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IPv6 (IPng) IP de próxima geração

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IPv6 (IPng) IP de próxima geração

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Material do curso

- Endereço da sala virtual

http://salasvirtuaisibta.universia.com.br/cursos/aplic/index.php?cod_curso=1028

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Perspectiva

- As redes IP “tradicionais” preenchem as necessidades das novas redes?

- Grande abrangência: muito maior do que a existente- Suporte a vários tipos de serviço, incluindo

- Serviços de tempo real- Qualidade de serviço- Segurança intrínsica

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Histórico

A versão 4 do protocolo IP (a que usamos hoje) foi a primeira versão que permaneceu quase inalterada desde o seu surgimento no final da década de 1970. A longevidade da versão 4 mostra que o projeto é flexível e poderoso. A versão número 5 do protocolo foi descartada para evitar posteriores confusões e ambigüidade e pulada depois de uma série de erros e implementações mal-sucedidas.

• Foram necessários vários anos para que o IETF pudesse projetar uma nova versão desse protocolo: a versão 6. No fim de um primeiro momento, o projeto ficou conhecido como SIP (Simple IP), porém hoje essa nomenclatura é usada para Session Initial Protocol, não mais se referenciando ao Simple IP. O Simple IP tornou-se base para uma proposta estendida, que incluía idéias de outras propostas que ficou conhecida como SIPP (Simple IP Plus).

• Ao final dessa fase do projeto, o IETF decidiu atribuir à revisão do IP o nome de IPv6 (ele também é conhecido como IPng – IP The Next Generation).

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Histórico

• Embora a força motriz por trás desse fenômeno de crescimento esteja relacionada a aplicações de computadores, estamos verificando a demanda cada vez maior de vários outros mercados, como:

– Dispositivos Pessoais de comunicação: PDAs, telefones celulares, e outros dispositivos de comunicação sem fio endereçáveis na rede. Todos esses dispositivos requerem um endereço único e devem ser capazes de reconfigurar-se automaticamente com um endereço correto quando passam de uma localidade remota para outra.

– Entretenimento em rede: Vídeo sob demanda, som estéreo de alta qualidade e televisão interativa serão acessíveis via Internet. Por exemplo, no universo de televisão conectada à rede, toda TV torna-se uma máquina da Internet e precisa de um endereço IP.

– Dispositivos controlados por rede: Uma gama de dispositivos de aplicações simples, tais como dispositivos eletrônicos de segurança, etc. controlados por chaveamento analógico atualmente, serão controlados via rede de pacotes e necessitam de endereçamento para acesso à rede.

• Cada um desses por si só já representa um considerável número de terminais.

• Além disso, outras necessidades estão surgindo: necessidade de roteamento em larga escala, configuração e reconfiguração automática, autenticação e encriptação de dados.

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Histórico

Com a demanda de crescimento exponencial ininterrupto do uso da Internet, temos enfrentado cada vez mais:

1. Problema de endereçamento IP: já vimos que “todos” os aparelhos eletrônicos vão se ligar à rede

2. Falta de suporte para as novas aplicações, que exigem: - Reserva de recursos

- Atrasos controlados

- Variação de atraso (jitter) dentro de parâmetros específicos

O IPv4 foi criado em uma situação muito diferente... Assim, surgiu o IPv6

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HistóricoO que é IPv6 ?

• IPv6 é uma nova geração do protocolo IP

• Tem como principais objetivos:1. Aumentar o número de endereços de rede e 2. Prover uma melhor eficiência na transmissão de pacotes nas

redes de computadores, além de suprir deficiências do IPv4.

• Características principais:

• Capacidade de endereçamento expandida: de 32 bits para 128 bits;

• Maior suporte para campos opcionais e extensões;

• Capacidade para identificação de fluxo (QoS nativo no protocolo);

• Autenticação e Privacidade baseada no IPSec;

http://www.tcpipguide.com/free/t_InternetProtocolVersion6IPv6IPNextGenerationIPng.htm

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IPv4 x IPv6

1 - Formato do cabeçalho:

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IPv4 x IPv6

2 – Espaço do Endereçamento:

• O novo espaço do endereço é a mudança mais evidente

– O IPv6 representa um endereço usando 128 bits, contra os 32 bits usados no IPv4.

