Che cos’è il protocollo Internet (IP)?

Per inviare dati a qualcuno sulle reti digitali, avete bisogno dell’indirizzo giusto (in questo caso l’indirizzo IP), come accade del resto quando volete inviare una lettera. Così i pacchetti vengono dotati di un indirizzo IP, proprio come si scrive un indirizzo postale sulla busta delle lettere, di modo che la lettera arrivi a destinazione. A differenza degli indirizzi postali, i loro corrispettivi digitali non sono però legati a uno specifico luogo, bensì vengono assegnati automaticamente o manualmente al dispositivo di rete al momento di stabilire una connessione. In questo processo il cosiddetto protocollo Internet ricopre un ruolo importante.

Il protocollo Internet (in inglese “Internet Protocol“, abbreviato in IP) è un protocollo senza connessione che, in qualità di componente importante della famiglia dei protocolli Internet, ovvero una collezione di circa 500 protocolli di rete, è responsabile per l’indirizzamento e la frammentazione dei pacchetti nelle reti digitali. Insieme al protocollo di trasporto TCP (Transmission Control Protocol) l’indirizzo IP rappresenta la base di Internet.

Per inviare un pacchetto dal mittente al destinatario, il protocollo Internet definisce una struttura di pacchetto che riassume i dati da inviare. Così il protocollo stabilisce in che modo possano essere descritte le informazioni sull’origine e la destinazione dei dati, separando queste informazioni nell’header IP dal carico vero e proprio. Un simile formato di pacchetto viene descritto anche come datagramma.

Nel 1974 l‘Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha pubblicato una ricerca effettuata dagli informatici statunitensi Robert Kahn e Vint Cerf, che hanno descritto un modello di protocollo per la reciproca connessione di rete del pacchetto sulla base del predecessore di Internet ARPANET. Oltre al protocollo di trasferimento TCP, anche il protocollo IP fa parte dei componenti principali di questo modello, consentendo, con uno specifico livello di astrazione, la comunicazione a partire dalle diverse reti fisiche. Successivamente sono state associate sempre più reti di ricerca sulla base di questa combinazione di protocollo, descritta come “TCP/IP”, che è stata definitivamente specificata come standard nell’RFC 791 nel 1981.

Oggigiorno chi ha a che fare con un simile indirizzo IP per rendere, ad esempio, indirizzabili i computer nella rete locale, si imbatte nelle due varianti, IPv4 e IPv6. Con questi non si indicano però la quarta e la sesta generazione del protocollo IP, anche se in passato il protocollo ha subito dei cambiamenti radicali. Infatti nel caso dell’IPv4 si tratta piuttosto della prima versione ufficiale del protocollo Internet, mentre il numero di versione deriva solamente dal fatto che viene utilizzata la quarta generazione del protocollo TCP. Il protocollo IPv6 è a sua volta il successore diretto dell’IPv4, visto che lo sviluppo del protocollo IPv5 è stato tempestivamente sospeso per motivi economici.

Tuttavia, anche se non ci sono altre release dell’IPv4 e dell’IPv6, il protocollo Internet è stato revisionato dal 1974, come già accennato, quando non esisteva ancora come protocollo autonomo e faceva ancora parte del protocollo TCP. Essenzialmente ci si era concentrati sull’ottimizzazione della connessione e dell’indirizzamento. Così è stata ad esempio aumentata già prima la lunghezza bit degli indirizzi host, portandola da 16 a 32 bit, tramite la quale lo spazio di indirizzamento è stato ampliato a circa quattro miliardi di possibili combinazioni. L’innovativo IPv6 consente di arrivare addirittura a 340 sestilioni di diversi indirizzi, cioè a un numero con 37 zeri, grazie all’ampliamento dello spazio di indirizzamento a 128 bit, con il quale si riuscirà a soddisfare per molto tempo la necessità di nuovi indirizzi Internet.

Come già accennato, il protocollo Internet si assicura che vengano antecedute a ogni pacchetto, nell’header, le proprietà strutturali importanti e che gli venga assegnato il protocollo di trasporto adeguato (solitamente quello TCP). La sezione intestazione è stata radicalmente modificata nella versione 6, motivo per cui si deve fare una distinzione tra l’header dell’IPv4 e quello dell’IPv6.

