Redes IP I: Técnicas de Migração de Ambientes de Redes IPv4 para IPv6
O IPv6 possui uma capacidade de endereçamentos de 128 bits contra apenas 32 bits do IPv4 (Endereço de
protocolo utilizado hoje na Internet e redes particulares). Com isso, a necessidade atual e futura de
endereços IPs (Internet Protocol) da internet será suprida com 56 "octilhiões" de endereços por ser
humano na Terra, (considerando-se a população estimada em 6 bilhões de habitantes). Não há mais como
postergar a implementação do IPv6.
Por cerca de 30 anos, o protocolo IPv4 tem sido usado para prover identificações de hosts e localização
das redes presentes na Internet. Quando o protocolo IPv6 foi definido em 1998, já se tinha a ideia de que
seria necessário um longo período de coexistência entre as duas versões de IP na rede mundial, no qual as
redes manteriam tanto o protocolo IPv4 quanto o IPv6. Com o tempo, mais e mais redes passaram a
utilizar pilha dupla, pois os estoques de IPs versão 4 se esgotaram em Fevereiro de 2011 e a partir de
então começaram a surgir redes puramente IPv6 que não podem se comunicar diretamente com redes
somente IPv4.
Sendo assim, esta série de tutoriais apresenta diversas maneiras de ambos os protocolos comunicarem
entre si. A situação começará a se inverter: hoje temos um mar IPv4 e pequenas ilhas IPv6 que necessitam
de técnicas de transição, como túneis ou tradução para se comunicarem. Amanhã, teremos um mar de
IPv6, formado por redes de pilha dupla e somente IPv6, onde as poucas redes IPv4 que ainda não
passaram a falar os dois “idiomas” ficarão cada vez mais isoladas.
Os tutoriais foram preparados a partir da monografia “Um Estudo sobre Técnicas de Migração de
Ambientes Redes IPv4 para IPv6”, elaborada pelo autor, e apresentada ao curso de Engenharia de
Computação da Universidade São Francisco, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel
em Engenharia de Computação. Foi orientador do trabalho o Prof. Esp. Edval Piccolo de Matos.
Este tutorial parte I apresenta um breve histórico do IPv4, que se confunde com o início da Internet, e do
IPv6, que apareceu como solução para o esgotamento dos endereços IP, e finaliza com uma comparação
entre as duas versões do Protocolo IP.
Renato Montes Canno
Engenheiro de Computação pela Universidade São Francisco – USF (Itatiba – SP, 2012).
Atuou como Analista I na Elucid Solutions S.A., executando atividades de consultoria e suporte a produto
(HelpDesk, SLA) e de analista de testes e execução de query (PL\SQL). A seguir aturou como Assistente
de Faturamento na Rede Energia (Empresa Elétrica Bragantina S.A. – EEB), executando atividades de
refaturamento de contas de energia elétrica.
Atualmente trabalha como Analista II na SondaElucid IT, executando atividades de consultoria e suporte
a produto (HelpDesk, SLA)) e de analista de testes e execução de query (PL\SQL).
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Email: [email protected]
Categorias: Banda Larga, Redes de Dados Wireless
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 15 minutos
Publicado em: 21/01/2013
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Redes IP I: Introdução
Com avanço tecnológico e o surgimento de vários aparelhos eletrônicos que possuem conexão com a
internet, o fim do IP (Internet Protocol) público chegou em Fevereiro de 2011. Isto não ocorreu há
tempos por que medidas paliativas surgiram ao longo da década de 1990, como as tecnologias CIDR
(Classless Inter-Domain Routing), RFC1918 (Request For Comment), NAT (Network Address
Translation) e DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) fizeram com que tardassem esse
esgotamento de IP’s na internet. Por esse e outros motivos que houve a necessidade do surgimento do
IPng (Internet Protocol new generation) mais tarde denominado IPv6 (Internet Protocol version 6).
O IPv6 possui uma capacidade de endereçamentos de 128 bits contra apenas 32 bits do IPv4 (Endereço de
protocolo utilizado hoje na Internet e redes particulares) com isso a necessidade atual e futura de IP’s da
internet será suprida com 340 undecilhões de endereços possíveis, ou seja, 56 octilhões de endereços por
ser humano na Terra. Para se ter uma ideia do que isso representa, se convertêssemos cada endereço IPv6
possível em cm², poderíamos cobrir a Terra 7 vezes [1].
São conhecido hoje três importantes métodos de migração do protocolo IPv4 para o IPv6 para redes
particulares e/ou públicas. Segue abaixo os métodos e uma breve e resumida explicação de cada um deles:
Tunelamento: basicamente faz a transmissões dos pacotes encapsulando o conteúdo do pacote IPv6 em
um pacote IPv4.
Teredo: Traduz o cabeçalhos IPv4 em cabeçalhos IPv6 e vice-versa, realizando conversões de endereços,
de APIs (Application Programming Interface) de programação, ou atuando na troca de trafego TCP
(Transmission Control Protocol) ou UDP (User Datagram Protocol).
Pilha Dupla: permite que hosts e roteadores estejam equipados com pilhas para ambos os protocolos,
tendo a capacidade de enviar e receber os dois pacotes, IPv4 e IPv6.
