preparing upm for ipv6 networking

Gestão de Redes Informáticas

Preparing UPM for IPv6 Networking

Dr. Moisés Guilundo

Prof. Doutor Félix Singo


Plӓdoyer

“So, IPv6. You all know that we are almost out of IPv4

address space. I am a little embarrassed about that because I

was the guy who decided that 32-bit was enough for the

Internet experimente. My only defense is that that choice was

made in 1977, and I thought it was na experimente. The

problema is the experiente didn’t end, so here we are”.

[… Vinton Cerf, LCA 2011 Keynote Speech]


Introdução• IPv4:

• O Protocolo IPv4 foi introduzido em 1981.

• Desde então não sofreu grandes alterações

• O que prova que é robusto e de fácil manuseamento

• Porém, quando foi desenvolvido, há vários aspectos que não foram tomados em consideração:

• Espaço de Endereçamento• O IPv4 considera 32 bits de endereço, o que permite gerar até 232 endereços distintos.

• O IPv4 esgotou

• Solução alternativa até agora foi a utilização do NAT

• O NAT permite utilizar um único endereço público para vários endereços privados

• Porém, o NAT é uma barreira à verdadeira ligação Internet extremo a extremo

• O NAT provoca algum atraso por causa da tradução dos endereços.


Introdução

• Simplificação da Configuração

• A configuração de um endereço IPv4 numa máquina pode ser feita manualmente ou através de um servidor DHCP existente na rede da máquina.

• Em qualquer dos casos, é necessária a intervenção de um administrador da rede.

• O ideal seria ter um método de endereçamento que não dependesse necessariamente de um administrador ou de um DHCP Server.

Gestão de Redes InformáticasIntrodução

• Segurança

• A segurança na comunicação de dados privados através de uma rede pública é garantida em grande parte através da encriptação de dados.

• O mecanismo IPSec pode ser utilizado em redes IPv4 para garantir a segurança.

• Em outras redes de comunicação ele é preterido porque não é parte integrante do IPv4, é opcional.


Introdução

• Qualidade de Serviço

• O IPv4 inclui um mecanismo de qualidade de serviçoque se baseia no uso do campo TOS (type of service) e na identificação do tipo de dados através de um porto UDP ou TCP.

• O problema é que o mecanismo não é ideal e tem sido interpretado de várias formas.

• Isso dificulta a garantia de qualidade de serviço durante a transmissão de um determinado pacote.


Introdução

• Formato do cabeçalho

• O IPv4 considera um cabeçalho que pode ir de 20 a 60 bytes

• Os 40 bytes de campos opcionais não são usados em muitas situações, mas estão sempre presentes

• Esta estrutura exige processamento extra dos vários campos, mesmo quando não usados

• Isso aumenta a ocupação da largura da banda e a latência na transmissão de um determinado pacote.


Por isso!

• O IPv6 surge com um conjunto de características de melhoria relativamente ao IPv4 e, introduz alguns protocolos novos, ao mesmo tempo que garante a interoperabilidade entre ambos.


IPv6

• Espaço de endereçamento maior

• Os endereços têm 128 bits, que permitem gerar 2128 endereços distintos

• Considerando a população total do planeta, que é de aproximadamente 6,5 × 109 , podemos dizer que cada um de nós tem ao seu dispor cerca de 5 × 1028 endereços.

• Com o IPv6, o NAT não mais será necessário

• Comunicações pessoais, extremo a extremo, como os telefones móveis, passam a ser possíveis.


IPv6

• Configuração Simplificada:

• No IPv6 é possível configurar um endereço de uma interface usando ou não um DHCP server, sem que seja necessária intervenção manual

• A utilização de um DHCP server é similar à considerada no IPv4

• Segurança

• O IPv6 suporta os cabeçalhos IPSec como extensão• Authentication Header e Encapsulating Security Protocol

• Utiliza o protocolo Internet Key Exchange (IKE) para negociar parâmetros de segurança.

• A segurança com o IPSec não é obrigatória nos pacotes IPv6.


IPv6

• Melhores Mecanismos de Qualidade de serviço (QoS)

• O IPv6 inclui um campo que identifica o tipo de tráfego e um campo de identificação de fluxo

• Através deles o equipamento de encaminhamento pode identificar o fluxo a que pertence um pacote.

• Essas informações aparecem no cabeçalho, por isso, é possível realizar qualidade de serviço mesmo com pacotes encriptados.


IPv6

• Cabeçalho Novo

• O IPv6 procura minimizar o cabeçalho

• Todos os campos opcionais foram retirados do principal e passaram para cabeçalhos de extensão.


