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IPV4fejlec, internet protocol

Image via Wikipedia

Ele já vem sendo utilizado há algum tempo. Mas, agora, sua implantação deve ser acelerada. Ela é imprescindível para a continuidade do crescimento e da evolução da Internet.

Desde o início de sua utilização comercial, há mais de uma década, prevê-se o esgotamento dos endereços IP. Esses endereços são usados para identificar cada computador na rede. Ações paliativas vêm sendo tomadas desde então, mas mesmo assim esses endereços devem esgotar-se no Brasil em algum momento entre 2012 e 2014.

O IPv6 traz para a Internet um espaço de endereçamento capaz de suportar o crescimento da rede indefinidamente ou, pelo menos, em qualquer futuro que pudemos imaginar até agora. Além de resolver o problema de espaço, o novo protocolo também apresenta avanços em áreas como segurança, mobilidade e desempenho.

A Internet e os números IP

Antes de discutir o esgotamento dos IPs em si, é necessário relembrar alguns pontos sobre o funcionamento das redes e, em especial, da Internet, que são necessários para uma completa compreensão do problema.

Uma rede pode ser definida como um conjunto de computadores e outros equipamentos interligados e capazes de comunicarem-se utilizando um conjunto pré-determinado de regras, ou “linguagem”, chamada de protocolo. O IP, ou Internet Protocol, é um tipo específico de protocolo que foi projetado para criar ligações entre diferentes redes, possibilitando a intercomunicação entre dispositivos nelas presentes. Uma interligação entre diversas redes é normalmente chamada de internet. Cada computador numa determinada internet possui um número único, que o identifica dentre da mesma, chamado endereço IP.

O Protocolo Internet (IP), na verdade, faz parte de um conjunto maior de protocolos, conhecidos por TCP/IP suite, que inclui outros protocolos como TCP, UDP, DNS, ARP, RARP, DHCP, FTP, HTTP, RIP, BGP, entre outros. Esse conjunto é hoje utilizado também nas redes locais. É, na verdade, o padrão de fato utilizado como protocolo de comunicação para diversas aplicações, a começar pela Internet.

Costuma-se designar de Internet, com a letra “i” maiúscula, à interligação de milhares de redes ao redor do mundo. Na Internet alguns recursos, como é o caso dos endereços IP, tem de ser controlados centralmente, para que não haja possibilidade de duplicação.

A entidade que controla os números IP é o IANA (Internet Assigned Numbers Authority), que hoje é parte da ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). A autoridade sobre os números IP é delegada regionalmente para outras entidades. Na América Latina e Caribe a entidade responsável é o LACNIC, e , no Brasil, o NIC.br.


Razões históricas que levaram ao esgotamento do espaço de endereçamento do IP versão 4, e a situação atual desse espaço.

É importante compreender que a Internet não foi projetada, inicialmente, para uso comercial. Por volta de 1983, ela poderia ser considerada um rede predominantemente acadêmica, com cerca de 100 computadores interligados. Contudo, seu crescimento foi exponencial e o início de sua utilização comercial, por volta de 1993, aliado à política então vigente de alocação de endereços, aparentemente poderiam fazer com que seu espaço de endereçamento se esgotasse num prazo de 2 ou 3 anos. Previa-se, já naquela época, um possível colapso no crescimento da rede.

Embora o espaço de endereçamento do IP versão 4 tenha 32 bits, o que representa 4.294.967.296 endereços, a política de alocação inicial não foi favorável a uma utilização racional dos mesmos. Dividiu-se esse espaço em 3 classes, à saber:

  • Classe A: com 128 segmentos, que poderiam ser atribuídos individualmente às entidades que deles necessitassem, com aproximadamente 16 milhões de endereços cada. Essa classe era classificada como /8, pois os primeiros 8 bits representavam a rede, ou segmento, enquanto os demais poderiam ser usados livremente. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 00000000.*.*.* (0.*.*.*) e 01111111.*.*.* (127.*.*.*).
  • Classe B: com aproximadamente 16 mil segmentos de 64 mil endereços cada. Essa classe era classificada como /16. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 10000000.0000000.*.* (128.0.*.*) e 10111111.11111111.*.* (191.255.*.*).
  • Classe C: com aproximadamente 2 milhões de segmentos de 256 endereços cada. Essa classe era classificada como /24. Ela utilizava o espaço compreendido entre os endereços 11000000.0000000.00000000.* (192.0.0.*) e 11011111.11111111.11111111.* (213.255.255.*).

Além disso, os 32 blocos /8 restantes foram reservados para Multicast e para a IANA.

Compreenda-se que o espaço reservado para a classe A atenderia a apenas 128 entidades ligadas à Internet, no entanto, ocupava metade do espaço disponível. Não obstante, empresas e entidades como HP, GE, DEC, MIT, DISA, Apple, AT&T, IBM, USPS, dentre outras, receberam alocações classe A.


O esgotamento do IPv4

O gráfico abaixo, feito manualmente à partir de um algorítmo fractal, que permite a representação do espaço unidimensional dos endereços IPv4, através de uma figura bidimensional, e tem a propriedade de permitir que faixas de endereços contíguas ocupem posições também contíguas no desenho, permite observar o espaço de alocação IPv4 em 2006. Ele está disponível no sítio web da IANA. Na parte superior esquerda pode-se observar as alocações classe A ocupando aproximadamente um quarto do espaço total:

O gráfico a seguir, mostra o crescimento exponencial da Internet, em especial à partir do início de sua utilização comercial:.

As previsões iniciais, no entanto, de esgotamento quase imediato dos recursos, não se concretizaram, devido ao desenvolvimento de uma série de tecnologias, que funcionaram como uma solução paliativa para o problema trazido com o crescimento acelerado.

