Tópicos Especiais em Comunicação de Dados IV: Roteamento na Internet

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1 Tópicos Especiais em Comunicação de Dados IV: Roteamento na Internet
Prof. Miguel Elias Mitre Campista Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

2 Parte II Protocolo IP – IPv6
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3 IPv6 No início dos anos 90 Em julho de 1994 Previsões pessimistas...
Todos os endereços IPv4 (32bits) vão se esgotar até 2002 CIDR apenas contorna o problema temporariamente Em julho de 1994 É proposto o protocolo “Simple Internet Protocol Plus” O principal autor foi Steve Deering O Simple Internet Protocol Plus foi utilizado como base do IPv6 A diferença principal entre o IPv4 e o IPv6 é a quantidade de bits no valor do endereço De 32 bits passa para 128 bits Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

4 IPv6 O IPv6 pode ser considerado uma versão com endereços maiores do IPv4 No IPv6 também... Cada endereço identifica uma interface Cada estação pode possuir múltiplas interfaces (multihomed) Entretanto... O IPv6 os endereços em três categorias Unicast Multicast Anycast Lembrete: O IPv4 divide os endereços em cinco diferentes classes: de A até E Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

5 Unicast, Multicast e Anycast
Endereços Unicast Identificam apenas uma interface Utilizado para comunicações ponto-a-ponto Endereços Multicast Identificam um grupo de interfaces Utilizado para comunicações de grupo Endereços Anycast Apesar de identificar um grupo de estações, a mensagem é entregue apenas para uma delas sem uma definição a priori Utiliza critérios de escolha como proximidade da origem Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

6 Notação dos Endereços Endereços de 128 bits divididos em oito inteiros de 16 bits cada Inteiros são separados por dois pontos (“:”) Utilizam notação hexadecimal Ex.: FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210 O tamanho do endereço dificulta a manipulação Alguns administradores acham uma boa ideia pois usuários tem que manipular nomes e não endereços Entretanto, eles não são maioria...  Os endereços IPv6 podem ser escritos com algumas simplificações Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

7 Notação dos Endereços Inteiros com 0’s à esquerda podem ser simplificados Suprime-se os 0’s Ex.: FEDC:0008:7654:0010:FEDC:BA98:0000:3210  FEDC:8:7654:10:FEDC:BA98:0000:3210 Inteiros compostos somente por 0’s podem ser simplificados Suprime-se todos os 0’s Ex.: FEDC:8:7654:10:FEDC:BA98:0000:3210  FEDC:8:7654:10:FEDC:BA98::3210 Se houver uma sequência de inteiros zerados Ex.: FEDC:BA98:7654:0000:0000:BA98:7654:3210  FEDC:BA98:7654::BA98:7654:3210 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

8 Notação dos Endereços E se fosse assim?
FEDC:BA98:7654:0000:0000:BA98:0000:3210 Como ficaria? Endereços IPv6 são obtidos prefixando 96 bits ao endereço IPv4 Endereço IPv4: FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98: FEDC:BA98:7654::BA98:0:3210 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

9 Endereços Unicast Identificados pelo prefixo: 001
Segue uma estrutura hierárquica TLA (Top Level Aggregator) Porção do endereço para identificar grandes provedores (registradores regionais) Reservado Reserva para possível aumento do número de TLAs Comprimento (bits) 3 13 8 24 16 64 Parte do endereço 001 TLA Reserv. NLA SLA ID da interface Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

10 Endereços Unicast Segue uma estrutura hierárquica
NLA (Next Level Aggregator) Identificador de um provedor menor que o TLA SLA (Site Local Aggregator) Identificador de uma organização que pode sub-dividir seu espaço de endereçamento em sub-redes ID da interface Identificador da interface de rede Comprimento (bits) 3 13 8 24 16 64 Parte do endereço 001 TLA Reserv. NLA SLA ID da interface Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

11 Endereços Unicast TLAs e NLAs SLAs
São utilizados por provedores que oferecem serviços trânsito público de dados da Internet SLAs São utilizados por organizações que não oferecem trânsito público na Internet Comprimento (bits) 3 13 8 24 16 64 Parte do endereço 001 TLA Reserv. NLA SLA ID da interface Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

12 Endereços Unicast Formatos Especiais Unspecified Loopback IPv4-based
Endereço utilizado quando a estação não possui endereço configurado Endereço todo em 0’s 0:0:0:0:0:0:0:0 ou simplesmente :: Loopback Endereço para testes da interface 0:0:0:0:0:0:0:1 IPv4-based Endereço IPv6 prefixado por um endereço IPv4 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