Lembrando que, para que seja possível essa transição o hardware e software devem obrigatoriamente
suportar a tecnologia IPv6. Esses métodos nos dá a possibilidade de, pouco a pouco, efetuar a migração
do IPv4 para o IPv6 de qualquer rede, seja um escritório, uma empresa de grande porte ou até mesmo
operadoras que vendem o serviço de conexão a Internet.
O IPv4 e o IPv6 não são compatíveis entre si. O IPv6 não foi projetado para ser uma extensão ou
complemento do IPv4, mas sim um substituto que resolve o problema de escassez dos endereços. Embora
não interromperem, ambos os protocolos podem funcionar paralelamente nos mesmos equipamentos e
com isso a transição foi desenvolvida para ser implementada de forma gradual.
Durante alguns anos a coexistência dos dois protocolos vai existir. Hoje existem pouquíssimas redes IPv6
e uma grande quantidade de redes IPv4, onde ambas se comunicam em geral por Pilha Dupla, mas a
tendência é que mais e mais redes IPv6 surjam e façam com que as redes IPv4 sejam cada vez menores
até que haja uma possível desativação.
Objetivo
Com o esgotamento do IPv4, a necessidade das empresas em migrar seus ambientes de rede IPv6 está
cada vez mais crítica. O desenvolvimento deste projeto tem como objetivo apresentar os principais
métodos de transição de redes IPv4 para IPv6.
Os procedimentos serão relatados ao longo do trabalho, com o objetivo de oferecer base de conhecimento
para projetos de implementações futuras e também para aqueles que desejam migrar para o novo
protocolo ou conhecer como os ambientes de rede IPv6 funcionam.
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Tutoriais
Este tutorial parte I apresenta um breve histórico do IPv4, que se confunde com o início da Internet, e do
IPv6, que apareceu como solução para o esgotamento dos endereços IP, e finaliza com uma comparação
entre as duas versões do Protocolo IP.
O tutorial parte II apresentará os métodos e técnicas de transição de Pilha Dupla, Tunelamento e
Tradução, a seguir apresentará um resumo comparativa das técnicas apresentadas, e detalhará um Estudo
de Caso de migração do IPv4 para o IPv6, e finalizará com as conclusões do estudo realizado.
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Redes IP I: IPv4
Esta seção tem como objetivo explicar a história da internet, distribuição dos IPs nas regiões do mundo e
qual é a função da LACNIC e NIC.br em nosso país, também será citado como e quando o esgotamento
do IPv4 ocorreu.
História
A internet não foi criada para uso comercial que temos atualmente, foi de fato um projeto militar
Americano conhecido como ARPANET que tinha por objetivo conectar vários nós tendo a forma
parecida com uma teia de aranha, onde se um nó fosse desconectado não haveria problema com os demais
[2].
Figura 1: Mapa lógico da rede Arpanet em 1969
Fonte: Cybergeography
Com o crescimento da ARPANET nas Universidades Americanas, o principal tráfego de informações
eram discussões sobre assuntos acadêmicos entre professores. Nessa época os criadores dessa rede não
tinham consciência que esse projeto iria tomar gigantes proporções que hoje presenciamos.
Na internet, cada host e cada roteador tem um endereço IP (Internet Protocol), que codifica seu número
de rede e seu número de host. Essa combinação é única, ou seja, duas máquinas conectadas a internet não
possuem o mesmo endereço IP [2].
Devido ao alto crescimento da ARPANET, após cinco anos houve o surgimento do protocolo TCP/IP
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) um protocolo que utilizamos até hoje, com um
endereço de 32 bits e mais de 4,2 bilhões de combinações de endereços possíveis, que para época esse
número era um exagero [4].
Segundo Vint Cerf (2010), vice-presidente do Google, os endereços de IP podem esgotar em até um ano,
foi exatamente o que aconteceu em Fevereiro de 2011. O problema não se agravou mais e anteriormente
devido a várias tecnologias e medidas paliativas que surgiram ao longo da década de 1990. Podemos citar
CIDR (Classless Inter-Domain Routing), RFC 1918 (Address Allocation for Private Internets), NAT
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(Network Address Translation) e DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) fizeram com que
tardassem esse esgotamento de IP’s na internet.
Esgotamento dos endereços IPv4
É importante informar que a divisão dos blocos IPv4 não é nada ponderada, metade dos endereços foram
destinados aos Estados Unidos (“criador do backbone, principal estrutura da Internet”) e a outra metade
foi distribuída para os demais regiões geográficas do mundo.
No inicio da distribuição dos endereços, existiram empresas e universidades que compraram 16 milhões
de endereços. Hoje seria raro essas entidades devolverem o que adquiriram para uma melhor
redistribuição dos endereços. Mas se essa divisão dos IPv4 fosse de forma igual para tal demanda de sua
determinada região, não adiantaria em nada, estaríamos sujeitos do mesmo jeito ao esgotamentos dos IPs.
Por esse e outros motivos que a IANA mais tarde necessitou de regras mais rígidas para a distribuição dos
IPv4 para o mundo [5].
O IANA (Internet Assigned Numbers Authority) é responsável pelo controle de todos os números IPs e,
atualmente, ele realiza suas operações através da ICANN (). A responsabilidade sobre uma parte dos
endereços é delegada pela IANA para cada um dos Registros Regionais de Internet, que os gerenciam e
distribuem dentro de suas respectivas regiões geográficas. Em nossa região, o responsável é o LACNIC
(Latin America and Caribbean Network Information Centre) [7].
