O Problema

Desde os anos 1980s que a indústria 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).

Usuários de Internet por Região
Usuários de Internet por região do mundo a partir de 1990

Com a crescente demanda de IPs, devido à explosão demográfica da Internet, 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.

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

Desafios

Usuários de Internet por Região
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

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.

Adoção'do IPv6 Mundialmente
Adoção de IPv6 no Mundo segundo AKAMAI

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

Transição IPv4 para IPv6
Migração para 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

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

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.