Um Resumo Sobre Redes e TCP

8/3/2019 Um Resumo Sobre Redes e TCP

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Um resumo sobre redes e TCP/IP

Este tutorial um "resumo da pera", contendo explicaes sobre o

funcionamento e configurao das redes e tambm sobre o protocolo TCP/IP,abrangendo tanto o IPV4, quanto o IPV6. Se voc no sabe explicar a diferenaentre o nvel 2 e 3 do modelo OSI, no sabe diferenciar um frame Ethernet deum pacote TCP/IP, ou no consegue imaginar um uso para uma mscara como255.255.255.248, esta uma leitura obrigatria. :) Carlos E. Morimoto14/05/2007

Podemos dizer que a funo de qualquer rede simplesmente transportarinformaes de um ponto a outro. Pode ser entre dois micros ligados atravs deum simples cabo cross-over, ou pode ser entre dois servidores situados em doiscomponentes diferentes. Do ponto de vista do sistema operacional e dos

aplicativos, no faz muita diferena.

No nvel mais baixo, temos os cabos de rede, que so enquadrados no primeironvel do modelo OSI (camada fsica) e se destinam unicamente a transportar osimpulsos eltricos de um micro a outro. Ao utilizar uma rede wireless ou cabosde fibra ptica, os sinais so transmitidos (respectivamente) na forma de sinaisde rdio ou luz, mas a funo bsica (transportar dados de um ponto a outro)continua a mesma, independentemente da mdia utilizada.

Em seguida temos os switches ou hub-switches que utilizamos para interligar osmicros da rede local. Na verdade, o termo "hub-switch" foi inventado pelos

fabricantes para diferenciar os switchs mais baratos, que carecem de funesmais avanadas dos switchs "de verdade", que possuem mais portas e inclueminterfaces de administrao elaboradas.

O termo "switch" est mais relacionado ao modo de funcionamento do aparelhoe no ao seu custo ou funes. Um switch capaz de encaminhar os framesEthernet para o destinatrio correto, fechando "circuitos" entre as duas portasenvolvidas, enquanto um hub antigo simplesmente repete os sinais repetidos emtodas as portas.

Switch e cabos de rede


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Assim como as placas de rede, os switchs trabalham no nvel 2 do modelo OSI(link de dados), enviando frames Ethernet e endereando os outros dispositivosda rede usando endereos MAC ao invs de endereos IP. S para efeito decomparao, os hubs "burros" trabalham no nvel 1, assim como os cabos de

rede. Eles so meros dispositivos de transmisso, que no realizamprocessamento.

Os frames Ethernet so "envelopes" para os pacotes TCP/IP. O aplicativo (umnavegador, um servidor web, ou qualquer outro aplicativo transmitindo dados

pela rede) envia os dados ao sistema operacional, que divide o stream empacotes TCP/IP e os envia placa de rede. As placas de rede (que no entendemo protocolo TCP/IP) tratam os pacotes como um fluxo de dados qualquer eadicionam mais uma camada de endereamento, desta vez baseada nosendereos MAC dos dispositivos da rede, gerando o frame Ethernet que finalmente transmitido. Ao chegar do outro lado, o "envelope" removido e o

pacote TCP/IP entregue.

O uso dos frames adiciona alguns bytes adicionais a cada pacote transmitido,reduzindo sutilmente o desempenho da rede. Veja o diagrama de um frameEthernet:

A transmisso de cada frame comea com o envio de 8 bytes contendo um

prembulo e uma seqncia de inicializao. Ele serve para avisar outros microsda rede de que uma transmisso est preste a comear. Estes 8 bytes iniciais nofazem parte do frame e so descartados pelas placas de rede depois de recebidos,

por isso no aparecem no relatrio mostrado por sniffers de rede, como owireshark.

O pacote TCP/IP est contido dentro do campo de dados, que pode incluir at1500 bytes por frame. Junto com os dados transmitido o cabealho do frame(14 bytes no total), que inclui o endereo MAC de destino, endereo MAC deorigem e um campo para o tipo de dados e mais 4 bytes finais, que contmcdigos de CRC, usados (pelas placas de rede) para verificar a integridade do

frame recebido. Caso o frame chegue incompleto ou corrompido, a placa de redesolicita a retransmisso.

