Qualidade de serviço. Protocolo IPv6

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1 Qualidade de serviço. Protocolo IPv6 Apresentar a nova forma de endereçamento lógico, o endereço IP versão 6 (IPv6). No começo da década de 1990, a IETF começou o estudo para desenvolver o sucessor do protocolo IPv4. O motivo básico foi a limitação crescente da capacidade de endereçamento do sistema atual, com novas sub-redes e nos IP sendo anexados à internet a uma alta velocidade. Embora os recursos da CIDR e a NAT possam ser utilizados por mais algum tempo, a mudança é uma necessidade. No IPv4, o campo do cabeçalho reservado para o endereçamento possui 32 bits. Este tamanho possibilita um máximo de (2 32 ) endereços distintos. A época de seu desenvolvimento, esta quantidade era considerada suficiente para identificar todos os computadores na rede e suportar o surgimento de novas sub-redes. No entanto, com o rápido crescimento da Internet, surgiu o problema da escassez dos endereços IPv4, motivando a a criação de uma nova geração do protocolo IP. O IPv6 possui um espaço para endereçamento de 128 bits, sendo possível obter endereços (2 128 ). Este valor representa aproximadamente 79 octilhões (7, ) de vezes a quantidade de endereços IPv4 e representa, também, mais de 56 octilhões (5, ) de endereços por ser humano na Terra, considerando-se a população estimada em 6 bilhões de habitantes. Os projetistas do protocolo IP, agora na versão 6, incluíram novos recursos a partir da versão 4. Alguns dos principais objetivos: Aumentar a capacidade de endereçamento. Diminuir o tamanho das tabelas de roteamento. Simplificar o protocolo. Oferecer mais segurança (autenticação e privacidade). Oferecer maior importância ao tipo de serviço. Suportar multidifusão.suportar a portabilidade do endereço. Permitir a coexistência entre os protocolos novos e antigos. Para obter um protocolo que atenda a todos esses requisitos, a IETF contou com a participação de interessados, resultando na elaboração da RFC O IETF atribui à revisão o número de versão 6, que inicialmente chamava-se IPng IP The next generation. O protocolo IPv6 proposto mantém muitas das características do IPv4. Apesar das semelhanças conceituais, o IPv6 muda a maior parte dos detalhes do protocolo, por exemplo, utiliza endereços maiores e

2 acrescenta novos recursos. Algumas das mudanças implementados no IPv6. Endereços maiores com 128 bits (16 Bytes). Hierarquia de endereço estendida utiliza espaço de endereço maior para criar níveis adicionais de hierarquia de endereçamento. Formato de cabeçalho flexível Utiliza um novo formato de datagrama. Provisão para extensão de protocolo protocolo adaptável a novos hardwares de rede e novas aplicações. Capacidade de endereçamento expandida o IPv6 utiliza 128 bits, em vez dos 32 bits do IPv4. Cabeçalho aprimorado de 40 Bytes o cabeçalho com 40 bytes permite um processamento mais veloz do datagrama IP. Rotulação de fluxo e prioridade já prevê a possível necessidade de poder diferenciar os fluxos. IPv6 não é compatível com o IPv4, mas é compatível com todos os outros protocolos auxiliares da internet, incluindo TCP, UDP, ICMP, IGMP, OSPF, BGP e DNS, apesar de algumas vezes serem necessárias pequenas modificações. O segundo aperfeiçoamento importante no IPv6 é a simplificação do cabeçalho. Ele contém apenas sete campos (contra os 13 do IPv4). Essa mudança permite aos roteadores processarem os pacotes com mais rapidez e, dessa forma, melhorar o throughput e o retardo. Também voltaremos a descrever o cabeçalho em breve. A terceira mudança importante foi o melhor suporte para as opções oferecidas. Esse recurso diminui o tempo de processamento de pacotes. Uma quarta área em que o IPv6 representa um grande avanço é a segurança. A autenticação e a privacidade são recursos importantes do novo IP. Por fim, foi dada maior atenção à qualidade de serviço. Cabeçalho IPv6 Versão (Version) Classe do Trafego (Traffic Class) Tamanho dos Dados (Payload Lenght) Tempo de Vida (TTL) Protocolo (Protocol) Identificador de Fluxo (Flow Label) Próximo Cabeçalho (Next Header) Limite de Encaminhamento Soma de Verificação do Cabeçalho (Checksum) Endereço de Origem (Source Address) Endereço de Destino (Destination Address) Versão esse campo de 4 bits identifica o número da versão do IP.

