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:: IP de próxima geração

José Mauricio Santos Pinheiro em 26/05/2006

 

No início dos anos 1980, os profissionais envolvidos no desenvolvimento da Internet previram que haveria um aumento significativo do número de redes de computadores no âmbito mundial, mas não contaram com o crescimento exponencial que temos assistido nos últimos anos.

Esse crescimento acelerado da Internet e o desenvolvimento igualmente rápido de novas tecnologias e dispositivos de redes estão levando ao esgotamento dos endereços IP disponíveis. Além disso, esse grande aumento do número de redes leva a uma situação onde as tabelas de roteamento acabam tomando proporções que dificultam a manutenção e atualização das informações de todas essas redes.

IP de Próxima Geração

O IPv6, também conhecido como IPng (Internet Protocol next generation) está referenciado na RFC (Request For Comments)1883, que contém sua especificação completa. Ele deverá possibilitar a resolução dos problemas atuais de esgotamento de endereços do IPv4 e também deverá ser capaz de prover as funcionalidades necessárias para as novas tecnologias de redes que surgirem.

O IPv6 mantém as principais características do IPv4, ou seja, é um protocolo sem conexão onde cada datagrama contém um endereço de destino e é roteado de forma independente e assim como o IPv4, o IPv6 também possui um número máximo de roteadores por onde o pacote poderá passar (Hop Limit) no percurso entre origem e destino.

O IPv6 foi desenvolvido pela mesma razão que outros protocolos para uso na Internet são criados e modificados: internetwork, ou seja, crescimento da Internet e integração das redes de computadores por todo o mundo, motivado principalmente pelo aumento das conexões de redes, bem como pelo surgimento de novas aplicações que incluem:

Dispositivos pessoais de comunicação (fax, PDA, telefones, computadores portáteis, etc), que são endereçáveis na rede e necessitam de um IP único;

Dispositivos controlados através da rede (controles de acesso, identificação pessoal, automação predial, etc), que utilizam endereços IP para se comunicarem;

Sistemas de entretenimento (TV interativa, vídeo sob demanda, etc), que requerem endereços IP para funcionarem plenamente.

Todas as aplicações citadas acima apresentam como características em comum necessidade de roteamento em larga escala, configuração e reconfiguração automática, autenticação e criptografia de dados e todas necessitam serem incluídos em tabelas de roteamento que o IPv4 não terá como dar suporte futuramente, principalmente se lembrarmos a necessidade de manter as aplicações já existentes.

As principais características que podemos destacar no protocolo IPv6 são as seguintes:

Expansão da capacidade de endereçamento e encaminhamento;

Simplificação dos cabeçalhos;

Suporte melhorado para opções;

Capacidade de suportar qualidade de serviço (QoS);

Capacidade de providenciar autenticação e privacidade.

Esta capacidade maior de endereços do IPv6 permite mais níveis de hierarquia de endereçamento, autoconfiguração (stateless configuration) e suporte mais eficiente a outros endereços de protocolos de redes, permitindo ainda que um dispositivo tenha múltiplos endereços por interface, o que torna cada conexão uma conexão diferente.

Podemos destacar ainda outras características importantes do IPv6:

Suporte a endereços de multicast (conexão ponto-multiponto, correspondente a um grupo de computadores), unicast (conexão ponto-a-ponto, correspondente a um único computador) e anycast (o destino é um computador dentro de um grupo de computadores);

Suporte a auto-reendereçamento, o que permite que um pacote seja roteado automaticamente para um novo endereço;

Suporte a auto-reconfiguração de endereços de rede por meio de DHCP;

Suporte a autenticação de dados, privacidade e confidencialidade;

Suporte a roteamento prioritário para pacotes que necessitam de taxa de transmissão constante, sem interrupção.

Por que 128 bits?

