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22 de maio de 2010

Noções básicas de IPv6

Neste documentário, tem um material referente ao trabalho de uma pesquisa sobre noções básicas sobre IPv6.


Veja sobre:

- Necessidades
- Classes e Conversões
- Capacidades
- Composição do Endereço
- Protocolos
- Plataforma
e por último, a Bibliografia.



Necessidades 

A partir de 1994, as coisas na internet começaram à ficar um pouco complicadas. Já naquela época, não havia endereços IP suficientes para atender grandes empresas, que dispunham de vários computadores, e até então, não havia outro método mais prático, que colocá-los cada um com o seu endereço IP na Internet, apesar de não ser tão frequentemente utilizada, a necessidade por mais endereços já foi notada nesta época. Depois disto, criaram-se métodos como o NAT (networking address translation) que traduz um endereço IP de  Internet, para um endereço IP local, fazendo com que a rede da internet funcione localmente para vários computadores usando um único endereço IP.
Antigamente, as pessoas não passavam mais de 2 à 3 horas conectadas à Internet, então, uma alternativa para reduzir os números de IP (que já estavam ficando restritos) foi a utilização de endereço IP dinâmico. Isto resolveu parcialmente um grande problema, que acabou gerando lucros para as empresas fornecedoras de Internet, já que era possível colocar mais clientes on-line, enquanto outros clientes estão com o computador desligado, ou sem atividade na Internet (conexões dial-up, o usuário mal usava 1 hora do dia em média). Entretanto, as coisas mudaram, avançaram, e mais dispositivos de rede como roteadores, NAT, servidores, servidores de impressão, controle remoto residencial, entre outros, trabalham como se fossem um computador na Internet, e então, precisam de um endereço IP para ele, assim como acontece com os aparelhos celulares, que agora com a moda do 3G, 4G e 10G em alguns países, tomaram conta da Internet esgotando os últimos endereços IP disponíveis, fora a questão do tempo conectado, antes o usuário mal passava 3 horas conectados à Internet, mas hoje em dia, com dispositivos móveis, isto aumentou para quase 10 horas diárias.
Antes, as pessoas acessavam à Internet, talvez apenas no serviço, e alguns em sua própria casa. Atualmente, pessoas conectam-se em casa, no serviço, em shoppings, andando pelas ruas, em movimento, enquanto está aguardando um ônibus, metrô, as vezes num simples sistema de MSN (que a Vivo oferece para clientes por R$ 5,00/mensais aproximadamente) até um Blackberry Curve do qual o executivo responde e-mails a cada 5 minutos, e que são extremamente importantes para a informação da empresa da qual trabalha. Hoje, negócios são fechados por e-mail, eu mesmo, tenho alguns produtos que comercializo em um site de vendas, e os clientes, dos quais compram meus produtos, praticamente 90%, são clientes dos quais nem conheço, e nunca ouvi a voz deles, contato apenas por e-mail, e no mais próximo, só as agências dos correios.
Com tantos dispositivos on-line, mais pessoas com mais tempo on-line, realizando as mais diversas transações de negócios, e-mail, entretenimento, mensagens instantâneas, sites de relacionamento, compras on-line, vendas on-line, chegou ao fim a quantidade de endereços IP providos pela versão 4 do protocolo de Internet.
A companhia de terminal móvel OI, para tentar minimizar os problemas de falta de endereço IP, todos os seus clientes acessam à internet através de uma rede local do tipo WAN (local de longa distância), da qual conecta-se com o seu servidor de Internet à Internet, ou seja, todos os clientes possuem apenas um endereço IP na internet. Como grande parte dos celulares não requerem portas abertas para receber dados diretamente da Internet, o NAT faz seu trabalho sendo além de um guardião, já que trabalha como firewall, porém, limitando os usuários à acessarem sites de download (que travam o endereço IP à cada 24 horas por download) e/ou serviços de compartilhamento de arquivos em redes adversas conhecidas como P2P (People To People).
A nova versão do protocolo de internet, a versão 6, traz as vantagens tanto esperadas pelos recursos atuais inexistentes da versão 4.


Classes
No novo padrão IPv6, não há classes definidas como no padrão IPv4, como classes do tipo A, B, C, enfim, mas há outros tipos de nomenclaturas que devem ser resaltadas. Obviamente, como o IPv6 engloba todos os endereços IPv4 em um ranjo iniciado por zeros, pode-se aplicar à mesma classe do IPv4, mas oficialmente, para endereços do padrão IPv6, não há classes definidas.

As mesmas definições do IPv4, são válidas para o IPv6. Como descrito na documentação, da mesma forma que não afeta à segurança dos sistemas por ser o IPv6 muito semelhante ao seu antecessor, além de totalmente compatível, temos algumas classes específicas do novo padrão.

Há, ao invés do padrão anterior que eram divididos em dois tipos de classe, a Unicast e Multicast, há outra denominada de Anycast, que identifica interfaces de rede que pertencem à diferentes nós na rede. Um pacote anycast é enviado apenas para uma interface de rede, mesmo que esteja em nós e/ou redes diferentes.

