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Redes – O que há de errado com IPv4 e por que estamos migrando para IPv6?

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Há mais ou menos 12 anos atrás, foi quando disseram que o endereço IPv6 teria uma ampla disseminação pelos próximos anos. É evidente que isso não aconteceu ainda. Consequentemente, há muito pouco conhecimento generalizado sobre o que é o IPv6, como usá-lo ou simplesmente o porque ele é inevitável.

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O que há de errado com IPv4?

Estamos usando IPv4 desde 1981, na época, os computadores eram grandes, caros e bastante raros. O IPv4 tinha provisão para 4 bilhões de endereços IP pelo mundo, o que parecia ser um número enorme em comparação com o número de computadores. Infelizmente, os endereços IP não são usar consequentemente. Existem lacunas na abordagem. Por exemplo, uma empresa pode ter um espaço de endereçamento de 254 (2 ^ 8-2) endereços, e só usar 25 deles. Os restantes 229 são reservadas para futuras expansões. Esses endereços não podem ser utilizados por qualquer outra pessoa, devido à maneira como são feitas as rotas de tráfego do ISP. Consequentemente, o que parecia ser um grande número, em 1981, é na verdade um pequeno número em 2014.

O Internet Engineering Task Force (IETF) reconheceu este problema no início de 1990 e veio com duas soluções: Classless Internet Domain Router (CIDR) e endereços IP privados. Antes da invenção do CIDR, você poderia obter um dos três tamanhos de rede: 24 bits (16.777.214 endereços), 20 bits (1.048.574 endereços) e 16 bits (65.534 endereços). Uma vez com o CIDR, era possível dividir em sub-redes para amenizar a falta de endereços.

Assim, por exemplo, se você precisava de cinco endereços IP, o seu ISP lhe daria uma rede com um tamanho de 3 bits que lhe daria seis endereços IP. Assim o ISP permitiria usar endereços de forma mais eficiente. Os endereços IP privados permitem que você crie uma rede onde cada máquina na rede local pode facilmente se conectar a outro computador na internet, mas onde é muito difícil para uma máquina na internet para ligar de volta para sua máquina. Como sabemos, a sua rede local deve ser privada e escondida; e se sua rede for muito grande, há 16.777.214 endereços usáveis, então você poderia subdividir a rede privada em redes menores, de modo que possa gerenciar seus próprios endereços com facilidade.

Você provavelmente está usando um endereço privado agora. Verifique se o seu próprio endereço IP: se ele está na faixa de 10.0.0.0 – 10.255.255.255 ou 172.16.0.0172.31.255.255 ou 192.168.0.0192.168.255.255, então você está usando um endereço IP privado. Estas duas soluções ajudaram a evitar um desastre, mas eles eram medidas paliativas e agora a hora da verdade está sobre todos nós.

Outro problema com o IPv4 é que o cabeçalho IPv4 possui um tamanho variável. Isso era aceitável quando encaminhamento era feito por software. Mas agora os roteadores são construídos com hardware e os processamento dos cabeçalhos e no hardware isso é bem difícil. Os grandes roteadores que permitem pacotes por todo o mundo estão tendo problemas para lidar com a carga de envio/recebimento. Claramente, era necessário um novo esquema com cabeçalhos de comprimento fixo para sanar este problema.

Ainda outro problema com IPv4 é que, quando foram alocados os endereços, a internet foi uma invenção americana. Endereços IP para o resto do mundo são fragmentados. Era necessário um esquema para permitir que os endereços sejam agregados tanto pela geografia global de modo que as tabelas sejam menores e mais rápidas.

Um outro problema com o IPv4, e isso pode parecer surpreendente, é que são extremamente difíceis de configurar e difíceis de mudar. Isto pode não ser aparente para você, porque o seu roteador cuida de todos esses detalhes de modo transparente e você nem percebe. Mas este é um grave problema para o ISP.

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Sobre IPv6 e seus recursos

O IETF revelou a próxima geração do protocolo IP em Dezembro de 1995. A nova versão foi chamada de IPv6, pois o número 5 tinha sido atribuído a uma outra coisa por engano. Algumas das características do IPv6 incluem:

  1. 128 bits de endereços (3.402823669×10³⁸ endereços)
  2. Um esquema de endereços agregando logicamente
  3. Cabeçalhos de comprimento fixo
  4. Um protocolo para configurar e reconfigurar sua rede automaticamente.

