Referência: https://www.akamai.com/uk/en/about/our-thinking/state-of-the-internet-report/state-of-the-internet-ipv6-adoption-visualization.jsp

O Problema

Desde os anos 1980s que a industria de telecomunicações prevê a escassez de endereços IPv4. Essa escassez aconteceu, finalmente, em fevereiro de 2011 com um anúncio à imprensa da entidade responsável pelo endereçamento IP, IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Com a crescente demanda de IPs, devido à explosão demográfica da Internet (Figura 1), fica claro que o endereçamento IPv4 não é mais suficiente e que embora a tecnologia CG-NAT ainda ajude à manter o IPv4 ativo, ela não é o bastante para novos serviços como a Internet das Coisas.

Referência: https://ourworldindata.org/internet
Figura 1: Usuários de Internet por região do mundo a partir de 1990

Portanto, chegou o momento das operadoras de telecomunicações realizarem a transição de redes IPv4 para IPv6.

Desafios

https://en.wikipedia.org/wiki/World_IPv6_Day_and_World_IPv6_Launch_Day
Figura 2: Ícone do lançamento mundial de IPv6

Um dos grandes desafios em migrar para uma rede IPv6 está em continuar suportando IPv4, uma vez que os protocolos versão 4 e versão 6 não são compatíveis entre si. Além disso, para se obter uma migração total será preciso envolver o usuário final, levando-se em consideração a atualização ou reposição de terminais móveis (celulares, tablets, modens) a fim de adequar estes aparelhos à tecnologia IPv6.

Existe ainda uma grande questão de temporização, isto é, quando devemos virar a chave de IPv4 para IPv6, definitivamente?

Temos então um dilema. Quem deve migrar primeiro? As operadoras, fornecendo IPv6 à seus usuários finais, ou os provedores de conteúdo, permitindo que seus servidores sejam acessíveis através da nova versão de protocolo?

Essa questão só existe por uma razão financeira, pois embora a tecnologia IPv6 já esteja disponível há bastante tempo, adequar uma rede legada pode custar caro, com requerimentos como compra de novos equipamentos e também atualização de software, não obstante é preciso investir no treinamento dos colaboradores para que os mesmos tenham capacidade técnica de lidar com o endereçamento IPv6.

Logo, traçar uma estratégia de migração é de suma importância para um caminho tranquilo, rumo ao futuro.

Traçando uma Estratégia

Com celulares, tablets e outros terminais móveis, movendo-se rapidamente para suportar IPv6, as operadoras de telefonia móvel necessitam de uma estratégia clara a fim de migrar suas redes para o IPv6, porém isso é mais fácil falar do que fazer.

A estratégia que muitas operadoras têm adotado é de adiar o inevitável. Continua-se adotando soluções como CG-NAT ou uma arquitetura de rede dual-stack IPv4v6. Embora ambas soluções sejam boas, elas precisam ser tratadas apenas como soluções de transição.

Para o cenário de Internet das Coisas, por exemplo, a solução de CG-NAT é falha, uma vez que dificulta a comunicação peer-2-peer, enquanto que uma arquitetura de rede dual-stack IPv4v6 não resolve o problema, uma vez que nesta arquitetura o usuário final continua recebendo o já exaurido IPv4.

Existem, em nossa opinião, 4 passos para uma estratégia de sucesso:

  1. Realizar um levantamento de equipamentos prontos para IPv6 em sua rede
  2. Avaliar o custo de migração
  3. Escolher quais tecnologias adotar no processo de transição (CG-NAT, DualStack, Tunneling, NAT64, 464XLAT, etc)
  4. Traçar um cronograma com uma data limite de acordo com alguns KPIs

Passo 1 – Realização do Levantamento

Realizar um inventário dos equipamentos existentes na rede é o passo fundamental para definição da estratégia de migração. É necessário saber quantos equipamentos já são compatíveis com IPv6, mas principalmente qual é o tamanho do problema, ou seja, quantos equipamentos precisarão ser trocados ou atualizados.

Tratando-se de rede móvel, a análise tem que ser feita, principalmente, nos elementos de rede HLR/HSS, SGSN/MME, GGSN/SAE-GW, além dos elementos de TI utilizados na tarifação e interceptação legal.

Passo 2 –  Avaliar o Custo

O passo 2 é consequência do passo 1, pois o custo de migração dependerá muito do tamanho da sua rede legada que ainda não tem suporte ao IPv6, bem como o tamanho da equipe técnica que requererá treinamento para lidar com esta nova arquitetura de rede.

