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O IPv6 é a versão mais atual do Protocolo de Internet, que veio suprir o IPv4, principalmente em relação na excassez de endereços IPs na internet.
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Caro aluno, seja bem-vindo a esta segunda seção da unidade, na qual serão tratadas informações a respeito do padrão Ethernet, utilizado nas redes locais com grande intensidade, e sobre o protocolo IPv6, o qual, em conjunto com o IPv4, suportam o endereçamento e o roteamento das redes atuais. Considerando o padrão Ethernet, abordaremos também questões de cabeamento de redes.
As tecnologias de comunicação da camada de host de rede do conjunto de protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) utilizam o padrão Ethernet para redes cabeadas na maioria dos sistemas de redes locais. Este padrão acompanha o cenário das redes locais desde a década de 1970 e vem sendo modificado, considerando novas tecnologias de materiais para cabeamento, porém ainda mantém a sua essência para transmissão e controle da onda portadora no canal de comunicação.
Já o protocolo IPv6 deverá se tornar o padrão de endereçamento para redes na internet, considerando que o IPv4 possui limitações de volume de endereços disponíveis, mesmo considerando as técnicas de NAT (Network Address Translator) e o CDIR (Classless Inter-Domain Routing), que levam ao endereçamento alternativo e suportam a imensidão de dispositivos parametrizados dentro de redes locais de computadores.
Após finalizarmos os estudos do projeto de topologia, protocolos de rede, segmentação para a divisão da rede em sub-redes e definição de endereçamento IP mediante uma política estabelecida com endereços e máscaras de sub-rede no projeto de redes para o espaço de coworking, daremos sequência ao estudo de redes.
Convidamos você a estudar estes dois conceitos e dar seguimento ao projeto de redes na empresa de coworking através de uma nova etapa do projeto para implantação de estrutura de cabeamento e dispositivos na rede local com a utilização do protocolo IEEE 802, ou seja, o padrão Ethernet, o que reflete a instalação física de dispositivos e a definição de domínios de colisão e broadcast.
Para que a empresa de coworking, para a qual sua consultoria de rede está desempenhando uma consultoria de projeto de redes, tenha documentado toda a estrutura física implantada, é necessário um relatório apresentando os equipamentos, cabos e domínios de colisão e broadcast que serão utilizados para operacionalizar a rede implantada.
A compreensão sobre domínios de colisão e broadcast em uma rede Ethernet, a definição de equipamentos físicos e a definição de um novo padrão de endereçamento IPv6 devem melhorar ainda mais o projeto de rede que está em planejamento e seu desempenho.
Em uma nova fase da consultoria para implantação de um sistema de redes de computadores em uma empresa de espaços compartilhados para trabalho (coworking), houve uma nova solicitação para que a equipe de desenvolvimento do projeto pudesse apresentar informações mais detalhadas sobre os dispositivos que fazem parte da rede, a fim de identificar os equipamentos disponíveis em cada um dos setores do ambiente (Sistemas, Gerência, Clientes1, Reuniões, Clientes2, Visitantes), conforme relatado na Figura 2.24, e também possam ser descritos os domínios de colisão e de broadcast da rede. Esta análise fará com que a rede tenha uma documentação mais completa e deverá definir os domínios da topologia implementada via padrão Ethernet, ou seja, para a parte da rede cabeada.
A análise a ser realizada deverá levar em consideração a segmentação da rede com os dispositivos comutadores, que tem a capacidade de definir domínios de colisão e broadcast. O relatório deve apresentar os equipamentos da rede, o número de domínios de colisão e o número de domínios de broadcast, de acordo com a topologia proposta a seguir:
Deverá ser gerado o Relatório do projeto de redes: equipamentos de rede e análise de domínios de colisão e broadcast.
Reconhecer como são realizadas as operações de acesso ao meio (cabos) e dispositivos de rede no padrão Ethernet é importante para que se possa desenvolver uma rede de computadores com os dispositivos de repetição e gerenciamento de rede dentro de domínios de colisão e broadcast adequados. O endereçamento dentro do padrão IPv6 também contribui para o adequado controle de endereçamento e performance da rede.
As redes locais formam as estruturas chamadas de Local Area Network (LAN), que configuram os ambientes operacionais onde se localizam a maioria dos dispositivos conectados indiretamente à internet.