Endereçamento IPv6


Questões de Estudo

• Formato IPv6

• Representação do Endereçamento IPv6

• Tipos de Endereços IPv6

• Cabeçalho do Datagrama IPv6

• Fragmentação dos datagramas IPv6

• Tunelamento IPv6


Representação dos Endereços• A representação dos endereços IPv6, divide o endereço em oito grupos

de 16 bits, separando-os por “:”, escritos com dígitos hexadecimais (0-F).

• Por exemplo:• 2100:00AE:091B:38CC:0000:0000:BCD1:1001

• Regras da forma reduzida:• Podem omitir-se os zeros iniciais de um determinado grupo;

• Podem representar-se grupos de zeros consecutivos com duplo dois pontos “::”

• Aplicando a 1ª regra:• 2100:AE:91B:38CC:0:0:BCD1:1001

• Aplicando a 2ª regra:• 2100:AE:91B:38CC::BCD1:1001


Representação dos Endereços• O IPv4 usa conceitos de Redes; Sub-rede e Utilizadores para

subdividir o endereço.

• No IPv6, temos o conceito de Prefixo para designar a rede.

• Não há qualquer divisão em classes

Prefixo Utilizador

Endereço IPv6


Representação dos Endereços• Um endereço é formado pelo prefixo, que pode incluir ou não sub-redes, e

pelo utilizador (host).

• Quando escrevemos um endereço IPv6, devemos indicar que parte do endereço está associada ao prefixo.

• Para tal, usa-se uma barra seguida do número de bits do prefixo.

• Por exemplo:

• 2100:00AE:091B:38CC:0000:0000:BCD1:1001/64

• Neste exemplo, o prefixo é formado pela 1ª metade do endereço:

2100:00AE:091B:38CC 0000:0000:BCD1:1001

Endereço IPv6

Prefixo Utilizador


Representação dos Endereços

• Sempre que se pretende apenas indicar o prefixo do endereço, os dígitos do endereço assumem o valor 0, tal como no IPv4.

• Assim, o prefixo do endereço anterior é:• 2100:00AE:091B:38CC:0000:0000:0000:0000/64

• Ou simplesmente:• 2100:00AE:091B:38CC::/64

• Caso o prefixo não seja múltiplo de quatro, a parte do prefixo mais à direita será formada por parte de um grupo de quatro. Nestes casos, a representação do prefixo deve completar o grupo com zeros.• 2100:00AE:091B:3000::/52

• Neste exemplo, os últimos 3 zeros da direita (12 bits) já não fazem parte do prefixo, existindo apenas para completar o grupo de quatro.

Endereço IPv6


Endereços Globais

• O processo de distribuição dos endereços IP deve garantir a minimização

das tabelas de roteamento.

• No IPv6 a distribuição dos endereços é feita de forma hierárquica, mas do

ponto de vista geográfico.

• Dentro de cada região, os endereços são subdivididos por fornecedores de

serviço (ISP)

• ISPs subdividem-os até chegarem aos utilizadores finais.

Endereço IPv6


Endereços Globais

Q1Q2

ISP1 ISP2

2100:1001:/322100:1002:/32

2100:1001:1234/482100:1001:1235/48

2100::/12 2300::/12

Q1Q2

ISP1 ISP2

2300:1001:/322300:1002:/32

2300:1001:1234/482300:1001:1235/48

Q1Q2

ISP1 ISP2

…… ……..

Hierarquia Conceptual de distribuição de endereços globais

Núcleos principais da

Internet

Núcleos principais da

Internet

Com este prefixo,

ficam 280 endereços

para os usuários


Sub-redes de Endereços Globais

• O processo de criação das sub-redes é idêntico ao do IPv4

• A partir de um determinado prefixo (site prefix), o administrador de rede estende-o com bits retirados do campo de identificação do utilizador para criar prefixos de sub-redes (subnet prefix).

• O número de bits para identificação das sub-redes depende do número de sub-redes necessário.

• Consideremos a organização O1, que pretende reservar 16 bits de endereço para sub-redes.

2100:1001:1234 16 bits 64 bits

Prefixo Sub-redeUtilizador

Divisão do endereço com sub-redes


Sub-redes de Endereços Globais

• Com 16 bits de sub-rede conseguem criar-se 65536 sub-redes, cada uma com a possibilidade de ter 264 utilizadores.

• No exemplo em consideração, os endereços de sub-rede seriam:

2100:1001:1234:0001:/64

2100:1001:1234:0002:/64

………………………….

2100:1001:1234:F000:/64

………………………….