Dentre essas soluções pode citar-se o CIDR (Classless Inter Domain Routing), ou roteamento sem uso de classes, que é descrito pela RFC 1519. Com o CIDR foi abolido o esquema de classes, permitindo atribuir blocos de endereços com tamanho arbitrário, conforme a necessidade, trazendo um uso mais racional para o espaço. O CIDR permitiu também a agregação de informação nas tabelas de roteamento, que estavam também crescendo exageradamente, colaborando para sua viabilidade.

Outra solução importante foi o uso da RFC 1918, que especifica os endereços privados, não válidos na Internet, nas redes corporativas. Geralmente esses endereços são utilizados em conjunto com NAT (Network Address Translation). O NAT permite que com um endreço válido apenas, toda uma rede baseada em endereços privados, tenha conexão, embora limitada, com a Internet. Essa solução é largamente utilizada e chega-se a questionar seu caráter paliativo, no entanto, o NAT traz uma série de problemas: ele acaba com o modelo de funcionamento fim a fim (peer to peer), trazendo complicações ou impedindo o funcionamento de uma série de aplicações, como por exemplo aplicações de voz sobre IP baseadas em SIP; ele não escala bem, pois exige processamento pesado; ele não funciona com IPsec; ele funciona como um stateful firewall, dando uma falsa sensação de segurança a muitos administradores de rede e colaborando para a não adoção de boas práticas de segurança nas empresas; entre outros.

Deve-se citar ainda o DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), descrito pela RFC 2131. Esse protocolo permite a alocação dinâmica de endereços IP, o que trouxe a possibilidade aos provedores de reutilizarem endereços Internet fornecidos a seus clientes para conexões não permanentes, como as realizadas através de linhas discadas ou ADSL.

O conjunto dessas tecnologias reduziu a demanda por novos números IP, de forma que o esgotamento previsto para a década de 1990, ainda não ocorreu. No entanto, não estamos hoje em uma situação completamente confortável, pois o esgotamento no IANA, que é a entidade que controla mundialmente esse recurso, é previsto para 2010 e nos Registros Regionais, como o LACNIC, que controla os números IP para a América Latina e Caribe, em algum momento entre 2012 e 2014.

Essas previsões são baseadas na quantidade de IPs disponível atualmente: cerca de 42 blocos /8, na demanda anual por novos endereços e na taxa de crescimento dessa mesma demanda.

Os gráficos a seguir mostram a quantidade de IPs disponível hoje. O primeiro, através da mesma técnica de distribuição fractal da figura vista anteriormente, mostrando, dentro do espaço total de endereçamento do IP versão 4, os IPs livres: O segundo, indicando no gráfico em pizza, como “IANA Reserved”, os mesmos.

O gráfico a seguir mostra a demanda anual por novos números IPs nos Registros Regionais. É possível observar o forte aumento dessa demanda ao longo do tempo.

Por fim, o próximo gráfico mostra a evolução do estoque de IPs, contados por blocos /8, no IANA. É possível observar que o decréscimo não é linear, mas acelera-se.


O IP versão 6 como solução definitiva para o problema do esgotamento do espaço de endereçamento Internet.

O IP versão 6 começou a ser desenvolvido no início da década de 1990, com o objetivo de ser a solução definitiva para o esgotamento do espaço de endereçamento Internet. Tendo esse como o principal objetivo, a principal diferença em relação à versão anterior do protocolo é em relação ao espaço de endereçamento, aumentado de 32 bits para 128 bits.

Um endereço de 128 bits implica num espaço enorme, que supre todas as necessidades atuais e para o futuro imaginável da Internet. O espaço de endereçamento do IP versão 6 é de 2128 = 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços, o que representa cerca de 79 trilhões de trilhões de vezes o espaço disponível no IPv4. Esse número equivale a cerca de 5,6 x 1028 endereços IP por ser humano, ou ainda, aproximadamente, 66.557.079.334.886.694.389 de endereços por cm2 na superfície da Terra.

Os endereços passam a ser representados por números hexadecimais de 16 bits, separados por “:”. É indiferente representar as letras com maiúsculas ou minúsculas, e algumas abreviações são possíveis, como a omissão de zeros à esquerda e a representação de um conjunto contínuo de zeros por “::”. São exemplos, então, de números IP válidos na versão 6:2001:0db8:0000:130F:0000:0000:087C:140b e 2001:0db8:0:130F::087C:140b. As redes são representadas como no CIDR, utilizado no IPv4, utilizando a “/”, seguida do número de bits representativos da sub-rede.

Os Registros Locais, hoje, recebem alocações /12. Um AS (Autonomo System) recebe um /32. Usuários finais recebem alocações que variam entre /48 e /56, conforme o tamanho de suas redes ou necessidade. Perceba-se que um /48 equivale a 1.208.925.819.614.629.174.706.176 endereços e um /56 a 4.722.366.482.869.645.213.696 endereços, números indiscutivelmente grandes o suficiente para atenderem às necessidades dos usuários domésticos, empresas e outras instituições em suas redes. Note-se, também, que num espaço de endereçamento de 128 bits, é possível atribuir 281.474.976.710.656 blocos /48 diferentes, número cerca de 40 mil vezes maior do que a população atual do planeta.

Em fim, o IP versão 6 resolve, indiscutivelmente, a limitação de espaço hoje existente na Internet.

Ele é hoje, também, um protocolo bastante maduro, que foi desenvolvido ao longo de mais de uma década com base na experiência adquirida com a utilização do IP versão 4.

Fonte: Nic.br

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