IPV6

As necessidades e características de um novo protocolo.

Com o aumento do acesso à internet ocorreu o esgotamento do protocolo IPv4 sendo necessário desenvolver uma nova versão do protocolo de comunicação surgindo o protocolo IPv6.

Fonte: Shutterstock.

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Praticar para aprender

A direção da escola Escola 1_A está muito satisfeita com os trabalhos realizados pela sua equipe até o momento. Os gestores, sempre preocupados em manter a qualidade da instituição, solicitaram uma reunião para garantir que a rede da escola tenha boa qualidade para atender às necessidades dos estudantes.

Em razão do grande volume de arquivos gerados pelos departamentos, foi adicionado um servidor na rede, conforme pode ser observado na Figura 3.1:

Porém, como a infraestrutura da escola já contava com as duas versões do protocolo de comunicação IP, configurado nos dispositivos para garantir o acesso aos arquivos, faz-se necessário efetuar a configuração do IPv6 no servidor.

Para isso, você deverá utilizar a técnica de tradução NAT (Network Address Translation) no IP destinado ao servidor (172.16.31.55) para que seja posteriormente configurado no dispositivo. 

Ao utilizar uma das técnicas que permitem a coexistência e a interoperabilidade entre os protocolos IPv4 e IPv6, você poderá planejar e implementar redes preparadas para atender às necessidades nesse período em que as duas versões do protocolo IP terão que coexistir. Dessa forma, será necessário apresentar os cálculos para conversão de endereço IPv4 para IPv6 no formato de relatório. 

O projeto da escola Escola 1_A está chegando ao fim. Você está preparado para enfrentar mais esse desafio?

conceito-chave

Com o aumento do acesso à internet na maioria dos municípios, os novos serviços multimídia multiplataformas (Smart TV, celular e videogames) e a popularização da internet móvel fizeram que o esgotamento do protocolo IPv4 fosse antecipado, sendo necessário desenvolver uma nova versão do protocolo de comunicação. 

É dessa necessidade de obter mais endereços que surge o IPv6. O projeto teve início na segunda metade da década de 1990, quando os engenheiros da IETF (Internet Engineering Task Force – Força Tarefa de Engenharia de Internet) previam o fim do IPv4. 

A LACNIC (Latin American and Caribbean Internet Addresses Registry) é um órgão responsável pelos registros de endereços de internet na América e Caribe. Existem outras entidades para o gerenciamento em outros continentes: AfriNIC, ARIN, APNIC e RIPE. A LACNIC foi a responsável por efetuar o monitoramento do esgotamento do IPv4, conforme pode ser observado na Figura 3.16:

Repare que a última data da medição ocorreu em 14/08/2013, quando a LACNIC considerou esgotado o IPv4 (mesmo com um pouco menos de 35.000.000 endereços disponíveis). Por tais motivos e alegações, as empresas como Google, Yahoo e Facebook iniciaram a migração para o protocolo IPv6 em 2010.

Inicialmente o IPv6 surge no cenário de redes de computadores para suprir as necessidades do IPv4. Segundo Tanenbaum (1997), o novo protocolo deve:

1. Resolver a escassez de endereços.
   
2. Simplificar o cabeçalho, facilitando o processamento dos pacotes e o aumento da velocidade do envio/recebimento.
   
3. Tornar opcionais os campos obrigatórios do cabeçalho, facilitando, assim, o roteamento dos pacotes.
   
4. Garantir a segurança das transmissões, tornando o IPsec obrigatório.
   

Quando os engenheiros se reuniram para o desenvolvimento do novo protocolo, chamado de IPng (internet protocol next generation – protocolo de internet da nova geração), as suas características foram definidas por meio das RFCs, disponíveis em: www.ipv6.br. Acesso em: 20 jun. 2017. São elas: 

• RFC 2460: especificações do IPv6 (12/1998).
  
• RFC 2461: especificações de descoberta de vizinhos IPv6 (neighbor discovery IPv6).
  
• RFC 4291: definição da estrutura do IPv6 (01/2006).
  
• RFC 4443: especificações do ICMPv6 (internet control message protocol). 
  

As especificações desenvolvidas pelos engenheiros da IETF para o IPv6 fizeram com que fosse estruturado o cabeçalho demonstrado na Figura 3.17: 

Cada campo tem as seguintes funções:

• Versão: indica a versão do protocolo IP utilizada.
  
• Classe de tráfego: indica qual é o nível de prioridade.
  
• Identificação de fluxo: faz o controle de fluxo de informação.
  
• Tamanho dos dados: calcula o tamanho total do datagrama. 
  
• Próximo cabeçalho: informa a presença de opções [chama-se de cabeçalhos de extensão].
  
• Limite de saltos: indica número máximo de nós que o pacote pode atravessar.
  
• Item Endereço IP origem: define o endereço do remetente.
  