Passo 3 – Escolha das Tecnologias

O passo 3 é o mais importante, pois é nele que serão definidas as tecnologias utilizadas para chegarmos ao objetivo final, à migração total da rede para IPv6. Existem diversas tecnologias disponíveis para alcançar este fim, as principais estão listadas abaixo:

  • DNS64
  • NAT64
  • 464XLAT
  • CG-NAT
  • Dual-Stack
  • Tunneling

Passo 4 – Definição de KPIs

Finalmente chegamos ao último passo. Definir os contadores chave para a migração final rumo ao IPv6 é de extrema importância. Aqui fazemos sugestões, tais como:

  • Tendência de crescimento de usuários conectados simultaneamente
  • Número de servidores utilizando IPv6 na Internet
  • Taxa de utilização de IPv6 em relação ao IPv4

Cenário Atual

Referência: https://www.akamai.com/uk/en/about/our-thinking/state-of-the-internet-report/state-of-the-internet-ipv6-adoption-visualization.jsp
Figura 3: Adoção de IPv6 no Mundo segundo AKAMAI

O cenário atual é bem desanimador, considerando que já se passaram 7 anos desde que a IANA anunciou o esgotamento de endereços IPv4. Atualmente, a adoção de IPv6 pelo mundo está em torno de 20%, segundo informações da Google que possui um portal dedicado ao protocolo. Precisamos concordar que este número ainda é muito abaixo do esperado.

O Brasil, felizmente se encontra na lista dos 10 primeiros países em termos de adoção de IPv6, muito por conta da pressão que a ANATEL fez às operadoras de telefonia móvel para suportarem a nova versão IP em meados de 2014. A adoção de IPv6 em nosso país é de 29,1% segundo a AKAMAI, sendo a operadora NET Virtua a campeã em adoção com 41,6% de sua rede já adotando a nova tecnologia.

Realizando a Migração

Migração para IPv6
Figura 4: Migração rumo ao IPv6

Para realizar a migração, como dissemos, o passo mais importante é a escolha das tecnologias de transição, portanto iremos dissertar sobre o que consideramos a melhor solução.

Solução Híbrida

Chamamos de solução híbrida àquela que é separada em três fases, a fase inicial, onde muitas operadoras se encontram hoje, em que a tecnologia de CG-NAT é utilizada, dando sobrevida ao IPv4; a fase transitória, onde é implementada a arquitetura dual-stack IPv4v6; a fase final, quando a operadora implementa uma arquitetura apenas IPv6 com a utilização das tecnologias NAT64, DNS64 e 464XLAT.

Fase Inicial

Figura 5: Carrier Grade NAT

A fase inicial define-se pela adoção da tecnologia CG-NAT a fim de dar sobrevida ao protocol IPv4. A tecnologia Carrier Grade Network Address Translation (CG-NAT) nada mais é do que o NAT44 feito para operadoras de telefonia móvel. O NAT44 é a tecnologia de tradução de IPs privados em públicos, permitindo que usuários de uma rede local possam navegar na internet sem a necessidade de terem, cada um seu próprio IP público.

A tecnologia de NAT é bem antiga e já se encontra no nosso dia a dia através dos roteadores Wi-Fi presentes na maioria das casas dos brasileiros com acesso à internet.

Porém, o CG-NAT acrescenta elementos importantes à está tecnologia, pois tratando-se de uma operadora de telefonia móvel, quesitos como resiliência e geração de logs em tempo real são indispensáveis. Com isso, a tecnologia CG-NAT muitas vezes possui custos elevados, principalmente se a rede da operadora já estiver bem distribuída em diferentes data-centers.

Os equipamentos responsáveis pelo CG-NAT precisam estar ligados diretamente aos GGSN/SAE-GW da operadora, e acrescentam também um ponto de falha de rede, dificilmente administrado. O mais adequado portanto, é encontrar soluções onde o CG-NAT pode ser integrado ao mesmo equipamento que fornece as funções de GGSN/SAE-GW, facilitando também a transição para a fase final.

Fase Transitória

Figura 6: Transição IPv4 para IPv6

Enquanto se dá sobrevida ao protocolo IPv4, é preciso preparar a rede para o IPv6 além de garantir que a equipe técnica adquira os conhecimentos necessários para lidar com a nova versão do protocolo. Entendemos que a melhor solução transitória é a adoção do dual-stack IPv4v6, na qual o usuário final recebe ambos protocolos IPs, IPv4 e IPv6.