I datagrammi devono essere prima di tutto assegnati ai membri della rete, di modo che nell’header possano essere eseguite le indicazioni elementari dell’indirizzo di origine e di destinazione. In questo caso si distingue tradizionalmente tra indirizzi IP interni ed esterni o pubblici. Ai primi, che servono per la comunicazione nelle reti locali, sono destinati i tre spazi di indirizzamento:

• Da 10.0.0.0 a 10.255.255.255
• Da 172.16.0.0 a 172.31.255.255
• Da 192.168.0.0 a 192.168.255.255

Per le reti IPv6 è previsto il prefisso “fc00::/7”. Gli indirizzi di questi campi non vengono instradati su Internet e possono perciò essere selezionati liberamente e utilizzati nelle reti private o aziendali. L’assegnazione di un indirizzo avviene tramite inserimento manuale o automatico non appena un dispositivo si collega alla rete, a patto che l’assegnazione di indirizzo automatica sia attiva e venga utilizzato un server DHCP. Inoltre, grazie a una maschera di sottorete, una simile rete locale può essere segmentata in altri campi.

Gli indirizzi IP esterni vengono assegnati ai router automaticamente dal rispettivo provider quando si connettono a Internet. Tutti i dispositivi, che si trovano in rete tramite un router in comune, ricorrono in breve allo stesso IP esterno. Di solito i provider assegnano un nuovo indirizzo Internet ogni 24 ore da uno spazio di indirizzamento che è stato loro assegnato, a sua volta, dalla IANA. Ciò vale per l’arsenale quasi inesauribile di indirizzi IPv6 che sono rilasciati solo in parte per un normale utilizzo. Inoltre non viene solo fatta una suddivisione in indirizzi privati e pubblici, bensì emergono, grazie a possibilità di classificazione essenzialmente più versatili, anche i cosiddetti campi di validità (Address Scopes):

• Host scope: un host può utilizzare l’indirizzo indicato come loopback 0:0:0:0:0:0:0:1 per inviare i datagrammi IPv6 a se stesso.
  
  
• Link local scope: per la connettività dell’IPv6 è fondamentale che ogni host disponga di un proprio indirizzo, anche se è valido solo in una rete locale. Questo indirizzo link local è segnalato tramite il prefisso “fe80::/10“ ed è ad esempio necessario per la comunicazione con lo standard gateway (router) per poter generare un indirizzo IP pubblico.
  
  
• Unique local scope: si tratta di uno spazio di indirizzamento già tematizzato “fc00::/7“, dedicato esclusivamente alla configurazione delle reti locali.
  
  
• Site local scope: il Site Local Scope è nel frattempo uno spazio di indirizzamento più datato con il prefisso “fec0::/10”, che è stato ugualmente definito per le reti locali. Dall’unione di diverse reti o all’interno delle connessioni VPN tra le reti, che erano numerate con gli indirizzi site local, si è giunti però a delle complicazioni, motivo per cui lo standard è stato classificato come superato.
  
  
• Global scope: ogni host che vorrebbe instaurare una connessione con Internet ha bisogno almeno di un proprio indirizzo pubblico che l’host desume per autoconfigurazione, ricorrendo allo SLAAC (configurazione di indirizzo senza stato) o al DHCPv6 (configurazione di indirizzo orientata allo stato).
  
  
• Multicast scope: i nodi di rete, i router, i server e gli altri servizi di rete possono essere raccolti con l’IPv6 in gruppi multicast. Ognuno di questi gruppi dispone di un proprio indirizzo tramite il quale si possono raggiungere tutti gli host coinvolti con un singolo pacchetto.

Tutte le volte che un pacchetto deve essere inviato tramite TCP/IP avviene automaticamente una verifica delle dimensioni totali: se queste superano l’unità di trasmissione massima (“Maximum Transmission Unit” in inglese) della corrispettiva interfaccia di rete, le informazioni vengono frammentate, quindi scomposte in blocchi di dati più piccoli. Questo compito è assunto dall’host che invia (IPv6) o un router intermedio (IPv4). Il pacchetto viene unito di default dal destinatario, per cui ricorre alle informazioni di frammentazione memorizzate nell’header IP o nell’Extension Header. In casi eccezionali il Reassembling (in italiano: “riassemblamento”) può essere intrapreso da un firewall, a patto che sia configurato adeguatamente.  

Visto che in generale l’IPv6 non prevede più la frammentazione e questa non è neanche più permessa dal router, il pacchetto IP deve avere una dimensione adeguata già prima di essere inviato. Se i datagrammi IPv6 che vanno oltre la Maximum Transmission Unit raggiungono un router, quest’ultimo li rigetta e informa il mittente sotto forma di un messaggio ICMPv6 di tipo 2 “Packet too big” (in italiano “Il pacchetto [è] troppo grande). L’applicazione che invia i dati può creare pacchetti più piccoli, non frammentati, o avviare una frammentazione. Infine al pacchetto IP viene aggiunto l’Extension Header adeguato, di modo che dopo la ricezione l’host di destinazione possa ricomporre anche i singoli frammenti.