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Histórico

             Em 1991, membros do IETF (Internet Engineering Task Force)  coletaram dados referentes ao crescimento da internet. O resultado concluía que até 1994 os endereços de internet iriam se esgotar, uma vez que o espaço de endereçamento é de 32 bits e as tabelas de roteamento estavam se tornando grandes demais para serem gerenciadas de maneira satisfatória tornando, assim, as redes mais lentas.  

Com a adoção de controle de costas de domínio esse prazo vem sendo prorrogado para adoção de uma solução mais eficiente e eficaz, uma vez que a capacidade de processamento dos computadores também cresce a altas taxas, enquanto que a questão das tabelas de roteamento continuava.  

As aplicações para internet começaram a variar e apresentar novas necessidades, as quais o IPv4 mostrou-se deficiente. Naquele momento a internet já era acessível a uma parte considerável da população mundial, novos nichos de mercado foram descobertos como o e-commerce e vídeo conferências. Atualmente essas necessidades estão se tornaram mais essenciais, assim como um novo mercado está se abrindo : a transmissão de dados via comunicação móvel celular a partir da Terceira Geração de Telefonia Móvel Celular.  

            Em 1993 grupos sugeriram soluções que fosse compatíveis com o IP e que pudesse substituí-lo gradualmente. A proposta escolhida foi o SIPP – Simple Internet Protocol Plus – , porém as demais propostas não foram totalmente descartadas e algumas de suas características foram anexadas à nova tecnologia que passaria a ser denominada IPv6. Atualmente um novo protocolo está sendo estudado, chamado de IP Móvel

Redes IP e o IPv4

              As Redes IP não são orientadas à conexão, ou seja não é estabelecido um caminho ou reserva de caminho entre origem e destino. As redes IP são redes baseadas em datagramas, cuja identificação é baseada em endereços de origem e destino. 

            As principais características das redes IP são: 

·        Baseadas em datagramas;

·        Não oferecem segurança;

·        Não garantem entrega dos datagramas e nem com a ordem em que esses datagramas serão entregues;

·        Utiliza endereços para identificar origem e destino do datagrama. 

            O protocolo utilizado nessas redes é o protocolo IP que após os estudos que resultaram nas especificações do IPv6 passou a ser denominado IPv4. Que possui o seguinte formato de datagrama:

Figura  1

·        campo VERSION ( 4 bits) contém a versão do IP que foi usado para criar o datagrama. Desta maneira checa-se a versão antes de processá-lo, evitando-se que formato de pacotes diferentes sejam usados.

·        campo IHL ( header length ) possui quatro bits que indicam o comprimento do datagrama em palavras de 32 bits. O seu valor mínimo é 5, o que indica um cabeçalho variando de 20 octetos ( sem o campo OPTIONS que é opcional ) a 60 octetos.

·        TYPE OF SERVICE ( 8 bits) indica o tipo de serviço de rede que se deseja. Como pode ser visto na figura 4.2, o campo pode ser quebrado em 5 ( cinco) sub-campos. Os três primeiros bits correspondem ao sub-campo PRECEDENCE que diz a prioridade de cada datagrama àquele que enviará os dados. O valor 1 indica prioridade normal, e 7 a mais alta prioridade que é utilizada para pacotes de controle de rede. Os bits D, T e R especificam respectivamente, o que é mais importante no envio do pacote: retardo, taxa de envio e confiabilidade. Desta maneira pode-se escolher prioridades de tipos de links diferentes de acordo com o desejado. Os dois últimos bits não são utilizados. Na prática os roteadores ( equipamentos utilizados para especificar rotas aos datagramas ) ignoram totalmente todas as opções do campo TYPE OF SERVICE, pois é necessário um conhecimento prévio da tecnologia dos links utilizados.