• Endereço IP destino: indica o endereço do destinatário.
  

O endereçamento do protocolo IPv6 possui 128 bits (lembre-se de que o IPv4 possui apenas 32 bits), o que possibilita $2^{128}$ endereços possíveis, ou ainda 340 undecilhões. O seu formato é dividido em oito grupos com quatro dígitos hexadecimais, conforme pode ser observado: 8000:0000:0010:0000:0123:4567:89AB:CDEF (no IPv4 é dividido em quatro grupos com 8 bits cada, ex.: 192.168.0.100). 

Vale lembrar que já estudamos a versão 4 do protocolo IP, então podemos trazer algumas comparações. Segundo Forouzan (2006), os protocolos possuem diferenças entres as duas versões, conforme se observa no Quadro 3.8:

Segundo Hagen (2002), IPv6 e IPv4 vão coexistir por muitos anos. E esse novo cenário acabou por gerar um novo problema, pois não é possível “abandonar” o protocolo IPv4 e começar a utilizar somente o protocolo IPv6. Tanenbaum (1997) define que, nesse longo período de transição, os administradores de redes e os provedores de internet preveem que possam ocorrer alguns impactos nas redes, como descrito a seguir:

• Gerenciamento de falhas: os administradores devem efetuar um plano de contingência para que as redes continuem operando com o IPv4 e IPv6. 
  
• Gerenciamento de contabilização: deve-se recalcular os limites de utilização dos recursos, pois com os dois protocolos em operação o consumo muda em relação as redes somente com IPv4. 
  
• Gerenciamento de configuração: para permitir que os dois protocolos possam conviver nas redes, são necessárias diversas configurações.
  
• Gerenciamento de desempenho: com a mudança de cenário (redes com os dois protocolos operando), o desempenho da rede necessita de adaptações para garantia do acordo de nível de serviço (SLA – service level agreement).
  
• Gerenciamento de segurança: o administrador deve optar por alguma técnica que garanta a interoperabilidade sem gerar riscos à segurança da rede e/ou de usuários.

Em razão da necessidade do período de coexistência entre os dois protocolos, as redes podem apresentar três possíveis cenários: rede IPv4 pura, rede IPv6 pura ou rede com pilha dupla (dual stack). Com isso, a estratégia para migração dos protocolos teve que ser planejada para que o impacto da transição não comprometesse a qualidade dos serviços providos. 

Para resolver esse problema, a IETF formou grupo de trabalho denominado IPv6 Operations para que fossem desenvolvidas algumas normas e diretrizes para redes IPv4/IPv6. Com isso, o mecanismo de pilha dupla foi normatizado na RFC 1933.

Pilha dupla

Segundo Tanenbaum (1997), os dispositivos que têm a pilha dupla ativada terão dois endereços relacionados à sua interface de rede, um IPv4 e o outro IPv6.

Para que os datagramas possam “atravessar” a pilha dupla, o seguinte mecanismo exposto na Figura 3.18 deve ocorrer:

As mensagens provenientes da camada de aplicação utilizam o encapsulamento na pilha dupla para que sejam enviadas à camada de enlace, que, por sua vez, as conduz à camada física para que, então, sejam enviadas ao meio disponível (cabeado ou sem fio). Nesse sentido, existem duas possibilidades:

1. A mensagem está no formato IPv4 e é encapsulada com IPv6.
   
2. A mensagem está no formato IPv6 e é encapsulada com IPv4. 
   

Com isso, é necessário que os dispositivos, como computador, servidor, câmera IP, impressoras IP e smartphone estejam com a pilha dupla habilitada. 

Outra técnica utilizada para permitir a comunicação entre os dispositivos em redes operando com as duas versões do protocolo é empregar o mecanismo de tradução de endereços.

Network Address Translation (NAT)

Definido na RFC 2766, esse mecanismo basicamente é capaz transformar um endereço IPv4 em IPv6 (equivalente). Para isso, devem-se realizar os seguintes passos (considere a conversão do endereço IPv4 192.168.20.112 no exemplo):

1. Converta o endereço IPv4 para binário (a conversão de binário foi definida na Seção 3.2):
   11000000 . 10101000 . 00010100 . 01110000
2. Separe os binários em dois grupos de quatro dígitos:
   1100 0000 . 1010 1000 . 0001 0100 . 0111 0000
3. Utilize a base “8 – 4 – 2 - 1” para conversão de cada grupo dos binários:
   

   Primeiro grupo:

   8	4	2	1		8	4	2	1
   1	1	0	0		0	0	0	0

   Em que,
   

   1100 = 12
   

   0000 = 0
   

   Segundo grupo:
   

   8	4	2	1		8	4	2	1
   1	0	1	0		1	0	0	0

   Em que,
   

   1010 = 10
   

   1000 = 8
   

   Terceiro grupo:

   8	4	2	1		8	4	2	1
   0	0	0	1		0	1	0	0

   Em que,
   

   0001 = 1
   

   0100 = 4
   

   Quarto grupo:
   

   8	4	2	1		8	4	2	1
   0	1	1	1		0	0	0	0

   Em que,
   

   0111 = 7
   

   0000 = 0
   

4. Converta os números encontrados em cada um dos grupos para hexadecimal:
   

   Decimal	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
   Hexadecimal	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F

   1100 = 12 → C   0000 = 0 → 0, portanto 192 = C0
   

   1010 = 10 → A   1000 = 8 → 8, portanto 168 = A8
   

   0001 = 1 → 1    0100 = 4 → 4, portanto 20 = 14
   

   0111 = 7 → 7    0000 = 0 → 0, portanto 112 = 70
   

   Dessa forma, o endereço 192.168.20.112 é igual a C0A8:1470.
   

5. Adicione o 0 nos cinco primeiros grupos de 16 bits, seguido de FFFF:
   0:0:0:0:0:FFFF:C0A8:1470
   Pode-se, ainda em sua forma reduzida, ser representado por ::FFFF:C0A8:1470. 
   

Uma vez configurados os dispositivos nas redes, os nodos devem possuir algum mecanismo que permita a passagem e o roteamento das mensagens, sendo possível ocorrer:

• Nodo IPv4 (IPv4 only node): oferece apenas suporte aos dispositivos que aceitem as configurações com o protocolo IPv4. 
  
• Nodo IPv6 (IPv6 only node): tem suporte apenas para prover a comunicação IPv6.
  
• Nodo IPv4/IPv6: possui suporte aos dois protocolos, não necessitando, assim, de nenhuma técnica de transição. 
  

Dessa forma, com exceção do nodo IPv4/IPv6, as demais redes necessitam utilizar alguma técnica para garantir a coexistência e a interoperabilidade entre as duas versões dos protocolos e, consequentemente, o funcionamento correto dos serviços de rede. 

6to4

Esta foi a primeira técnica adotada para interoperabilidade entre os protocolos IPv4/IPv6. O mecanismo, definido na RFC 3056, permite que redes IPv6 isoladas consigam se comunicar “roteador a roteador” por túnel automático:

• Roteadores 6to4: devem encaminhar ambos os endereços dos dispositivos clientes.
  
• Dispositivos clientes: devem estar configurados, pelo menos, com o endereço IPv4.
  

Tunelamento (tunneling)

Determinado pela RFC 2983, fornece orientações técnicas para permitir a utilização de uma infraestrutura IPv4 para encaminhar pacotes IPv6. São estas as possibilidades: 

• Roteador a roteador: o pacote IPv6 é encapsulado no início de sua transmissão, dentro de um pacote IPv4, posteriormente tunelado. Assim, quando atingir o seu destino, efetua o desencapsulamento (a mesma regra vale para tunelamento IPv4 para IPv6). 
  
• Roteador a host: um computador IPv4 envia um pacote a um computador IPv6; o pacote, então, atravessa um roteador com suporte à pilha dupla para assim chegar ao seu destino. Para isso, é necessário um túnel entre o roteador e o computador destino. 
  
• Host a host: computadores com pilha dupla se comunicam em uma rede IPv4; para isso, o tunelamento ocorre entre os dois computadores.
  

Túnel broker

Este mecanismo foi definido na RFC 3035: o pacote IPv6 é encapsulado dentro do pacote IPv4, permitindo o roteamento através do túnel. Essa técnica normalmente é utilizada em sites IPv4/IPv6 ou em computadores que estejam em uma rede IPv4 e necessitem de interoperabilidade em seus acessos.

ISATAP (intra-site automatic tunnel addressing protocol)

Esta técnica foi definida em duas RFCs, sendo elas a 5214 e 4213. Com ela é possível utilizar um endereço atribuído pelo DHCPv4 aos dispositivos, possibilitando que o nodo ISATAP determine a entrada e a saída do túnel IPv6.

Caro aluno, com esses conhecimentos é possível projetar redes que tenham suporte às duas versões do protocolo IP, sendo, por isso, uma infraestrutura preparada para atender às novas tecnologias disponíveis nas redes de computadores.

referências

COMMER, D. E. Computer and networks internet with internet applications. São Paulo: Artmed, 2007. 

FILIPPETTI, M. A. CCNA 4.1: Guia completo de estudos. Florianópolis: Visual Books, 2008. Pág. 54, 57, 147 e 153.

FOROUZAN, A. Comunicação de dados e redes de computadores. Porto Alegre: Bookman, 2006. 

HAGEN, S. IPv6 Essentials. California: O’Reilly Media, 2002.

KUROSE, J. F. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2006.

TANENBAUM, A. S. Redes de computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997.