Cisco CCNAv7 - O pacote IPv6

Introdução

O IPv4 tem cerca de 4,3 bilhões de endereços, e isso não é mais suficiente para todos os computadores, celulares, câmeras e sensores do mundo. A solução de longo prazo é o IPv6. Neste post, você vai ver os motivos da mudança e o formato do pacote IPv6. O endereçamento em si (como escrever e organizar os endereços) fica para o módulo de endereçamento IPv6.

Por que o IPv6 existe?

As limitações do IPv4

Limitação	Consequência
Esgotamento de endereços	Os blocos livres de endereços públicos IPv4 se esgotaram (primeiro na IANA e depois nos registros regionais)
Falta de conectividade ponta a ponta	Para economizar endereços, usa-se NAT, que mascara os endereços internos e complica aplicações que precisam de conexão direta
Complexidade crescente	Remendos ao longo do tempo (NAT, DHCP, opções) tornaram a rede mais difícil de gerenciar

Como a transição acontece?

O IPv4 não vai desaparecer de um dia para o outro. Existem três abordagens para conviver com os dois:

Técnica	Como funciona
Pilha dupla (dual stack)	O dispositivo roda IPv4 e IPv6 ao mesmo tempo
Tunelamento	O pacote IPv6 vai dentro de um pacote IPv4, atravessando uma rede só IPv4
Tradução (NAT64)	Converte entre pacotes IPv4 e IPv6

Melhorias do IPv6

Melhoria	Descrição
Mais endereços	128 bits
Cabeçalho simplificado	Tamanho fixo e menos campos, o que facilita o trabalho dos roteadores
Sem NAT necessário	Cada dispositivo pode ter um endereço global, restabelecendo a conectividade ponta a ponta
Sem fragmentação nos roteadores	Só o remetente fragmenta, o que alivia os roteadores
Autoconfiguração	O dispositivo pode gerar seu endereço sozinho (SLAAC)
Sem broadcast	Usa multicast e anycast, reduzindo o tráfego desnecessário
Cabeçalhos de extensão	Recursos opcionais ficam em cabeçalhos extras, só quando necessários

O cabeçalho do pacote IPv6

O cabeçalho IPv6 tem tamanho fixo de 40 bytes.

Campo	Tamanho	Para que serve
Versão	4 bits	Valor 6
Classe de tráfego (Traffic Class)	8 bits	Classificação do tráfego (QoS), como o DSCP do IPv4
Rótulo de fluxo (Flow Label)	20 bits	Identifica um fluxo de pacotes que devem receber o mesmo tratamento
Comprimento da carga (Payload Length)	16 bits	Tamanho dos dados após o cabeçalho, em bytes
Próximo cabeçalho (Next Header)	8 bits	Indica o tipo de conteúdo (TCP, UDP, ICMPv6 ou um cabeçalho de extensão)
Limite de saltos (Hop Limit)	8 bits	Equivale ao TTL do IPv4: cada roteador subtrai 1
Endereço de origem	128 bits	Quem enviou
Endereço de destino	128 bits	Para quem vai

Somando: 4 + 8 + 20 + 16 + 8 + 8 + 128 + 128 = 320 bits = 40 bytes.

flowchart LR
  A["Cabeçalho IPv6<br/>40 bytes fixos"] --> B["Cabeçalhos de extensão<br/>(opcionais)"] --> C["Dados<br/>TCP, UDP ou ICMPv6"]

O que mudou em relação ao IPv4

Campo do IPv4	No IPv6
Versão	Mantido (valor 6)
IHL	Removido (o cabeçalho tem tamanho fixo)
DSCP / ECN	Virou Classe de tráfego
Comprimento total	Virou Comprimento da carga (sem contar o cabeçalho)
Identificação, Flags e Deslocamento	Removidos (a fragmentação, se ocorrer, usa cabeçalho de extensão)
TTL	Virou Limite de saltos
Protocolo	Virou Próximo cabeçalho
Checksum do cabeçalho	Removido (a verificação é feita pelas camadas de enlace e transporte)
Opções	Substituídas pelos cabeçalhos de extensão
Endereço de origem e destino	Mantidos, mas de 128 bits

Comparação rápida

Característica	IPv4	IPv6
Tamanho do endereço	32 bits	128 bits
Quantidade de endereços	≈ 4,3 bilhões	≈ 3,4 × 10³⁸
Cabeçalho	20 a 60 bytes (variável)	40 bytes (fixo)
Escrita do endereço	Decimal pontilhado	Hexadecimal, separado por `:`
Broadcast	Sim	Não (usa multicast)
NAT	Muito usado	Normalmente desnecessário

Mini laboratório: observando o IPv6 no seu computador

Objetivo: encontrar endereços IPv6 e comparar com o IPv4.

Parte 1: veja os seus endereços

No Linux:

ip -6 address show

No Windows:

ipconfig

Procure o endereço IPv6. Anote:

Informação	Valor
Endereço IPv6 (global ou temporário)	?
Endereço IPv6 de link local (começa com `fe80`)	?

Parte 2: teste a conectividade

No Linux:

ping -6 -c 4 ::1

No Windows:

ping -6 ::1

O endereço ::1 é o loopback do IPv6, equivalente ao 127.0.0.1 do IPv4. Se o seu provedor entrega IPv6, teste também um destino externo, como ping -6 ipv6.google.com.

Parte 3: calcule

Situação	Resposta
Quantos bits tem o cabeçalho IPv6 inteiro?	?
Quantos dígitos hexadecimais tem um endereço IPv6 completo (128 bits)?	?
Um pacote IPv6 tem o campo Comprimento da carga igual a 1200. Qual o tamanho total do pacote (cabeçalho + carga)?	?

Ver respostas

Situação	Resposta
Bits do cabeçalho	40 × 8 = 320 bits
Dígitos hexadecimais	128 ÷ 4 = 32 dígitos
Tamanho total	40 + 1200 = 1240 bytes

Perguntas para fixar:

Por que o IPv6 foi criado?
Qual é o tamanho do cabeçalho IPv6 e por que o tamanho fixo ajuda os roteadores?
Qual campo do IPv6 faz o papel do TTL do IPv4?

Ver respostas

Por causa do esgotamento dos endereços IPv4 e das limitações (como a dependência do NAT).
40 bytes. Como o tamanho é fixo, os roteadores processam o cabeçalho mais rápido, sem precisar calcular o tamanho.
O Limite de saltos (Hop Limit).

Resumo

O IPv6 foi criado porque os endereços IPv4 (32 bits) acabaram; o IPv6 usa 128 bits.
Ele traz cabeçalho simplificado, menos dependência de NAT, autoconfiguração e ausência de broadcast.
O cabeçalho IPv6 tem 40 bytes fixos, com os campos: versão, classe de tráfego, rótulo de fluxo, comprimento da carga, próximo cabeçalho, limite de saltos, origem e destino.
O Limite de saltos equivale ao TTL, e o Próximo cabeçalho, ao campo Protocolo.
IPv4 e IPv6 convivem por meio de pilha dupla, tunelamento e tradução.