Che cos’è l’indirizzo IPv4?

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Il protocollo IPv4 rappresenta la prima iterazione del protocollo Internet, introdotto dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti tramite la sua rete ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Una delle sue caratteristiche fondamentali è la capacità di generare miliardi di indirizzi IP. Nonostante sia stato lanciato nel lontano 1983, l’aumento dei dispositivi IoT ha portato a una situazione di potenziale esaurimento degli indirizzi IPv4. In questo articolo, esploreremo non solo l’indirizzo IPv4, ma anche i suoi pro e i suoi contro.

Cos’è un indirizzo IPv4?

L’IPv4, prima versione del protocollo Internet, sfrutta uno spazio di indirizzi a 32 bit, risultando l’indirizzo IP più diffuso. Questo indirizzo a 32 bit è rappresentato da quattro numeri decimali, ognuno separato da un punto. Ogni gruppo di numeri è denominato ottetto, con valori che variano da 0 a 255. L’IPv4 può generare circa 4,3 miliardi di indirizzi IP unici. Un esempio di indirizzo IPv4 è 234.123.42.65. In seguito, analizzeremo come convertire un indirizzo IPv4 in codice binario attraverso il processo di conversione da IPv4 a binario.

Struttura dell’IPv4

Un indirizzo IP è diviso in tre segmenti principali:

  • Rete: Questa porzione dell’indirizzo IP indica la rete a cui l’indirizzo appartiene. La parte a sinistra dell’indirizzo IP è definita la parte di rete.

  • Host: La porzione Host di un indirizzo IP è generalmente variabile per identificare univocamente il dispositivo sulla rete Internet. La parte di rete rimane invece simile per ogni host all’interno della stessa rete.

Per esempio, le parti Rete e Host dell’indirizzo IP (234.123.42.65) sono:

234
123
42
65
Parte di rete
Parte host

  • Numero di sottorete: Rappresenta una parte facoltativa dell’indirizzo IP e consiste nella suddivisione di un indirizzo IP in porzioni più piccole. Ciò facilita l’interconnessione delle reti e riduce il traffico.

Conversione di Indirizzi IPv4 in Codice Binario

Nonostante l’uso di indirizzi IPv4 come numeri decimali a 32 bit, i computer e le reti operano tramite il linguaggio binario. Vediamo ora come un indirizzo IP viene convertito in binario tramite il processo di conversione da IPv4 a binario. Come precedentemente spiegato, gli ottetti sono composti da bit, e a ogni bit corrisponde un numero. Utilizzeremo una tabella di ottetti a 8 bit, con numeri che rappresentano il valore di ogni singolo bit.

Consideriamo l’indirizzo IP: 234.123.42.65, che tradurremo in binario usando la tabella degli ottetti. Ogni bit nell’ottetto è espresso come 1 o 0. Il primo ottetto, 234, si ottiene sommando i numeri 128+64+32+8+2. Quindi, i numeri utilizzati nella somma vengono rappresentati con 1, i restanti con 0.

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

Pertanto, il numero binario per 234 è 11101010. Lo stesso processo viene ripetuto per ogni ottetto.

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

La forma binaria dell’indirizzo IP 234.123.42.65 è quindi: 11101010.01111011.00101010.01000001

Modello IPv4-OSI

L’Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione ha definito il modello OSI per i sistemi di comunicazione, dove OSI sta per Open System Interconnection. Questo modello è composto da livelli che illustrano come un sistema dovrebbe comunicare con altri attraverso diversi protocolli. Ogni livello ha un ruolo vitale nel sistema di comunicazione. Il modello OSI include i seguenti livelli:

  • Applicazione (livello 7): Il livello dell’applicazione, il più vicino all’utente, ha la funzione principale di ricevere e visualizzare i dati da e verso gli utenti. Questo livello consente la comunicazione attraverso i livelli inferiori con l’applicazione all’altra estremità, come ad esempio TelNet e FTP.

  • Presentazione (livello 6): Il livello di presentazione è adibito all’elaborazione. L’elaborazione include la conversione dei dati dal formato dell’applicazione al formato di rete, e viceversa, ad esempio, attraverso la crittografia e la decrittografia dei dati.

  • Sessione (livello 5): Il livello di sessione entra in gioco quando due computer devono comunicare. Le sessioni sono create nel caso in cui sia necessaria una risposta da parte dell’utente. Questo livello è incaricato della configurazione, del coordinamento e della conclusione della sessione, come ad esempio la verifica della password.

  • Trasporto (livello 4): Il livello di trasporto si occupa di tutti gli aspetti della trasmissione dei dati da una rete all’altra, come quantità, velocità e destinazione. TCP/IP e UDP operano a questo livello. Riceve i dati dai livelli superiori, li divide in segmenti e li invia al livello di rete.

  • Rete (livello 3): Il livello di rete gestisce l’indirizzamento dei pacchetti o segmenti di dati alla loro destinazione. In particolare, questo livello seleziona il percorso più efficiente per raggiungere la meta corretta.