Em sua essência, a internet é descrita por Kurose e Ross (2013) como uma infraestrutura de redes que fornece serviços para aplicações distribuídas, interconectando centenas de milhões de dispositivos de computação ao redor do mundo. Estas aplicações distribuídas são operacionalizadas dentro de dispositivos dentro de redes local.
A seguir, conheceremos o padrão Ethernet como tecnologia utilizada na interconexão de redes locais, relacionada aos padrões e protocolos definidos na camada de host de rede da arquitetura TCP/IP. Se olharmos para o modelo OSI, estes protocolos atuam na camada de enlace de dados, que define e controla os dados transmitidos via dispositivos da camada física da rede.
Muitos padrões de rede foram desenvolvidos nestes últimos anos, dentre eles, projetos para redes pessoais, redes locais e redes metropolitanas, padronizados como IEEE 802 (Institute of Electrical and Electronic Engineers, e 802 define um padrão de redes). Segundo Forouzan (2010), o IEEE subdividiu a camada de enlace do modelo OSI em duas subcamadas: LLC (Logical Link Control) e MAC (Media Access Control) e criou vários padrões de camada física para diversos protocolos LAN. As normas definidas pelo IEEE 802 trazem diversas tecnologias para implementação de redes locais, algumas com ampla utilização na atualidade, outras ainda em desuso. O Quadro 2.4 apresentado a seguir mostra os subgrupos que perfazem as normas IEEE 802.
| Padrão | Definação/Padrão |
|---|---|
| IEEE 802.1 | Primitivas de interface e gerência |
| IEEE 802.2 | LLC (Logical Link Control) |
| IEEE 802.3 | CSMA/CD Ethernet |
| IEEE 802.4 | Token Bus |
| IEEE 802.5 | Token Ring |
| IEEE 802.6 | Redes Metropolitanas |
| IEEE 802.7 | Redes Metropolitanas |
| IEEE 802.8 | Redes de Fibra Óptica |
| IEEE 802.10 | Segurança em LAN |
| IEEE 802.11 | CSMA/CA Wireless |
| IEEE 802.12 | AnyLAN |
| IEEE 802.15 | Rede PAN Bluetooth |
| IEEE 802.16 | Rede Metropolitana Wi-Max |
Conforme relata Comer (2016), a Ethernet é uma tecnologia LAN desenvolvida pela Xerox PARC e padronizada pela Digital Equipment Corporation, pela Intel e pela Xerox. O responsável pela tecnologia foi Robert Metcalfe, que trabalhava na Xerox na década de 1970 e que mais tarde fundou a 3Com. A tecnologia Ethernet foi padronizada pelo IEEE em 1985 e vem sendo utilizada por 35 anos como a principal tecnologia de rede local. Embora os dispositivos de hardware, cabeamento e meios usados com ela tenham mudado, o seu funcionamento continua praticamente o mesmo.
Os padrões de rede que se mantiveram ativos e são atualmente utilizados nas redes locais e pessoais são o IEEE 802.3, padrão para redes locais cabeadas, definido como Ethernet; o IEEE 802.11, mais recente e padrão para redes locais sem fio (wireless), conhecido como Wi-Fi; e o IEEE 802.15, usado em redes pessoais sem fio e conhecido como bluetooth.
A seguir, faremos um estudo mais aprofundado sobre o padrão IEEE 802.3. O conceito de Ethernet é considerado por Tanenbaum (2011) como o padrão de redes locais mais utilizado no mundo. Este tipo de rede é classificado pelo autor como Ethernet clássica, que resolve problemas de acesso múltiplo ao meio compartilhado, e a Ethernet comutada, utilizada em dispositivos, como switches, para conectar os dispositivos da rede. A Ethernet comutada oferece velocidades e tecnologias físicas de conexão diferentes, mas utiliza o mesmo padrão de controle de colisões de onda portadora ao utilizar um meio compartilhado, ou seja, o cabo de rede. A Figura 2.25 apresenta um estudo original de uma rede Ethernet, em que um mesmo meio de comunicação é compartilhado por diversos dispositivos conectados na rede.
Em uma rede com padrão Ethernet, há dois assuntos importantes. O primeiro diz respeito ao meio de conexão, ou seja, ao cabo de rede. A segunda se refere à operação na utilização de um mesmo canal de comunicação e controle da transmissão.