Figura 2: Mapa dos Registros Regionais de Internet
Fonte: IANA
A IANA fez um padrão de divisão dos IP’s em três classes principais para evitar ao máximo o desperdício
de endereços [4].
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Tabela 1: Tabela de resumo das Classes de Endereço IP
ENDEREÇOS IP’S PRIVADOS
Classes
Número de End. por Rede
Intervalos de endereçamentos
Total de Hosts
Classe A
Até 256
0.0.0.0 até 127.0.0.0
Até 16.777.216
Classe B
Até 65.536
128.0.0.0 até 191.255.0.0
Até 65.536
Classe C
Até 16.777.216
192.0.0.0 até 223.255.255.0
Até 256
Fonte: MSDN - Microsoft
Atendendo assim as seguintes necessidades:
Os endereços IP da classe A são usados em locais onde é necessária uma rede apenas, mas uma
grande quantidade de máquinas nela.
Os endereços IP da classe B são usados nos casos onde a quantidade de redes é equivalente ou
semelhante à quantidade de computadores.
Os endereços IP da classe C são usados em locais que requerem grande quantidade de redes, mas
com poucas máquinas em cada uma.
O Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR - NIC.br - foi criado para implementar as decisões
e os projetos do Comitê Gestor da Internet no Brasil - CGI.br, que é o responsável por coordenar e
integrar as iniciativas de serviços da Internet no País além de efetuar as liberações de endereços IPv4 no
Brasil, a NIC.br prevê o fim dos endereços IPv4 para a nossa região entre 2013 e 2014 , já que não haverá
mais blocos a serem liberados pela IANA [5].
Em 1983 quando iniciou a comercialização de fato da internet as conexões eram feitas única e
exclusivamente para computadores, ou seja, não havia celulares, tablets, 3G, dentre outros dispositivos
móveis conectados a Internet. Podemos também citar que daqui alguns anos os eletrodomésticos e
eletrônicos em geral sejam conectados a internet de forma massiva, ocasionando assim uma demanda
maior de endereços IP para uso. Surge então a nova versão do IPv4, o IPv6, que vem para acabar com
essa escassez de forma gradativa.
No começo de fevereiro de 2011 a IANA liberou o último bloco de IPv4 para a APNIC [8], que
representa a região de parte da Ásia e Oceania. Na figura 99 fica claro a demanda pela requisição dos
blocos IPv4 e sua extinção em 2011.
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Figura 3: Gráfico do esgotamento do endereços IPv4, entre 2000 –2011
Fonte: www.pingdom.com
Segundo Adilson Florentino, não há mais como postergar a implementação do IPv6, pois o fim do IPv4 é
um fato. Se os provedores de Internet e também as empresas não iniciarem a migração para essa nova
realidade, a adoção do IPv6, poderão gastar muito mais no futuro e ainda correrem o risco de falhas e não
estarem prontos para competir com rivais que se anteciparem na transição.
Como anda a adoção do IPv6
Em 1993 imaginava-se que com a definição do novo protocolo da Internet, a adoção do IPv6 se daria de
forma gradual e contínua e que, em um prazo de 10 anos, o IPv6 se tornaria uma realidade para a
esmagadora maioria das empresas e usuário final, acompanhando o ritmo acelerado de crescimento da
Internet, conforme verificado no gráfico abaixo [5].
Figura 4: Previsão inicial da adoção do IPv6
Fonte: Adilson Florentino – Ipv6 na prática – pag. 21
Na situação atual estamos muito longe do planejado há alguns anos como podemos verificar no gráfico
abaixo.
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Figura 5: Previsão atual
Fonte: Adilson Florentino – Ipv6 na prática – pag. 22
Grandes empresas como Facebook, Yahoo! e Google em 8 de junho de 2011 já se anteciparam e fizeram
testes do novo protocolo em suas redes [32].
Segundo o engenheiro de rede Lorenzo Colitti, funcionário do Google, a grande maioria dos internautas
não deve perceber os testes e continuar usando o site normalmente. A expectativa da empresa é que
somente 1 em cada 2 mil internautas enfrente algum tipo de problema, geralmente relacionado a
roteadores domésticos mal configurados [32].
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Redes IP I: IPv6
Nesta seção será feito um estudo sobre a história do endereço IPv6, principais características e as suas
classificações e onde se diferem do endereço IPv4.
História
O IP versão 6 começou a ser desenvolvido no início da década de 1990, com o objetivo de ser a solução
definitiva para o esgotamento de endereços IPs na Internet, tendo esse como o principal objetivo [10].
Em 1993, o IESG (Internet Engineering Steering Group) criou um grupo de trabalho para uma nova
versão do protocolo IP, o IPNGWG (IP Next Generation Working Group), com base em alguns objetivos
que deveriam ser alcançados. O grupo de trabalho, então, selecionou protocolos "candidatos" para a
camada de rede da arquitetura TCP/IP. O vencedor foi o SIPP (Simple Internet Protocol Plus), por diferir
menos do IPv4 e ter um plano de transição melhor. Mas uma combinação de aspectos positivos dos três
protocolos candidatos foi feita e com isso gerou-se a recomendação para a versão 6 do IP em novembro
de 1994 [9].