– Assim, o espaço disponível, ou seja, o nro de endereços disponíveis, agora é proporcional a 2128

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IPv4 x IPv6

3 – Fragmentação

• A fragmentação de pacotes IPv4 é realizada, usualmente, pelos gateways. No caso do IPv6, isso é feito pela estação origem.

• Vamos voltar a falar disso daqui a pouco

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IPv4 x IPv6

4 – Outras diferenças

– Três tipos de endereço (unicast, multicast e anycast)

– Hierarquia de endereço estendida

– Formato de cabeçalho flexível

– Suporte para auto-reconfiguração e auto-endereçamento

– Suporte para alocação de recursos

– Segurança

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Datagrama

A figura abaixo mostra o conteúdo e o formato de um cabeçalho IPv6 básico (40 bytes)

• V (Version)• TF (Traffic Class)• FL (Flow Label)• PL (Payload Length) • NH (Next Header) • HL (Hop Limit) • SA (Source Address) • DA (Destination Address)

Formato e conteúdos de um cabeçalho básico IPv6. O tamanho de cada campo é dado em bits. Fonte: RFC 1752, RFC 1883, RFC 2373.

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Datagrama – campos do cabeçalho

• FL (Flow Label) – 24 bits– Implementa um mecanismo de reserva de recurso

através da definição de “fluxos”– Um fluxo é um “grupo” de datagramas associados

(por exemplo, os vários pacotes que pertencem a um vídeo)

– O campo FL define um rótulo (um número) que é usado pelos roteadores, em conjunto com o endereço de origem, para associar o datagrama a um particular fluxo.

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Datagrama – alguns campos do cabeçalho

• TF (Traffic Class) – 4 bits– Especifica a prioridade do pacote de dados.

– Define dois grupos de pacotes:

– No primeiro (prioridade de 0 a 7), pacotes podem responder a controle de congestionamento, a exemplo das redes Frame Relay. Usado para pacotes que não sofrem com variações de tempo

– O segundo (prioridade de 8 a 15) corresponde a pacotes que não podem sofrer controle de congestionamento ou seja, dados críticos como voz e vídeo.

• NH (Next header)- 8 bits: indica o tipo do próximo cabeçalho do datagrama (protocolo de camada mais alta ou cabeçalho de extensão IP)

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Datagrama – campos do cabeçalho Valores do Campo Next Header

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Cabeçalhos de extensão • Na versão IPv4, as várias opções do protocolo estão disponíveis no

cabeçalho padrão, tornando o processamento complexo (sempre)

• O IPv6 usa um esquema mais flexível– Existe um cabeçalho obrigatório, presente em todos os datagramas– Opções são definidas através de cabeçalhos de EXTENSÃO, opcionais

Formato geral do datagrama IPv6 - Fonte: RFC 1752, RFC 1883, RFC 2373.

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Cabeçalhos de extensão

Cada um dos cabeçalhos básico e de extensão contém um campo PRÓXIMO CABEÇALHO (NEXT HEADER) que os roteadores intermediários e o destino final utilizam para desmembrar o datagrama. O processamento é seqüencial – o campo PRÓXIMO CABEÇALHO em cada cabeçalho diz o que aparece em seguida.

Fonte: http://www.tcpipguide.com

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Os cabeçalhos de extensão

• Os cabeçalhos de extensão podem ser – “salto-a-salto”: examinados em todos os saltos– ou “fim-a-fim”: significativo apenas para o último salto.

• Existe uma ordem para a montagem dos cabeçalhos:

– Para diminuir o tempo de processamento, o IPv6 exige que os cabeçalhos de extensão utilizados por roteadores intermediários sejam colocados antes dos cabeçalhos de extensão usados pelo destino final.

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Os cabeçalhos de extensão: formato geral

Cada opção é descrita por um conjunto de três informações:• Tipo• Tamanho do campo de dados (o valor)• Valor (os dados em si)

TIPO TAMANHO VALOR

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Os cabeçalhos de extensão: formato geral

Fonte: http://www.tcpipguide.com

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Cabeçalho de Fragmentação

No IPv6, a fragmentação é fim-a-fim, sendo que nenhuma fragmentação ocorre nos roteadores intermediários.

• A origem, que é responsável pela fragmentação, tem duas escolhas: ela pode usar a MTU (*) mínima garantida de 1280 octetos ou realizar a descoberta de MTU do caminho (Path MTU Discovery) para identificar a menor MTU ao longo do caminho até o destino.