3 Classe de tráfego esse campo de 8 bits tem a função semelhante à do campo TOS. Rótulo de fluxo é usado para identificar um fluxo de datagramas. Comprimento da carga útil esse valor de 16 bits dá o numero de bytes no datagrama IPv6, que se segue ao pacote do cabeçalho, que tem tamanho fixo de 40 Bytes. Próximo cabeçalho esse campo identifica o protocolo ao qual o conteúdo (campo de dados) desse datagrama será entregue. Limite de encaminhamentos a cada passagem por um roteador é decrementado. Quando a contagem chegar a zero, o datagrama será descartado.endereços de fonte e de destino os vários formatos do endereço de 128 bits. Dados essa é a parte da carga útil do datagrama IPv6. Tipos de endereçamento no IPv6 Existem no IPv6 tipos especiais de endereços: Unicast este tipo de endereço identifica uma única interface, de modo que um pacote enviado a um endereço unicast é entregue a uma única interface; Multicast também identifica um conjunto de interfaces, entretanto, um pacote enviado a um endereço multicast é entregue a todas as interfaces associadas a esse endereço. Um endereço multicast é utilizado em comunicações de um-para-muitos. Anycast identifica um conjunto de interfaces. Um pacote encaminhado a um endereço anycast é entregue a interface pertencente a este conjunto mais próxima da origem (de acordo com distância medida pelos protocolos de roteamento). Um endereço anycast é utilizado em comunicações de um-para-umde-muitos. Representação do IPv6 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: 2001:0DB8:AD1F:25E2:CADE:CAFE:F0CA:84C1 É permitido omitir os zeros a esquerda de cada bloco de 16 bits, além de substituir uma sequência longa de zeros por ::. Por exemplo, o endereço 2001:0DB8:0000:0000:130F:0000:0000:140B pode ser escrito como 2001:DB8:0:0:130F::140B ou 2001:DB8::130F:0:0:140B. A abreviação do grupo de zeros só pode ser realizada uma única vez. Esta abreviação pode ser feita também no fim ou no início do endereço, como ocorre em 2001:DB8:0:54:0:0:0:0 que pode ser escrito da forma 2001:DB8:0:54::. Outra representação importante é a dos prefixos de rede. Em endereços IPv6 ela continua sendo

4 escrita do mesmo modo que no IPv4, utilizando a notação CIDR. O exemplo de prefixo de sub-rede a seguir indica que dos 128 bits do endereço, 64 bits são utilizados para identificar a sub-rede. Prefixo 2001:db8:3003:2::/64 Prefixo global 2001:db8::/32 ID da sub-rede 3003:2 Esta representação também possibilita a agregação dos endereços de forma hierárquica, identificando a topologia da rede através de parâmetros como posição geográfica, provedor de acesso, identificação da rede e divisão da sub-rede. Endereços Especiais Existem alguns endereços IPv6 especiais utilizados para fins específicos: Endereço Não-Especificado (Unspecified): é representado pelo endereço 0:0:0:0:0:0:0:0 ou ::0 (equivalente ao endereço IPv4 unspecified ). Ele nunca deve ser atribuído a nenhum nó, indicando apenas a ausência de um endereço. Ele pode, por exemplo, ser utilizado no campo Endereço de Origem de um pacote IPv6 enviado por um host durante o processo de inicialização, antes que este tenha seu endereço exclusivo determinado. O endereço unspecified não deve ser utilizado como endereço de destino de pacotes IPv6; Endereço Loopback: representado pelo endereço unicast 0:0:0:0:0:0:0:1 ou ::1 (equivalente ao endereço IPv4 loopback ). Este endereço é utilizado para referenciar a própria máquina, sendo muito utilizado para teste internos. Este tipo de endereço não deve ser atribuído a nenhuma interface física, nem usado como endereço de origem em pacotes IPv6 enviados para outros nós. Além disso, um pacote IPv6 com um endereço loopback como destino não pode ser enviado por um roteador IPv6, e caso um pacote recebido em uma interface possua um endereço loopback como destino, este deve ser descartado; Endereços IPv4-mapeado: representado por 0:0:0:0:0:FFFF:wxyz ou ::FFFF:wxyz, é usado para mapear um endereço IPv4 em um endereço IPv6 de 128-bit, onde wxyz representa os 32 bits do endereço IPv4, utilizando dígitos decimais. É aplicado em técnicas de transição para que nós IPv6 e IPv4 se comuniquem. Ex. ::FFFF: Algumas faixas de endereços também são reservadas para uso específicos: 2002::/16: prefixo utilizado no mecanismo de transição 6to4; 2001:0000::/32: prefixo utilizado no mecanismo de transição TEREDO; 2001:db8::/32: prefixo utilizado para representar endereços IPv6 em textos e documentações.

