Proposta

Plano de endereçamento IPv6

no

Instituto Superior Técnico

- Versão 0.6 -

Autor: Jorge Matias

Data: 14-Jun-2006

1. Introdução

Esta proposta pretende definir um esquema racional de atribuição de endereços IPv6 pelos diversos organismos da IST com vista a definir uma estratégia consistente de endereçamento IPv6 no IST e tentar resolver à partida alguns problemas que poderiam ser encontrados no futuro após delegação destes endereços.

De modo a enquadrar este trabalho, na secção 2 é feita uma pequena abordagem à necessidade de adoptar o protocolo IPv6 e às suas vantagens enquanto protocolo de rede de futuro na Internet.

Na secção 3 são apresentados os requisitos na atribuição de endereços, bem como alguns considerandos relevantes na definição do plano de endereçamento

Finalmente, na secção 4, é apresentada uma proposta de solução. Esta proposta poderá ainda ser debatida e rectificada de modo a que seja alvo de consenso entre todos os intervenientes no processo.

2. Protocolo IPv6

2.1. Porquê usar o protocolo IPv6?

O protocolo IPv6 usa endereços com uma dimensão de 128bits, o que permite usar cerca de 3,4x1038 endereços, ou seja, cerca de 7,9x1028 vezes mais máquinas do que com endereços IPv4 de 32 bits. Para exemplificar a amplitude do espaço de endereçamento IPv6, é vulgar dizer-se que o IPv6 permitiria atribuir um endereço distinto a praticamente cada átomo do nosso planeta.

Com esta capacidade de endereçamento destacam-se as seguintes vantagens:

• Cada utilizador poderá ter para si um número elevado de endereços, o que lhe dá a possibilidade de ter a sua própria sub-rede de endereços públicos.

• Um dado equipamento poderá usar vários endereços dependendo das ligações que pretende estabelecer ou receber.

• Os administradores de redes podem fazer um melhor planeamento da atribuição de sub-redes às entidades que lhe estão afectas. Evita-se assim, que cada entidade tenha gamas de endereços partidas em fragmentos que geralmente contribuem para uma maior dificuldade em gerir as tabelas dos equipamentos de encaminhamento (Routers).

• Tal como os administradores de redes fazem uma melhor gestão, também os Routers, tendo menos rotas distintas, conseguem uma maior velocidade de processamento e encaminhamento. Esta é uma característica que se torna mais evidente nos Routers de grandes Internet Service Providers (ISPs) que têm geralmente milhares de rotas possíveis para os pacotes.

Uma outra característica importante do protocolo IPv6 prende-se com o facto de facultar a cada equipamento a capacidade de autoconfiguração de endereço IP e respectivas rotas sem ser obrigatório um cliente especial como é o caso do DHCP (apesar de existir também DHCP para IPv6, para cobrir configurações específicas em que o mecanismo de autoconfiguração simples não é suficiente).

Para além disto o protocolo IPv6 também pressupõe que a verificação da integridade dos pacotes, ou seja, se estes chegam ao destino com erros, já é feita apenas pelas interfaces de comunicação e pelos protocolos de transporte como é o caso do TCP, UDP, etc. Neste sentido, os cabeçalhos dos pacotes IPv6 já não

têm um campo de validação de integridade.

As vantagens que esta medida traz são as seguintes:

• Os Routers deixam de verificar a integridade dos pacotes quando os recebem.

• De igual modo, deixam de ter necessidade de alterar um campo de validação de integridade quando alteram estes pacotes.

• Menor tempo de processador para encaminhar o pacote.

• Como consequência das anteriores, os routers podem assim tratar pacotes com débitos mais elevados.

O protocolo suporta de origem aspectos de segurança, qualidade de serviço e mobilidade das comunicações. Estes últimos aspectos tendem a ser cada vez mais importantes para os requisitos de comunicação global que hoje temos.

2.2. Atribuição de Endereços

Os 128 bits de um endereço são delegados da seguinte forma:

Um ISP recebe um endereço de sub-rede com 32 bits de máscara.