13 Endereços Unicast Mais formatos especiais Site local Link local
Endereços privados FEC0:0:0:<ID da sub-rede (16bits)>:<ID da estação (64bits)> Link local Endereços que ainda não conhecem o endereço de rede FE80:0:0:<ID da sub-rede (16bits)>:<ID da estação (64bits)> Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

14 Endereços Multicast Identificados pelo prefixo: 11111111 Flags
Somente o último bit possui função definida Ele define se o endereço IP é definitivo ou temporário Endereços IP temporários são utilizados P.ex.: para experimentos Comprimento (bits) 8 4 112 Parte do endereço Flags Escopo ID do grupo Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

15 Endereços Multicast Escopo
Região de utilização de um determinado tráfego Obriga os roteadores a conhecerem as fronteiras de cada escopo P.ex. tráfego de uma videoconferência local não deve ser encaminhado acidentalmente para a Internet No IPv4, a limitação de escopo poderia ser realizada com o ajuste do campo TTL Comprimento (bits) 8 4 112 Parte do endereço Flags Escopo ID do grupo Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

16 Endereços Anycast Identificam estações de um determinado grupo
Assume que o protocolo de roteamento escolhe a estação do grupo anycast que esteja mais próxima do nó de origem do tráfego Protocolo de roteamento deve conhecer o caminho para todas estações do grupo anycast Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

17 Endereços Anycast Prefixo de Sub-rede Identificador único
Identifica a sub-rede onde o endereço anycast é válido Identificador único Identifica o grupo anycast dentro da sub-rede Prefixo da sub-rede Identificador único Comprimento (bits) n 64-n 57 7 Parte do endereço prefixo enchimento reserv. ID anycast Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

18 IPv6 – O Cabeçalho Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

19 Cabeçalho mais simples que o cabeçalho IPv4
IPv6 – O Cabeçalho Cabeçalho mais simples que o cabeçalho IPv4 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

20 IPv6 – O Cabeçalho Versão (4 bits) Classe de tráfico (8 bits)
Identifica a versão 6 do IP Mesma função exercida no cabeçalho IPv4 Classe de tráfico (8 bits) Mesma função exercida no cabeçalho IPv4 pelo campo tipo de serviço Campo utilizado para determinar prioridades de tráfego em função de requisitos da aplicação Rótulo do fluxo (20 bits) Identifica pacotes do mesmo fluxo Campo utilizado para acelerar a identificação de requisitos previamente utilizados Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

21 IPv6 – O Cabeçalho Comprimento dos dados (16 bits)
No IPv4, o comprimento também considerava o tamanho do cabeçalho No IPv6 não há o campo opções Próximo tipo de cabeçalho (8 bits) Identificador do protocolo da camada superior Diferente do IPv4, o IPv6 pode inserir extensões antes do cabeçalho do protocolo da camada superior Limite de saltos (8 bits) Número de saltos Semelhante ao TTL do IPv4 O IPv6 definiu que o limite de saltos é sempre decrementado de 1, o que já era feito na prático pelo IPv4 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

22 Diferenças com o Cabeçalho IPv4
Não há o campo de opções Cabeçalho de tamanho fixo igual a 40 bytes Aumenta a velocidade de processamento Caso haja necessidade, o IPv6 define extensões que “encapsulam” o cabeçalho IPv6 Não há a necessidade do campo de comprimento do cabeçalho (IHL) do IPv4 Não há o campo checksum Reduz processamento do cabeçalho Entretanto, considera o risco de alterações no cabeçalho e consequente falhas no roteamento Assume que o risco é minimizado já que a detecção de erros é realizada em protocolos de outras camadas Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

23 Diferenças com o Cabeçalho IPv4
Não há campos para fragmentação O IPv6 descobre a unidade máxima de transferência (MTU) do caminho Processo chamado path MTU discovery Estações que não desejam realizar o processo de descobrimento da MTU Devem enviar pacotes com tamanho máximo reduzido Caso o MTU utilizado for maior que o máximo Roteadores mandam mensagem de erro à fonte quando não puderem enviar um datagrama “grande” Formato de endereços expandido Endereços de 128 bits Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

24 Extensões do Cabeçalho IPv6
Opções no IPv4 Roteadores são otimizados para o caso comum que é a ausência do campo opções Sempre que o campo opções está presente, o pacote segue um caminho no roteador de desempenho inferior No IPv6... As possíveis opções são tratadas como extensões do cabeçalho IPv6 Portanto, entre o cabeçalho do IPv6 e o cabeçalho do protocolo de camada superior há a inserção das extensões do IPv6 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

25 Extensões do Cabeçalho IPv6
Há seis extensões definidas Roteamento pela fonte Extensão possui lista de endereços IPv6 Fragmentação A fragmentação é realizada pela fonte e não por elementos intermediários Autenticação Extensão utilizada para autenticar a fonte e garantir integridade Criptografia Extensão utilizada para autenticar a fonte, garantir integridade e criptografar os dados Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