Vamos olhar para estas características, um por um:

Endereços

A primeira coisa que todo mundo percebe sobre IPv6 é que o número de endereços é realmente enorme. – algo como: fe80::417:c103:8203:2c83%3

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Agregação

Com tantos endereços para usar, o espaço de endereço pode ser atribuído escassamente a fim de encaminhar pacotes com eficiência. Assim, o seu ISP recebe um espaço de rede de 80 bits. Desses 80 bits, 16 deles são para as sub-redes dos ISPs, e 64 bits são para redes do cliente. Assim, o ISP pode ter 65.534 redes. Para planejar uma rede IPv6 é preciso considerar que para cada rede física ou VLAN com IPv6 é preciso reservar um /64. Isto quer dizer que o tamanho mínimo de uma rede local deve ser /64bits no IPv6.

 

Cabeçalhos comprimento fixo

Um cabeçalho de IPv4 tem um comprimento variável. Um cabeçalho IPv6 sempre tem um comprimento fixo de 40 bytes. No IPv4, opções extras interferem e no cabeçalho para onde seu tamanho é aumentado. No IPv6, se a informação adicional é necessária, esta informação é armazenada em cabeçalhos de extensão do próprio protocolo IPv6 e geralmente não são processados ​​pelos roteadores, mas sim pelo software no destino.

Um dos campos do cabeçalho IPv6 é o fluxo. Um fluxo é um número de 20 bits, que é criado de meio "pseudo-aleatório", isso torna mais fácil para os roteadores para rotear pacotes. Se um pacote tem um fluxo por exemplo, o roteador pode usar esse fluxo como um índice em uma tabela com muita rapidez, em vez de realizar uma consulta à tabela, o que é lento. Esta característica faz com IPv6 seja muito fácil quando deseja-se atribuir rotas de pacotes.

Configuração Automática

No IPv6, quando a máquina inicia pela primeira vez, ela verifica a rede local para ver se qualquer outra máquina está usando seu endereço. Se o endereço não for utilizado, a máquina próxima procura por um roteador IPv6 na rede local. Se ela encontrar o roteador, em seguida, ela pede ao roteador um endereço IPv6 para utilizar. Agora, a máquina está definida e pronta para se comunicar na internet – tem um endereço IP para si e um roteador padrão.

Se o roteador cair, ficar off, etc, as máquinas da rede irão detectar o problema e repetir o processo de procura de um roteador IPv6. Isso é realmente difícil de fazer no IPv4. Da mesma forma, se o roteador mudar o esquema de endereçamento da sua rede, ele pode. As máquinas irão consultar o roteador ao longo do tempo e mudar seus endereços automaticamente facilmente. Mesmo assim a configuração automática do IPv6 não é uma solução tão completa. Há algumas outras coisas que uma máquina necessita para usar a internet de forma eficaz como: um servidor de tempo (NTP).

Há um grande problema

Então, se o IPv6 é muito melhor do que o IPv4, por que não tem sido adotado de modo generalizado? (a partir de maio de 2014, a Google verificou que seu tráfego IPv6 é cerca de 4% do seu tráfego total). O problema básico é o que vem primeiro, o ovo ou a galinha?

Qualquer um pode ter um endereço IPv6, mas poucas pessoas o usariam e você precisaria alterar seu software para acomodar IPv6. Além disso, um monte de roteadores de rede doméstica ainda não suportam IPv6. Em contrapartida, todos os principais sistemas operacionais, Windows, OS X, Linux possuem suporte ao IPv6 há anos e mesmo assim pouquíssimos usuários o utilizam, se comparado ao IPv4.

Porque o IPv6 é inevitável?

Este fato está atrelado justamente pelo fato da "Internet das Coisas" onde tudo no planeta poderá se comunicar entre si, através endereçamento IPv6.

Conclusão

IPv4 tem nos servido bem por um longo tempo. É certo que mesmo com algumas limitações atuais, é previsível que estas ainda irão apresentar problemas insuperáveis ​​em um futuro próximo. O IPv6 vai resolver esses problemas, alterando a estratégia de alocação de endereços, fazendo melhorias para facilitar o encaminhamento de pacotes e torná-lo mais fácil de configurar em uma máquina quando ela ingressa em uma rede pela primeira vez.

No entanto, a aceitação e utilização do IPv6 tem sido lenta, porque a mudança é difícil e cara. A boa notícia é que todos os sistemas operacionais suportam IPv6, por isso, quando você estiver pronto para fazer a mudança, o seu computador terá pouco esforço para "se converter" para o novo regime de protocolo na internet. 😉

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