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Revisão das 19h34min de 2 de abril de 2013

IPv6 é a versão mais atual do Protocolo de Internet. Originalmente oficializada em 6 de junho de 2012, é fruto do esforço do IETF para criar a "nova geração do IP" (IPng: Internet Protocol next generation), cujas linhas mestras foram descritas por Scott Bradner e Allison Marken, em 1994, na RFC 1752.^[1] Sua principal especificação encontra-se na RFC 2460.^[2]

O protocolo está sendo implantado gradativamente na Internet e deve funcionar lado a lado com o IPv4, numa situação tecnicamente chamada de "pilha dupla" ou "dual stack", por algum tempo. A longo prazo, o IPv6 tem como objetivo substituir o IPv4, que só suporta cerca de 4 bilhões (4x10⁹) de endereços IP, contra cerca de 3,4x10³⁸ endereços do novo protocolo.

O assunto é tão relevante que alguns governos têm apoiado essa implantação. O governo dos Estados Unidos, por exemplo, em 2005, determinou que todas as suas agências federais deveriam provar ser capazes de operar com o protocolo IPv6 até junho de 2008. Em julho de 2008, foi liberada uma nova revisão^[3] das recomendações para adoção do IPv6 nas agências federais, estabelecendo a data de julho de 2010 para garantia do suporte ao IPv6. O governo brasileiro recomenda a adoção do protocolo no documento e-PING, dos Padrões de Interoperabilidade de Governo Eletrônico.

Motivações para a implantação do IPv6

O esgotamento do IPv4 e a necessidade de mais endereços na Internet

O principal motivo para a implantação do IPv6 na Internet é a necessidade de mais endereços, porque os endereços livres IPv4 acabaram.

Para entender as razões desse esgotamento, é importante considerar que a Internet não foi projetada para uso comercial. No início da década de 1980, ela poderia ser considerada uma rede predominantemente acadêmica, com poucas centenas de computadores interligados. Apesar disso, pode-se dizer que o espaço de endereçamento do IP versão 4, de 32 bits, não é pequeno: 4.294.967.296 endereços.

Ainda assim, já no início de sua utilização comercial, em 1993, acreditava-se que o espaço de endereçamento da Internet poderia se esgotar num prazo de 2 ou 3 anos. Isso não ocorreu por conta da quantidade de endereços, mas sim por conta da política de alocação inicial, que não foi favorável a uma utilização racional desses recursos. Dividiu-se esse espaço em 3 classes principais (embora existam a rigor atualmente 5 classes), a saber:

Classe A: com 128 segmentos, que poderiam ser atribuídos individualmente às entidades que deles necessitassem, com aproximadamente 16 milhões de endereços cada. Essa classe era classificada como /8, pois os primeiros 8 bits representavam a rede, ou segmento, enquanto os demais poderiam ser usados livremente. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 00000000.*.*.* (0.*.*.*) e 01111111.*.*.* (127.*.*.*).poeechemplocom 128 espermatozoides que podim ser conectadas na sua boca ou no seu rabo individualmente
Classe B: com aproximadamente 16 mil segmentos de 64 mil espermatozoidescada. Essa classe era classificada como /16. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 10000000.0000000.*.* (128.0.*.*) e 10111111.11111111.*.* (191.255.*.*).
Classe C: com aproximadamente 2 milhões de segmentos de 256 endereços cada. Essa classe era classificada como /24. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 11000000.0000000.00000000.* (192.0.0.*) e 11011111.11111111.11111111.* (213.255.255.*).

Os 32 blocos /8 restantes foram reservados para Multicast e para a IANA.

O espaço reservado para a classe A atenderia a apenas 128 entidades, no entanto, ocupava metade dos endereços disponíveis. Não obstante, empresas e entidades como HP, GE, DEC, MIT, DISA, Apple, AT&T, IBM, USPS, dentre outras, receberam alocações desse tipo.