Os cabos e os conectores utilizados nesta tecnologia compõem o meio físico da comunicação. No passado, foram utilizados cabos coaxiais; depois, cabos metálicos de par trançado, úteis nos dias atuais junto aos cabos de fibra óptica.
Comer (2016) resume que, da mesma forma que as versões anteriores das redes Ethernet, a primeira tecnologia de par trançado operava a 10 Mbit/s, denominada 10BaseT. Uma versão nomeada formalmente de 100BaseT que opera a 100 Mbit/s é conhecida comercialmente como Fast Ethernet. Uma terceira versão, chamada Gigabit Ethernet, ou Gig-E, opera a 1.000 Mbit/s, o que equivale a 1 Gbit/s. O hardware para as redes Ethernet de maior velocidade detecta automaticamente quando um dispositivo de baixa velocidade está conectado e reduz sua velocidade de acordo com ele para que a operação seja adequada ao dispositivo e à tecnologia conectada. O Quadro 2.5 mostra alguns padrões Ethernet.
| Padrão | Cabo | Capacidade | Comprimento (m) |
|---|---|---|---|
| 10base2 | Coaxial fino | 10 Mbps | 185 |
| 10base5 | Coaxial grosso | 10 Mbps | 500 |
| 10baseT | Par trançado CAT3 | 10 Mbps | 100 |
| 100baseTX | Par trançado CAT5 | 100 Mbps | 100 |
| 1000baseT | Par trançado CAT5/6 | 1000 Mbps | 100 |
| 10GbaseT | Par trançado CAT 6 | 10 Gbps | 55 ou 100 |
| 100BaseFX | Fibra óptica multimodo | 100 Mbps | 2000 |
| 1000BaseLX | Fibra óptica monomodo/multimodo | 1000 Mbps | 550 |
| 1000BaseSX | Fibra óptica multimodo | 1000 Mbps | 550 |
| 10GBaseSR | Fibra óptica multimodo | 10 Gbps | 550 |
| 10GBaseLX4 | Fibra óptica multimodo | 10 Gbps | 550 |
As versões mais conhecidas do padrão IEEE 802.3 são:
Mais recentemente, em 2012, houve a publicação do padrão IEEE 802.3-1012 com definições de eficiência energética, redes veiculares, data center e distribuição de conteúdo com velocidades de 40 a 100 Gbps.
O cabeamento metálico para redes Ethernet exige que se utilizem um padrão de pinagem, para que os pares de fios que compõem um cabo de par trançado realizem a transmissão de forma adequada. O Quadro 2.6 traz a sequência de pinagem (sequência de fios na ligação com o conector RJ 45) padronizada como TIA/EIA T568A. No quadro, o TX representa transmissão; RX, recepção; BI, comunicação bidirecional; D1-4, o caminho em que o fio está posicionado.
| Pino | Cor do fio | Função |
|---|---|---|
| 1 | Branco-verde | TX D1+ |
| 2 | Verde | TX D1- |
| 3 | Branco-laranja | RX D2+ |
| 4 | Azul | BI D3+ |
| 5 | Branco-azul | BI D3- |
| 6 | Laranja | RX DE- |
| 7 | Branco-marrom | BI D4+ |
| 8 | Marrom | BI D4- |
De forma ilustrativa, a Figura 2.26 apresenta os padrões TIA/EIA T568A e T568B, que podem ser utilizados na montagem de um cabo de rede de par trançado junto ao seu conector RJ45.
Par 1: + Azul-branco e – Azul
Par 2: + Laranja-branco e – Laranja
Par 3: + Verde-branco e – Verde
Par 4: + Marrom-branco e – Marrom
As redes Ethernet utilizam, aa maioria dos projetos, dois tipos de cabos para conexão física dos dispositivos de rede. Um deles é o cabo metálico de par trançado, e o outro é o cabo de fibra óptica. Ambos os tipos de cabos possuem especificações para cada categoria de rede Ethernet. Uma rede local normalmente utiliza um cabo de par trançado Cat6 que opera em velocidade de 1 Gbps, mas permite velocidades até 10 Gbps com comprimentos de enlace até 100 metros. Cabos Cat7 e Cat8 também são padrões utilizados em redes locais e oferecem velocidades maiores, porém com menores comprimentos de enlace. Os cabos de fibra óptica são utilizados normalmente para backbones (linhas principais de interligação de redes), que interligam switches e canais de comunicação com operadoras, mas também são utilizados para conexão local de dispositivos.