Como a proposta inicial era fornecer mais endereços para a Internet, o grupo de trabalho responsável pelo desenvolvimento do novo protocolo criou uma versão experimental batizada de IPv5, projetada para a transmissão de dados em tempo real. O IPv5 foi uma pequena modificação experimental no IPv4 com o objetivo de trafegar voz e vídeo em multicast. Sua especificação pode ser encontrada sob o RFC 1819. Posteriormente essa versão foi aperfeiçoada e ganhou o número IPv6.

A primeira versão do IPv6 foi elaborada inicialmente para usar 160 bits em sua composição. Posteriormente foi alterada para 128 bits, devido a uma convenção adotada entre IETF (Internet Engineering Task Force) e o IEEE, conhecida por EUI-64 (Extended Unique Interface). O EUI-64 altera o endereço MAC dos novos dispositivos de rede, de 48 bits para 64 bits, permitindo ao IPv6 utilizar 64 bits na identificação das redes e 64 bits na identificação dos hosts.

Diferenças entre IPv6 e IPv4

O grupo responsável pela implementação do IPv6 verificou que alguns campos e funções do protocolo IPv4 executavam tarefas que não eram necessárias, tornando o trabalho do protocolo lento. Por esse motivo, alguns campos no IPv6 foram suprimidos, outros renomeados e movidos de lugar e um outro adicionado.

Algumas diferenças entre os dois protocolos são evidentes quando são examinados os formatos dos cabeçalhos de ambos. Três diferenças bastante visíveis são:

O tamanho do cabeçalho do IPv4 é variável devido as suas opções e campos de apoio. Já o tamanho do cabeçalho do IPv6 é fixo em 320 bits;

O IPv4 apresenta 14 campos, enquanto o IPv6 apresenta apenas 8 campos. Cabe aqui ressaltar que, embora o cabeçalho do IPv4 apresente 14 campos, o mais comum é utilizarmos apenas 12 (o campo options – opções - raramente é utilizado e, em conseqüência, o campo preenchimento – padding - também não é utilizado);

No campo de endereçamento do IPv4, tanto o endereço de origem (source address) quanto o endereço de destino (destination address) apresentam 32 bits, enquanto no IPv6 apresentam 128 bits cada um. Como se pode observar, os campos de endereço do IPv6 representam 80% do cabeçalho (256 de 320 bits).

Figura 1 - Diferenças entre IPv4 e IPv6

O IPv6 ainda oferece suporte a uma grande variedade de opções que vão desde autenticação IPSec, criptografia para segurança de dados, priorização de tráfego e designação de tratamento especial para os pacotes, todos serviços não providos pelo IPv4.

Endereçamento no IPv6

Uma das diferenças mais marcantes entre o IPv4 e o IPv6 está no tamanho do endereço IP. Com 128 bits, o IPv6 possui quatro vezes mais bits de endereços que o IPv4, o que significa a disponibilidade de 2128 endereços, ou seja, 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços. Contudo deve-se observar que o endereçamento do IPv6 não é completamente plano, isto é, não é possível utilizar todas as combinações disponíveis. Mesmo assim ainda teríamos um número suficientemente grande de endereços para suprir a demanda das redes por várias décadas.

Com a definição do novo formato de cabeçalho para o IPv6, o IETF optou por separar os cabeçalhos, isto é, host passa a ter um cabeçalho de host e a rede, cabeçalho de rede, tornando a tarefa de roteamento mais simples e permitindo ainda a adoção de uma política de roteamento mais elaborada e segura.

Os endereços IPv6, assim como no IPv4 estão agrupados em classes, contudo estes são atribuídos às interfaces físicas, não aos nós de rede. Eles são expressos na forma hexadecimal e escritos com 8 inteiros de 16 bits e dois pontos (:) são usados como delimitadores. Um exemplo de endereço IPv6 é o seguinte:

2A01:0000:0000:0000:12FB:071C:04DE:689E

Para reduzir a complexidade de escrita dos endereços, os grupos de 0 hexadecimais são substituídos por um único 0. Assim, o exemplo anterior ficaria:

2A01:0:0:0:12FB:071C:04DE:689E

Freqüentemente, muitos dos endereços IPv6 contém strings de 0 contíguos. Nestes casos, dois pontos duplos (::) podem designar os múltiplos grupos de 0, simplificando a notação. Dessa forma, o exemplo anterior pode ser escrito ainda como:

2A01::12FB:071C:04DE:689E

Neste caso, os dois pontos duplos denotam três grupos de 0 hexadecimais. Deve-se observar que os dois pontos duplicados só podem ser usados uma única vez no endereço (no início ou no final).

Para maiores informações sobre a arquitetura de endereçamento IPv6 consultar a RFC 1884, RFC 2073, RFC 2373 e RFC 2374.

Suporte ao IPv4

O IPv6 dá suporte aos formatos do IPv4. Neste caso, os endereços são chamados de "endereços IPv6 com endereços IPv4 embutidos". Dois formatos diferentes são permitidos neste caso:

Um formato que consiste de 96 bits 0 seguidos por um endereço IPv4 de 32 bits. Por exemplo, o endereço IPv4 203.45.150.68 pode ser expresso no IPv6 como 0:0:0:0:0:0:203.45.150.68 ou ainda ::203.45.150.68. Esse tipo de endereço é usado para representar nós que dão suporte ao IPv6, mas fazem roteamento de pacotes IPv4;

O segundo formato que consiste de 80 bits 0 seguidos por um grupo de hexadecimais F e este seguido por um endereço IPv4. Por exemplo, o endereço IPv4 203.45.150.68 pode ser escrito como ::FFFF:203.45.150.68. Esse tipo de endereço é usado para representar nós IPv4 que não dão suporte ao IPv6.

Processo de migração

Os equipamentos de rede deverão oferecer compatibilidade entre IPv6 e IPv4 ainda por mais alguns anos, seja por encapsulamento, tunelamento, algum protocolo de roteamento capaz de lidar com ambas as versões ou alguma outra técnica.

A conversão do IPv4 para o IPv6 deverá ocorrer gradualmente, sem interromper o funcionamento dos sistemas existentes em IPv4, através de atualizações incrementais das aplicações. Assim, inicialmente teremos dispositivos IPv4 coexistindo com dispositivos IPv6 e, posteriormente, apenas os dispositivos IPv6 deverão permanecer em funcionamento nas redes de computadores.

Há um grupo de trabalho do IETF, o IPng Transition (ou simplesmente "ngtrans") encarregado de levantar os problemas e soluções para essa migração.

Conclusão

O IPv4, estabelecido há mais de uma década, vem demonstrando algumas deficiências principalmente em função do crescimento de tráfego verificado ao longo dos últimos anos e da variedade de aplicações desenvolvidas para a Internet. O IPv6 é a proposta da IETF para resolver as fraquezas do IPv4, com especial atenção para as funções de gerenciamento de endereços, qualidade dos serviços e segurança, além de ampliar bastante o espaço de endereçamento na Internet.

Ao contrário do que afirmam alguns profissionais da área de redes, o IPv6 não é uma atualização do IPv4, mas uma versão nova do protocolo IP, uma vez que o endereçamento é diferente do seu antecessor, possui cabeçalhos mais específicos, provê novas opções, incluindo segurança e controle de fluxo, juntamente com outras características que não estão presentes no IPv4 atualmente em uso.

José Maurício Santos Pinheiro
Professor Universitário, Projetista e Gestor de Redes, 
membro da BICSI, Aureside e IEC.

Autor dos livros:
 
· Guia Completo de Cabeamento de Redes ·
· Cabeamento Óptico ·
· Infraestrutura Elétrica para Redes de Computadores
·
· Biometria nos Sistemas Computacionais - Você é a Senha ·

E-mail: jm.pinheiro@projetoderedes.com.br

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