Porém, essa implementação do IPv4v6 não vem sem seus próprios desafios. É muito importante, no contexto das redes móveis, que os equipamentos estejam adequados ao Release 8 do 3GPP, o qual define que a tecnologia dual-stack deverá ser implementada em um único contexto PDP, economizando recursos do GGSN/SAE-GW.

Além do GGSN/SAE-GW, muitas vezes é necessária a adequação dos HLR/HSS que precisarão permitir a configuração do perfil do usuário com o PDP Type IPv4v6, do mesmo modo o SGSN/MME também precisa se adequar para garantir que o protocolo GTP utilizado está aderente ao Release 8, garantindo que o dual-stack será realizado através de um único contexto PDP ou sessão.

A adoção do dual-stack como tecnologia transitória é interessante pois permite à operadora calcular um dos KPIs sugeridos, que é a taxa de utilização entre IPv6 e IPv4, além de fornecer estatísticas de taxa de transferência (throughput) que permitem saber em quanto o tráfego IPv6 cresce na rede.

Fase Final

Após prolongar a vida do IPv4 e implementar o dual-stack para adequar à rede ao IPv6, precisamos acompanhar os KPIs que definimos no passo 4. É preciso entender que quanto melhor for a taxa de utilização de IPv6 em relação ao IPv4, mais valerá o investimento na solução final.

Outro ponto importante é que enquanto a solução CG-NAT só tende a aumentar e expandir, a solução final sugerida, tende a diminuir com o tempo, e entenderemos isso em breve.

Cada vez mais pessoas estão conectadas à Internet, e com o advento da Internet das Coisas, teremos cada vez mais necessidade de IPs. Logo, com o IPv4 já em falta, o CG-NAT precisa de expansões constantes para dar conta da demanda de IPv4 atual.

Agora, se imaginarmos uma solução de NAT64 + DNS64, podemos deduzir que a tendência, com o passar dos anos, é que em vez de expansão haja uma diminuição da utilização de tais plataformas. Entenda que a solução NAT64 só é utilizada quando precisamos conectar um assinante com IPv6 à um servidor com IPv4. É factível assumirmos que com o passar do tempo, teremos mais servidores utilizando IPv6, portanto teremos menor utilização do NAT64 ao longo do tempo.

Isso indica que o investimento na solução de NAT64 + DNS64 , será realizado apenas uma vez, tendo apenas gastos de manutenção e suporte ao longo dos próximos anos, dado que a utilização de tais plataformas tende a diminuir conforme as redes evoluem rumo ao IPv6.

Além do NAT64 e DNS64, é possível e recomendável a utilização do 464XLAT (RFC 6877), esta é uma solução que combina uma tradução stateless (CLAT) com uma tradução stateful (PLAT), ou seja, o 464XLAT nada mais é do que uma combição de dois protocolos de tradução já bem utilizados no mercado.

No entanto, a solução stateless, é implementada no terminal móvel, portanto a operadora de telefonia móvel depende dos fabricantes de celulares para que a solução 464XLAT funcione conforme o esperado.

A boa notícia é que os aparelhos ANDROID já possuem essa função desde a versão 4.3+, ou seja, boa parte dos terminais móveis hoje existentes, utilizando sistema operacional ANDROID já fazem a função do CLAT nativamente.

A má notícia é que será preciso negociar com a APPLE para que a mesma também adote a tecnologia em seus aparelhos celulares.

Conclusão

Olhando para o cenário atual, de esgotamento de IPv4, alto investimento em CG-NAT e constante crescimento da utilização de IPv6, fica claro que estamos no frigir dos ovos para implementarmos, de uma vez por todas, a versão 6 do protocolo IP.

É importante notar também, que as tecnologias sugeridas para a fase final já são tecnologias testadas e largamente utilizadas em redes de diversas operadoras. O NAT64 em conjunto com o DNS64 são soluções simples e de baixo custo assim como o 464XLAT.

A principal preocupação é convencer os fabricantes de terminais móveis à adotarem a tecnologia para que seja possível simplificar a operação da rede móvel com apenas um protocolo sendo fornecido ao assinante.

Afinal, o dilema me parece resolvido, serão os provedores de internet, tal como a operadora de telefonia móvel que deverão ser os protagonistas da mudança rumo ao IPv6. A indústria de serviços via internet irá se adaptar, aliás os grandes portais e aplicativos tais como UOL, globo.com, Google, Netflix, Facebook e Whatsapp já possuem IPv6 implementado em seus principais serviços.