  • Collegamento dati (livello 2): Il livello di collegamento dati trasferisce i dati dal livello fisico (il primo) ai livelli superiori, correggendo eventuali errori durante il trasferimento.

  • Fisico (livello 1): Il livello fisico, l’ultimo nel modello OSI, comprende la struttura di comunicazione e componenti hardware come tipo e lunghezza dei cavi, disposizione dei pin, voltaggio, eccetera.

Struttura del Pacchetto IPv4

Un pacchetto IPv4 si compone di due parti: un’intestazione e i dati veri e propri. Può contenere fino a 65.535 byte. La lunghezza di un’intestazione IP può variare da 20 a 60 byte. L’intestazione include l’host e l’indirizzo di destinazione, insieme ad altri campi informativi che assistono il pacchetto dati nel raggiungimento della destinazione.

Intestazione del pacchetto IPv4

Un’intestazione di pacchetto IPv4 include 13 campi obbligatori. Esaminiamo tali campi e le loro funzioni:

  • Versione: Campo a 4 bit che fornisce informazioni sulla versione IP corrente in uso.

  • Lunghezza Intestazione Internet (IHL): Indica la lunghezza completa dell’intestazione IP.

  • Tipo di servizio: Questo campo fornisce informazioni sulla sequenza dei pacchetti in trasmissione.

  • Lunghezza totale: Indica la lunghezza totale dell’intestazione IP. La dimensione minima è di 20 byte, mentre la massima è di 65.535 byte.

  • Identificazione: Aiuta a identificare le diverse parti dei pacchetti che vengono separate durante la trasmissione dei dati.

  • ECN: Explicit Congestion Notification. Questo campo è responsabile del controllo del sovraccarico di pacchetti lungo il percorso di trasmissione.

  • Flag: Campo a 3 bit che indica se un pacchetto IP deve essere frammentato o meno, basandosi sulla dimensione dei dati.

  • Fragment Offset: Campo a 13 bit che permette di sequenziare e posizionare i dati frammentati in un pacchetto IP.

  • Time to Live (TTL): Insieme di valori inviati con ogni pacchetto di dati per evitare la circolazione infinita del pacchetto. Il valore numerico decresce di uno a ogni passaggio attraverso un router. Quando il valore TTL raggiunge 1, il pacchetto IP viene scartato.

  • Protocollo: Campo a 8 bit che indica a quale protocollo appartiene un pacchetto IP.

  • Header Checksum: Si occupa dell’individuazione di errori di comunicazione nelle intestazioni e pacchetti di dati ricevuti.

  • Indirizzo IP di origine: Campo a 32 bit che rappresenta l’indirizzo IPv4 del mittente.

  • Indirizzo IP di destinazione: Campo a 32 bit che rappresenta l’indirizzo IPv4 del destinatario.

  • Opzioni: Questo campo è attivo se la lunghezza dell’DIU è maggiore di 5.

Ora, analizziamo le caratteristiche del protocollo IPv4, oltre ai suoi vantaggi e svantaggi.

Caratteristiche di IPv4

Di seguito sono elencate le caratteristiche distintive di IPv4:

  • IPv4 impiega indirizzi IP a 32 bit.
  • I numeri nell’indirizzo sono separati da un punto decimale.
  • Include indirizzi unicast, multicast e broadcast.
  • La sua struttura è formata da dodici campi di intestazione.
  • Supporta la subnet mask di lunghezza variabile (VLSM).
  • Utilizza il Post Address Resolution Protocol per la mappatura all’indirizzo Mac.
  • Le reti sono progettate con DHCP (Dynamic Host Configuration Program) o tramite configurazione manuale.

Pro e Contro di IPv4

Consideriamo ora i vantaggi e gli svantaggi dell’IPv4:

Vantaggi di IPv4

  • L’allocazione di rete e la compatibilità di IPv4 sono efficaci.
  • Dispone di un sistema di routing efficiente.
  • Gli indirizzi IPv4 forniscono una codifica accurata.
  • Consente una facile connessione di più dispositivi all’interno di una rete.
  • È un mezzo di comunicazione preciso, specialmente nelle organizzazioni multicast.

Svantaggi di IPv4

  • Gli indirizzi IPv4 sono in via di esaurimento.
  • La gestione del sistema IPv4 è laboriosa, complessa e lenta.
  • Garantisce un routing Internet inefficiente.
  • La sua funzionalità di sicurezza è opzionale.

Questi sono, quindi, i pro e i contro del protocollo IPv4.

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In risposta a queste limitazioni, è stata sviluppata una versione avanzata di IPv4, chiamata IPv6. Nonostante l’esaurimento degli indirizzi IPv4, questo protocollo continua a essere utilizzato per la sua elevata compatibilità. Speriamo che questo articolo abbia fornito una chiara spiegazione di cos’è l’indirizzo IPv4. Lascia pure le tue domande o suggerimenti nella sezione commenti qui sotto.