Dentro do pacote TCP/IP temos novos headers, que contm o endereo IP deorigem, endereo IP de destino, porta de origem, porta de destino, cdigos deverificaes, nmero do pacote, campo para incluso de opes e assim pordiante. No total, temos 20 bytes para os headers do protocolo TCP e mais 20

bytes para os headers do protocolo IP, totalizando 40 bytes de headers porpacote. Desta forma, temos 1460 bytes de dados em um pacote de 1500 bytes e536 bytes de dados em um pacote de 576 bytes:


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primeira vista, pode parecer estranho que sejam includos headers separadospara o TCP e o IP, mas a verdade que os dois so complementares e por issono podem ser dissociados. por isso que usamos o termo "TCP/IP", como seos dois protocolos fossem uma coisa s.

Os headers do protocolo IP incluem o endereo IP e origem e de destino,enquanto os headers do TCP incluem a porta de origem e de destino, porexemplo. Em resumo, podemos dizer que o IP se encarrega da entrega dos

pacotes, enquanto o TCP se encarrega da verificao de erros, numerao deportas e tudo mais.

Os pacotes podem ter at 1500 bytes no total, onde temos at 1460 bytes dedados e 40 bytes dos headers. Arquivos e outros tipos de informaes sotransmitidas na forma de seqncias de vrios pacotes. Um arquivo de 15 KB,

por exemplo, seria dividido em um total de 11 pacotes; os 10 primeiros contendo1460 bytes cada um e o ltimo contendo os ltimos 760 bytes. graas aoscdigos de verificao e numerao dos pacotes que arquivos grandes podem sertransmitidos de forma ntegra mesmo atravs de conexes via modem ou linkswireless, onde diversos pacotes so corrompidos ou perdidos. Basta retransmitiros pacotes extraviados ou danificados quantas vezes for necessrio. :)

Embora os pacotes TCP/IP de 1500 bytes sejam os mais comuns, o tamanhopode variar de acordo com o meio de transmisso usado. No ADSL PPPoE, porexemplo, so utilizados pacotes de 1492 bytes, enquanto que nas conexesdiscadas so geralmente utilizados pacotes de apenas 576 bytes. Existem aindacasos de pacotes maiores, utilizados em situaes especficas.

Dentro da rede local, temos (incluindo o prembulo do frame Ethernet) um totalde 1526 bytes transmitidos para cada pacote TCP/IP de 1500 bytes. Em umarede local, que trabalha a 100 ou 1000 megabits, isso no faz muita diferena,mas na Internet isso seria um grande desperdcio. Por isso, os roteadores se

encarregam de eliminar estas informaes desnecessrias, retransmitindo apenasos pacotes TCP/IP propriamente ditos. por isso disso que no possvel criarregras de firewall baseadas em endereos MAC para pacotes vindos da Internet:os endereos MAC fazem parte das informaes includas no frame Ethernet,que so descartadas pelos roteadores.

Por trabalharem diretamente com endereos IP, os roteadores podem serenquadrados na camada 3 do modelo OSI (camada de rede). Basicamente, soroteadores que cuidam de todo o trafego de dados na Internet. Voc pode utilizarum hub ou switch dentro da sua rede local, mas ao acessar a Internet vocsempre utiliza um roteador, seja um roteador Cisco de grande porte, seja um

micro com duas placas de rede compartilhando a conexo, ou seja, um roteadordentro da rede do provedor de acesso. Na Internet, o mais comum o uso de


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links de fibra ptica, mas os roteadores podem se interligados utilizandoqualquer tipo de mdia.

Backbones de fibraptica interligando pases da sia

RoteadorCisco com diversos links de fibra ptica

O endereamento IP um tema importante, j que ele que permite que o brutalnmero de redes e hosts que formam a Internet sejam capazes de se comunicarentre si.

Existem duas verses do protocolo IP: o IPV4 a verso atual, que utilizamosna grande maioria das situaes, enquanto o IPV6 a verso atualizada, que

prev um nmero brutalmente maior de endereos e deve comear a sepopularizar a partir de 2010 ou 2012, quando os endereos IPV4 comearem a

se esgotar.


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No IPV4, os endereo IP so compostos por 4 blocos de 8 bits (32 bits no total),que so representados atravs de nmeros de 0 a 255, como "200.156.23.43" ou"64.245.32.11".

As faixas de endereos comeadas com "10", com "192.168" ou com de

"172.16" at "172.31" so reservadas para uso em redes locais e por isso no sousados na Internet. Os roteadores que compe a grande rede so configuradospara ignorar estes pacotes, de forma que as inmeras redes locais que utilizamendereos na faixa "192.168.0.x" (por exemplo) podem conviver pacificamente.

