Infraestrutura da Internet

Última atualização: 15/03/2011.

Prólogo

Ando observando que depois do IPv6, voltou à moda, binários e hexadecimais, com a intensidade do passado. Há quase 40 anos atrás, quando comecei a tatear em computação, os sistemas binário e hexadecimal, faziam parte da minha mente. Sempre que ensinava em um curso de uso do computador (ou de alguma linguagem, como o Fortran), era mandatório ensinar binário e hexadecimal. Depois, com o passar dos anos, já não era um pré-requisito tão fundamental. Para mostrar aqui, o quanto binário e hexadecimal eram importantes, guglei “assembler do IBM 1130”, meu primeiro computador, na esperança de achar uma listagem qualquer do Assembler do 1130, para exibir aqui. Fiquei alegremente surpreso ao encontrar [3]. O IBM 1130, naturalmente, não era meu, mas era como se fosse meu. Afinal fui a segunda pessoa a ter a chave do CPD da Universidade Federal de Viçosa. Por volta de 1968/1969, o BNDES comprou alguns IBM 1130 e espalhou por algumas instituições (não foram muitas, na época). Por acaso, um deles foi para a UFV, então muito conhecida pela sua especialidade em agronomia. O acaso favoreceu o Prof. Fábio Ribeiro Gomes. Uma mente reconhecidamente privilegiada, que fez com que um daqueles poucos IBM 1130s fosse parar no interior de Minas. No dia da inauguração do equipamento, entrei no CPD (a sala mais “chique” da UFV!) com um punhado de folhas de codificação, contendo um programa em Fortran escrito, para calcular áreas sob curvas de equações de regressão, através do método de Monte Carlo (acho que era o exercício final dos textos de instrução programada da IBM). De lá para cá, não parei mais.

Introdução

Os NIRs, como o Registro.br estão distribuindo blocos /32 para quem solicita IPv6 (ou para os LIRs), com algumas recomendações vindas dos RIRs (no nosso caso, o LACNIC), afagando as expectativas do ICANN (coordenador central da distribuição de IPs), [5]. Blocos /32, significam nada menos, nada mais do que 79.228.162.514.264.337.593.543.950.336 IPs!. Uma das recomendações é: distribuam blocos /64 para os usuários finais (incluíndo os usuários caseiros)! Algo como 18.446.744.073.709.551.616 (~2⁶⁴) IPs.

É importante fixar, em nossa mente, a dimensão dos números que rondam o IPv6. Por exemplo, compare-os com o espaço de endereçamento de todo o IPv4! Um outro exemplo, mais intuitivo pode-se tirar do “O homem que calculava”. Trata-se do famoso problema do Jogo de Xadrez. O lendário rei Iadava, prometeu ao Lahur Sessa, inventor do jogo de xadrez, uma quantidade de grãos de trigo, obtida pela seguinte sequencia 1 grão para a primeira casa do tabuleiro de xadrez, 2 grãos pela segunda casa, 4 grãos pela terceira casa e, assim sucessivamente até a casa 64 do tabuleiro. A razão dessa promessa, fica à deriva até a leitura do livro [4]. O resultado é o número acima, menos 1. Uma avaliação do resultado, em grãos de trigo, conduzem às seguintes curiosidades:

• Se toda a Terra fosse semeada em grãos de trigo, o rei precisaria de colher durante 450 séculos, para cumprir a promessa.
• Se fôssemos contar os grãos de trigo prometidos, à razão de 5 por segundo (um tempo razoável), um ser humano ou, um robô, trabalhando dia e noite sem parar, levaria 1.170 séculos, para finalizar a contagem.

Nos habituando aos exageros do IPv6, podemos partir para avaliar as alternativas para segmentar um bloco /32. Este primeiro artigo irá se concentrar no entendimento do endereçamento IPv6.

Vale, nesse momento, um pequeno comentário sobre o livro de Simon Singh, em [9]. Simon é um belíssimo escritor e em Big Bang ele reproduz grandezas numéricas (grandes e pequenas), igualmente imensas, pois o livro trata de cosmologia. Mas, Simon, citando o exemplo acima, do Malba Tahan na página 443, deixa pela metade a quantidade de grãos na última casa do tabuleiro e, lamentavelmente, não lembra o autor carioca da fábula que, curiosamente, nunca foi às Arábias.

O espaço de endereçamento do IPv6. Necessidade da mudança de paradigma.

