Protocolo IPv6 e extensões de cabeçalho

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Protocolo IPv6 e extensões de cabeçalho
Apresentar as melhorias implementadas no protocolo IPv6, através do estudo das informações em seu cabeçalho.
Introdução
Sabemos que o endereçamento IPv4 tem suas limitações e, inclusive, para a maioria dos países, incluindo o Brasil, não há mais endereços IPv4 públicos (roteáveis na Internet) disponíveis. Por essas e outras razões foi criado o padrão IPv6.
Veja esse breve vídeo, produzido pela equipe do NIC.BR, para entender melhor esse contexto:
O que é o IPv6, em português claro:
 https://www.youtube.com/watch?v=_JbLr_C-HLk
Um outro motivo muito importante da implantação do IPv6, é o advento da Internet das Coisas (ou IoT – Internet of Things, em inglês).  
Essencialmente, IoT significa que praticamente tudo que utilizamos, como geladeiras, sistemas de iluminação, babás eletrônicas ? estamos falando de aparelhos, não de um robô ? dentre outros dispositivos, terá um endereço IP e estará conectado a uma rede interna ou, em muitos casos, à própria Internet. 
Isso significa que o suporte a um número gigantesco de endereços roteáveis será crucial.
Nesse tópico, apresentaremos as principais mudanças implementadas pelo IPv6, em termos de cabeçalho (header).
Cabeçalho base do IPv6
O IPv6 não apenas possibilitou a utilização de um número bem maior de endereços roteáveis na Internet, mas implementou várias melhorias em relação ao padrão IPv4, a começar pelo próprio cabeçalho, ou estrutura, do mesmo, que ficou muito mais simples. A Figura 1, abaixo, mostra as diferenças entre o cabeçalho IPv4 (em cima) e o cabeçalho IPv6 (em baixo):
Figura 1 - Cabeçalhos IPv4 e IPv6.
Podemos destacar como fatores que contribuíram para essa melhoria, em termos de simplicidade, a quantidade de campos, que diminui para apenas oito e o tamanho do próprio cabeçalho que, enquanto no IPv4 era variável, no IPv6 foi fixado em 40 bytes (lembrando que 1 byte é um conjunto de 8 bits que, por sua vez, é a menor medida de uma informação, em termos computacionais).
A remoção de vários campos do IPv4 foi possível devido a própria inutilidade de alguns deles no contexto atual como, por exemplo, o checksum ? uma vez que as camadas superiores possuem seus próprios mecanismos de validação da integridade da informação, e da especificidade de outros, que passaram a integrar o que se chama no IPv6 de cabeçalhos de extensão.
Repare que alguns campos são, praticamente, autoexplicativos.
Versão: identifica a versão do protocolo. No caso do IPv6, o valor desse campo é, sem grandes surpresas, o valor 6.
Limite de Encaminhamento: campo cujo valor é diminuído a cada salto (hop) de roteamento. Serve para que, caso ocorra um loop na rede, o pacote possa ser descartado após ?passar? por um certo número de roteadores; similar ao que acontecia como campo TTL, no IPv4, mas cujo significado fica mais claro agora.
Endereço de Origem: possui o endereço de origem do pacote.
Endereço de Destino: possui o endereço de destino do pacote.
Outros, ainda sim, não são tão intuitivos:
Classe de Tráfego: serve para identificar os pacotes por classes de serviços ou prioridade. Por exemplo, um pacote cujo conteúdo é uma mensagem de áudio ou vídeo e, por consequência, afetado pelo atraso na entrega, necessita de uma prioridade maior que outros tipos de pacotes.
Identificador de Fluxo: serve para facilitar a aplicação de regras aos pacotes que tenham um mesmo destino (em geral, uma mesma aplicação ou software que irá consumi-lo).
Tamanho dos Dados: serve para sinalizar a quantidade de bytes úteis.
Quando dizemos, no contexto de redes de computadores, bytes úteis, estamos nos referindo ao ?pedaço? de um arquivo pdf, de um áudio, de um vídeo, etc.; que está contido no pacote. Essa informação também aparece muito em seu termo inglês, payload. O pacote contém outras informações que, em si, não são fazem parte da informação que desejamos transmitir, como o próprio cabeçalho IP, por exemplo: o que nos interessa transmitir de um PC para outro é o arquivo em si, e não dados de controle ? embora sabemos que esses dados são necessários para que a rede funcione adequadamente, certo?
Próximo Cabeçalho: serve para indicar qual o cabeçalho de extensão que deve ser lido na sequência.
Cabeçalhos de extensão
Os cabeçalhos de extensão foram criados para fins de otimização da comunicação, uma vez que, a maioria das informações contidas nestes são de interesse apenas dos dispositivos finais (como PCs e servidores), não necessitando serem lidos e analisados pelos dispositivos intermediários (roteadores).
Assim, os cabeçalhos devem ser enviados em uma ordem pré-determinada para evitar que dispositivos intermediários tenham que processar todo o conjunto de cabeçalhos para decidir se são destinados a eles ou não. Logo, os cabeçalhos destinados a todos os dispositivos devem ser colocados antes daqueles relevantes apenas para o destinatário final.
A título de curiosidade, o IPv6 atualmente define 6 cabeçalhos de extensão (embora novos cabeçalhos estão em estudo). São eles:
Hop-by-Hop: alocado imediatamente após o cabeçalho base do IPv6, indica se o pacote deve ser processado ou descartado. Caso esse cabeçalho de extensão não exista, os dispositivos intermediários saberão que devem utilizaram apenas as informações do cabeçalho base do IPv6.
Routing: atualmente utilizado para informações de roteamento em dispositivos móveis (sem fio).
Fragmentation: identifica se o pacote foi “quebrado” em pedaços menores, por conta da incapacidade do destino em receber dados maiores. 
A capacidade máxima (tamanho) de dados que um dispositivo pode processar é chamada de MTU.
Authentication Header e Encapsulating Security Payload: ambas extensões contém informações relacionadas ao protocolo de tunelamento IPSec, muito utilizado em VPNs (Virtual Private Networks).
Destination Options: também utilizado para informações de roteamento em dispositivos móveis (sem fio).
Conclusão
Neste capítulo apresentamos:
· As melhorias implementadas no protocolo IPv6;
· A explicação de cada campo (atributo) do cabeçalho IPV6;
· Uso e tipos de cabeçalhos de extensão.
 
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Exercício Final
Protocolo IPv6 e extensões de cabeçalho
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Referências
DONAHUE, G. Network warrior. 2. ed. Sebastopol: O'Reilly, 2011.
KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2014.
NIC.BR. O que é o IPv6, em português claro. 2014. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=_JbLr_C-HLk>. Acesso em: 10 jun. 2018.
PACKET TRACER: Introduction to Packet Tracer. Versão 7.1.1. Cisco, 2018. Disponível em: <https://www.netacad.com/courses/packet-tracer/introduction-packet-tracer>. Acesso em: 28 maio 2018.
TANENBAUM, A. S.; WETHERALL, D. Redes de computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2011.
WIRESHARK. Versão 2.2.6. Wireshark Project, 2018. Disponível em: <https://www.wireshark.org/>. Acesso em: 28 maio 2018.