No caso dos endereos vlidos na Internet as regras so mais estritas. A entidaderesponsvel pelo registro e atribuio dos endereos a ARIN(http://www.arin.net/ ). As operadoras, carriers e provedores de acesso pagamuma taxa anual, que varia de US$ 1.250 a US$ 18.000 (de acordo com o volumede endereos requisitados) e embutem o custo nos links revendidos aos clientes.

Ao conectar via ADSL ou oura modalidade de acesso domstico, voc recebeum nico IP vlido. Ao alugar um servidor dedicado voc recebe uma faixa com5 ou mais endereos e, ao alugar um link empresarial voc pode conseguir umafaixa de classe C inteira. Mas, de qualquer forma, os endereos so definidos "decima para baixo" de acordo com o plano ou servio contratado e voc no podeescolher quais endereos utilizar.

Embora aparentem ser uma coisa s, os endereos IP incluem duas informaes.O endereo da rede e o endereo do host dentro dela. Em uma rede domstica,

por exemplo, voc poderia utilizar os endereos "192.168.1.1", "192.168.1.2" e"192.168.1.3", onde o "192.168.1." o endereo da rede (e por isso no muda) eo ltimo nmero (1, 2 e 3) identifica os trs micros que fazem parte dela.

Os micros da rede local podem acessar a Internet atravs de um roteador, quepode ser tanto um servidor com duas placas de rede, quando um modem ADSLou outro dispositivo que oferea a opo de compartilhar a conexo. Neste caso,o roteador passa a ser o gateway da rede e utiliza seu endereo IP vlido paraencaminhar as requisies feitas pelos micros da rede interna. Este recurso chamado de NAT (Network Address Translation).

Um dos micros da rede local, neste caso, poderia usar esta configurao de rede:

o Endereo IP: 192.168.1.2o Mscara: 255.255.255.0o Gateway: 192.168.1.1 (o servidor compartilhando a conexo)o DNS: 200.169.126.15 (o DNS do provedor)

O servidor, por sua vez, utilizaria uma configurao similar a esta:

o Placa de rede 1 (rede local):o Endereo IP: 192.168.1.1o Mscara: 255.255.255.0o Placa de rede 2 (Internet):o Endereo IP: 200.213.34.21
http://www.arin.net/http://www.arin.net/


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o Mscara: 255.255.255.0o Gateway: 200.213.34.1 (o gateway do provedor)o DNS: 200.169.126.15 (o DNS do provedor)

A configurao da segunda placa de rede seria obtida automaticamente, via

DHCP, de forma que voc s precisaria realmente se preocupar com aconfigurao da sua rede local. Normalmente, voc primeiro configuraria a redelocal, depois conectaria o servidor Internet e, depois de checar as duas coisas,ativaria o compartilhamento da conexo via NAT.

possvel instalar mais placas de rede no roteador e dividir a rede em vriossegmentos distintos, interligados atravs dele. Em uma empresa, poderamos tertrs segmentos diferentes, um para a rede cabeada e a maior parte dos micros,outro para a rede wireless e outro para os servidores, que ficariam isolados emuma sala trancada.

O roteador neste caso teria 4 placas de rede (um para cada um dos trssegmentos e outra para a Internet). A vantagem de dividir a rede desta maneira que voc poderia criar regras de firewall no roteador, especificando regrasdiferentes para cada segmento. Os micros conectados rede wireless (menossegura), poderiam no ter acesso aos servidores, por exemplo. O roteador

poderia incorporar tambm a funo de firewall, protegendo os micros das redesinternas de ataques provindos da Internet:

Continuando, temos a configurao das mscaras de sub-rede, que servem paraindicar em que ponto termina a identificao da rede e comea a identificao dohost. No nosso exemplo, utilizaramos a mscara "255.255.255.0", que indicaque os trs primeiros nmeros (ou octetos) do endereo servem para identificar arede e apenas o ltimo indica o endereo do host dentro dela.

Na Internet, os endereos IP so divididos em trs faixas, que se diferenciam


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pela mscara utilizada. Os endereos de classe A comeam com nmeros de 1 a126 (como, por exemplo, "62.34.32.1") e utilizam mscara 255.0.0.0. Cada faixade endereos classe A composta de mais de 16 milhes de endereos, mascomo existem apenas 126 delas, elas so reservadas para o uso de grandesempresas e rgos governamentais.

