Curso IPv6 básico, Notas de estudo de Redes de Computadores

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CURSO IPv6 BÁSICO

Rodrigo Regis dos Santos

Antônio M. Moreiras

Eduardo Ascenço Reis

Ailton Soares da Rocha

Núcleo de Informação e Coordenação do ponto BR

São Paulo

Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR

Diretor Presidente Demi Getschko

Diretor Administrativo Ricardo Narchi

Diretor de Serviços Frederico Neves

Diretor de Projetos Especiais e de Desenvolvimento Milton Kaoru Kashowakura

Centro de Estudos e Pesquisas em Tecnologia de Redes e Operações – CEPTRO.br Antônio Marcos Moreiras

Coordenação Executiva e Editorial: Antônio Marcos Moreiras

Autores / Design / Diagramação Rodrigo Regis dos Santos Antônio Marcos Moreiras Eduardo Ascenço Reis Ailton Soares da Rocha

Sobre a licença

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O Departamento de Defesa (DoD - Department of Defense ) do governo estadunidense iniciou em 1966, através de sua Agencia de Pesquisas e de Projetos Avançados (ARPA - Advanced Research Projects Agency ), um projeto para a interligação de computadores em centros militares e de pesquisa. Este sistema de comunicação e controle distribuído com fins militares recebeu o nome de ARPANET, tendo como principal objetivo teórico formar uma arquitetura de rede sólida e robusta que pudesse, mesmo com a queda de alguma estação, trabalhar com os computadores e ligações de comunicação restantes. Em 1969, são instalados os primeiros quatro nós da rede, na Universidade de Los Angeles (UCLA), na Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB), no Instituto de Pesquisas de Standford (SRI) e na Universidade de Utah. No início, a ARPANET trabalhava com diversos protocolos de comunicação, sendo o principal o NCP ( Network Control Protocol ). No entanto, em 1/1/1983, quando a rede já possuía 562 hosts, todas as máquinas da ARPANET passaram a adotar como padrão os protocolos TCP/IP, permitindo o crescimento ordenado da rede e eliminando restrições dos protocolos anteriores. Definido na RFC 791, o protocolo IP possui duas funções básicas: a fragmentação, que permite o envio de pacotes maiores que o limite de tráfego estabelecido de um enlace, dividindo- os em partes menores; e o endereçamento, que permite identificar o destino e a origem dos pacotes a partir do endereço armazenado no cabeçalho do protocolo. A versão do protocolo IP utilizada na época e atualmente é a versão 4 ou IPv4. Ela mostrou-se muito robusta, e de fácil implantação e interoperabilidade, entretanto, seu projeto original não previu alguns aspectos como:

• (^) O crescimento das redes e um possível esgotamento dos endereços IP;
• (^) O aumento da tabela de roteamento;
• (^) Problemas relacionados a segurança dos dados transmitidos;
• (^) Prioridade na entrega de determinados tipos de pacotes.

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● (^) 1969 – Início da ARPANET

● (^) 1981 – Definição do IPv4 na RFC 791

● (^) 1983 – ARPANET adota o TCP/IP

● (^) 1990 – Primeiros estudos sobre o esgotamento dos endereços

● (^) 1993 – Internet passa a ser explorada comercialmente
(^) Intensifica-se a discussão sobre o possível esgotamento dos endereços livres e do aumento da tabela de roteamento.

A Internet e o TCP/IP

As especificações do IPv4 reservam 32 bits para endereçamento, possibilitando gerar mais de 4 bilhões de endereços distintos. Inicialmente, estes endereços foram divididos em três classes de tamanhos fixos da seguinte forma:

(^) Classe A : definia o bit mais significativo como 0, utilizava os 7 bits restantes do primeiro octeto para identificar a rede, e os 24 bits restantes para identificar o host. Esses endereços utilizavam a faixa de 1.0.0.0 até 126.0.0.0 ;
(^) Classe B : definia os 2 bits mais significativo como 10, utilizava os 14 bits seguintes para identificar a rede, e os 16 bits restantes para identificar o host. Esses endereços utilizavam a faixa de 128.1.0.0 até 191.254.0.0 ;
(^) Classe C : definia os 3 bits mais significativo como 110, utilizava os 21 bits seguintes para identificar a rede, e os 8 bits restantes para identificar o host. Esses endereços utilizavam a faixa de 192.0.1.0 até 223.255.254.0 ;

Embora o intuito dessa divisão tenha sido tornar a distribuição de endereços mais flexível, abrangendo redes de tamanhos variados, esse tipo de classificação mostrou-se ineficiente. Desta forma, a classe A atenderia um número muito pequeno de redes, mas ocupava metade de todos os endereços disponíveis; para endereçar 300 dispositivos em uma rede, seria necessário obter um bloco de endereços da classe B, desperdiçando assim quase o total dos 65 mil endereços; e os 256 endereços da classe C não supriam as necessidades da grande maioria das redes.

Classe Formato Redes A 128 16.777. B 16.384 65. C 2.097.152 256

Hosts 7 Bits Rede, 24 Bits Host 14 Bits Rede, 16 Bits Host 21 Bits Rede, 8 Bits Host

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Esgotamento dos endereços

IPv

● (^) IPv4 = 4.294.967.296 endereços. ● (^) Política inicial de distribuição de endereços.

● (^) Classe A
(^) IBM
(^) HP
(^) AT&T
(^) MIT

● (^) Classe B ● (^) Classe C ● (^) Endereços reservados

(^) DoD
(^) US Army
(^) USPS
(^) ........

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Esgotamento dos endereços

IPv

Esta imagem mostra uma visualização das informações da tabela de roteamento BGP extraída do projeto Routeviews. Nela, o espaço de endereço IPv4 unidimensional é mapeado em uma imagem de bidimensional, onde blocos CIDR sempre aparecem como quadrados ou retângulos.

Mais informações:

• http://maps.measurement-factory.com/

Diante desse cenário, a IETF ( Internet Engineering Task Force ) passa a discutir estratégias para solucionar a questão do esgotamento dos endereços IP e o problema do aumento da tabela de roteamento. Para isso, em novembro de 1991, é formado o grupo de trabalho ROAD ( ROuting and Addressing ), que apresenta como solução a estes problemas a utilização do CIDR ( Classless Inter- domain Routing ).

Definido na RFC 4632 (tornou obsoleta a RFC 1519), o CIDR tem como idéia básica o fim do uso de classes de endereços, permitindo a alocação de blocos de tamanho apropriado a real necessidade de cada rede; e a agregação de rotas, reduzindo o tamanho da tabela de roteamento. Com o CIDR os blocos são referenciados como prefixo de redes. Por exemplo, no endereço a.b.c.d/x , os x bits mais significativos indicam o prefixo da rede. Outra forma de indicar o prefixo é através de máscaras, onde a máscara 255.0.0.0 indica um prefixo /8 , 255.255.0.0 indica um /16 , e assim sucessivamente.

Outra solução, apresentada na RFC 2131 (tornou obsoleta a RFC 1541), foi o protocolo DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol ). Através do DHCP um host é capaz de obter um endereço IP automaticamente e adquirir informações adicionais como máscara de sub-rede, endereço do roteador padrão e o endereço do servidor DNS local.

O DHCP tem sido muito utilizado por parte dos ISPs por permitir a atribuição de endereços IP temporários a seus clientes conectados. Desta forma, torna-se desnecessário obter um endereço para cada cliente, devendo-se apenas designar endereços dinamicamente, através de seu servidor DHCP. Este servidor terá uma lista de endereços IP disponíveis, e toda vez que um novo cliente se conectar à rede, lhe será designado um desses endereço de forma arbitrária, e no momento que o cliente se desconecta, o endereço é devolvido.

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Soluções paliativas: ● (^) 1992 - IETF cria o grupo ROAD ( ROuting and ADdressing ). ● (^) CIDR (RFC 4632) ● (^) Fim do uso de classes = blocos de tamanho apropriado. ● (^) Endereço de rede = prefixo/comprimento. ● (^) Agregação das rotas = reduz o tamanho da tabela de rotas. ● (^) DHCP ● (^) Alocações dinâmicas de endereços. ● (^) NAT + RFC 1918 ● (^) Permite conectar toda uma rede de computadores usando apenas um endereço válido na Internet, porém com várias restrições.

Soluções

Embora estas soluções tenham diminuído a demanda por IPs, elas não foram suficientes para resolver os problemas decorrentes do crescimento da Internet. A adoção dessas técnicas reduziu em apenas 14% a quantidade de blocos de endereços solicitados à IANA e a curva de crescimento da Internet continuava apresentando um aumento exponencial.

Essas medidas, na verdade, serviram para que houvesse mais tempo para se desenvolver uma nova versão do IP, que fosse baseada nos princípios que fizeram o sucesso do IPv4, porém, que fosse capaz de suprir as falhas apresentadas por ele.

Mais informações:

• RFC 1380 -^ IESG Deliberations on Routing and Addressing
• RFC 1918 - Address Allocation for Private Internets
• RFC 2131 - Dynamic Host Configuration Protocol
• RFC 2775 - Internet Transparency
• RFC 2993 - Architectural Implications of NAT
• RFC 3022 - Traditional IP Network Address Translator (Traditional NAT)
• RFC 3027 - Protocol Complications with the IP Network Address Translator
• RFC 4632 - Classless Inter-domain Routing (CIDR): The Internet Address Assignment and Aggregation Plan.

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Soluções paliativas: Queda de apenas 14%

Soluções

Deste modo, em dezembro de 1993 a IETF formalizou, através da RFC 1550, as pesquisas a respeito da nova versão do protocolo IP, solicitando o envio de projetos e propostas para o novo protocolo. Esta foi umas das primeiras ações do grupo de trabalho da IETF denominado Internet Protocol next generation (IPng). As principais questões que deveriam ser abordadas na elaboração da próxima versão do protocolo IP foram:

(^) Escalabilidade;

(^) Segurança;

(^) Configuração e administração de rede;

(^) Suporte a QoS;
(^) Mobilidade;

(^) Políticas de roteamento;

(^) Transição.

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Estas medidas geraram mais tempo para desenvolver uma nova versão do IP.

● (^) 1992 - IETF cria o grupo IPng (IP Next Generation )

● (^) Principais questões: ● (^) Escalabilidade; ● (^) Segurança; ● (^) Configuração e administração de rede; ● (^) Suporte a QoS; ● (^) Mobilidade; ● (^) Políticas de roteamento; ● (^) Transição.

Soluções

Entretanto, conforme relatado também na RFC 1752, todas as três propostas apresentavam problemas significativos. Deste modo, a recomendação final para o novo Protocolo Internet baseou-se em uma versão revisada do SIPP, que passou a incorporar endereços de 128 bits, juntamente com os elementos de transição e autoconfiguração do TUBA, o endereçamento baseado no CIDR e os cabeçalhos de extensão. O CATNIP, por ser considerado muito incompleto, foi descartado.

Após esta definição, a nova versão do Protocolo Internet passou a ser chamado oficialmente de IPv6.

Mais informações:

• RFC 1550 -^ IP: Next Generation (IPng) White Paper Solicitation
• RFC 1752 -^ The Recommendation for the IP Next Generation Protocol

As especificações da IPv6 foram apresentadas inicialmente na RFC 1883 de dezembro de 1995, no entanto, em em dezembro de 1998, está RFC foi substituída pela RFC 2460. Como principais mudanças em relação ao IPv4 destacam-se:

(^) Maior capacidade para endereçamento : no IPv6 o espaço para endereçamento aumentou de 32 bits para 128 bits, permitindo: níveis mais específicos de agregação de endereços; identificar uma quantidade muito maior de dispositivos na rede; e implementar mecanismos de autoconfiguração. A escalabilidade do roteamento multicast também foi melhorada através da adição do campo "escopo" no endereço multicast. E um novo tipo de endereço, o anycast , foi definido;
(^) Simplificação do formato do cabeçalho : alguns campos do cabeçalho IPv4 foram removidos ou tornaram-se opcionais, com o intuito de reduzir o custo do processamento dos pacotes nos roteadores;
(^) Suporte a cabeçalhos de extensão : as opções não fazem mais parte do cabeçalho base, permitindo um roteamento mais eficaz, limites menos rigorosos em relação ao tamanho e a quantidade de opções, e uma maior flexibilidade para a introdução de novas opções no futuro;
(^) Capacidade de identificar fluxos de dados : foi adicionado um novo recurso que permite identificar de pacotes que pertençam a determinados tráfegos de fluxos, para os quais podem ser requeridos tratamentos especiais;
(^) Suporte a autenticação e privacidade : foram especificados cabeçalhos de extensão capazes de fornecer mecanismos de autenticação e garantir a integridade e a confidencialidade dos dados transmitidos.