O protocolo IPv6 não foi só criado para resolver o problema de quantidades de endereços, foi também
para disponibilizar novos serviços e benefícios que não existiam no IPv4 ou que não eram utilizados de
forma otimizada. Abaixo podemos citar alguns desses benefícios [11]:
Espaço de endereçamento (128 bits);
Formato de cabeçalho simplificado;
Arquitetura hierárquica de rede para um roteamento eficiente;
Suporte aos atuais protocolos de roteamento;
Serviços de autoconfiguração;
Implementação de IPSec (IP Security Protocol) de forma nativa;
Crescimento do número de endereços multicast;
Implantações para qualidade de serviço;
Suporte a serviços de tempo real.
Para a internet para fazer uso das vantagens do IPv6 sobre IPv4, a maioria dos hosts da Internet, bem
como as redes de conexão, precisam implantar este protocolo. Enquanto a implantação do IPv6 está
acelerando, especialmente na região da Ásia-Pacífico e alguns países europeus, áreas como as Américas e
a África são comparativamente um atraso na implantação do IPv6. A troca de tráfego entre as duas redes
IPv4 e IPv6 requer tradutores especiais o que torna a rede menos eficiente comparado uma rede
completamente IPv6. Os sistemas operacionais modernos dos computadores implementam um protocolo
de duplo software para acesso transparente para ambas as redes, quer sejam elas iguais, ou através de um
protocolo de tunelamento como 6to4, 6in4, ou Teredo que veremos nas próximas seções.
Em dezembro de 2012, apesar de marcar o seu 14º aniversário, o IPv6 está apenas em sua infância em
termos de implantação em todo o mundo em geral. Um estudo realizado em 2008 pelo Google Inc indicou
que a penetração do protocolo IPv6 ainda era menos de 1% dos hosts habilitados para a Internet em
qualquer país, naquela época [12].
10
Conforme mostra a figura 3, o IPv6 é um protocolo de rede que atua na mesma camada do IPv4. O
suporte ao IPv6 é feito pela inclusão de um novo protocolo de rede nos sistemas operacionais de
equipamentos hosts e roteadores. Deve-se observar que a maioria dos sistemas operacionais modernos já
é implementada segundo o conceito de multiprotocolo [13].
Figura 6: Estrutura das camadas Física ISO/OSI
Fonte: http://www.ppgia.pucpr.br/~jamhour/Pessoal/Mestrado/TARC/IPv6Trans.pdf
Os endereços IPv6 são números de 128 bits (16 bytes). Ao invés de adotar a notação decimal pontuada do
IPv4, onde o endereço é formado por quadro bytes separados por ".", o IPv6 representa seu endereço na
forma de 8 palavras de 16 bits, separadas por ":". Cada uma das palavras que forma o endereços IPv6 é
representada em hexadecimal.
Dessa forma, um endereço IPv6 tem o seguinte formato:
FE80:0000:0000:0000:68DA:8909:3A22:FECA
As palavras que forem formadas unicamente por quatro zeros em hexadecimal podem ser substituídas por
um único zero, conforme o exemplo a seguir:
FE80:0:0:0:68DA:8909:3A22:FECA
A escrita de cada endereço IPv6 é longa, o que dificulta sua representação. Com o IPv6, o serviço de
DNS que oferece um nome fácil de usar a um computador será mais necessário do que nunca, pois é
simplesmente impossível decorar os endereços de IPv6 presente em uma infraestrutura de rede. Para
tornar os endereços ainda mais compactos, uma sequência de zeros pode ser substituídas pelo símbolo
"::", conforme o exemplo abaixo [13]:
FE80::68DA:8909:3A22:FECA
Contudo, essa simplificação pode ocorrer uma única vez no endereço, ou não será possível determinar
quantos zeros correspondem a cada símbolo "::".
O símbolo "::" pode estar também no início do endereço. Por exemplo, o endereço loopback IPv6 é
representado como:
::1, que é equivalente a 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001
11
Os endereços IPv6 são seguidos de uma máscara de sub-rede na forma compacta (/"tamanho do prefixo"),
de maneira similar aos endereços IPv4 [13]:
FE80::68DA:8909:3A22:FECA/80
Cabeçalho principal do IPv6
O cabeçalho do IPv6 é mais enxuto se comparado ao cabeçalho do endereço IPv4. Segue abaixo o
cabeçalho principal do IPv6 e suas funções para cada campo e a quantidade de bits que os compõe.
Figura 7: Cabeçalho do protocolo IPv6
Fonte: http://www.projetoderedes.com.br/artigos/artigo_ip_next_generation.php
Version (Versão): Para endereços IPv4, Versão é 4 e para endereços IPv6 é 6 ou seja, determina a
versão do endereço.
Traffic Class (Classe de Tráfego): Serve para identificar se o dado no pacote é de uma mídia
contínua, como vídeo ou som, ou se é de outro tipo. Ainda há muita discussão sobre a divisão mais
útil e eficiente dos vários tipos de tráfego em classes. Cabe à camada superior informar a camada
IPv6 qual a classe de tráfego a ser utilizada. Um roteador pode alterar os bits do campoTraffic
Class da forma que desejar.
Flow Label (Identificação de Fluxo): Esse campo de identificação de fluxo é uma sequência de
pacotes enviados a partir de uma determinada origem, para um determinado destino
(unicastou multicast), requerendo um tratamento especial pelos roteadores, como QoS ou reserva
de banda (RSVP – Resource Reservation Protocol). Por exemplo: quando um roteador recebe um
pacote com esse campo sendo não zero, ele identifica a qual fluxo de pacotes ele pertence. Se for
um fluxo um streaming de vídeo pertencente a uma determinada aplicação, o roteador pode
atribuir maior prioridade para esses pacotes. Quando outro pacote com o mesmo número de
identificação de fluxo chegar, o roteador poderia enviá-lo diretamente para seu destino, sem
precisar ler os campos de endereço. O valor desse campo deve receber um valor aleatório para
cada “pseudocanal de conexão”, para reduzir a possibilidade de existirem dois canais com o
mesmo código, fazendo com que o roteador pense que é só um canal e envie os dados
erroneamente pela mesma rota.
Payload Length (Tamanho dos Dados): Informa o comprimento dos dados, em octetos,
encapsulados pela camada de rede, isto é quantos bytes vêm depois do cabeçalho IPv6 (os campos
de extensão são contabilizados). Caso esse campo seja 0, indica que o comprimento dopayload é
superior a 65.535 octetos e é informado em um Extension Header.
12
Next Header (Próximo Cabeçalho): Esse é o campo que permite dizer quais das seis extensões de
cabeçalhos estão presentes, caso haja alguma. Foi ele quem permitiu transformar alguns campos
do cabeçalho do IPv6 em campos opcionais.
Hop Limit (Limites de Saltos): Esse é o campo utilizado para evitar que os pacotes tenham uma
vida muito alta. Ele recebe um número, e a cada salto entre roteadores, este é decrementado de
uma unidade. O campo equivalente no cabeçalho IPv4 é o campo “tempo de vida”, que
determinava quantos segundos o pacote deveria existir.
Source Address (Endereço de Origem):Informa o endereço de origem do pacote
Destination Address (Endereço de Destino): Informa o endereço de destino, O endereço de
destino pode não ser o endereço do host final, porque pode ser um cabeçalho de roteamento [14].
Classificação dos Endereços IPv6
A seguir as diferentes classificações dos endereços IPv6 e quanto a sua utilização.
Endereços Unicast
Identificam um host de forma única e exclusiva, com grande número de endereços possíveis. Este tipo de
endereço viabiliza que todos os hosts do mundo possam ter conectividade fim-a-fim, não tão diferente
como no IPv4 Os endereços unicast são subdivididos em três grupos, como veremos abaixo.
Endereços Globais
Endereços unicast globais, são equivalentes aos endereços IPv4 públicos. Eles são globalmente roteáveis
e acessíveis na Internet IPv6. Endereços unicast globais também são conhecidos como apenas endereços
globais [15], Resumidamente são os IPs que a IANA disponibiliza para conexão na internet.
Endereços Link Local
Segundo Hinden & Deering, o endereçamento de link local pode ser automaticamente configurado em
qualquer interface pela conjugação do seu prefixo FE80::/10 (1111111010) conforme Figura 5, e a
identificação da interface no formato EUI-64. Estes endereços são utilizados nos processos de
configuração dinâmica automática e no processo de descoberta de elementos na hierarquia de roteamento
(Neighbour Discovery). Este endereçamento permite também a comunicação entre nós pertencentes ao
mesmo enlace. Equipamentos de roteamento não devem enviar pacotes que contenham este tipo de
endereçamento como origem ou destino. Além disso, esses endereços não são repassados pelos roteadores
[16].
Figura 8: Formato do endereço link local
13
Fonte: Cisco
Endereços Unique Local
São equivalentes ao espaço de endereço IPv4 privado (10.0.0.0 / 8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16) por
exemplo. Esses endereços podem ser usados para uma comunicação restrita dentro de um domínio
específico. As intranets privadas que não têm uma conexão direta e encaminhada para a Internet IPv6,
podem usar endereços de sites locais sem conflito com agregáveis aos endereços unicast globais. Este
tipo de endereçamento pode ser considerado como privado, visto que ele está restrito a um domínio sem
ligação à Internet. Desta forma ele não pode ser anunciado externamente por roteadores [15].
Endereços de Retorno
Esse endereço é semelhante ao endereço IPv4, ou seja, o endereço de sua própria interface é utilizado
quando um nó envia um pacote para si mesmo. Na maioria dos casos esse endereço em IPv4 é o 127.0.0.1
(loopback), em IPv6 é sugerido o 0:0:0:0:0:0:0:1 ou ::1.
O endereço de loopback IPv6 não pode ser atribuído a nenhuma interface física, nem como endereço de
fonte, nem como endereço de destino, mas pode ser imaginado como sendo de uma interface virtual.. Um
pacote que tem o endereço IPv6 loopback como sua fonte ou endereço de destino deve permanecer dentro
do nó que criou o pacote [16].
Endereços não Especificados
Esse endereço indica quando não há um endereço. Ele nunca deverá ser utilizado como um endereço
válido para nenhum host. A sua utilidade é para que estações que ainda não foram inicializadas sejam
identificadas com endereços deste tipo, ou seja, hosts que ainda não tenham aprendido seus próprios
endereços globais utilizem tais endereços para se autoconfigurar. Além disso, esse tipo de endereço não
deve ser utilizado como endereço de destino ou em cabeçalho de roteamento de pacotes IPv6 [16].