Tipos de endereços IPv6

• Existem três tipos de endereços definidos no protocolo IPv6:

• Unicast,

• Anycast e

• Multicast.

• Diferente do protocolo IPv4 não existe no IPv6 endereço Broadcast, responsável por direcionar um determinado datagrama a todos os dispositivos de um domínio, os endereços Multicast ficaram responsáveis por tal processo.


Unicast

• Cada endereço corresponde a um dispositivo, são utilizados para comunicação entre dois nós por exemplo comunicação entre computadores em uma rede privada, telefones VoIPv6.

• Um pacote destinado a um endereço unicast é enviado directamente para a interface associado ao endereço.

• Os principais endereços de Unicast são: Global unicast, Link local unicast e site-local unicast.

• Global Unicast: Equivalente aos endereços públicos IPv4, são os endereços globalmente utilizáveis na internet, compõe-se de três partes:

• prefixo de roteamento global,

• identificação da sub-rede e

• a identificação da interface.

• Cada endereço foi criado para utilizar os primeiros 64 bits para identificar a rede e os últimos 64 para identificação da interface.

• Link local unicast: tem como característica os primeiros 10 bits (1111111010), serve para uso interno de um enlace, utiliza-se link local quando um nó se comunica com nós vizinhos, possui funções como auto-configuração de endereços e descoberta de vizinhos quando não há roteador, os roteadores não repassam pacotes cujo endereço ou destino seja deste tipo.

• Site-local unicast: tem como característica os primeiros 10 bits (1111111011), serve para uso interno de uma organização que não se comunicará com a internet, os roteadores não repassam pacotes cujo endereço ou destino seja deste tipo.


Anycast

• Um pacote enviado para um endereço anycast, é enviado para a interface de menor distância do emissor, essa menor distância é calculada pelo protocolo de roteamento usado.

• Os endereços anycast estão na mesma faixa de endereços do unicast e não existe diferença sintática entre eles, isto é, um endereço unicast atribuído a mais de uma interface se torna anycast.

• Este tipo de endereçamento é muito utilizado por serviços de rede como servidores DNS e proxies HTTP.


Multicast

• Utilizados para identificar grupos de interfaces e cada interface pode pertencer a mais de um grupo.

• Cada pacote enviado a um endereço multicast é enviado a todas as interfaces do grupo.

• Seu funcionamento é similar ao Broadcast, a única diferença é que na transmissão broadcast todos os dispositivos da rede sem excepção recebem o pacote, e na transmissão multicast apenas os dispositivos que pertencem a um grupo recebem o pacote.

• Endereços multicast não devem ser usados como endereço de origem em um pacote.

• Esses endereços derivam de FF00::/8, o prefixo FF representa multicast, os demais 112 bits servem para identificar o grupo multicast a que pertencem.


Cabeçalho do Datagrama IPv6

• O datagrama IPv6 possui uma estrutura mais simples e aprimorada do que a do IPv4, seu processamento por roteadores é mais rápido. .

• Os seguintes campos são definidos no IPv6:

• Versão: Campo de 4 bits, a sequência 0110 é usada para IPv6.

• Classe de tráfego: Campo de 8 bits usado para identificar tipo de serviço.

• Rótulo de Fluxo: Campo de 20 bits que tem por objetivo marcar pacotes de um fluxo específico, com o objetivo de diferenciar esses pacotes na camada de rede.

• Comprimento de carga útil: Possui 16 bits e indica o tamanho total da área de dados do pacote.

• Próximo cabeçalho: Possui 8 bits e indica o tipo de informação que segue o cabeçalho base do IPv6. • Como por exemplo o protocolo usado na camada de transporte: UDP ou TCP.

• Limite de saltos: Possui 8 bits e indica o número máximo de roteadores que um pacote pode passar até ser descartado. Em cada roteador que o pacote passa o valor é decrementado em uma unidade.


Fragmentação dos datagramas IPv6

• No protocolo IPv4 o responsável pela fragmentação dos datagramas era o roteador,

• Já no protocolo IPv6 o responsável por tal processo são os próprios hosts,

• Os roteadores apenas descartam os pacotes maiores que o MTU da rede, ou seja, descartam datagramas maiores do que a rede pode transmitir.

• O MTU considerado será o menor MTU suportado entre as diferentes redes entre origem e destino de um determinado pacote.

• Para descobrir o MTU mínimo vários pacotes ICMP de diferentes tamanhos são enviados ao destino, o maior destes pacotes que chega ao destino é o MTU mínimo, todos os pacotes a serem transmitidos são fragmentados no tamanho deste pacote.