O cabeamento óptico nas redes Ethernet utiliza fibras ópticas em formato de cabos sempre em pares, sendo um fio utilizado para a transmissão de dados e outro para recepção.
Os cabos ópticos são classificados em cabos monomodo e multimodo. Os cabos monomodo, chamados de Single Mode Fiber (SMF), têm um maior desempenho e possuem espessura em torno de 10 mícron. Já os cabos multimodo, chamados de Multiple Mode Fiber (MMF), são mais grossos, com espessura de 50 a 62,5 mícron. Conforme apresenta Tanenbaum (2011), enquanto um cabo multimodo varia de 300 metros até 2.000 metros de comprimento, cabos monomodo podem chegar a 40.000 metros (ou 80.000, segundo alguns fabricantes) sem a utilização de repetidores. As redes locais utilizam as fibras multimodo em sua implementação. Importante salientar que estes padrões e tecnologias estão em constante evolução. A Figura 2.27 apresenta o comportamento do sinal luminoso dentro da fibra óptica em suas janelas de operação em fibras monomodo e multimodo.
Caro aluno, conhecemos a tecnologia Ethernet e um pouco mais sobre o cabeamento metálico de par trançado. Agora, verificaremos sobre os meios de transmissão dentro desta tecnologia.
O protocolo Ethernet é um padrão de comunicação que compartilha um mesmo meio de comunicação (cabo) com todos os dispositivos de rede (hosts). Para transmissão, um dispositivo verifica a disponibilidade do canal e transmite. Caso haja outro dispositivo também transmitindo, ocorrerá uma colisão, a transmissão é interrompida e refeita em um tempo aleatório controlada pelo algoritmo do protocolo de acesso múltiplo ao meio compartilhado. Este protocolo é o CSMA (Carrier Sense Multiple Access), o qual, conforme Forouzan (2010), faz a transmissão em um meio compartilhado via três algoritmos:
O CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) utilizado no padrão Ethernet tem um mecanismo de detecção de colisão, no qual os dispositivos da rede verificam colisões e controlam a retransmissão dos dados no canal compartilhado.
De acordo com Filippetti (2008), o padrão Ethernet com o CSMA/CD utiliza uma topologia em estrela e define uma rede comutada por um elemento central chamado de switch (antes eram utilizados apenas hubs) ou roteadores. A apresentação de uma topologia de rede comutada no padrão Ethernet é apresentada na Figura 2.28 a seguir.
Em uma rede Ethernet, podem ocorrer colisões de duas formas, sendo uma pelo domínio de colisão e outra pelo domínio de broadcast.
No domínio de colisão, os pacotes da rede têm a possibilidade de efetuar colisão uns com os outros, o que leva à degradação da performance da rede, pois faz com que muitas retransmissões sejam necessárias. Esta situação se agrava ainda mais quando há equipamentos de comutação (hubs) em formato de cascata, ou seja, interligados, formando uma topologia híbrida de estrela e árvore para expansão do número de dispositivos na rede.
Já no domínio de broadcast é possível determinar o limite que o pacote pode chegar utilizando-se um dispositivo comutador de rede local que operacionalize a comunicação com outro dispositivo sem que seja utilizado um roteador.
Os dispositivos comutadores possuem, desta forma, um importante papel para a performance de uma rede de computadores em domínios de colisão e broadcast. Estes dispositivos podem ser:
A Figura 2.29 traz um exemplo de uma rede um pouco mais complexa, na qual os dispositivos de rede são utilizados para implementar o modelo Ethernet para uma rede local com domínio de colisão. Verifique que o roteador separa os domínios de broadcast em três domínios. No domínio de colisão à direita do roteador, a topologia é conectada por hubs, formando um único domínio de colisão e broadcast. À esquerda do roteador, há dois domínios de colisão, formados pelos switches, e abaixo do roteador há um domínio de colisão formado por um único switch.
Assim finalizamos nosso estudo sobre operação de uma rede Ethernet, observando que esta tecnologia utiliza o método CSMA/CD para compartilhamento de um único canal de comunicação e dispositivos de rede, como hubs, switches, roteadores e pontes para definição de domínios de colisão e broadcast. Este planejamento faz com que uma rede tenha a performance adequada dentro das possibilidades de utilização de equipamentos de comutação.