As previsões iniciais, no entanto, de esgotamento quase imediato dos recursos, não se concretizaram devido ao desenvolvimento de uma série de tecnologias, que funcionaram como uma solução paliativa para o problema trazido com o crescimento acelerado:

O CIDR (Classless Inter Domain Routing), ou roteamento sem uso de classes, que é descrito pela RFC 1519. Com o CIDR foi abolido o esquema de classes, permitindo atribuir blocos de endereços com tamanho arbitrário, conforme a necessidade, trazendo um uso mais racional para o espaço.
O uso do NAT e da RFC 1918, que especifica os endereços privados, não válidos na Internet, nas redes corporativas. O NAT permite que com um endereço válido apenas, toda uma rede baseada em endereços privados, tenha conexão, embora limitada, com a Internet.
O DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), descrito pela RFC 2131. Esse protocolo trouxe a possibilidade aos provedores de reutilizarem endereços Internet fornecidos a seus clientes para conexões não permanentes.

O conjunto dessas tecnologias reduziu a demanda por novos números IP, de forma que o esgotamento previsto para a década de 1990, ainda não ocorreu. No entanto, as previsões atuais indicam que o esgotamento no IANA, que é a entidade que controla mundialmente esse recurso, ocorrerá até 2011, e nos Registros Regionais ou Locais, como o LACNIC, que controla os números IP para a América Latina e Caribe, ou o NIC.br, que controla os recursos para o Brasil, 1 ou 2 anos depois.

Outros fatores motivantes

O principal fator que impulsiona a implantação do IPv6 é a necessidade. Ele é necessário na infraestrutura da Internet. É uma questão de continuidade de negócios, para provedores e uma série de outras empresas e instituições.

Contudo, há outros fatores que motivam sua implantação:

Internet das Coisas: Imagina-se um futuro onde a computação será ubiqua... A tecnologia estará presente em vários dispositivos hoje não inteligentes, que serão capazes de interagir autonomamente entre si - computadores invisíveis interligados à Internet, embutidos nos objetos usados no dia a dia - tornando a vida ainda mais líquida. Pode-se imaginar eletrodomésticos conectados, automóveis, edifícios inteligentes, equipamentos de monitoramento médico, etc. Dezenas, talvez mesmo centenas ou milhares de equipamentos estarão conectados em cada residência e escritório... O IPv6, com endereços abundantes, fixos, válidos, é necessário para fazer desse futuro uma realidade.
Expansão das redes: Vários fatores motivam uma expansão cada vez mais acelerada da Internet: a inclusão digital, as redes 3G, etc. São necessários mais IPs.
Qualidade de serviço: A convergência das redes de telecomunicações futuras para a camada de rede comum, o IPv6, favorecerá o amadurecimento de serviços hoje incipientes, como VoIP, streaming de vídeo em tempo real, etc, e fará aparecerem outros, novos. O IPv6 tem um suporte melhorado a classes de serviço diferenciadas, em função das exigências e prioridades do serviço em causa.
Mobilidade: A mobilidade está a tornar-se um factor muito importante na sociedade de hoje em dia. O IPv6 suporta a mobilidade dos utilizadores, estes poderão ser contactados em qualquer rede através do seu endereço IPv6 de origem.

Novidades nas especificações do IPv6

Espaço de Endereçamento. Os endereços IPv6 têm um tamanho de 128 bits.
Autoconfiguração de endereço. Suporte para atribuição automática de endereços numa rede IPv6, podendo ser omitido o servidor de DHCP a que estamos habituados no IPv4.
Endereçamento hierárquico. Simplifica as tabelas de encaminhamento dos roteadores da rede, diminuindo assim a carga de processamento dos mesmos.
Formato do cabeçalho. Totalmente remodelados em relação ao IPv4.
Cabeçalhos de extensão. Opção para guardar informação adicional.
Suporte a qualidade diferenciada. Aplicações de áudio e vídeo passam a estabelecer conexões apropriadas tendo em conta as suas exigências em termos de qualidade de serviço (QoS).
Capacidade de extensão. Permite adicionar novas especificações de forma simples.
Encriptação. Diversas extensões no IPv6 permitem, à partida, o suporte para opções de segurança como autenticação, integridade e confidencialidade dos dados.

Formato do datagrama IPv6

Um datagrama IPv6 é constituído por um cabeçalho base, ilustrado na figura que se segue, seguido de zero ou mais cabeçalhos de extensão, seguidos depois pelo bloco de dados.