• De qualquer forma, a origem fragmenta o datagrama de modo que cada fragmento seja menor que a MTU esperada do caminho.

• CONSEQUENCIA: o IPv6 não suporta alterações de rota.

(*)MTU – Maximum Transmit Unit

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Cabeçalho de Roteamento

• O cabeçalho de roteamento contém uma lista de um ou mais nodos que devem ser "visitados" no caminho para o destino. Os cabeçalhos de roteamento sempre começam com um bloco de 32 bits divididos

em 4 campos de 8 bits cada

< ENDEREÇO 1 >< ENDEREÇO 2>

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Cabeçalho de Roteamento

• Campos do cabeçalho de roteamento:– Next Header (8 bits): identifica o próximo cabeçalho; – Header extension length (8 bits): tamanho do header em

unidades de 64 bits; – Routing type (8 bits): identifica um tipo de roteamento;

– O único tipo definido até o momento é o “roteamento de origem não estrito” (Routing type = 0)

– Segments left: (8 bits): número de nodos intermediários (listados explicitamente) que devem ainda ser visitados antes do destino.

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Cabeçalho de Roteamento

• O cabeçalho para o roteamento de origem não estrito tem mais 8 bits reservados e 24 bits de “strict/loose bit map”. Esses bits são numerados da esquerda para a direita, cada um correspondendo a um hop, indicando se o próximo destino deve ser um vizinho deste (1 = strict) ou não (0 = loose)

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Endereçamento no IPv6

1030 endereços IP por habitante da Terra!

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Endereçamento no IPv6

Fonte: http://www.tcpipguide.com

• Para fazer com que esse diagrama fique na escala correta, o retângulo doespaço de endereçamento do IPv6 deveria ser representado por um quadrado do tamanho do sistema solar!!

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Endereçamento - Notação

Os endereços IPv6 possuem 128 bits (16 bytes) que são divididos em 8 blocos separados por ":” (dois pontos). Cada bloco possui 16 bits em notação hexadecimal.

Forma Padrão: X:X:X:X:X:X:X:X, onde cada X representa um valor hexadecimal. Ex.: FE80:0000:0000:0000:0202:B3FF:FE1E:8329

Forma Abreviada: quando um endereço possui uma seqüência de zeros, existem duas possíveis formas de abreviação.

A primeira simplificação é possível quando uma das divisões do endereço (16 bits) possui apenas zeros, neste caso não é necessário escrever todos os zeros apenas um:

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Endereçamento - Notação

A segunda é possível quando várias divisões consecutivas do endereço possuem apenas zeros, nestes casos usa-se o operador "::" para indicar grupos de 16 bits (divisões) contendo apenas zeros. Esta notação só pode ser utilizada uma vez no endereço para substituir uma seqüência de zeros iniciais e/ou finais deste:

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Endereçamento - Notação

Combinação IPv4/IPv6: Combinação de Endereços IPv4 e IPv6, em ambientes que utilizam simultaneamente endereços IPv4 e IPv6 pode-se utilizar uma notação onde os formatos dos endereços das duas versões são representados no mesmo endereço. O formato do endereço segue a seguinte sintaxe: X:X:X:X:X:X:d.d.d.d

Ex.: 0000:0000:0000:0000:0000:0000:87.100.68.3 0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:129.144.52.38

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Endereçamento

Tipos de Endereços:

• Unicast: endereço utilizado para identificar uma interface IPv6.

• Multicast: endereço utilizado para especificar um grupo de interfaces

• Anycast: especifica um conjunto de computadores com o mesmo prefixo; o datagrama é encaminhado pelo caminho mais curto para um deles.

• Observação: não existe endereço de broadcast em IPv6.