O cabeamento utilizado dentro do padrão IEEE 802.3, ou seja, o padrão Ethernet, teve importantes evoluções tecnológicas nos últimos 50 anos. Comer (2016) relata que desde a versão original, na década de 1970, a Ethernet passou por várias alterações, sendo que a mais significativa foi no cabeamento. O cabo de rede utilizado no primeiro padrão Ethernet era chamado de Thicknet, ou cabo Ethernet grosso, passando pelos cabos Thinnet, chamados de cabo Ethernet, ou coaxial fino, pelos cabos de par trançado e hubs, utilizou diferentes tipos de conectores e chegou a padrões de cabos metálicos de par trançado mais atuais, que suportam redes Gigabit Ethernet.
A leitura da Seção 15.7, Evolução da Ethernet e cabos Thicknet, do Capítulo 15, Tecnologias de LAN com fio (Ethernet e 802.3), do livro Redes de Computadores e internet, de Comer (2016), é prazerosa e traz informações sobre a evolução histórica e aplicada na prática de cabos de rede no padrão Ethernet.
Conforme sustentam Kurose e Ross (2013), o projeto de endereçamento IPv6 teve início na década de 1990, mediante um aumento expressivo de número de computadores e dispositivos que se interconectavam às redes de computadores. Atualmente, o conceito de IoT (Internet of Things) corrobora com um aumento exponencial no número de sensores e dispositivos que estão sendo conectados à internet. Importante observar que o esgotamento do IPv4 ocorreu em 2014.
O projeto do IPv6 foi liderado pela IETF (Internet Engineering Task Force) e contou com a participação da LACNIC (Latin American and Caribbean Internet Addresses Registry), com um estudo e monitoramento a respeito do esgotamento de endereços IPv4 disponíveis no mundo.
Com a intenção de desenvolver um novo protocolo de endereçamento e roteamento de rede, o IPv6 veio para suprir algumas necessidades além das possibilidades do protocolo IPv4:
A Figura 2.30 apresenta o formato de um datagrama IPv6.
É importante salientar que o datagrama IPv6 também pode ser composto por 64 bits, conforme sustenta IPv6.BR (2020).
A seguir, é apresentada uma breve descrição dos campos do datagrama IPv6.
Comer (2015) sustenta que, da mesma forma que o IPv4, o IPv6 atribui um endereço exclusivo para cada conexão entre um computador e uma rede física. Um endereço IPv6 possui 128 bits, o que permite um total de 340 undecilhões de endereços (2128), em um formato de oito grupos de quatro dígitos hexadecimais. Conforme apresenta Stallings (2016), a combinação de endereços longos e diversos por interface permite melhor eficiência de roteamento pelo IPv4. Ainda de acordo o mesmo autor, a notação para um endereço IPv6 usa oito números hexadecimais para representar os oito blocos de 16 bits no endereço de 128 bits, com os números separados por dois pontos (:). Exemplo: 835C:5B9D:BC27:0000:0000:0000:C4B8:1FBB. Este número realmente é muito grande e suficiente para que possamos endereçar os dispositivos das redes pessoais, locais, metropolitanas, globais e os dispositivos de IoT na internet. A Figura 2.31 apresenta a composição de um endereço IP de 128 bits.
Um endereço IPv6 tem sua composição diferenciada de um endereço IPv4, apesar de ter uma mesma abordagem na atribuição aos hosts. Como nos endereços em notação CDIR (Classless Inter-domain Routing), a divisão entre parte da rede (prefixo) e parte do host (sulfixo) no endereço ocorre em limites flexíveis na utilização de seus bits. O endereço IPv6 possui três níveis de hierarquia, conforme sustenta Comer (2015). Um prefixo inicial é um valor único e global usado para roteamento na internet, atribuído a uma organização. A segunda parte do endereço identifica a sub-rede (ou seja, a própria rede) da organização. A terceira parte especifica o host de rede.
Um endereço IPv4 tem tamanho variável e definido por um ISP (Internet Service Provider), ou servidor de serviços de internet, em conformidade com a necessidades de volume de hosts de uma empresa cliente. A terceira parte do endereço tem tamanho fixo de 64 bits, formando um prefixo global de /64. A Figura 2.32 apresenta a estrutura de um endereço IPv6.
