IPv4 — Visão Geral

O IPv4 (Internet Protocol version 4) é a quarta versão do Protocolo de Internet e a primeira a ser amplamente implantada em escala global. Padronizado em 1981 pela RFC 791 (que substituiu a RFC 760 de 1980), o IPv4 permanece até hoje como o protocolo dominante na camada de rede da internet, apesar de o esgotamento de seu espaço de endereçamento já ter sido declarado oficialmente em 2011.

Este documento serve como síntese da pasta IPv4 — contextualização histórica, características principais, estruturas de endereçamento e visão integrada dos temas tratados nos arquivos irmãos desta seção.

1. Histórico

Linha do Tempo das RFCs

O IPv4 foi projetado para uma internet de poucos milhares de hosts (ARPANET). Suas decisões arquiteturais — 32 bits, classes, fragmentação em roteadores — refletem o hardware e as expectativas de 1981, e hoje são consideradas obsoletas pela prática moderna.

2. A Anatomia do Endereço IPv4

Um endereço IPv4 é um número binário de 32 bits, tradicionalmente representado em decimal pontuado — quatro octetos (8 bits cada) separados por pontos.

• Menor endereço possível: 0.0.0.0 (00000000.00000000.00000000.00000000)
• Maior endereço possível: 255.255.255.255 (11111111.11111111.11111111.11111111)
• Total teórico: $2^{32} = 4.294.967.296$ endereços (4,3 bilhões).

Divisão Lógica: Rede + Host

Cada endereço IPv4 é dividido em duas porções:

O tamanho de cada porção é definido pela máscara de sub-rede (decimal) ou pela notação CIDR (ex: /24).

3. Modelo de Serviço

O IPv4 segue o paradigma de Best-Effort:

1. Sem conexão (connectionless): não há estabelecimento de sessão prévia. Cada pacote é tratado independentemente.
2. Independência de meio: opera sobre Ethernet, Wi-Fi, fibra, satélite, PPP, frame relay, etc.
3. Não confiável (unreliable): não garante entrega, ordem ou ausência de duplicação. A confiabilidade fica a cargo de L4 (TCP) ou da aplicação.
4. Sem estado (stateless): roteadores não mantêm informação sobre fluxos.

4. Classes de Endereço (Histórico)

O modelo original (RFC 790) dividia o espaço IPv4 em 5 classes, identificadas pelos primeiros bits do primeiro octeto:

Por que as classes morreram

O modelo de classes desperdiçava espaço (uma empresa com 1000 hosts recebia uma Classe B com 65 mil endereços). Em 1993, a RFC 1519 (CIDR) aboliu o uso estrito das classes: roteadores passaram a exigir a máscara explicitamente em cada rota. Hoje, "Classe A/B/C" é apenas referência histórica — o que importa é o tamanho do prefixo CIDR.

5. Tópicos Cobertos na Pasta IPv4

A pasta 01 - IPv4 está estruturada em 10 subtópicos:

1. Características Técnicas — 32 bits, octetos, representação binária/decimal.
2. Hierarquia de Endereço — separação Rede/Host, máscara de sub-rede.
3. Classes de Endereço — modelo histórico A/B/C/D/E, transição para CIDR.
4. Tipos de Endereço — rede, broadcast, loopback, host, APIPA.
5. Máscara de Sub-Rede e CIDR — AND bit-a-bit, tabela CIDR completa, wildcard.
6. Subnetting e VLSM — FLSM vs VLSM, RFC 950/1009, planejamento.
7. IPs Públicos e Privados (RFC 1918) e NAT — faixas privadas, NAT/PAT, Carrier-Grade NAT.
8. APIPA — autoconfiguração em 169.254.0.0/16, detecção de falhas DHCP.
9. Fragmentação de Pacotes e MTU — campos DF/MF/MF, PMTUD, MSS clamping.
10. IPv4 — Visão Geral (este documento).

6. Conceitos-Chave por Subtópico

Características Técnicas

• 32 bits em 4 octetos, representação decimal pontuada.
• Cabeçalho de 20 a 60 bytes (variável, com opções raramente usadas).
• Campos: Version, IHL, ToS, Total Length, Identification, Flags (DF/MF), Fragment Offset, TTL, Protocol, Header Checksum, Src/Dst.

Máscara de Sub-Rede e CIDR

• Máscara decimal (255.255.255.0) ou CIDR (/24).
• Tabela CIDR completa de /0 (default route) a /32 (host único).
• Cálculo mental: $256 - \text{octeto da máscara} = \text{tamanho da sub-rede}$.
• Wildcard masks (Cisco ACLs): complemento bit-a-bit da máscara.

Subnetting e VLSM

• FLSM: todas as sub-redes têm o mesmo tamanho (RFC 950 clássico).
• VLSM: sub-redes de tamanhos diferentes dentro da mesma rede (RFC 1009, 1812).
• Aplicações: campus, datacenter, filiais, cloud.

IPs Públicos e Privados

• Públicos: roteáveis globalmente, atribuídos por IANA/RIR.
• Privados (RFC 1918): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16. Reutilizáveis em milhões de redes.
• NAT/PAT: tradução na borda, conversão de muitos privados para um público (porta diferenciadora).
• Carrier-Grade NAT (RFC 6598): 100.64.0.0/10 — operadoras usam NAT duplo.

APIPA

• Faixa 169.254.0.0/16 para autoconfiguração quando não há DHCP.
• Hosts escolhem aleatoriamente e verificam conflito via ARP.
• Indicador visual de falha de DHCP.

Fragmentação e MTU

• MTU Ethernet padrão: 1500 bytes.
• IPv4 permite fragmentação em roteadores intermediários (caro em CPU).
• Flags DF (Don't Fragment) e MF (More Fragments).
• PMTUD (RFC 1191) descobre o MTU mínimo do caminho.

7. Esgotamento do IPv4 e Estratégias de Sobrevida

Com apenas 4,3 bilhões de endereços, o estoque se esgotou:

• IANA: pool esgotado em 3 de fevereiro de 2011.
• APNIC: 15 de abril de 2011.
• RIPE NCC: 3 de setembro de 2012.
• LACNIC: 11 de junho de 2014.
• ARIN: 24 de setembro de 2015.
• AFRINIC: 31 de março de 2020 (último RIR).

Mecanismos de Sobrevida

8. Comparação com IPv6

9. O Futuro do IPv4

O IPv4 não vai desaparecer tão cedo. Mecanismos como 464XLAT (RFC 6877), DS-Lite (RFC 6333), MAP-E/MAP-T permitem que redes IPv6-only acessem conteúdo IPv4-only. Em ambientes corporativos, o dual-stack continuará por décadas. No entanto, todo novo projeto de rede deve considerar o IPv6 como cidadão de primeira classe — não como complemento opcional.

10. Conclusão

O IPv4 é o protocolo que conectou o mundo. Apesar de suas limitações (32 bits, classes obsoletas, dependência de NAT), suas decisões arquiteturais — simplicidade, robustez, independência de meio — provaram-se suficientes para sustentar a internet por mais de 40 anos. Compreender o IPv4 em profundidade é pré-requisito para qualquer engenheiro de redes: o subnetting, a máscara, o CIDR, o NAT e o ARP são ferramentas cotidianas que sobreviverão à transição para o IPv6. Os 9 subtópicos desta pasta cobrem o conhecimento essencial para projetar, configurar e diagnosticar redes IPv4 modernas.