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Alocação de espaços • Definida na RFC 3513 (substitui a 2373)• Diferentes “categorias” de endereço são codificadas nos primeiros bits do prefixo

(do terceiro ao décimo)• Exemplos de alguns espaços já atribuídos pelo IETF:

Bits iniciais Fração do espaço total Alocação

0000 0000 1/256 Endereços especiais (loopback e outros)

001 1/8 Endereços Unicast (com agregação)

1111 1110 10 1/1024 Endereço Link local Unicast

1111 1111 1/256 Endereços Multicast

http://www.tcpipguide.com/free/t_IPv6AddressSpaceAllocation-2.htm

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Alocação de espaços • Uma maneira mais simples de entender a alocação dos endereços IPv6 é considerar que

o espaço de endereçamento foi dividido em oito partes (oitavas):

– A que tem endereços que começam com “001” foi reservada para endereços Unicast

– A que tem endereços que começam com “000” foi reservada para gerar blocos especiais menores (nem todos estão definidos)

– A que tem endereços que começam com “111” foi reservada para sub-blocos de endereços locais e multicast (também, nem todos estão definidos)

– Todos as outras cinco “oitavas” do espaço de endereçamento não foram ainda atribuídas (e não estão em uso).

• RESULTADO: apenas 14% do espaço total de endereços está atualmente em uso!! 86% dos endereços ainda estão reservados para “uso futuro”.

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Formato geral do endereço Unicast

Nome do campo

Tamanho

(em bits)

Descrição

Prefix “n” Global Routing Prefix: o identificador da rede ou prefixo do endereço, usado para roteamento

- Definido pelos organismos gestores da Internet

Subnet ID “m” Subnet Identifiier: número que indica uma sub-rede dentro da rede (local)

- Definido internamente, pelos administradores de rede (ISP ou empresas)

Interface ID 128-(n+m) Interface ID: identificador único dentro de uma rede e sub-rede (não pode ter outro igual)

- Definido pelo administrador da rede

• Os endereços Unicast (a oitava que começa com “001”) são os endereços destinados às interfaces de sistemas como computadores e dispositivos genéricos

• Como são os mais comuns, esses endereços têm uma estrutura bem definida, chamada de “Global Unicast Address Format”

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Formato geral do endereço Unicast

• Em teoria: “n” e “m” podem ter qualquer valor

• Mas, na prática, adotou-se:– Prefixos têm 48 bits, ou seja, “n” = 48– Subnet IDs têm 16 bits, ou seja, “m” = 16

• O formato geral de um endereço Unicast então fica

Fonte: http://www.tcpipguide.com/free/t_IPv6GlobalUnicastAddressFormat-2.htm

001

Os três primeiros bits são iguais a “001”

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Formato geral do endereço Unicast

• Dada essa formatação, empresas “normais” receberão um bloco de endereços definido por um prefixo de 48 bits

– O campo Subnet ID pode ser usado para segmentar suas subredes internas (casa haja necessidade)

• O campo de Prefixo tem apenas uma restrição: os três primeiros bits são “001”. Houve muita discussão, inclusive com a publicação de uma RFC já obsoleta, sobre a estruturação dos 45 bits restantes.

• Atualmente, não há um formato para o campo do Prefixo. Ele foi deixado em aberto para que organizações de distribuição nacional (como a Fapesp) e ISPs distribuam suas redes a seus clientes da maneira mais eficiente possível.

• O mais importante é considerar que não há estruturas fixas (classes como no IPv4) para manter o esquema de endereçamento flexível.

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Formato geral do endereço Unicast

• Relembrando: usando 64 bits para o prefixo e o identificador de subrede, ainda “sobram” 64 bits para o identificador da interface.

• No padrão IPv4, endereços IP não tinham nenhuma relação com os endereços de nível 2 (MAC).

• Agora, no padrão IPv6, há espaço suficiente para se fazer um mapeamento direto entre esses dois endereços.

• O formato EUI-64, ligeiramente modificado, (definido para endereços MAC pelo IEEE) está sendo sugerido como base para o identificador da interface.

– Problema desse esquema: toda vez que o hardware mudar, o endereço IP da interface também mudará.

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Endereços Unicast especiais

• Além dos endereços padrão descritos até agora, foram definidos também endereços especiais para necessidades específicas.

• Existem dois tipos de endereços especiais– Reservados e privados

• Endereços Reservados: – prefixo iniciado por “0000 0000”

– Usados para integração com endereços IPv4, para endereço de loopback e para definir um endereço “não especificado”

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Endereços UNICAST reservados

Endereços IPv6 compatíveis com IPv4: este tipo de endereço é utilizado para fazer tunelamento de pacotes IPv6 dinamicamente sobre uma infra-estrutura IPv4.

Endereços IPv6 mapeados em endereços IPv4: este tipo de endereço é utilizado para representar endereços de host que somente possuam endereçamento IPv4 e também quando um host IPv6 envia um pacote para um nó que só suporta IPv4.