Endereços Anycast
É o identificador de um conjunto de interfaces (geralmente pertencentes a nós diferentes). Um pacote
enviado para um endereço anycast é entregue a uma das interfaces identificadas por aquele endereço (a
mais próxima, segundo os protocolos de roteamento) [17].
Um exemplo de utilização mais comum está relacionado a serviços UDP, principalmente DNS, quando
temos diversos servidores publicados em diferentes localidades com o mesmo número de IP.
Endereços Multicast
Um endereço IPv6 multicast é um identificador para um grupo de interfaces (Tipicamente em diferentes
nós). Uma interface pode pertencer a qualquer número de grupos de multicast [18]. Esse tipo de endereço
é utilizado para identificar um grupo de interfaces pertencentes a hosts diferentes. Um pacote destinado a
um endereço anycast é enviado para um das interfaces identificadas pelo endereço. Especificamente, o
pacote é enviado para a interface mais próxima, de acordo com o protocolo de roteamento [11].
Um endereço do tipo anycast não pode ser utilizado como endereço de origem de um pacote IPv6. Este
tipo de endereçamento será útil na detecção rápida de um determinado servidor ou serviço. Por exemplo,
poderá ser definido um grupo de servidores de DNS configurados com endereçamentoAnycast, assim
um host irá alcançar o servidor mais próximo utilizando este tipo de endereço. É importante informar que
em Redes IPv6 não existem mais os endereços de Broadcast (um-para-todos). Este recurso agora é
realizado por diversos grupos multicast específicos [11].
14
Redes IP I: Comparativo entre IPv4 e IPv6
Nesta seção veremos alguns detalhes importantes quanto a comparação do IPv4 ao IPv6. Em resumo o
IPv6 se diferencia em endereços quase ilimitadas, aumento da mobilidade, melhor desempenho,
características de segurança superiores como visualizado na tabela abaixo.
Tabela 2: Comparativo entre IPv4 e IPv6
IPV4
IPV6
Endereço de 32bits
Endereço de 128bits
Suporte opcional de IPSec
Suporte obrigatório de IPSec
Introduz capacidades de QoS
Nenhuma referência a capacidade de
utilizando para isso o campo Flow
QoS (Quality of Service)
Label
A fragmentação deixa de ser realizada
Processo de fragmentação realizada
pelos routers e passa a ser processada
pelo router
pelos hostemissores
Todos os campos de opção foram
O cabeçalho inclui os campos de
mudados
para
dentro
do
opção
campoextension header
O ARP foi abandonado, sendo
O Adress Resolution Protocol(ARP),
substituídos
pelas
utiliza requisitos do tipoBroadcast
mensagensNeibhbor Discovery
Internet Resolution Management O IGMP fio substituído por
Protocol (IGMP) é utilizado para mensagens Multcast
Listner
gerir relações locais de sub-redes
Discovery
Os Endereços de Broadcast são Deixa de existir
utilizados para enviar tráfego para deBroadcast, para
todos os host de uma rede
endereçosmulticast
o
endereço
utilizar
O endereço tem de ser configurado Adição de funcionalidades
manualmente
autoconfiguração
de
Suporta pacotes de 576 bytes, Suporta pacotes de 1280 bytes, sem
passiveis de serem fragmentados
fragmentação
Fonte: http://www.techsutram.com/2009/03/differences-ipv4-vs-ipv6.html
Cabeçalho
Como podemos verificar na Figura 6, a estrutura do protocolo IPv6 foi bem resumida em relação ao seu
antecessor, sendo que muitos campos foram removidos ou tiveram seus nomes alterados.
15
Figura 9: Cabeçalho dos Protocolos IPv4 e IPv6 e suas alterações
Fonte: http://rafaelantunesavila.wordpress.com/author/rafaelantunesavila/
Conforme verificado os campos Internet header length, Identificação, NF, MF, Identificação do
Fragmento, Checksum do Cabeçalho e Opções foram removidos, em contra partida o campo Identificação
de Fluxo foi adicionado ao IPv6. Os campos Tipo de serviço, Tamanho total, TTL e Protocolo tiveram
seus nomes trocados e posições alteradas, já os campos Endereços da Fonte e endereços do Destino
mantiveram nas duas versões, mas suportando uma quantidade de armazenamento maior no IPv6.
Segurança
Hoje, em 2012, são aproximadamente trinta anos de uso do protocolo IPv4 comparado a treze anos do
IPv6, mas com uma adoção muito tímida pelo mercado, sendo assim muito cedo a definição de segurança
para o novo protocolo. Com a adoção cada vez maior do IPv6, as vulnerabilidades serão publicadas e
corrigidas em uma velocidade cada vez maior [5].
Os principais objetivos de segurança do IPv6 são iguais aos objetivos de segurança em qualquer
infraestrutura de redes. Estes incluem: robustez da infraestrutura; autenticação, confidencialidade e
integridade; não rejeição explícita, controle de acesso e contabilização e registro. Em IPv6, para atingir
estes objetivos, tem de ser verificadas diversas ameaças existentes e, dentre elas, serão discutidas sete:
pesquisa de pontos fracos em gateway e hosts, pesquisa de endereços multicast, acesso não autorizado,
exposição de pontos fracos devido ao NAT e pontos fracos do próprio, firewall, ataques de desempenho
com cabeçalhos fragmentados, pontos fracos do protocolo e ataques do tipo Denial of Service
(DDoS) [43].