Linhas gerais sobre a alocação de IPv6 pelos IRs podem ser vistas em [5] e diversos outros locais, cuja mais importante referência está em [8]. Uma preocupação constante na literatura, principalmente no início do aparecimento do IPv6 é em relação a agregação, em particular, nas alocações subsequentes. Para permitir a agregação de informações de roteamento e, consequentemente, diminuir a expansão das tabelas de roteamente, a sugestão é distribuir os IPv6s de maneira hieráquica, respeitando a topologia da infraestrutura da rede. Vamos começar olhando na Figura 1, que segue. É uma tabela simples, proposta pelo RIPE NCC, onde a primeira coluna discrimina blocos de IPv6, do /16 ao /56. A segunda e terceira colunas discriminam, respectivamente os blocos /48 e /56 (espera-se, os mais usados na distribuição de quem tem um /32). A última coluna representa os números de bits necessários para atingir os 128 bits do endereçamento. Por exemplo, a primeira linha, representando o bloco /16. Um /16 pode ser subdivididos em 4G redes de blocos /48 e em 1T de redes com blocos /56. Como podemos ver, números incríveis. O que se pode fazer com 1T redes /56?

Dividir para conquistar! Vamos usar essa máxima e, construir uma tabela mais palatável, já que os LIRs recebem blocos /32. A simplificação da Figura 1 está na Figura 2, abaixo. A estrutura é a mesma. Na primeira linha, por exemplo, começa com o bloco /32. Com um /32, podemos obter 65.536 redes com bloco /48. A conta é muito simples: 48-36=16 bits, que nos dá 64K (2¹⁶). São mais de 16 milhões de redes com blocos /56! Blocos /56 implicam em 2⁷². Muito maior, mas muito maior mesmo, do que os grãos do tabuleiro de xadrez! Tá mais para as medias cosmológicas.

Há um outro quadro mais esperto. O Nic.br, tem oferecido cursos presenciais do IPv6 e produzido um material muito bom [10]. Nas Figuras 3 e 3A, que seguem, quadros produzidos pelo pessoal do Nic.br são, realmente, um Guia Didático de Endereçamento IPv6, perfeito! Por razões históricas, foi mantida a Figura 3. Recomenda-se o foco na Figura 3A, que é a última atualização (Dez 2010). Bits, bytes, binário e hexadecimal se misturam sem, absolutamente, nenhuma complicação.

As escolhas de como dividir o bloco /32 são imensas. Alguns parâmetros devem orientar, como exemplo o tamanho das redes de nossos clientes e as respectivas estimativas de crescimento, entre outras. A perspectiva da escalabilidade de nossos clientes é, também, uma previsão difícil, [11]. Algumas abstrações aqui, outras acolá e, o conhecimento do negócio, podem nos ajudar a decidir.

Endereços IPv6

Vamos acompanhar, inicialmente a RFC4291, citada em [12]. Tentaremos qualificar o mecanismo de enderaçamento IPv6, atento aos detalhes que são relevantes tendo em vista esse texto. De imediato seria interessante conhecer o significado de “nó” no contexto do IPv6. “Nó” é um dispositivo que implementa o IPv6. Um “roteador” é um nó que encaminha pacotes IPv6, não explicitamente endereçados a ele. Também, “host” é um nó que não é um “roteador”. Tais definições estão em [13]. Continuando, existem três tipos de endereços IPv6, discriminados e caracterizados como segue:

• Unicast: É o identificador de uma única interface de um nó. Um pacote enviado para um endereço unicast é entregue à interface identificada por aquele endereço.
• Anycast: É o identificador de um conjunto de interfaces (geralmente pertencentes a nós diferentes). Um pacote enviado para um endereço anycast é entregue a uma das interfaces identificadas por aquele endereço (a mais próxima, segundo os protocolos de roteamento).
• Multicast: É o identificador de um conjunto de interfaces (tipicamente pertencentes a nós diferentes). Um patote enviado para um endereço multicast é entregue a TODAS as interfaces identificadas por aquele endereço.

