Visão geral do protocolo IP versão 6 (IPv6)

Artigo
03/12/2024

O Protocolo Internet versão 6 (IPv6) é um conjunto de protocolos padrão para a camada de rede da Internet. O IPv6 foi projetado para resolver muitos dos problemas da versão atual do conjunto de protocolos Internet (conhecido como IPv4) sobre esgotamento de endereços, segurança, configuração automática, extensibilidade e assim por diante. O IPv6 expande as capacidades da Internet para permitir novos tipos de aplicações, incluindo aplicações peer-to-peer e móveis. A seguir estão os principais problemas do protocolo IPv4 atual:

Esgotamento rápido do espaço de endereço.

Isso levou ao uso de conversores de endereços de rede (NATs) que mapeiam vários endereços privados para um único endereço IP público. Os principais problemas criados por este mecanismo são a sobrecarga de processamento e a falta de conectividade de ponta a ponta.
Falta de apoio hierárquico.

Devido à sua inerente organização de classe predefinida, o IPv4 carece de verdadeiro suporte hierárquico. É impossível estruturar os endereços IP de uma forma que realmente mapeie a topologia da rede. Esta falha de design crucial cria a necessidade de grandes tabelas de roteamento para entregar pacotes IPv4 para qualquer local na Internet.
Configuração de rede complexa.

Com o IPv4, os endereços devem ser atribuídos estaticamente ou usando um protocolo de configuração como o DHCP. Em uma situação ideal, os hosts não teriam que depender da administração de uma infraestrutura DHCP. Em vez disso, eles seriam capazes de se configurar com base no segmento de rede em que estão localizados.
Falta de autenticação e confidencialidade integradas.

O IPv4 não requer suporte para qualquer mecanismo que forneça autenticação ou criptografia dos dados trocados. Isso muda com o IPv6. A segurança do protocolo Internet (IPSec) é um requisito de suporte IPv6.

Um novo conjunto de protocolos deve satisfazer os seguintes requisitos básicos:

Roteamento e endereçamento em grande escala com baixa sobrecarga.
Auto-configuração para várias situações de conexão.
Autenticação e confidencialidade incorporadas.

Endereçamento IPv6

Com o IPv6, os endereços têm 128 bits de comprimento. Uma razão para um espaço de endereçamento tão grande é subdividir os endereços disponíveis em uma hierarquia de domínios de roteamento que refletem a topologia da Internet. Outra razão é mapear os endereços de adaptadores de rede (ou interfaces) que conectam dispositivos à rede. O IPv6 possui uma capacidade inerente para resolver endereços em seu nível mais baixo, que é no nível da interface de rede, e também tem recursos de configuração automática.

Representação de texto

A seguir estão as três formas convencionais usadas para representar os endereços IPv6 como cadeias de texto:

Forma hexadecimal de dois pontos:

Esta é a forma n:n:n:n:n:n:n:npreferida. Cada n um representa o valor hexadecimal de um dos oito elementos de 16 bits do endereço. Por exemplo: 3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.
Forma comprimida:

Devido ao comprimento do endereço, é comum ter endereços contendo uma longa sequência de zeros. Para simplificar a escrita desses endereços, use o formulário compactado, no qual uma única sequência contígua de 0 blocos é representada por um símbolo de dois pontos duplos (::). Este símbolo só pode aparecer uma vez num endereço. Por exemplo, o endereço FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 de multicast na forma compactada é FFED::BA98:3210:4562. O endereço 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 unicast na forma compactada é 3FFE:FFFF::8:800:20C4:0. O endereço 0:0:0:0:0:0:0:1 de loopback na forma compactada é ::1. O endereço 0:0:0:0:0:0:0:0 não especificado na forma compactada é ::.
Forma mista:

Este formulário combina endereços IPv4 e IPv6. Nesse caso, o formato de endereço é n:n:n:n:n:n:d.d.d.d, onde cada n representa os valores hexadecimais dos seis elementos de endereço de 16 bits de alta ordem IPv6 e cada d representa o valor decimal de um endereço IPv4.