Segundo Stallings (2016), o protocolo IPv6 permite a definição de três tipos de endereços: unicast, anycast e multicast.
Os blocos de um endereço IPv4 são chamados de octetos, pois possuem oito símbolos binários (bits), que variam de 00000000 a 11111111. Os blocos de um endereço IPv6 são chamados de decahexateto ou duocteto, pois possuem quatro símbolos hexadecimais, os quais variam de 0000 até FFFF. Veja a composição do endereço IPv6 exemplificado no texto: 835C:5B9D:BC27:0000:0000:0000:C4B8:1FBB.
Com o objetivo de manter os dois protocolos coexistentes e interoperáveis, ou seja, que possam ser utilizados e se prover de endereçamento e roteamento nas redes de computadores que podem ser configuradas apenas com endereços IPv4, apenas com endereços IPv6 ou com os dois protocolos, o que se chamou de Pilha Dupla (Dual Stack). Dispositivos de rede que suportam o conceito de Pilha Dupla defendido por Kurose e Ross (2013) os hosts configurados com IPv6 também devem possuir uma implementação IPv4 completa, o que os determinará como IPv6/IPv4. Na operação de um dispositivo configurado como Pilha Dupla, as mensagens oriundas da camada de Aplicação serão encapsuladas na Pilha Dupla, para que a mensagem enviada à camada de enlace e física (host de rede no TCP/IP) seja enviada ao meio disponível, onde podem ocorrer duas situações: 1. Mensagem com formato IPv4 é encapsulada com Ipv6; 2. Mensagem com formato IPv6 é encapsulada com IPv4.
Dispositivos de rede, ou seja, hosts que estiverem configurados com o protocolo IPv6, deverão também ter uma implementação IPv4. Ao interagir um host IPv4, um host IPv6/IPv4 poderá usar datagramas IPv4; ao interagir com um host IPv6, poderá utilizar o IPv6. Hosts IPv6/IPv4 possuem endereços IPv6 e IPv4. Dispositivos de rede, como computadores, câmeras IP, impressoras, smartphones e dispositivos de IoT, devem estar configurados com a opção de Pilha Dupla.
Os endereços IPv6s e as máscaras (e sub-rede, se desejado) precisam ser informados em cada host da rede. Segue, na Figura 2.33, um exemplo de configuração de endereço IPV6 e máscara de rede (e/ou sub-rede) em um sistema Windows. Os servidores DHCP também podem ser configurados para configuração automática de endereços em hosts em uma rede.
A comunicação entre hosts que operam em um ambiente onde as duas versões do protocolo IP são utilizadas também pode contar com um protocolo de tradução de endereços, como o Network Address Translation (NAT). Este protocolo implementa um mecanismo de tradução de endereços IPv4 em endereços IPv6 com equivalência de valor.
Como exemplo de tradução de endereço IP, tomaremos o número IPv4 192.168.0.1. Para fazer a conversão do endereço, faça as seguintes etapas:
192.168.0.1 = 11000000.10101000.00000000.00000001
1100 0000 . 1010 1000 . 0000 0000 . 0000 0001
1100 = 12 e 0000 = 0
1010 = 10 e 1000 = 8
0000 = 0 e 0000 = 0
0000 = 0 e 0001 = 1
1100 = 12 = C e 0000 = 0 ➔ O primeiro duocteto fica C0.
1010 = 10 = A e 1000 = 8 ➔ O segundo duocteto fica A8.
0000 = 0 e 0000 = 0 ➔ O terceiro duocteto fica 00.
0000 = 0 e 0001 = 1 ➔ O quarto duocteto fica 01.
C0A8:0001.
0:0:0:0:0:FFFF:COA8:0001.
::FFFF:C0A8:0001.
Com os dispositivos configurados nas redes, os hosts devem ter também um mecanismo para que o roteamento das mensagens ocorra. Os hosts configurados com IPv4/IPv6 possuem suporte aos dois protocolos, não necessitando de técnicas de transição. Já um dispositivo configurado apenas com IPv4 ou IPv6 suportará operações de roteamento somente conforme o protocolo configurado.