Segundo Charles M. Kozierok, o IPsec (extensão do protocolo IP cujo objetivo é ser o método padrão
para fornecer privacidade ao usuário) não é um protocolo único, mas sim um conjunto de serviços e
protocolos que fornecem uma solução de segurança completa para uma rede IP. Esses serviços e
protocolos combinados fornecem vários tipos de proteções. IPsec funciona na camada IP, pode fornecer
essas proteções para qualquer protocolo TCP seja ele maior que a camada de aplicativo / IP ou protocolo
sem a necessidade de métodos adicionais de segurança, o que é uma grande vantagem.
O IPsec inclui as seguintes características:
Criptografia de dados do usuário de privacidade;
Autenticação da integridade de uma mensagem para assegurar que ele não é alterada em uma rota;
16
Proteção contra certos tipos de ataques de segurança, tais como ataques de repetição entre outras.
Como foi parte integrante para o IPv6, seu suporte é obrigatório, ao contrário do que ocorria com o
IPv4, no qual seu suporte é opcional;
Há recomendações de segurança para o uso do protocolo IPv6, como:
Não utilizar endereços óbvios, filtrar mensagens ICMPv6 não essenciais
Utilizar IPSEC sempre que precisar de uma comunicação segura entre máquinas IPv6;
Usar endereços IPv6 unique local (FC00::/7);
No IPv4 bloquear as faixas não alocadas;
ICMPv4 vs ICMPv6
De acordo com Adilson Florentino, para suportar esses novos recursos, o protocolo ICMPv6 tem um
papel muito importante. Além de continuar a exercer as mesmas funções de seu antecessor ICMPv4, ele
também desempenha as funções dos protocolos ARP, RARP e IGMP. Ele é muito importante, pois se
deixarmos o firewall (dispositivo que tem por objetivo aplicar uma política de segurança a um
determinado ponto da rede de computadores)das estações de trabalho bloquearem toda e qualquer
mensagem ICMPv6, a rede simplesmente irá parar de funcionar, pois são mensagens desse tipo
responsáveis pela descoberta de vizinhança, atribuições de endereços Stateless (atribuição automática de
endereços de rede sem necessidade de servidor DHCP e/ou configurações manual nas máquinas) e pela
descoberta de roteadores e gateways (máquina intermediária geralmente destinada a interligar redes,
separar domínios de colisão, ou mesmo traduzir protocolos) em rede IPv6.
Protocolo de descoberta de vizinhança
O protocolo de descoberta de vizinhança foi desenvolvido sob a finalidade de resolver os problemas de
interação entre nós vizinhos em uma rede. Para isso ele atua sobre dois aspectos primordiais na
comunicação IPv6, a autoconfiguração de nós e a transmissão de pacotes.
No caso da autoconfiguração dos nós, o protocolo fornece suporte para a realização de três
funcionalidades:
Parameter Discovery: atua na descoberta por um nó de informações sobre o enlace (como MTU) e
sobre a Internet(como hop limit).
Address Autoconfiguration: trabalha com a autoconfiguração stateless de endereços nas interfaces
de um nó.
Duplicate Address Detection: utilizado para descobrir se o endereço que se deseja atribuir a uma
interface já está sendo utilizado por outro nó da rede.
Já no caso da transmissão de pacotes entre nós, o suporte é dado para a realização de seis funcionalidades:
Router Discovery: trabalha com a descoberta de roteadores pertencentes ao enlace.
17
Prefix Discovery: implementa a descoberta de prefixos de redes do enlace, cuja finalidade é
decidir para onde os pacotes serão direcionados numa comunicação (se é para um roteador
especifico ou direto para um nó do enlace).
Address Resolution: descobre o endereço físico através de um endereço lógico IPv6.
Neighbor Unreachability Detection: permite que os nós descubram se um vizinho é ou se
continua alcançável, uma vez que problemas podem acontecer nos nós como na rede.
Redirect: permite ao roteador informar ao nó uma rota melhor ao ser usado para enviar pacotes a
determinado destino.
Next-Hop Determination: algoritmo para mapear um endereço IP de destino em um endereço IP
de um vizinho para onde o trafego deve ser enviado [19].
A descoberta de vizinhança substitui ARP (protocolo de resolução de endereços), descoberta de roteador
ICMP e ICMP redirecionado, que são usados no IPv4. Ele também fornece funcionalidades adicionais. A
seguinte lista mostra como os hosts, roteadores e nós utilizam a descoberta de vizinhança:
Hosts utilizam para descobrir roteadores vizinhos, endereços, prefixos endereço e outros
parâmetros.
Os roteadores utilizam da descoberta de vizinhança para informar aos hosts de um melhor próximo
salto para um endereço de destino específico.
Nós usam descoberta de vizinhança para descobrir o endereço da camada de um nó vizinho no
qual um pacote IPv6 está sendo encaminhado e também para determinar quando o endereço da
camada de um nó vizinho foi alterado, e se os pacotes IPv6 podem ser enviados e recebidos de um
nó vizinho [20].