Tunelamento IPv6

• O IPv6 não foi projetado para ser um complemento do IPv4, mas sim um substituto.

• Embora não haja interoperabilidade entre eles, ambos os protocolos podem funcionar simultaneamente nos mesmo equipamentos, isso possibilita que a transição de IPv4 para IPv6 seja feita de forma gradual.

• Para fazer a transição entre IPv4 e IPv6 existem várias técnicas, a principal delas é o tunelamento.

• Esse mecanismo consiste em transmitir um datagrama IPv6 encapsulado como um datagrama IPv4.

• Dessa forma duas interfaces IPv6 podem se comunicar atráves de uma rede que só suporte IPv4.


Técnica de Pilha Dupla

• Pilha dupla consiste na utilização por parte dos hosts de ambos os protocolos IPs, onde o equipamento poderá se comportar com o nó de acordo com seu protocolo seja ele IPv4 ou IPv6.


Políticas de Alocação e Designação

• Na hierarquia das políticas de atribuição, alocação e designação de endereços, cada RIR (Regional Internet Registries) recebe da ICANN (Internet

Corporation for Assigned Names and Numbers) via IANA (Internet Assigned Numbers Authority), um bloco /12 IPv6.

• RIRs são autoridades com abrangência menor, normalmente da área

de continentes.

• Actualmente existem 5 entidades regionais que são: ARIN, RIPE NCC, APNIC, LACNIC e AfriNIC.

• Neste contexto, a AfriNIC recebeu o prefixo 2C00::/12.

• A alocação mínima para ISPs é um bloco /32


As RIRs & seus Blocos


Representação de endereços IPv6 em URLs

• URLs (Uniform Resource Locators)

• URLs agora passam a ser representados entre colchetes [ … ]

• Exemplos

• http://[2001:12ff:0:4::22]/index.html

• http://[2001:12ff:0:4::22]:8080


Hierarquia do Prefixo da Rede IPv6

• Um endereço IPv6 é um endereço de 128 bits composto por duas partes:

• A porção da rede, identificada pelos primeiros 64 bits, ou primeiros quatro hextetos,

• A porção de host, que é identificada pelos últimos 64 bits, ou os últimos quatro hextetos.

• Cada número, ou caractere, em um endereço IPv6 é escrito em hexadecimal, que equivale a quatro bits.

• A porção da rede : 2001: DB8:0001:ACAD:xxxx:xxxx:xxxxxxxx

• A porção de host : xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:0000:0000:0000:0001



• A maioria dos endereços (roteáveis) globais unicast usa um prefixo da rede de 64 bits e um endereço de host de 64 bits.

• Porém, a porção da rede de um endereço IPv6 não é restrita a 64 bits de comprimento e seu comprimento é identificado no final do endereço pela notação de barras, seguido por um número decimal que indica o comprimento.

• Se o prefixo da rede for /64, a porção da rede do endereço IPv6 será 64 bits da esquerda para a direita.

• A porção de host, ou o ID da interface, que são os últimos 64 bits, são o comprimento restante do endereço IPv6.



• Em alguns casos, assim como um endereço de loopback, o prefixo da rede pode ser /128, ou ter cento e vinte e oito bitsde comprimento.

• Nesse caso, não há bits deixados para o identificador de interface e, portanto, a rede é restrita a um único host.

• Exemplos:Endereço unicast global: 2001:DB8:0001:ACAD:0000:0000:0000:0001/64

Endereço de loopback: ::1/128

Endereço multicast: FF00::/8

Todos os endereços de redes: ::/0 (semelhante a um endereço de quatro zeros no IPv4)

Endereço de link local fe80::8d4f:4f4d:3237:95e2%14 (observe que a barra

quatorze no final do endereço está representada por um sinal

de porcentagem e o número decimal de quatorze. Esse

endereço foi retirado da saída de um comando ipconfig /all

no prompt de comando do Windows)



• Da esquerda para a direita, a porção da rede de um endereço unicast global IPv6 possui uma estrutura hierárquica que fornecerá as seguintes informações:

1. Número de roteamento global da IANA (os primeiros três bits binários são fixos como 001)

200::/12

2. O prefixo de Registo de Internet Regional (RIR) (bits /12 a /23)

2001:0D::/23 (o caractere D hexadecimal é 1101 em binário. Os bits 21 a 23 são 110, e o último bit é parte do prefixo de ISP)

3. Prefixo de Provedor de Serviços de Internet (ISP) (os bits até /32)

2001:0DB8::/32



4. Prefixo do site ou agregador de nível do site (SLA) que é designado ao cliente pelo ISP (os bits até /48)

2001:0DB8:0001::/48

5. Prefixo da sub-rede (designado pelo cliente; os bits até /64)

2001:0DB8:0001:ACAD::/64

6. ID de interface (o host é identificado pelos últimos 64 bits no endereço)

2001:DB8:0001:ACAD:8D4F:4F4D:3237:95E2/64



• Depreende-se que o endereço IPv6 pode ser agrupado em quatro partes básicas:

1. Prefixo de roteamento global /32

2. Agregador de nível do site (SLA) /48

3. ID da sub-rede (LAN) /64

4. ID de interface (últimos 64 bits)



• A porção de host do endereço IPv6 é chamada de ID da interface, pois não identifica o host real, mas sim a placa de rede do host.

• Cada placa de rede pode ter vários endereços IPv6 e, portanto, pode ter várias IDs de interface.


Questões de estudo

1. Qual o principal motivo para a implementação do IPv6 e por quê?• O número de endereços que o IPv6 suporta é muito maior que o IPv4.

2. Qual a forma de representação dos endereços Ipv6 ? E o que podemos fazer com sequência longas de zeros para simplificar sua representação.• Os endereços são escritos em oito grupos de quatro números hexadecimais e separados por

dois pontos. É permitido substituir uma sequência longa de zeros por ”::”.

3. Qual a diferença entre Multicast e Broadcast ?• Na transmissão broadcast todos os dispositivos da rede sem excepção recebem o pacote, e na

transmissão multicast apenas os dispositivos que pertencem a um grupo recebem o pacote.

4. Qual o procedimento para descobrir o MTU mínimo da rede ?• Vários pacotes ICMP de diferentes tamanhos são enviados ao destino, o maior destes pacotes

que chega ao destino é o MTU mínimo.

5. Para que serve o Tunelamento no IPv6 ?• Esse mecanismo consiste em transmitir um datagrama IPv6 encapsulado como um datagrama

IPv4. Dessa forma duas interfaces IPv6 podem se comunicar atráves de uma rede que só suporte IPv4.


Questões de estudo

• Assinale a(s) opção(ões) correcta(s).

• O endereço 2001:0DB8:0000:0000:130F:0000:0000:140B pode ser

escrito como:

a) 2001:DB8:0:0:130F::140B

b) 2001:DB8::130F::140B

c) 2001:DB8::130F:0:0:140B


Questões de estudo

• Usando as regras de abreviação de endereço IPv6, compacte ou

descompacte os seguintes endereços:

a) 2002:0EC0:0200:0001:0000:04EB:44CE:08A2

b) FE80:0000:0000:0001:0000:60BB:008E:7402

c) FE80::7042:B3D7:3DEC:84B8

d) FF00::

e) 2001:0030:0001:ACAD:0000:330E:10C2:32BF


Questões de estudo

• Corresponda os endereços IPv6 da tabela com o tipo de endereço correspondente. Algumas opções de resposta devem ser usadas mais de uma vez.

Endereço IPv6 Resposta

2001:0DB8:1:ACAD::FE55:6789:B210 1.

::1 2.

FC00:22:A:2::CD4:23E4:76FA 3.

2033:DB8:1:1:22:A33D:259A:21FE 4.

FE80::3201:CC01:65B1 5.

FF00:: 6.

FF00::DB7:4322:A231:67C 7.

FF02::2 8.

Opções de resposta

a. Endereço de loopback

b. Endereço unicast global

c. Endereço de link local

d. Endereço local exclusive

e. Endereço multicast


Questões de estudo

• Considerando o endereço a seguir, responda às perguntas a seguir:

2000:1111:aaaa:0:50a5:8a35:a5bb:66e1/64

a) Qual é o ID da interface?

b) Qual é o número de sub-rede?

c) Qual é o número do site?

d) Qual é o número do ISP?

e) Qual é o número do ISP em binário?

f) Qual é o número de registo?

g) Qual é o número do registo em binário?

h) Qual é o número global do IANA?

i) Qual é o prefixo de roteamento global?


Existe alguma Literatura básica?

• Monteiro, E. e Boavida, F.: Engenharia de Redes Informáticas, 10ª Ed. FCA, 2011.

• Boavida, F.: Administração de Redes Informáticas, FCA, 2011.

• Véstias, M.: Redes CISCO para Profissionais, 4ª Ed. FCA, 2009.

• Brito, S.: IPv6 – O Novo Protocolo da Internet. Novatec Editora Lda. 2015.

• Gouveia, J. e Magalhães, A: Redes de Computadores, 10ª Ed. 2013.


Alguma recomendação especial?

• … estudem e experimentem!

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