Outra técnica adotada para a coexistência e interoperabilidade entre as diferentes versões do IP é o mecanismo de 6to4, o qual permite que redes IPv6 tenham a comunicação entre os roteadores de forma automática. Roteadores 6to4 encaminham os dois endereços (Ipv4 e Ipv6) dos hosts, e os dispositivos clientes (hosts) devem estar configurados com os endereços IPv4. A Figura 2.34 apresenta uma topologia com exemplo de implementação de mecanismo 6to4.
O tunelamento na rede permite que o IPv4 possa encaminhar pacotes ao IPv6 através de algumas possibilidades:
Outro mecanismo, chamado de Tunel Broker, encapsula o pacote IPv6 dentro do pacote IPv4 e permite que seja realizado o roteamento do pacote na rede através de um túnel em redes configuradas como IPv4 e necessidade de interoperabilidade com sites IPv4/IPv6.
A última técnica utilizada para interoperabilidade entre o IPv4 e IPv6 é a Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol (ISATAP). Ela possibilita utilizar endereços atribuídos pelo servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) com IPv4 para dispositivos com tunelamento de IPv6. Interessante observar que o ISATAP é default para sistemas operacionais Windows. Você pode reconhecer o endereço ISATAP com a utilização do comando ipconfig no prompt de comando. A Figura 2.34 apresenta um exemplo com topologia de túnel 6to4.
As principais diferenças entre os protocolos IPv4 e IPv6 referem-se ao tamanho do endereço, à quantidade de endereços disponíveis para utilização, à representação do endereço, ao roteamento, à segurança e às questões de qualidade de serviço (Quality of Services – QoS). O Quadro 2.7 apresenta um comparativo de algumas características entre o endereço IPv4 e IPv6.
| Área | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| Endereços | 232 | 2128 |
| Campos | 14 | 8 |
| MTU mínimo | 576 bytes | 1280 bytes |
| Representação | 4 grupos de 8 bits | 8 grupos de 16 bits |
| Roteamento | Tabela grande | Cabeçalho |
| Segurança | Não há | IPSeg |
| QoS | Não há | Com garantia |
Segundo Tanenbaum (2011), os administradores de redes e os provedores de internet deverão suportar a interoperabilidade entre os dois protocolos, o IPv4 e o IPv6, por algum tempo ainda, porém esta coexistência deverá trazer alguns problemas de gerenciamento. Alguns deles são:
As informações técnicas apresentadas suportam a configuração de ambientes de rede de computadores com protocolos IPv4, IPv6 e, principalmente, com a coexistência e interoperabilidade dos dois protocolos no mesmo ambiente.
Um endereço IPv4 é composto por quatro blocos de oito bits cada, totalizando 32 bits, o que resulta em uma quantidade de endereços para hosts diretamente interligados à internet de aproximadamente 4.3 bilhões, ou seja, 232 endereços. A sua utilização em redes locais privadas, porém, pode incrementar este número de endereços, por serem redes isoladas da internet, através de seus servidores e controles de atribuição de endereços pelos provedores de serviços de conexão à internet.
Já um endereço IPv6 é composto por oito blocos de 16 bits cada, totalizando 128 bits, o que representa uma quantidade de endereços para hosts diretamente interligados à internet de 340 undecilhões. O número é grande, mesmo considerando previsões de termos mais de 10 trilhões de dispositivos de IoT (Internet of Things) interconectados até o ano de 2030, conforme previsto por Diamandis e Kotler (2018).
Qual deverá ser a versão de IP para endereçamento de dispositivos de IoT adequado?
Caro aluno, esta seção trouxe para você importantes conceitos a respeito do padrão Ethernet (IEEE 802.3) e suas diferentes versões utilizadas para implementação de sistemas de redes de computadores locais através de cabos, com uma tecnologia amplamente utilizada nos últimos 30 anos. De forma complementar, e com grande importância, trouxe também informações sobre o IPv6 como uma versão atualizada do protocolo IP para endereçamento e roteamento de redes, que deverá ser utilizado como padrão de endereçamento de redes junto à versão IPv4. Estas informações são fundamentais para que um profissional de tecnologia da informação possa projetar e implementar uma rede de computadores com performance adequada.
O padrão Ethernet para redes de computadores pode utilizar cabos metálicos e cabos ópticos na implementação física do meio de transmissão em camada de host de rede do conjunto de protocolos TCP/IP (ou camada física no modelo de referência OSI). A comunicação de dados em nível de enlace ocorre utilizando um protocolo de acesso múltiplo ao meio compartilhado nestas redes, de forma que um único cabo é utilizado para a comunicação entre hosts.