Tipos de endereço

Os bits principais no endereço definem o tipo de endereço IPv6 específico. O campo de comprimento variável que contém esses bits principais é chamado de Prefixo de Formato (FP).

Um endereço unicast IPv6 é dividido em duas partes. A primeira parte contém o prefixo de endereço e a segunda parte contém o identificador de interface. Uma maneira concisa de expressar uma combinação de endereço/prefixo IPv6 é a seguinte: ipv6-address/prefix-length.

Segue-se um exemplo de um endereço com um prefixo de 64 bits.

3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.

O prefixo neste exemplo é 3FFE:FFFF:0:CD30. O endereço também pode ser escrito de forma compactada, como 3FFE:FFFF:0:CD30::/64.

O IPv6 define os seguintes tipos de endereço:

Endereço Unicast:

Um identificador para uma única interface. Um pacote enviado para este endereço é entregue na interface identificada. Os endereços unicast distinguem-se dos endereços multicast pelo valor do octeto de alta ordem. O octeto de alta ordem dos endereços multicast tem o valor hexadecimal de FF. Qualquer outro valor para este octeto identifica um endereço unicast. A seguir estão diferentes tipos de endereços unicast:
- Endereços de link-local:
  
  Esses endereços são usados em um único link e têm o seguinte formato: FE80::*InterfaceID*. Os endereços de link local são usados entre nós em um link para configuração de endereço automático, descoberta de vizinhos ou quando nenhum roteador está presente. Um endereço link-local é usado principalmente na inicialização e quando o sistema ainda não adquiriu endereços de escopo maior.
- Endereços locais:
Esses endereços são usados em um único site e têm o seguinte formato: FEC0::*SubnetID*:*InterfaceID*. Os endereços site-local são usados para endereçamento dentro de um site sem a necessidade de um prefixo global.
- Endereços unicast IPv6 globais:
Estes endereços podem ser utilizados em toda a Internet e têm o seguinte formato: *GlobalRoutingPrefix*::*SubnetID*:*InterfaceID*.
Endereço multicast:

Um identificador para um conjunto de interfaces (normalmente pertencentes a nós diferentes). Um pacote enviado para este endereço é entregue a todas as interfaces identificadas pelo endereço. Os tipos de endereços multicast substituem os endereços de difusão IPv4.
Endereço Anycast:

Um identificador para um conjunto de interfaces (normalmente pertencentes a nós diferentes). Um pacote enviado para este endereço é entregue a apenas uma interface identificada pelo endereço. Esta é a interface mais próxima, conforme identificado pelas métricas de roteamento. Os endereços anycast são retirados do espaço de endereçamento unicast e não são sintaticamente distinguíveis. A interface endereçada realiza a distinção entre endereços unicast e anycast em função de sua configuração.

Em geral, um nó sempre tem um endereço link-local. Ele pode ter um endereço local-site e um ou mais endereços globais.

Roteamento IPv6

Um mecanismo de roteamento flexível é um benefício do IPv6. Devido à forma como os IDs de rede IPv4 foram e são alocados, grandes tabelas de roteamento precisam ser mantidas pelos roteadores que estão no backbone da Internet. Esses roteadores devem conhecer todas as rotas para encaminhar pacotes que são potencialmente direcionados para qualquer nó na Internet. Com sua capacidade de agregar endereços, o IPv6 permite endereçamento flexível e reduz drasticamente o tamanho das tabelas de roteamento. Nesta nova arquitetura de endereçamento, os roteadores intermediários devem acompanhar apenas a parte local de sua rede para encaminhar as mensagens adequadamente.

Descoberta de vizinhos

Alguns dos recursos fornecidos pela descoberta de vizinhos são:

Descoberta de roteadores: Isso permite que os hosts identifiquem roteadores locais.
Resolução de endereço: Isso permite que os nós resolvam um endereço de camada de link para um endereço de próximo salto correspondente (um substituto para o protocolo de resolução de endereços [ARP]).
Configuração automática de endereços: Isso permite que os hosts configurem automaticamente endereços locais e globais do site.