Devemos ter em mente as seguintes informações importantes sobre os endereços IPv6:

• Representação textual dos endereços:
  • A representação preferida é x:x:x:x:x:x:x:x, onde “x” são quatro dígitos hexadecimais. Por exemplo:

    CAFE:CA5A:DAD0:F0CA:ABCD:EF01:2345:6789
    
    2001:0DB8:0:0:8:800:200C:417A

  • Pode-se usar :: com o objetivo comprimir grupos de zeros hexadecimais, no meio, à esqueda ou à direita da representação textual, desde que somente seja usado uma única vez. Exemplos:

    2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A ~ 2001:DB8::8:800:200C:417A
    
    FF01:0:0:0:0:0:0:101 ~ FF01::101
    
    0:0:0:0:0:0:0:1  ~ ::1
    
    0:0:0:0:0:0:0:0 ~ ::

• Pode-se representar um endereço através do tradicional prefixo CIDR ou seja endereço-ipv6/prefixo.
• O tipo do endereço é identicado pelos bits de mais alta ordem. Abaixo uma tabela com tal classificação:

  Tipo de endereço	Prefixo binário	Notação IPv6
  Multicast	11111111	FF00::/8
  Unicast	Todo o resto	Não aplicável
  Anycast	Parte do espaço do Unicast	Não distinguível sintáticamente

• Uma questão que pode ficar confusa é o fato do endereço unicast estar aparecendo como todo o restante do endereçamento, exceto o multicast. Para resolver esse impasse de interpretação, foi definido o escopo de um endereço IPv6. Nesse caso, o tipo de endereço anycast, define um escopo no espaço de endereçamento unicast. E, para fixar a presença dos endereços unicast que são roteáveis na Internet, existe o escopo global, denominado Unicast Global. A referência correta para a especificação dos escopos do unicast é [14] e, constantemente atualizada.
• Tipos especiais de endereços, qualificados pelo escopo, podem ser visualizados na tabela que segue, incluindo sua definição:

  Nome	Notação IPv6	Significado
  Não especificado	::/128	Não deve ser usado para identificar uma interface. Roteadores não roteiam pacotes para este endereço
  Loopback	::1/128	Identifica a interface do host local.
  Link local	FE80::/10	São os endereços privativos. Não roteáveis para a Internet.
  Local único	FC00/7	Usado somente em ambientes desconectados da Internet.
  Mapeamento IPv4	::FFFF:0:0/96	Usado nos mecanismos de transição
  Tunelamento Teredo	2001::/32	Tecnologia de transição. É um mecanismo de atribuição de endereço IPv6 sob IPv4.
  Endereçamento 6to4	2002::/16	Será usado no período de transição no 6to4
  ORCHID	2001:10::/28	Não roteável. Usado para CHI (Criptographic Hash Identifiers).

Embora pareça um pouco complicado a lembrança de todas as alternativas de representação de endereços, tudo é uma questão de se acostumar. Para facilitar a descoberta do tipo e escopo de endereços IPv6 está em evolução, aqui, uma facilidade para descobrir, rapidamente, algumas informações sobre um número IPv6 específico.

Atualização em 15/03/2011: O documento [15] é uma recente tradução do RIPE, que vale a pena dar uma olhada.

Referências

[1] Van de Velde, G., Popoviciu, C., Chown, T., Bonness, O., Hahn, C., IPv6 Unicast Address Assignment Considerations. RFC5375, December 2008.
[2] RIPE NCC, Understanding IP Addressing.
[3] Aleks, N. & Knittel, B., IBM 1130.
[4] Tahan, M., O homem que calculava. Edição completa em .pdf, aqui!
[5] RIPE NCC, IPv6 Address Allocation and Assignment Policy, June 2009. pdf.
[6] Hinden, R., Deering, S., IP Version 6 Addressing Architeture, RFC3513 (Standards Track), February 2006.
[7] Tsuchiya, P., On the Assignment of Subnet Numbers, RFC1219, April 1991.
[8] IANA, Number Resources => IP Address Allocations => Internet Protocol Version 5 (IPv6).
[9] Singh, S., Big Bang, Tradução de Jorge Luiz Calife, Record, 2006.
[10] Projeto IPv6.br, Guia didático de endereçamento IPv6, http://www.ipv6.br. Curso IPv6 Básico (Presencial).
[11] Blanchet, M., A Flexible Method for Managing the Assignment of Bits of an IPv6 Address Block, RFC3531, April 2003.
[12] Hinden, R., Deering, S., IP Version 6 Addressing Architecture, RFC4291, February 2006.
[13] J. Loughney, Ed., IPv6 Node Requirements, RFC4294, April 2006.
[14] IANA, Internet Protocol Version 6 Address Space, http://www.iana.org/assignments/ipv6-address-space/.
[15] Preparing an IPv6 Addressing Plan Manual, December 2010: Original text, March 2011: Translation provided by RIPE NCChttp://www.ripe.net/training/material/IPv6-for-LIRs-Training-Course/IPv6_addr_plan4.pdf.