Assinale a alternativa que apresenta o nome do protocolo de acesso ao meio compartilhado utilizado no padrão Ethernet:
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O CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) é o protocolo padrão utilizado em redes Ethernet que compartilham o mesmo meio físico de transmissão com a gestão de colisões. Este padrão é definido por IEEE 802.3. A tecnologia Ethernet foi padronizada pelo IEEE em 1985 e vem sendo utilizada por 35 anos como a principal tecnologia de rede local. É um protocolo que faz a transmissão em um meio compartilhado via três algoritmos:
Vamos recordar que o CSMA/CD utilizado no padrão Ethernet tem um mecanismo de detecção de colisão, com o qual os dispositivos da rede verificam colisões e controlam a retransmissão dos dados no canal compartilhado.
O CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) é um protocolo de camada física/enlace do modelo OSI ou host de rede na arquitetura TCP/IP, porém não é o padrão de redes Ethernet, e sim de redes Wi-Fi, utilizado na comunicação wireless. Este padrão é definido por IEEE 802.11.
O PPP (Point to Point Protocol) é um protocolo de camada de enlace/física, ou host de rede na arquitetura TPC/IP, utilizado em ligações diretas entre dois hosts (ou nós de rede), porém não é o padrão Ethernet.
O UDP (User Datagram Protocol) é um protocolo de camada de transporte.
O HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) é um protocolo de camada de aplicação (TANENBAUM, 2011).
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Conforme sustentam Kurose e Ross (2013), a partir da década de 1990, a comunidade responsável pelas tecnologias de rede de computadores, especificamente pelo protocolo IP, passou a buscar uma alternativa para substituição do protocolo utilizado no final do século XIX, que já vinha sendo utilizado desde o surgimento da ARPAnet (Advanced Research Project Agency Network).
Com a intenção de desenvolver um novo protocolo de endereçamento e roteamento de rede, o ____________ veio para suprir algumas necessidades além das possibilidades do protocolo __________, que eram: 1. Resolver a ____________ de endereços IPs na internet; 2. Simplificar o cabeçalho do endereço IP; 3. Deixar como opcionais alguns campos de cabeçalho IP para facilitar o roteamento de pacotes na rede; 4. Melhorar a segurança das transmissões, adicionando o ____________ para prover segurança ao protocolo.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas:
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Correto!
Com a intenção de desenvolver um novo protocolo de endereçamento e roteamento de rede, o IPv6 veio para suprir algumas necessidades além das possibilidades do protocolo Ipv4, que eram: 1. Resolver a escassez de endereços IPs na internet; 2. Simplificar o cabeçalho do endereço IP; 3. Deixar como opcionais alguns campos de cabeçalho IP para facilitar o roteamento de pacotes na rede; 4. Melhorar a segurança das transmissões, adicionando o IPSec (Internet Protocol Secure) para prover segurança ao protocolo.
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O planejamento de topologia de uma rede padrão Ethernet precisa levar em consideração o volume de dispositivos conectados e endereçados na rede mediante a utilização de dispositivos chamados de comutadores, os quais buscam comutar a transmissão com os hosts na rede. Os dispositivos estão dentro de um ambiente de acesso múltiplo ao meio compartilhado e têm um importante papel referente à performance da rede.
Considerando as características de uma rede Ethernet e os dispositivos comutadores que pertencem a este padrão de rede, analise as afirmativas a seguir:
Considerando o contexto apresentado, é correto o que se afirma em:
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Correto!
Todas as assertivas estão corretas.
Em uma rede Ethernet, podem ocorrer colisões de duas formas, sendo uma pelo domínio de colisão e outra pelo domínio de broadcast.
No domínio de colisão, os pacotes da rede têm a possibilidade de efetuar colisão uns com os outros, o que leva à degradação da performance da rede, pois faz com que muitas retransmissões sejam necessárias. Esta situação se agrava ainda mais quando há equipamentos de comutação (hubs) em formato de cascata, ou seja, interligados, formando uma topologia híbrida de estrela e árvore para expansão do número de dispositivos na rede. Já no domínio de broadcast, é possível determinar o limite que o pacote pode chegar utilizando-se um dispositivo comutador de rede local que operacionalize a comunicação com outro dispositivo sem que seja utilizado um roteador.
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