Para a compatibilidade com o padrão anterior, há algumas observações importantes à seguir:
::/96
Os zeros identificam que o endereço é compatível com o padrão anterior IPv4.
::1/128
Endereço de Loopback
2001:db8::/32
Endereço usado apenas para exemplo, documentos utilização este prefixo (preferencialmente) para supor que este endereço é um exemplo. Não deve-se ser utilizado, se usado, roteadores entenderão que é apenas um endereço de exemplo para algum tipo de teste, podendo descartar o pacote caso haja tráfego demasiado na rede, sabendo que não é um pacote importante para trânsito.
fec0::/10
Este é um endereço local de site. Este prefixo identifica que este endereço é válido apenas dentro da organização. Entretanto, não foi aprovado como padrão oficial pelo padrão do RFC.
ff00::/8
Este prefixo informa que a rede é do tipo Multicast, e qualquer endereço com este prefixo, entende-se que é um endereço Multicast.
fe80::/10
Endereço particular físico de rede local. Não é válido na internet.
Prefixo 2001
Padrão de IP válido na Internet atualmente oficial. Primeiramente, usado o prefixo 2000 como padrão.

Multicast: Envia-se para várias interfaces de rede ao mesmo tempo, desde que o endereço esteja no ranjo de ff00:: até ff00::FF. (ff00::/8).

Conversão de Endereço IPv4 para IPv6

Há, dentro do IPv6, a conversão para o formato hexadecimal. Exemplo:

0000:0000:0000:0000:0000:0000:XXXX:XXXX.

Onde há um X, é aonde é alocado o endereço IPv4 no padrão hexadecimal, e por isto, para IPv4 usa-se a máscara ::/32. Veja o exemplo abaixo:

Capacidades

A capacidade do IPv6 é indiscutível, ele possui em seu ranjo total, todos os endereços IPv4 para compatibilidade, em apenas um pequeniníssimo ranjo.
São oito grupos com 16 bits cada. Em cada grupo, é possível alocar 65536 computadores, ou seja, antes que era necessário 2 grupso para alocar esta quantidade de computadores, agora em apenas 1 grupo já pode-se utilizar uma quantidade muito maior.
Veja à seguir, a tabela com a quantidade de dígitos hexadecimais utilizados e a quantidade de dispositivos de rede máximos da topologia IPv6, supondo a exclusão dos endereços IPv4 e reservados, como rede local e/ou outras definições:
Ranjo IPv6
Quantidade de dispositivos em rede
::0000 para ::FFFF
65.536
::0000 para ::FFFF:FFFF
4.297.967.296
::0000 para ::FFFF:FFFF:FFFF
281.474.976.710.656
::0000 para ::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF
18.446.744.073.709.551.616
::0000 para ::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF
1.208.925.819.614.629.174.706.176
::0000 para ::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF
79.228.162.514.264.337.593.543.950.336
Todo o Ranjo (em notação científica)
3,4028236692093846346337460743177e+38

Para criação de redes do tipo subnet, usa-se o padrão de mascara de rede colocando uma “/” no final do endereço.

Exemplo:

            fe80:3c6e:3e6a:3e90::/128

Este endereço informa que, cada grupo da direita para a esquerda, são os números de hosts disponíveis, e que os quatro grupos da esquerda para a direita, significam a identificação da rede.


Acredito que vendo este modelo acima, fique claro como funciona a nomenclatura de máscara de rede no padrão IPv6, já que escrever ffff:ffff:ffff:ffff:0:0:0:0 seria fora do ideal para este padrão.

Cada grupo possui 16 bits, então para cada grupo, faça a soma dos que são utilizados para os hosts, da direita para a esquerda. Por definição, o padrão é utilizar até 64 bits para hosts, que é o suficiente.






Composição do Endereço

O IPv6, por ser um protocolo desenvolvido para ser compatível totalmente com a versão anterior, ele engloba todos os endereços IPv4 em seu ranjo atual.
É composto por 8 grupos de 16 bits (4 dígitos hexadecimais) separados por dois pontos, ou seja:


Para simplificar à escrita, os zeros escritos da esquerda para a direita, podem ser supridos, assim como um número convencional que conhecemos, ou seja, não é obrigatório manter os quatro dígitos para o endereço no padrão IPv6 (como também ocorre no IPv4, onde pode-se escrever ao invés de 005.003.010.003, o número 5.3.10.3). Ficaria assim o exemplo:


Para resumir ainda mais, há outro método, o resumo de blocos de zeros contínuos. Ao colocar dois pontos repetidos em qualquer parte do endereço, é possível suprir a quantidade de zeros. Veja:



Observação: Pode-se utilizar apenas “::” para informar que o endereço é apenas constituído de zeros.
Para redes locais, inicia-se com "FE8", veja o exemplo:




Para redes do tipo Multicast, utiliza-se o prefixo "FF". Para endereços baseados em IPv4, em base, tomamos o endereço IP: 100.5.3.23. Em IPv6, o equivalente é:

::100.5.3.23. 

(padrão IPv6 em padrão resumido de fácil entendimento, utiliza-se pontos como IPv4, mas o valor é convertido para IPv6 dentro de códigos hexadecimais e com dois pontos, em apenas dois grupos, à saber, os dois últimos, considerando da direita para à esquerda, com máscara de 32 bits).



Protocolos
ICMPv6

O novo padrão do protocolo, une em apenas um único sistema, os antigos ICMP, ARP (Address Resolution Protocol), e IGMP (Internet Group Membership Protocol version 3), em apenas um único padrão, subdividido em duas classes de informação:

- Mensagens de Erro
            Erros como: Destino não encontrado, Tempo excedido, Pacote muito grande, etc.
- Mensagens de Informação
            Subdividido em 3 grupos de tipo de mensagens:
Ø       Mensagens de Diagnóstico
Ø       Mensagens de Descoberta de Área da Rede (neighbor)
Ø       Mensagens de Gerenciamento de Grupos Multicast

Abaixo, o detalhe de como é composto e formado o pacote do tipo ICMPv6.


Aqui uma pequena tabela de alguns códigos de dados do ICMPv6 que são utilizados nos pacotes de informações e/ou mensagens de erro:

Código ICMPv6
Descrição
1
Destination Unreachable (Destino não disponível/encontrado)
2
Packet Too Big (Pacote muito grande)
3
Time Exceeded (Tempo Esgotado)
128
Echo Request (Requisição de Eco)
129
Echo Reply (Resposta de Eco)
130
Group Membership Query (Requisição de Grupo)
131
Group Membership Report (Resposta de Grupo)
132
Group Membershiop Reduction (Redução de Grupo)
133
Router Solicitation (Solicitação de Roteamento)
134
Router Advertisement (Aviso do Roteador)
135
Neighbor Solicitation (Solicitação da área)
136
Neighbor Advertisement (Aviso da área)
137
Redirect (Redirecionamento)
138
Router Renumbering (Renumeração de Roteamento)

Plataforma

Multiplataforma. Tanto é que o protocolo IPv6 possui especificações exclusivas para dispositivos móveis, com especificações para áreas de handoff, diminuindo a latência na troca de redes, sejam elas WLAN, WCDMA, LAN, WAN, e outras redes disponíveis em redes de interfaces móveis.

Mobile IPv6

Mobile IPv6 é um padrão da IETF (Internet Engineering Task Force), sobre o RFC 3775, que oferece para interfaces e nós de rede do tipo móveis, melhorando a velocidade em áreas de handoff, diminuindo taxas de latência.

O Mobile IPv6 tem como futuramente, ser usado em redes como WiMAX, WLAN e BWA, e outras, mantendo o mesmo endereço IP por nó móvel.

Áreas de Handoff em IPv6 (implementação do Mobile IPv6)

São áreas das quais há conectividade à internet em dois pontos diferentes ao mesmo tempo, como em dispositivos móveis, quando há sinal HSDPA 3G e Wireless ao mesmo tempo, então a implementação do Móbile IPv6 melhora a transferência de um para o outro, de forma totalmente transparente ao usuário, alternando os pontos de acesso da maneira mais rápida possível, evitando gargalos na rede em pontos de acesso congestionados.


Áreas adversas de aplicações do IPv6
Sensores biométricos da Indústria da Medicina usando IPv6

Os sensores são utilizados em pacientes, tanto em hospitais como em pacientes com níveis críticos como pessoas de Idade ou pessoas recém operadas.

Estes sensores criados trabalham nativamente com a nova especificação do IPv6, já que é possível conectar-se à redes disponíveis e manter um único endereço IP por longos anos, sem a necessidade de alterar com freqüência, já que há um ranjo muito grande para estes endereços. A RFC estuda um caso, de utilizar um ranjo específicos para interfaces de rede que cuidam da saúde dos pacientes. Não sabe-se ainda qual é este ranjo destinado apenas para estes tipos de dispositivos.

Breve Descrição

O IPv6, além de todas estas implementações, pode ser utilizado em diversos tipos de plataformas, área da saúde, controle geográfico, assim como dispositivos de localização, veículos, além, é claro, dos computadores e terminais móveis celular.







Bibliografia

IPv6 - Cisco Systems (visitado em: Abril de 2010).

Cisco response to the US Department of Commerce IPv6 RFC (Resposta da Cisco ao Departamento de Comércio dos Estados Unidos sobre as normas do IPv6)
http://www.ntia.doc.gov/ntiahome/ntiageneral/ipv6/comments/Cisco_IPv6_RFC_response.pdf

IPv6.com – ICMPv6 Technical Details and Advantageshttp://ipv6.com/articles/general/ICMPv6.htm


Charpter 4 – Subnetting (IPv4 e IPv6)http://technet.microsoft.com/en-us/library/bb726997.aspx

Internet Engineering Task Force
http://www.ietf.org/


Trabalho de Aristóteles Machado, curso de Ciência da Computação, aula de Redes de Computadores.

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