5 Funcionalidades Básicas NDP (Neighbor Discovery Protocol) O protocolo de descoberta de vizinhança foi desenvolvido sob a finalidade de resolver os problemas de interação entre nós vizinhos em uma rede. Para isso ele atua sobre dois aspectos primordiais na comunicação IPv6, a autoconfiguração de nós e a transmissão de pacotes.no caso da autoconfiguração de nós, o protocolo fornece suporte para a realização de três funcionalidades: Parameter Discovery: atua na descoberta por um nó de informações sobre o enlace e sobre a Internet. Address Autoconfiguration: trabalha com a autoconfiguração de endereços nas interfaces de um nó. Duplicate Address Detection: utilizado para descobrir se o endereço que se deseja atribuir a uma interface já está sendo utilizado por um outro nó na rede. Já no caso da transmissão de pacotes entre nós, o suporte é dado para a realização de seis funcionalidades: Router Discovery: trabalha com a descoberta de roteadores pertencentes ao enlace. Prefix Discovery: implementa a descoberta de prefixos de redes do enlace, cuja a finalidade é decidir para onde os pacotes serão direcionados numa comunicação. Address Resolution: descobre o endereço fisico através de um endereço lógico IPv6. Neighbor Unreachability Detection: permite que os nós descubram se um vizinho é ou se continua alcançavel, uma vez que problemas podem acontecer tanto nos nós como na rede. Redirect: permite ao roteador informar ao nó uma rota melhor ao ser utilizada para enviar pacotes a determinado destino. Next-Hop Determination: algoritmo para mapear um endereço IP de destino em um endereço IP de um vizinho para onde o trafego deve ser enviado. Mensagens Router Solicitation Os roteadores tem a necessidade, por um nó, de informações (como rotas, MTU, Hop Limit e outras) que estão dispostas no roteador. Regularmente o roteador envia a todos os nós do enlace esses dados, contudo, esse intervalo pode ser muito longo impedindo o nó de estabelecer alguma comunicação. Essa mensagem serve para solicitar ao roteador que responda rapidamente o pedido do dispositivo. Router Advertisement A mensagem Router Advertisement é enviada periodicamente ou em resposta à mensagem Router Solicitation por um roteador para anunciar sua presença no enlace. Neighbor Solicitation Message Esta mensagem é utilizada para suprir três necessidades basicas de comunicação em redes IPV6. A primeira consiste na descoberta de um endereço físico associado a um endereço lógico. A segunda consiste no teste de acessibilidade de nós vizinhos no enlace. A terceira é sobre a detecção de endereços IPv6 duplicados na vizinhança. Neighbor Advertisement A mensagem serve para anunciar a mudança de alguma caracteristica do dispositivo na rede de maneira rápida.

6 Redirect A mensagem Redirect é enviada por roteadores para informar ao nó solicitante de uma comunicação, uma melhor opção de caminho para ser utilizada. Transição IPv4 para IPv6 O IPv6 foi projetado para ser implantado gradualmente. Portanto e possível classificar as técnicas de transição em: Pilha dupla: consiste na convivência do IPv4 e do IPv6 nos mesmos equipamentos, de forma nativa, simultâneamente. Essa técnica é a técnica padrão escolhida para a transição para IPv6 na Internet e deve ser usada sempre que possível. Túneis: Permitem que diferentes redes IPv4 comuniquem-se através de uma rede IPv6, ou vice-versa. Tradução: Permitem que equipamentos usando IPv6 comuniquem-se com outros que usam IPv4, por meio da conversão dos pacotes. As técnicas de tradução podem ser statefulou stateless. Técnicas stateful são aquelas em que é necessário manter tabelas de estado com informações sobre os endereços ou pacotes para processá-los. Nas técnicas stateless não é necessário guardar informações, cada pacote é tratado de forma independente. De forma geral técnicas stateful são mais caras: gastam mais CPU e memória, por isso não escalam bem. Sempre que possível deve-se dar preferência a técnicas stateless.