DHCPv4 vs DHCPv6
DHCP é a sigla para Dynamic Host Configuration Protocol. Trata-se de um protocolo utilizado em redes
de computadores que permite a estes obterem um endereço IP automaticamente, sem que o usuário
precise configurar manualmente cada host [21].
É importante frisar que, além do endereço IP, também é necessário atribuir outros parâmetros a cada
computador (host) que passa a fazer parte da rede. Com o DHCP isso também é possível. Pode-se passar
à máquina-cliente informações como máscara de rede, endereços de servidores DNS (Domain Name
Server), nome que o computador deverá assumir na rede (por exemplo, infowester, infowester1 e assim
por diante), rotas, etc [30].
As duas principais diferenças entre DHCPv4 e DHCPv6 são as seguintes:
No modelo administrativo o DHCPv4 permite que para cada interface e administração é alocado
em uma interface lógica e no DHCPv6 essa configuração não é necessária. Este protocolo é
habilitado em uma dada interface física.
DHCPv4 o servidor DHCP fornece a máscara de sub-rede para cada endereço. Uma
opçãohostname define o nome do nó de todo o sistema. Já no DHCPv6 a máscara de sub-rede é
fornecida por anúncios ao roteador, não havendo a opção DHCPv6 hostname [22].
18
QoS
Por definição, a Qualidade de Serviço (Quality of Service – QoS) de uma rede é garantida pelos
componentes da rede e equipamentos utilizados, estando baseada em um mecanismo fim-a-fim de
garantir a entrega das informações e que deve atuar na comunicação dos equipamentos envolvidos
visando o controle dos parâmetros de Qualidade de Serviço [23].
Num primeiro momento, o termo "Qualidade de Serviço" pode ser entendido como sendo um requisito
das aplicações para a qual exige-se que determinados parâmetros (atrasos, vazão, perdas, etc) estejam
dentro de limites bem definidos (valor mínimo e valor máximo). Entretanto, a garantia de Qualidade de
Serviço em redes de computadores envolve vários níveis de atuação em diversos tipos de equipamentos e
tecnologias, ou seja, esses parâmetros não estão localizados em apenas um único equipamento ou
componente da rede. Considerando esse fato, a Qualidade de Serviço deve atuar em todos os
equipamentos, camadas de protocolo e entidades envolvidos [23].
A implementação de QoS no IPv4 é baseada nas portas TCP e UDP do pacote, o que pode tornar o seu
uso não aplicável em algumas situações. Da mesma forma que o IPv4, o IPv6 é um protocolo responsável
pelo endereçamento de hosts e roteamento de pacotes entre redes que são baseadas em TCP/IP. Apesar de
assustar em um primeiro momento, o IPv6 é um protocolo bem mais simples que o IPv4. O protocolo
IPv6 possui um Flow Label (etiqueta de controle de fluxo) para priorizar a entrega de pacotes. Isso
permite que os hosts se comuniquem utilizando o conceito de QoS para entrega dos pacotes, tornando
alguns serviços mais funcionais [24].
O campo Controle de Fluxo permitirá que políticas de QoS sejam aplicadas sem a necessidades de
verificação a fundo das camadas superiores do pacote IPv6 para que sejam definidas e implementadas.
Por exemplo, pacotes criptografados poderão passar pelo filtro do QoS, pois o campo “Controle de
Fluxo” está fora do cabeçalho de transporte. Já os pacotes fragmentados, que por padrão não possuem
todas as informações da camada de transporte, poderão ser verificados utilizando o campo “Controle de
Fluxo” [5].
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Redes IP I: Considerações finais
Este tutorial parte I procurou apresentar um breve histórico do IPv4, que se confunde com o início da
Internet, e do IPv6, que apareceu como solução para o esgotamento dos endereços IP, e finalizou com
uma comparação entre as duas versões do Protocolo IP.
O tutorial parte II apresentará os métodos e técnicas de transição de Pilha Dupla, Tunelamento e
Tradução, a seguir apresentará um resumo comparativa das técnicas apresentadas, e detalhará um Estudo
de Caso de migração do IPv4 para o IPv6, e finalizará com as conclusões do estudo realizado.
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http://www.clm.com.br/produtos/a10/ax-ipv6.htm
Acesso em: 12 nov 2012
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Redes IP I: Teste seu entendimento
1. Qual das alternativas abaixo representa uma das medidas paliativas que surgiram ao longo da
década de 1990 para postergar o esgotamento dos endereços IPv4?
CIDR (Classless Inter-Domain Routing).
RFC 1918 (Address Allocation for Private Internets).
NAT (Network Address Translation).
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
Todas as alternativas anteriores.
2. Como podem ser classificados os endereços IPv6?
Endereços Unicast, de Retorno, não Especificados, Anycast e Multicast.
Endereços Broadcast, de Retorno, não Especificados, Anycast e Multicast.
Endereços Unicast, sem Retorno, não Especificados, Anycast e Multicast.
Endereços Unicast, de Retorno, Especificados, Anycast e Multicast.
3. Qual é o tamanho em bits dos campos de endereços no IPv4 e no IPv6?
IPv4: 128 bits, e IPv6: 32.
IPv4: 24 bits, e IPv6: 96.
IPv4: 32 bits, e IPv6: 128.
IPv4: 96 bits, e IPv6: 24.
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