Os restantes 96 bits do endereço são para atribuir a equipamentos ligados ao ISP.

No caso da rede científica nacional RCTS2, gerida pela FCCN, o espaço de endereçamento atribuído é definido por:

RCTS2 – 2001:0690::/32

Uma Universidade recebe um endereço sub-rede com 48 bits de máscara.

Os restantes 80 bits do endereço são para atribuir a equipamentos ligados à Universidade. Assim, por exemplo, o espaço actualmente reservado para a UTL é definido por

UTL – 2001:0690:2100::/48

O IST tem para si um endereço de sub-rede com 51 bits de máscara, como resultado da proposta de divisão de endereços já elaborada pelo IST/UTL.

Os restantes 77 bits do endereço são usados na atribuição de sub-redes aos diversos organismos existentes nos Pólos da Alameda e do Tagus Park. Assim, a actual sub-rede atribuída ao IST é 2001:690:2100::/51.

A um troço de rede físico é atribuído um endereço de sub-rede

com 64bits de máscara. De sublinhar que esta é dimensão mínima de cada sub-rede, dado que esta divisão faz parte integrante da norma IPv6, uma vez que os 64 bits menos significativos da rede podem ser derivados, num processo de auto-configuração, do endereço MAC da interface. Deste modo, apesar do elevado número de endereços disponíveis, o número de redes disponíveis é relativamente mais limitado do que se poderia esperar à partida, embora ainda assim várias ordens de grandeza superior do que no modelo IPv4 tradicional. O facto de um troço físico de uma sub-rede poder ter 64 bits endereçáveis é uma característica da norma de IPv6 que muitos administradores de redes poderão estranhar, devido à sua dimensão, pelo facto de estarem habituados a terem apenas um “classe C” em IPv4 que só permitia endereçar até 254 (256-2) equipamentos, visto que só tinha 8 bits livres.

Assim tem-se, por exemplo,

− Salas de laboratórios Informática

2001:0690:2100:0001::/64

− Rede Wifi

2001:0690:2100:0002::/64

...

3. Requisitos

Atendendo a que o IST dispõe de um espaço de endereçamento de 51 bits, o número de bits de endereçamento úteis são de 128-51=77 bits. Destes, os 64 bits menos significativos são reservados para cada rede local. Deste modo, sobram 77-64=13 bits, o que permite a definição de 8192 redes locais. Este número, embora ultrapasse largamente as necessidades actuais do IST, deve ser gerido com prudência atendendo ao desconhecimento que actualmente subsiste relativamente às necessidades reais que poderão surgir no futuro. De uma forma pragmática, não deverá ser considerado um horizonte de utilização de IPv6 inferior a 30 anos (este é aproximadamente a idade actual do protocolo IPv4).

Deste modo, a delegação de endereços IPv6 deverá ter em consideração os seguintes requisitos:

• Reserva um espaço global de endereçamento de dimensão significativa para crescimento futuro;

• Por cada ligação da rede a um dado sector/edifício, deverá, tanto quanto possível, agrupar-se as sub-redes de secções desse sector em blocos contíguos para minimizar o número de rotas;

• O pólo do Tagus Park terá de ter uma sub-rede alargada que preveja o seu próprio crescimento em termos de população e nível tecnológico;

• Deverá existir espaço de endereçamento não atríbuido para ter em consideração futuras restruturações do espaço de endereçamento.

• Facilitar a gestão de reverses de DNS, atribuíndo subredes que sejam definidas por múltiplos de 4 bits (nibbles).

3.1. Alameda

Em particular, na Alameda existem ainda requisitos adicionais:

• Possibilidade de atribuir sub-redes a cada Unidade Organizacional, seja ele departamento, centro, secção ou de qualquer outro tipo;

• Deverá ser previsto, para cada Unidade Organizacional, espaço de endereçamento de reserva;

3.2. Tagus Park

Dado que o Tagus Park se encontra ainda em fase de definição e crescimento, fica para já indefinido o esquema de endereçamento final a adoptar.