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● (^) 1998 - Definido pela RFC 2460

● (^) 128 bits para endereçamento. ● (^) Cabeçalho base simplificado. ● (^) Cabeçalhos de extensão. ● (^) Identificação de fluxo de dados (QoS). ● (^) Mecanismos de IPSec incorporados ao protocolo. ● (^) Realiza a fragmentação e remontagem dos pacotes apenas na origem e no destino. ● (^) Não requer o uso de NAT, permitindo conexões fim-a-fim. ● (^) Mecanismos que facilitam a configuração de redes. ● (^) ....

IPv

Durante os últimos dez anos, durante o desenvolvimento do IPv6, a Internet continuou apresentando um ritmo de crescimento cada vez mais acelerado. O número de hosts conectados à Internet saltou de 30.000.000 para aproximadamente 732.000.000 nos dias de hoje, com um número cada vez maior de usuários e dispositivos conectados à Rede.

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Por que utilizar IPv6 hoje?

● (^) A Internet continua crescendo

Quantidade de hosts na Internet

Esta expansão da Internet pode ser medida por diversos fatores, e inúmeras pesquisas têm mostrado que este crescimento não ocorre de forma isolada. Estima-se que existam no mundo 1.966.514.816 usuários de Internet, ou 28,7% da população da Terra, o que representa, considerando os últimos nove anos, um crescimento de 444,8%. Mantendo este ritmo de crescimento, dentro de dois anos serão dois bilhões de usuários, superando a previsão de que este número só seria alcançado em 2015. A tabela a seguir detalha esses números, apresentando a penetração e o crescimento da Internet em cada região do mundo. Segundo dados da ABI Research a quantidade de equipamentos móveis capazes de acessarem a Internet, como celulares, smartphones, netbooks e modens 3G, deve chegar a 2, bilhões de aparelhos.

Regiões População(em 2010)

Usuários de Internet (em 2000)

Usuários de Internet (atualmente)

% por Região Crescimento2000-

África 1.013.779.050^ 4.514.400 110.931.700^ 10,9 %^ 2.357,3 %

Ásia 3.834.792.852^ 114.304.000 825.094.396^ 21,5 %^ 621,8 %

Europa 813.319.511^ 105.096.093 475.069.448^ 58,4 %^ 352,0 %

Oriente Médio 212.336.924^ 3.284.800 63.240.946^ 29,8 %^ 1.825,3 %

América Norte 344.124.450^ 108.096.800 266.224.500^ 77,4 %^ 146,3 %

America Latina /Caribe

592.556.972 (^) 18.068.919 204.689.836 34,5 % 1.032,8 %

Oceania 34.700.201^ 7.620.480 21.263.990^ 61,3 %^ 179,0 %

TOTAL 6.845.609.960 360.985.492 1.966.514.816 28,7 % 444,8 %

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Por que utilizar IPv6 hoje?

● (^) A Internet continua crescendo ● (^) Mundo ● (^) 1.966.514.816 usuários de Internet; ● (^) 28,7% da população; ● (^) Crescimento de 444,8% nos últimos 10 anos. ● (^) Em 2014, soma de celulares, smartphones, netbooks e modens 3G deve chegar a 2,25 bilhões de aparelhos.

● (^) Brasil ● (^) 27% de domicílios com acesso à Internet; ● (^) 3,5 milhões de conexões em banda larga móvel; ● (^) 11 milhões de conexões em banda larga fixa.

Dados de 30/06/2010.