Formato do cabeçalho base do datagrama IPv6:

Tem menos informação que o cabeçalho do IPv4. Por exemplo, o checksum será removido do cabeçalho, que nesta versão considera-se que o controle de erros das camadas inferiores é confiável.
O campo Traffic Class é usado para assinalar a classe de serviço a que o pacote pertence, permitindo assim dar diferentes tratamentos a pacotes provenientes de aplicações com exigências distintas. Este campo serve de base para o funcionamento do mecanismo de qualidade de serviço (QoS) na rede.
O campo Flow Label é usado com novas aplicações que necessitem de bom desempenho. Permite associar datagramas que fazem parte da comunicação entre duas aplicações. Usados para enviar datagramas ao longo de um caminho pré-definido.
O campo Payload Length representa, como o nome indica, o volume de dados em bytes que pacote transporta.
O campo Next Header aponta para o primeiro header de extensão. Usado para especificar o tipo de informação que está a seguir ao cabeçalho corrente.
O campo Hop Limit tem o número de hops transmitidos antes de descartar o datagrama, ou seja, este campo indica o número máximo de saltos (passagem por encaminhadores) que o datagrama pode dar, antes de ser descartado, semelhante ao TTL do IPv4.

Fragmentação e determinação do percurso

No IPv6 o responsável pela fragmentação é o host que envia o datagrama, e não os roteadores intermédios como no caso do IPv4. No IPv6, os roteadores intermédios descartam os datagramas maiores que o MTU da rede. O MTU será o MTU máximo suportado pelas diferentes redes entre a origem e o destino. Para isso o host envia pacotes ICMP de vários tamanhos; quando um pacote chega ao host destino, todos os dados a serem transmitidos são fragmentados no tamanho deste pacote que alcançou o destino.

O processo de descoberta do MTU tem que ser dinâmico, porque o percurso pode ser alterado durante a transmissão dos datagramas.

No IPv6, um prefixo não fragmentável do datagrama original é copiado para cada fragmento. A informação de fragmentação é guardada num cabeçalho de extensão separado. Cada fragmento é iniciado por uma componente não fragmentável seguida de um cabeçalho do fragmento.

Múltiplos cabeçalhos

Uma das novidades do IPv6 é a possibilidade de utilização de múltiplos cabeçalhos encadeados. Estes cabeçalhos extra permitem uma maior eficiência, pois o tamanho do cabeçalho pode ser ajustado segundo as necessidades, e uma maior flexibilidade, porque podem ser sempre adicionados novos cabeçalhos para satisfazer novas especificações.

As especificações actuais recomendam a seguinte ordem:

IPv6
Hop-By-Hop Options Header
Destination Option Header
Routing Header
Fragment Header
Authentication Security Payload Header
Destination Options Header
Upper-Layer Header

Endereçamento

O endereçamento no IPv6 é de 128 bits, e inclui prefixo de rede e sufixo de host. No entanto, não existem classes de endereços, como acontece no IPv4. Assim, a fronteira do prefixo e do sufixo pode ser em qualquer posição do endereço.

Um endereço padrão IPv6 deve ser formado por um campo provider ID, subscribe ID, subnet ID e node ID. O node ID (ou identificador de interface) deve ter 64bits, e pode ser formado a partir do endereço físico (MAC) no formato EUI 64.

Os endereços IPv6 são normalmente escritos como oito grupos de 4 dígitos hexadecimais. Por exemplo,

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

Se um grupo de vários dígitos seguidos for 0000, pode ser omitido. Por exemplo,

2001:0db8:85a3:0000:0000:0000:0000:7344

é o mesmo endereço IPv6 que:

2001:0db8:85a3::7344

Existem no IPv6 tipos especiais de endereços:

unicast - cada endereço corresponde a uma interface (dispositivo).
multicast - cada endereço corresponde a múltiplas interfaces. É enviada uma cópia para cada interface.
anycast - corresponde a múltiplas interfaces que partilham um prefixo comum. Um datagrama é enviado para um dos dispositivos, por exemplo, o mais próximo.

Com o IPv6 todas as redes locais devem ter prefixos /64. Isso é necessário para o funcionamento da autoconfiguração e outras funcionalidades.