4. Solução proposta

4.1. Plano de Endereçamento

De acordo com os requisitos apresentados na secção 3, a solução que se propõe tem como objectivo a divisão consistente da sub-rede do IST. Deste modo, num primeiro nível, é atribuída uma parcela a cada Pólo do IST. Em segundo lugar, dentro do Pólo da Alameda é feita uma segunda divisão em parcelas por Unidades Organizacionais.

No Pólo da Alameda considerar-se-ão dois tipos de Unidades Organizacionais:

De Grande Dimensão

• Orgãos Centrais

• Departamentos

• CIIST

De Pequena/Média Dimensão:

• Institutos

• Seccões Autónomas

• Núcleos Repartições

• Associações, etc...

De notar que esta divisão, embora estabeleça um modelo de princípio, não serà à partida rígida e poderá ser revista pontualmente. A prudência poderá apontar para que alguns Departamentos de menor dimensão sejam tratados como unidades de Pequena/Média dimensão por exemplo.

Pretende-se incluir todas as secções administrativas do IST dependentes Conselho Directivo na unidade referenciada globalmente como Orgãos Centrais.

Atendendo aos requisitos definidos no capítulo anterior a divisão de endereços por Pólos é estabelecida através do diagrama 1. Neste diagrama e nos seguintes, os bits são numerados da esquerda para a direita, correspondendo o bit 52 ao primeiro bit do espaço de endereçamento atribuído ao IST e o bit 64 o bit menos significativo dos 13 bits disponíveis no endereçamento das redes.

Os 8192 endereços dividem-se em parcelas de 2048 endereços.

A Alameda contará com os 2048 endereços da primeira parcela e o Tagus Park com 1024 na terceira parcela.

Contíguo a bloco atribuído ficará um outro, do mesmo tamanho,

reservado para possível expansão futura da atribuição agora feita a cada um destes Pólos.

Caso nasça algum Pólo novo poderá utilizar algum destes blocos reservados.

A quarta parcela de 2048 fica por atribuir.

No total ficam 25% + 25% + 12.5% = 62.5% por utilizar.

Diagrama 1: Atribuição de Endereços do IST por Pólos.

A numeração das colunas correspondem aos 13 bits do espaço endereçamento útil de redes do IST (52-64), sendo o bit 52 o mais significativo.

Na tabela 1 podem ser visualizadas as gamas de endereços a atribuir a cada edifício ou pólo.

Pólo Subrede

Não atribuído 2001:690:2100:1800::/53

RESERVADO 2001:690:2100:1400::/54

Tagus Park 2001:690:2100:1000::/54

RESERVADO 2001:690:2100:800::/53

Alameda 2001:690:2100::/53

Tabela 1: Atribuição do espaço de endereçamento ao IST.

5 5 6 6Bit 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4

1 1 Não atribuído1 RESERVADO

1 0 0 Tagus Park

0 1 RESERVADO

0 0 Alameda

4.1.1. Alameda

Feita a primeira divisão entre os pólos, define-se agora a divisão do espaço de endereçamento da Alameda.

Na distribuição das 2048 subredes da Alameda, são tidos em conta dois factores:

• As Unidades de Grande Dimensão, têm em geral mais mais secções, precisando por este motivo de mais subredes;

• As Unidades de Pequena/Média Dimensão existem em maior número mas, de uma forma geral, apresentam requisitos mais limitados de endereçamento.

De forma a que seja possível construir submúltiplos do espaço de endereçamento (2048 subredes), foi realizado um levantamento a partir do sistema Fénix, das unidades orgânicas e da sua hierarquia, de forma a tentar estabelecer, em primeira aproximação, o número e dimensão das diversas unidades orgânicas do IST.

Na sequência desta análise, elaborou-se uma divisão quantitativa do espaço de endereçamento representada no diagrama 2.

Serão possíveis 16 unidades de grande dimensão, com 64 subredes cada, e 64 unidades de pequena/média dimensão, com 16 subredes cada.