Exemplo: ::200.1.10.25

Exemplo: ::FFFF:200.1.10.25

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Endereços Unicast reservados

• Endereço de loopback:– O endereço “0:0:0:0:0:0:0:1” ou “::1” foi reservado para

testes de interface

– Nenhuma interface pode ter esse endereço

• Endereço “não especificado” – O endereço “0:0:0:0:0:0:0:0” ou “::” foi reservado para

funções específicas nos protocolos de auto-endereçamento

– Nenhuma interface pode ter esse endereço

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Endereços UNICAST privados

O endereço de link local é utilizado em um único link para configuração de auto-endereçamento, descoberta de vizinhança ou quando nenhum roteador está presente. Os endereços deste tipo seguem a seguinte estrutura:

O endereço de site local foi projetado para ser utilizado em um único site sem a necessidade de um prefixo global (similar aos endereços privados do IPv4). Este endereço possui a seguinte estrutura:

• Esses endereços não podem ser roteados fora da rede e portanto, são usados exclusivamente dentro dessa mesma rede

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Endereços MULTICAST

• Os endereços multicast são utilizados para identificar um conjunto de nós. • Um endereço multicast é identificado através do prefixo FF (1111 1111) nos bits mais significativos do endereço.

• O protocolo IPv4 já suportava o endereçamento multicast, mas este foi redefinido e melhorado no IPv6. O formato de um endereço multicast no IPv6 segue o formato:

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Endereços MULTICAST

• Os bits do campo “escopo” definem o alcance do endereço, que pode ir de um segmento de rede à toda a Internet.

Tabela dos bits do campo ESCOPO

Fonte:http://www.tcpipguide.com/free/t_IPv6MulticastandAnycastAddressing.htm

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Endereços MULTICAST

Fonte:http://www.tcpipguide.com/free/t_IPv6MulticastandAnycastAddressing.htm

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Endereços ANYCAST

• Os endereços anycast são endereços atribuídos a um grupo interfaces de rede.

• Definida pela RFC 1546

• A princípio, os endereços anycast possuem dois usos:• identificar um grupo de roteadores que provê acesso a um determinado domínio;• identificar todos os roteadores da empresa que provêem acesso à Internet.

• A diferença em relação ao Multicast é que o datagrama é entregue para apenasuma interface (não todas)

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Endereços ANYCAST

• Os endereços Anycast não tem nenhum formato especial

• Basta “atribuir” o mesmo endereço Unicast a mais de uma interface.

• Os endereços anycast têm as seguintes restrições:

- Um endereço anycast não pode ser utilizado como endereço de origem - Um endereço anycast não pode ser assinalado a um host, mas somente a um roteador IPv6 (pelo menos por enquanto)

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Endereçamento - Autoconfiguração

• A autoconfiguração de endereços permite uma operação plug-and-play de hosts na Internet. Quando a máquina for ligada, ela deve automaticamente associar um endereço IP à sua interface de rede.

• Existem duas formas de autoconfiguração no IPv6: • configuração stateful: onde há um servidor de configuração, com o qual o host se comunica. • configuração stateless: onde o host constrói seu endereço IP a partir do seu endereço de interface de rede. Esse endereço é único, aplicado apenas para hosts e não para roteadores. Não necessita de configuração manual, mas não especifica os servidores de DNS, o prefixo, lifetime e default route. Assume que a interface tem um único interface ID.

• Com base no seu endereço de placa de rede, resta, portanto, saber o prefixo ao qual o host pertencerá. Uma forma é se usar o prefixo de uso local, que atende essa necessidade. Para redes que não estão conectadas, é uma ótima solução. Para redes conectadas, o roteador dessa rede deve informar aos hosts o devido prefixo da rede.

Maiores informações, consulte a RFC 2462

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Conclusão

• Aumento no número de endereços (de 232 a 2128)

• Simplificação do header aumentando a eficiência

• Arquitetura hierárquica de rede aumentando eficiência de roteamento

• Suporte para a maioria dos protocolos de roteamento

• Suporte para autoconfiguração e plug-and-play

• Eliminação da necessidade de NAT

• Implementação de IPSec e QoS embutida no protocolo

• Suporte avançado para Mobile IP e dispositivos móveis

• Aumento no número de endereços multicast

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Fim