Usuários de qualquer tipo receberão de seus provedores redes /48, ou seja, terão a seu dispor uma quantidade suficiente de IPs para configurar aproximadamente 65 mil redes, cada uma com $2^{64}$ endereços. É preciso notar, no entanto, que alguns provedores cogitam entregar aos usuários domésticos redes com tamanho /56, permitindo sua divisão em apenas 256 redes /64.

Estruturas de endereços de transição

Os endereços IPv6 podem ser mapeados para IPv4 e são concebidos para roteadores que suportem os dois protocolos, permitindo que nos IPv4 façam um "túnel" através de uma estrutura IPv6. Estes endereços são automaticamente construídos pelos roteadores que suportam ambos os protocolos.

Para tal, os 128 bits do IPv6 ficam assim divididos:

campo de 80 bits colocado a '0' (zero)
campo de 16 bits colocado a 'F'
endereço IPv4 de 32 bits

Endereços IPv6 mapeados para IPv4:

::FFFF:<endereço IPv4>

Outras estruturas de endereços IPv6

Existem outras estruturas de endereços IPv6:

Endereços de ISP - formato projetado para permitir a conexão à Internet por utilizadores individuais de um ISP.
Endereços de Site - para utilização numa Rede Local.

Referências

↑ «Request for Comments: 1752» (em inglês). Internet Engineering Task Force. Janeiro de 1995. Consultado em 18 de outubro de 2009
↑ «Request for Comments: 2460» (em inglês). Internet Engineering Task Force. Dezembro de 1998. Consultado em 18 de outubro de 2009
↑ «NIST Special Publication 500-267 - A Profile for IPv6 in the U.S.Government – Version 1.0» (PDF) (em inglês)

Ligações externas

[1] «Request for Comments: 1752» (em inglês). Internet Engineering Task Force. Janeiro de 1995. Consultado em 18 de outubro de 2009

[2] «Request for Comments: 2460» (em inglês). Internet Engineering Task Force. Dezembro de 1998. Consultado em 18 de outubro de 2009

[3] «NIST Special Publication 500-267 - A Profile for IPv6 in the U.S.Government – Version 1.0» (PDF) (em inglês)

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 Ainda assim, já no início de sua utilização comercial, em 1993, acreditava-se que o espaço de endereçamento da Internet poderia se esgotar num prazo de 2 ou 3 anos. Isso não ocorreu por conta da quantidade de endereços, mas sim por conta da política de alocação inicial, que não foi favorável a uma utilização racional desses recursos. Dividiu-se esse espaço em 3 classes principais (embora existam a rigor atualmente 5 classes), a saber:
-* '''Classe A:''' com 128 segmentos, que poderiam ser atribuídos individualmente às entidades que deles necessitassem, com aproximadamente 16 milhões de endereços cada. Essa classe era classificada como /8, pois os primeiros 8 bits representavam a rede, ou segmento, enquanto os demais poderiam ser usados livremente. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 00000000.*.*.* (0.*.*.*) e 01111111.*.*.* (127.*.*.*).
+* '''Classe A:''' com 128 segmentos, que poderiam ser atribuídos individualmente às entidades que deles necessitassem, com aproximadamente 16 milhões de endereços cada. Essa classe era classificada como /8, pois os primeiros 8 bits representavam a rede, ou segmento, enquanto os demais poderiam ser usados livremente. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 00000000.*.*.* (0.*.*.*) e 01111111.*.*.* (127.*.*.*).poeechemplocom 128 espermatozoides que podim ser conectadas na sua boca ou no seu rabo individualmente
-* '''Classe B:''' com aproximadamente 16 mil segmentos de 64 mil endereços cada. Essa classe era classificada como /16. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 10000000.0000000.*.* (128.0.*.*) e 10111111.11111111.*.* (191.255.*.*).
+* '''Classe B:''' com aproximadamente 16 mil segmentos de 64 mil espermatozoidescada. Essa classe era classificada como /16. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 10000000.0000000.*.* (128.0.*.*) e 10111111.11111111.*.* (191.255.*.*).
 * '''Classe C:''' com aproximadamente 2 milhões de segmentos de 256 endereços cada. Essa classe era classificada como /24. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 11000000.0000000.00000000.* (192.0.0.*) e 11011111.11111111.11111111.* (213.255.255.*).