Desta forma serão reservadas 1024 subredes para unidades de pequena/média dimensão e outras 1024 subredes para as de grande dimensão.

Diagrama 2: Atribuição de Endereços na Alameda.

5 5 6Bit 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4

1 1 1 1 1 1

: : 64 Unidades organizacionais

1 Média Dimensão : : (16 subredes cada)0 0 0 0 0 01 1 1 1

: : 16 Unidades Organizacionais Grande Dimensão

0: :

(64 subredes cada)0 0 0 0

Uma vez que se pretende, durante o período de transição de IPv4 para IPv6, que coexistam os dois protocolos que partilharão a mesma infrastrutura topológica de nível 2, para que esta solução possa ser adoptada é necessária a existência de um período de transição em que se adequará a delegação de endereços IPv6 à infrastructura definida a nível 2. Esta infrastructura será lentamente redifinida à medida que forem feitas alterações ao esquema de endereçamento do IPv4.

A Residência Duarte Pacheco ficará com um “lote” subjacente ao espaço atribuído à Alameda.

A divisão do espaço atribuído à Alameda é apresentado na tabela 4 sob a forma de gamas de endereços.

Unidade Endereço de rede base

Pequena/Média #64 2001:690:2100:07f0::/60

...

Pequena/Média #3 2001:690:2100:0420::/60

Pequena/Média #2 2001:690:2100:0410::/60

Pequena/Média #1 2001:690:2100:0400::/60

Dep. M 2001:690:2100:03c0::/58

Dep. L 2001:690:2100:0340::/58

Dep. K 2001:690:2100:0300::/58

Dep. J 2001:690:2100:02c0::/58

Dep. I 2001:690:2100:0280::/58

Dep. H 2001:690:2100:0240::/58

Dep. G 2001:690:2100:0200::/58

Dep. F 2001:690:2100:01c0::/58

Dep. E 2001:690:2100:0180::/58

Dep. D 2001:690:2100:0140::/58

Dep. C 2001:690:2100:0100::/58

Dep. B 2001:690:2100:00c0::/58

Dep. A 2001:690:2100:0080::/58

Orgãos Centrais e seus serviços 2001:690:2100:0040::/58

CIIST 2001:690:2100:0000::/58

Tabela 4: Atribuição do espaço de endereçamento na Alameda.

O esquema proposto para Alameda tenta minimizar o esforço de gestão de DNS, um vez que para a maioria das delegações basta uma linha de para representar o prefixo de rede delegado. Este é caso das atribuições de 16 subredes feitas às unidades de pequena e média dimensão.

Apenas as atribuições feitas a departamentos, caso tenho de ser delegadas no DNS, têm de ser representadas com 4 linhas, ou seja, 4 prefixos de 16 subredes, para perfazer 64 subredes.

4.1.2. Endereços para “Routers”

As infrastructuras de Routing, uma vez que não necessitam de utilizar mecanismos de autoconfiguração de endereço, não necessitam de utilizar subredes “/64” usadas pelos clientes. Neste sentido, pode-se partir uma única subrede “/64” para as mais variadas redes de routing no IST.

A subrede de Routing “/64” estará subjacente ao espaço de endereçamento atribuído ao CIIST na Alameda.

O esquema de subdivisão da subrede de Routing será definido num outro documento ainda a realizar.

4.2. Atribuição de endereços

A afectação efectiva de endereços a Departamentos / Secções / Institutos com gestão autonóma de endereços terá lugar após pedido por e-mail para ci@ist.utl.pt, com indicação dos responsáveis técnico e responsável administrativo pela rede da unidade orgânica.

5. Conclusões

A solução proposta, apesar de já ter passado por um processo de maturação, não é de todo uma solução fechada. Pode ser sujeita a alterações se se verificar que existem outros requisitos.

Para que a solução proposta para Alameda tenha capacidade de permitir fácil restruturação é importante que fique claro que a delegação de endereços não tem carácter vitalício. Estas delegações poderão ser reajustadas para outras gamas de endereços caso se verifique a sua necessidade.