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8 Transição de IPv4 para IPv6 Desempenho e qualidade de serviço A QoS (Qualidade de Serviço) é garantida na rede, através dos componentes e equipamentos utilizados. Estão definidos atualmente dois modelos que são: Serviços Integrados (IntServ): orientado para o fornecimento de QoS por fluxo (aplicações individuais), sendo normalmente associado ao protocolo RSVP (Resource ReSerVation Protocol); Serviços Diferenciados(DiffServ): orientado para o fornecimento de QoS em classes de serviço ou fluxos de tráfego agregado. Serviços Integrados Este modelo é orientado para o suporte de QoS a fluxos individuais de pacotes e baseia-se no pressuposto de que, para atingir este objetivo, é necessário que os roteadores possuam a capacidade de reservar recursos, requer também que os mesmos mantenham a informação do estado de cada fluxo. Neste modelosão propostos duas classes de serviço: Garanteed of Service aplicações que requerem que o atraso dos pacotes não exceda um valor prédefinido; Controlled-Load Service aplicações tolerantes e que se adaptam a perdas ocasionais de pacotes. O modelo requer um conjunto de funções para suportar QoS, controlar o congestionamento e partilhar largura de banda por várias classes de tráfego. Ele possui sérias limitações, devido ao facto da reserva de recursos ser orientada a fluxos individuais, o que implica: necessidade de manutenção e atualização periódica da informação de estado por fluxo em cada roteador; necessidade de classificar, policiar e escalonar pacotes por fluxo; necessidade de invocar o controle de admissão para cada pedido de reserva de recursos. Serviços Diferenciados O DiffServ (ouserviços diferenciados) é um mecanismo de QoS que possibilita o controle de agregados de fluxos. No DiffServ as reservas de recursos são realizadas para agregações denominadas de BA (Behavior Aggregate). As redes que implementam serviços diferenciadossão denominadas de Domínios de Serviços Diferenciados (DS). Um domínio é composto por um conjunto de nós que compartilham a mesma política de serviços. Os domínios DS negociam entre si contratos de serviço que visam o fornecimento de garantias mínimas de QoS para as aplicações. Todos os pacotes que circulam entre domínios são inspecionados nos roteadores periféricos para verificar a sua conformidade com os contratos. Assim, na fronteira do domínio DS, os pacotes poderão ser classificados e condicionados (marcados, policiados ou limitados). No centro da rede (DS), os roteadores simplesmente encaminham os pacotes para os seus destinos, oferecendo algumas garantias de qualidade de serviço a determinados pacotes. O formato dos pacotes IPv6

9 foi especialmente definido de forma a possibilitar uma manipulação eficiente pelos roteadores. Os fatores que permitem um aumento no desempenho são: Diminuição de campos no cabeçalho; O campo flow label encontra-se localizado antes do endereço (no caso da utilização deflow routing, a rota é calculada apenas uma vez); O processamento eficaz dos pacotes permite um encaminhamento mais rápido e redução dos atrasos nas filas. Os Campos de QoS no cabeçalho IPv6 Classe de Tráfico Consiste num campo de 8 bits que distingue pacotes de diferentes classes e prioridades; Fornece as mesmas funcionalidades que o campo do cabeçalho IPv4. Rótulo de Fluxo Consiste num campo que 20 bits que identifica os pacotes num fluxo (mesma origem e destino), de forma a que estes possam ser tratados da mesma maneira; Este campo é selecionado pela origem e nunca é alterado na rede; Os pacotes não necessitam de ser inspecionados e classificados constantemente; A fragmentação ou codificação deixa de ser um problema como no IPv4. Quiz 1 A principal razão para a criação de uma nova geração de endereços lógicos o IPv6 é: Necessidade de substituir notação decimal por notação hexadecimal. Necessidade de substituir o separador de pontos para dois pontos. Esgotamento dos endereços válidos em IPv4.

10 dvencimento da validade dos endereços IPv4. Referências TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4.ed. Rio de Janeiro: Campus, 2003.