26 Extensões do Cabeçalho IPv6
Há seis extensões definidas Opção de destino Extensão examinada apenas pelo destino do pacote Opção salto a salto Extensão oposta à opção de destino, a opção salto a salto é examinada por todos os nós do caminho até o destino Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

27 ICMPv6 Modificações tiveram o mesmo objetivo que o do protocolo IP
Simplificações de funcionalidades que não eram mais utilizadas Incorporou funções de controle de grupos multicast Inclui novos tipos e códigos de erro Pacote muito grande Opções IPv6 não reconhecidas 1 Dest. unreachable 2 Packet too big 3 Time Exceeded 4 Parameter problem 128 Echo request 129 Echo reply Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

28 Descoberta do Próximo Salto
Procedimento semelhante ao ARP no IPv4 Se o endereço físico do vizinho não estiver em cache Estação envia uma mensagem de solicitação de vizinhança (neighbor solicitation message) e coloca o status do processo como incompleto Se já houver uma entrada para o vizinho, mas o status do processo for incompleto Estação deve esperar o término do processo de descobrimento para conhecer o endereço físico do vizinho Se a entrada existir e o processo estiver completo Estação está pronta para enviar mensagem Se a entrada existir, mas não tiver sido utilizada por um longo tempo Estação utiliza o endereço físico conhecido, mas deve enviar uma solicitação de endereço Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

29 Descoberta do Próximo Salto
Mensagem de solicitação de vizinhança Mensagem ICMP do tipo 135 Contém o endereço IP do vizinho solicitado Limite de saltos é sempre 1 Mensagem destinada a um grupo multicast composto por nós da mesma sub-rede Mensagem de anúncio de vizinhança Mensagem ICMP do tipo 136 Contém o endereço físico solicitado Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

30 Descoberta do Roteador
Assim como no IPv4... O destino pode não estar na mesma sub-rede Portanto, é preciso descobrir qual roteador conhece caminhos para o destino Descoberta do próximo salto Diferente do IPv4, no IPv6 os roteadores sempre enviam anúncios de rotas Envios realizados periodicamente Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

31 Redirecionamento ICMPv6
Função idêntica a do redirect no ICMP Mensagem ICMP do tipo 137 Mensagens de redirect são enviadas quando rotas ineficientes são escolhidas Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

32 Atrasos Aleatórios Mensagens de controle são enviadas de tempos em tempos Descoberta de vizinhança Anúncios de rotas Etc. Para evitar períodos de pico de mensagens de controle ou colisões Insere-se uma determinada aleatoriedade nos intervalos de envio de mensagens e de respostas Mensagens recebidas através de endereços multicast são respondidas após um determinado período aleatório de tempo Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

33 Transição IPv4 para IPv6 Existem mecanismos para a transição do IPv4 para IPv6 Tais mecanismos são importante durante a fase na qual os dois tipos de protocolo operarão concomitantemente Pilha dupla Tunelamento IPv4 sobre IPv6 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

34 Pilha Dupla Roteadores implementam ambos os protocolos IPv4 e IPv6
F IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 Flow: X Src: A Dest: F data Src:A Dest: F data Src:A Dest: F data Flow: ?? Src: A Dest: F data A-to-B: IPv6 B-to-C: IPv4 D-to-E: IPv4 E-to-F: IPv6 Desvantagem: Perda de informações contidas em campos do IPv6 que não existem no IPv4. Ex.: Rótulo do fluxo. Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

35 Tunelamento IPv4 sobre IPv6
(Figura: Kurose) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

36 Por que o IPv6 Ainda Não Foi Implementado na Internet?
Apesar da existência de técnicas para a transição do IPv4 para o IPv6 Ela ainda não ocorreu Inicialmente, dizia-se que o motivo do atraso era... Falta de padrões específicos Falta de implementações e produtos Falta de infraestrutura de gerenciamento Entretanto, todos esses motivos já não existem mais... Surgiram outros problemas Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

37 Por que o IPv6 Ainda Não Foi Implementado na Internet?
Problema de demanda Os fabricantes só vão começar a fazer equipamentos IPv6 quando tiver demanda de mercado suficiente Por outro lado, só haverá demanda de mercado quando houver equipamentos prontos Problema da base instalada Tornar a Internet totalmente IPv6 requer mudanças de configuração e troca de roteadores em operação Portanto, pode ser necessário estímulo para que tais alterações sejam realizadas Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

38 Leitura Recomendada Capítulo 3 do livro do Huitema
Request For Comments 2374 – “An IPv6 Aggregatable Global Unicast Address Format” Request For Comments 2460 – “Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification” Request For Comments 4213 – “Basic Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers ” Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista