumido assim nos primeiros dias da Internet. Na realidade, porém, a Internet teve uma aceitação colossal, e agora há muito mais dispositivos do que endereços IP.
Esgotamento do Espaço de Endereço
Nos primeiros dias da Internet, o PC não era uma coisa. Supunha-se que as redes só seriam encontradas em grandes organizações, pois eram as únicas que podiam comprar computadores. Para seguir essa linha de pensamento, grandes blocos de endereços IP foram atribuídos às organizações que os solicitaram.
O PC mudou tudo isso e trouxe computadores para dentro de casa. Essa mudança significava que agora havia muitas redes menores em vez de algumas redes grandes. Isso significava que o método de alocação de endereços IP precisava mudar. A rede classful era uma maneira de dividir as grandes redes em pedaços menores. Este foi um uso mais eficiente do espaço de endereço, mas ainda teve um problema com pequenas e médias organizações que precisavam obter uma alocação de rede intermediária que geralmente era muito maior do que era requeridos.
Uma década depois, a rede classful foi substituída pelo CIDR ou Classless Inter-Domain Routing. Isso permitiu um controle muito mais preciso sobre o tamanho das redes alocadas e é usado até hoje. Ele funciona definindo uma rede com um segundo endereço chamado máscara de sub-rede. A máscara de sub-rede tem a mesma estrutura. Mas cada bit binário que representa o endereço de rede é definido como 1 e cada bit binário que pode ser usado para denotar hosts nessa rede é definido como 0.
Ainda assim, a popularidade da Internet continuou a ameaçar esgotar completamente o espaço de endereços. Enquanto mais alguns truques foram implementados, como espaços de endereços privados e NAT. A solução real é uma transição para o IPv6.
O Sucessor – IPv6
Os endereços IPv6 são bem diferentes dos endereços IPv4. Um exemplo de endereço IPv6 pode ser semelhante a este fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. O endereço completo agora é composto de 128 bits em vez de 32. Isso oferece 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 ou 340 trilhões de trilhões de trilhões de endereços IPv6 exclusivos, mais do que suficiente para estar protegido contra o esgotamento do espaço de endereço, como o IPv4.
Ao contrário do IPv4, que possui números decimais separados por pontos, o IPv6 usa hexadecimal e dois pontos. Em alguns casos, você pode ver o endereço compactado para parecer mais curto. Para facilitar a leitura e a escrita, o maior bloco contínuo de zeros pode ser omitido, deixando os dois-pontos de cada lado. Isso reduz o endereço para fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
O IPv6 teve um longo caminho para a padronização, primeiro com um projeto de padrão publicado em 1998 e, finalmente, sendo padronizado em 2017. Nesse período de tempo, houve uma aceitação mínima, apesar da estabilidade do padrão preliminar e da crescente urgência de esgotamento do espaço de endereços IPv4.
A partir de 2022, o espaço de endereços IPv4 foi completamente esgotado e nenhum novo endereço pode ser alocado. Felizmente, agora houve um aumento no suporte IPv6 em servidores, dispositivos de usuário e middleboxes. O Google fornece estatísticas diárias para a quantidade de tráfego que ele vê que usa IPv6. No momento em que escrevo, isso fica em torno de 40% e vem aumentando constantemente desde 2017.
Endereços reservados
Um dos truques usados para evitar o esgotamento do espaço de endereço era tratar determinados grupos de endereços de maneira diferente. Alguns endereços foram reservados para uso futuro e outros foram reservados para uso como endereço de loopback. Os intervalos mais importantes, porém, eram os intervalos de endereços privados. Esses intervalos de endereços: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.1/16 foram designados como confidenciais. Qualquer rede pode usar esses intervalos de endereços internamente.
O fator crítico aqui foi que esses endereços privados só podem ser usados para comunicação de rede local, não podem ser usados entre redes. Isso significa que os dispositivos internos não precisam usar o suprimento raro e cada vez menor de endereços IPv4 públicos. Claro que isso torna a comunicação fora da rede mais complicada, mas não impossível graças ao NAT.
NAT, ou Tradução de Endereço de Rede, e PAT associado (Tradução de endereço de porta) é um protocolo que permite que um roteador tenha um único endereço IP público e, em seguida, converta de maneira inteligente qualquer tráfego de saída para usar seu próprio endereço IP público. O roteador precisa acompanhar qual comunicação veio de qual dispositivo para que possa retornar a resposta para o endereço correto, mas o sistema funcionou perfeitamente.
Com espaços de endereços privados, as redes internas NAT e PAT passaram de usar um endereço IP público para cada dispositivo para usar um total de endereços públicos.
O IPv6 também contém espaços de endereço reservados semelhantes para redes internas. Qualquer endereço IPv6 que comece com “fe80” é um endereço privado “link local”.
Conclusão
Um endereço IP é usado para identificar um dispositivo de computador em – e permitir que ele se comunique – em uma rede de computadores. Os endereços IPv4 são padrão, mas estão sendo substituídos pelos endereços IPv6 mais longos porque o IPv4 ficou sem endereços possíveis para atribuir a novos dispositivos conectados à Internet.
Alguns intervalos de endereços exclusivos são endereços IP privados. Endereços privados podem ser usados em qualquer rede, mas não podem ser usados para comunicação direta entre redes. Os endereços IP em uma rede geralmente são atribuídos por um roteador usando DHCP ou Dynamic Host Control Protocol.