A descoberta de vizinhos usa mensagens ICMPv6 (Internet Control Message Protocol for IPv6) que incluem:

Anúncio de roteador: Enviado por um roteador em uma base pseudo-periódica ou em resposta a uma solicitação de roteador. Os roteadores IPv6 usam anúncios de roteador para anunciar sua disponibilidade, prefixos de endereço e outros parâmetros.
Solicitação de roteador: Enviada por um host para solicitar que os roteadores no link enviem um anúncio de roteador imediatamente.
Solicitação de vizinho: enviada por nós para resolução de endereço, deteção de endereço duplicado ou para verificar se um vizinho ainda está acessível.
Anúncio de vizinho: enviado por nós para responder a uma solicitação de vizinho ou para notificar vizinhos de uma alteração no endereço da camada de link.
Redireccionamento: Enviado por routers para indicar um melhor endereço de próximo salto para um destino específico para um nó de envio.

Configuração automática de IPv6

Um objetivo importante para o IPv6 é suportar o nó Plug and Play. Ou seja, deve ser possível conectar um nó a uma rede IPv6 e configurá-lo automaticamente sem qualquer intervenção humana.

Tipos de configuração automática

O IPv6 suporta os seguintes tipos de configuração automática:

Configuração automática com monitoração de estado:

Este tipo de configuração requer um certo nível de intervenção humana porque precisa de um servidor Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6) para a instalação e administração dos nós. O servidor DHCPv6 mantém uma lista de nós aos quais fornece informações de configuração. Ele também mantém informações de estado para que o servidor saiba por quanto tempo cada endereço está em uso e quando ele pode estar disponível para reatribuição.
Configuração automática sem monitoração de estado:

Este tipo de configuração é adequado para pequenas organizações e indivíduos. Neste caso, cada host determina seus endereços a partir do conteúdo dos anúncios de roteador recebidos. Usando o padrão IEEE EUI-64 para definir a parte de ID de rede do endereço, é razoável assumir a exclusividade do endereço de host no link.

Independentemente de como o endereço é determinado, o nó deve verificar se seu endereço potencial é exclusivo para o link local. Isso é feito enviando uma mensagem de solicitação do vizinho para o endereço potencial. Se o nó receber alguma resposta, ele sabe que o endereço já está em uso e deve determinar outro endereço.

Mobilidade IPv6

A proliferação de dispositivos móveis introduziu um novo requisito: um dispositivo deve ser capaz de alterar arbitrariamente locais na Internet IPv6 e ainda manter as conexões existentes. Para fornecer essa funcionalidade, um nó móvel recebe um endereço residencial no qual ele sempre pode ser acessado. Quando o nó móvel está em casa, ele se conecta ao link inicial e usa seu endereço residencial. Quando o nó móvel está fora de casa, um agente doméstico, que geralmente é um roteador, retransmite mensagens entre o nó móvel e os nós com os quais ele está se comunicando.

Desativar ou ativar IPv6

Para utilizar o protocolo IPv6, certifique-se de que está a executar uma versão do sistema operativo que suporte IPv6 e certifique-se de que o sistema operativo e as classes de rede estão configurados corretamente.

Passos de Configuração

A tabela a seguir lista várias configurações

SO IPv6 habilitado?	Código IPv6 habilitado?	Description
❌ Não	❌ Não	Pode analisar endereços IPv6.
❌ Não	✔️ Sim	Pode analisar endereços IPv6.
✔️ Sim	❌ Não	Pode analisar endereços IPv6 e resolver endereços IPv6 usando métodos de resolução de nomes não marcados como obsoletos.
✔️ Sim	✔️ Sim	Pode analisar e resolver endereços IPv6 usando todos os métodos, incluindo aqueles marcados como obsoletos.

O IPv6 está habilitado por padrão. Para configurar essa opção em uma variável de ambiente, use a DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6 variável de ambiente. Para obter mais informações, consulte Variáveis de ambiente .NET: DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6.

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