·        campo TOTAL LENGTH indica o tamanho total do datagrama, incluindo cabeçalho e dados, em octetos. O valor máximo que lhe é atribuído é de 65.535 bytes. Nas tecnologias de redes existentes este valor é suficiente, porém, com a utilização de redes de altíssima velocidade é um fator limitante.Antes de falar sobre os próximos campos, seria interessante visualizar como os datagrama relacionam-se com os quadros da sub-rede. Verificou-se anteriormente que o datagrama poderia ter um tamanho de até 65.535 octetos, porém na prática, existem outros limites fundamentais. Sabe-se que os datagramas, movem-se de uma máquina para outra, e que estes devem ser transportados pela camada de sub-rede. Para fazer um transporte eficiente é preciso que cada datagrama seja transportado em um quadro distinto desta camada. Este processo denomina-se encapsulamento representado pela figura 5.3. Ao tamanho máximo do quadro suportado por uma camada de sub-rede denomina-se MTU ( maximum transfer unit ). 

·        campo IDENTICATION (16 bit's), permite no caso de uma fragmentação, o destino identificar a qual datagrama pertence o fragmento, utilizando-se deste e do endereço daquele que o originou.

·        bit DF indica que o Datagrama não deve ser fragmentado. Garantindo que isto não ocorrerá, mesmo que se tenha um desempenho baixo se o mesmo for forçado a passar por uma rede lenta.

·        bit MF indica que existem mais fragmentos a seguir. Todos os fragmentos devem tê-los setados, menos o último.

·        campo FRAGMENT OFFSET indica a que ponto do Datagrama original o fragmento pertence. Todos os fragmentos devem ser múltiplos de 8 bytes.

·        campo TIME TO LIVE representa o tempo de processamento dos pacotes em segundos. Cada roteador ao processar o datagrama decrementa o tempo gasto para este processamento, se alcançar zero o datagrama é descartado. Com a dificuldade dos roteadores saberem detalhes do tempo de transmissão sub-redes, na prática ao passar pelos mesmos, este campo é decrementado de 1. Garantindo, assim, que um datagrama não trafegue indefinidamente pela rede caso haja uma rota em loop, ou seja, um caminho que seja cíclico.

·        campo PROTOCOL especifica qual protocolo de transporte foi utilizado para criar os dados transportados pelo datagrama. É utilizado para entregar o dados diretamente ao tipo do protocolo que o criou.

·        campo HEADER CHECKSUM garante a integridade do cabeçalho. Este processo é feito considerando o cabeçalho como uma seqüência de inteiros de 16 bits, onde soma-se eles utilizando aritmética de complemento de 1 e depois calcula-se o complemento de 1 do resultado. Se o valor der 0, não houve erro no cabeçalho.

·        Os campos SOURCE IP ADDRESS e DESTINATION IP ADDRESS (32 bits), contém respectivamente os endereços do host de origem e do host de destino.

·        campo OPTIONS não é requerido em todos os datagramas. Foi criado inicialmente para permitir novas implementações ao projeto original. O comprimento deste campo depende de quais opções foram selecionadas. Algumas possuem somente 1 octeto, outras possuem comprimentos variáveis. Quando presentes no datagrama, as opções aparecem de forma contígua e sem separadores. Cada opção consiste de 1 octeto simples que representa o OPTION CODE, que pode ser seguido de um outro octeto LENGTH e um conjunto de octetos de dados.

·        OPTION CODE é dividido em 3 sub-campos, como pode ser visto na figura 4.4. O primeiro campo, o COPY, controla como os roteadores devem tratar as opções durante a fragmentação. Quando tem o seu valor 1 especifica que a opção será copiada em todos os fragmentos, quando 0, somente no primeiro. O OPTION CLASS indica as várias classes de opções. 

Motivação para mudança

 ·        Crescimento da população utilizando a Internet – como a IP é o protocolo que viabiliza a Internet e esta vem crescendo a passos largos, sua capacidade de endereçamento está chegando ao seu limite

 ·        Novas aplicações para Internet – o aumento da utilização da internet trouxe uma série de novas aplicações que necessitavam de novos serviços que o IPv4 não pode fornecer. Um exemplo é a transmissão de vídeo em tempo real. 

·        Comércio eletrônico – Dentre as aplicações desenvolvidas para a Internet podemos destacar o comércio eletrônico, mas para tanto é necessário ter mecanismo de segurança e privacidade.

IPv6 

            O IPv6 tem como principal característica o espaço de endereçamento que é muito maior que o IPv4. Além disso, foram acrescentadas outras características para suprir as necessidades descritas acima, da mesma forma que foi lhe dado robustez para atender as novas tendências de mercado. 

            Conforme será mostrado adiante,  uma nova necessidade surgiu quando o IPv6 já estava definido, fazendo com que um novo protocolo fosse concebido, o qual também é objeto de estudo deste trabalho: o IP Móvel. Esta mobilidade não está simplesmente relacionada com a mobilidade física  do equipamento portador de um endereço IP. 

Características do IPv6

            O IPv6 trouxe consigo uma série de vantagens sobre o protocolo IP original, também chamado por IPv4.  

·        Espaço de endereçamento de 128 bits – estima-se que seja suficiente para os próximos 30 anos;

·        Propõe uma redução na tabela de rotemamento e por conseqüência uma maior rapidez na rede;

·        Mecanismo para encapsulamento próprio e de outros protocolos;

·        Simplificação do cabeçalho;

·        Distinção de tipo de dado;

·        Segurança de dados, incluindo criptografia de dados

·        Suporte para roteamento multicast de maneira mais eficiente e ainda a implementação do modelo anycast;

·        Métodos de transição e compatibilidade com o IPv4;

·        Mecanismo de autoconfiguação;

·        Suporte para hosts móveis, incluindo comunicação via rádio;

·        Permite que dados multimídia em tempo real trafegem com mais eficiência.

Estrutura do datagrama IPv6

              O datagrama do IPv6 tem um cabeçalho de tamanho variado, esta característica lhe dá flexibilidade para adaptação em futuras tecnologias. O IPv6 foi projetado para determinar o tamanho de pacote máximo permitido no link, dessa maneira os roteadores ficam livres da tarefa de fragmentar os pacotes. 

            Com um cabeçalho base mais simples e opcionalmente um cabecalho adicional, algumas informações contidas no cabeçalho do IPv4 se tornaram opcionais para um melhor rendimento do roteamento. A figura 1 mostra a estrutura do datagrama IPv6.

Figura 2

Version – função idêntica a do IPv4

 Pryority – campo que identifica a prioridade do datagrama. Os valores de 0 a 7 dão destinados a protocolos capazes de diminuir o fluxo de envio caso ocorra o congestionamento. Para pacotes de aplicações em tempo real que são enviados a taxa constante, valores de 8 a 15 dizem quais datagramas podem ser descartados com prioridade maior para valores mais altos 

Flow label – identifica se um datagrama precisa de um tratamento especial nos roteadores como datagramas de Aplicações de vídeo em tempo real

Payload Length – tamanho do datagrama sem o cabeçalho.

 Next Header – identifica se há cabeçalho de extensão após o cabeçalho base, se houver identifica que cabeçalho é. Este campo tem dois propósitos: generalização e eficiência. A generalização é conseguida com a inclusão de funções adicionais, como fragmentação, roteamento na origem e autenticação. A eficiência é conseguida a partir do momento que se não forem preciso estas características os seus campos não necessitam estar presentes. Como a maioria dos valores são provenientes do IPv4. Os cabeçalhos de extensão são classificados da seguinte maneira. 

·        Routing - roteamento estendido (IPv4 possui roteamento livre).

·        Fragmentation - Fragmentação e Remontagem.

·        Authentication - Integridade e Autenticação. Segurança.

·        Encapsulation - Confidencialidade.

·        Hop-by-Hop Option - Opção especial que requer processamento de hop para hop.

·        Destination Options - Informação opcional a ser examinada pelo destino.

Hop Limit – número máximo de hops para um datagrama. Ele é decrementado a cada hop até chegar ao destino ou se igualar a zero e então é descartado

 Source Address – endereço origem do datagrama de tamanho 128

 Destination Address – endereço destino do datagrama

(*) O autor, Wiliam Hiroshi Hisatugu é mestrando em Telecomunicações pelo INATEL (Instituto Nacional de
Telecomunicações); graduou-se pela Universidade Estadual de Londrina em DEZ/2000 (Bacharel em Ciência da Computação); possui dois anos de experiência profissional como Analista de Sistemas do Núcleo de Processamento de Dados da Universidade Estadual de Londrina; suas áreas de interesse  são Comunicação de Dados via ondas de Rádio, IPv6 e Gerência de Redes.