Em seguida temos os endereos de classe B, que abrangem os endereosiniciados com de 128 a 191. Eles utilizam mscara 255.255.0.0, o que permite aexistncia de um nmero muito maior de faixas, cada uma composta por 65 milendereos.

Finalmente temos o "terceiro mundo", que so as faixas de endereos classe C,que abrangem os endereos que comeam com de 192 a 223. Elas so maisnumerosas, pois utilizam mscara 255.255.255.0, mas em compensao cadafaixa de classe C composta por apenas 254 endereos. Com a escassez deendereos vlidos, as faixas de classe C so praticamente as nicas que ainda

podem ser obtidas hoje em dia.

Existe ainda a possibilidade de utilizar mscaras complexas para dividir umafaixa de endereos de classe A, B ou C em faixas menores e independentes. Esta

possibilidade usada ao extremo pelas empresas de hospedagem, que dividemfaixas de endereos de classe A ou B em diversas faixas menores, com apenas 4ou 8 endereos, que so atribudas aos servidores dedicados hospedados em seusdata-centers.

Ao usar a mscara 255.255.255.248, por exemplo, apenas 3 bits do endereo soreservados ao endereamento dos hosts (convertendo 255.255.255.248 para

binrio, voc teria 11111111.11111111.11111111.11111000), permitindo que aempresa de hospedagem divida uma faixa de endereos classe A (16 milhes dehosts) em 2.080.768 pequenas redes, uma para cada servidor dedicado que forlocado.

Trs bits permitem 8 combinaes, mas o primeiro e o ltimo endereo soreservados ao endereo da rede e ao endereo de broadcast, fazendo com queapenas 6 endereos possam realmente ser utilizados. Destes, mais um sacrificado, pois atribudo ao gateway (sem o gateway o servidor no acessa aInternet), de forma que no final apenas 5 endereos ficam realmente disponveis.

Ao locar um servidor dedicado, voc precisa de uma faixa de endereos inteirapara poder configurar o DNS reverso, um pr-requisito para que seus e-mailsno sejam rotulados como spam por outros servidores.

Ao registrar um domnio, voc precisa fornecer os endereos de dois servidoresDNS, que respondero por ele. Ao invs de ter dois servidores, voc podeutilizar outro dos seus 5 endereos disponveis para criar um alias (apelido) paraa placa de rede do seu servidor dedicado e assim poder configur-lo pararesponder simultaneamente como servidor DNS primrio e secundrio,eliminando a necessidade de utilizar dois servidores. Novamente, esta

configurao possvel apenas caso o servidor possua uma faixa de endereosprpria.


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No final, a configurao de rede de um servidor dedicado acaba sendo algosimilar a isto:

o Endereo IP: 72.232.35.106o Mscara: 255.255.255.248o Gateway: 72.232.35.105o Endereo da rede: 72.232.35.104o Endereo de broadcast: 72.232.35.111o Alias da placa de rede (para o DNS secundrio): 72.232.35.107o Endereos vagos: 72.232.35.108, 72.232.35.109 e 72.232.35.110

Como se no bastasse, possvel ainda instalar o VMware Server, Xen, ou outrosistema de virtualizao e aproveitar estes trs endereo vagos para criar trsmquinas virtuais, cada uma com seu prprio endereo IP e configurada como sefosse um servidor separado. O princpio o mesmo que ao rodar um segundosistema operacional dentro do VMware Player no seu micro de trabalho, a nicagrande diferena que neste caso toda a configurao feita remotamente.

Em seguida temos a questo do IPV6, que uma fonte freqente de dvidas. Ele uma evoluo do padro de endereamento atual onde, ao invs de endereosde 32 bits, so usados endereos de 128 bits. O nmero de endereos disponveisno IPV6 simplesmente absurdo; seria o nmero 340.282.366.920 seguido pormais 27 casas decimais. Tudo isso para prevenir a possibilidade de, em umfuturo distante, ser necessria uma nova migrao.

Por serem muito mais longos, os endereos IPV6 so representados atravs decaracteres em hexa. No total temos 32 caracteres, organizados em oito quartetose separados por dois pontos.

No conjunto hexadecimal, cada caracter representa 4 bits (16 combinaes).Devido a isso, temos, alm dos nmeros de 0 a 9, tambm os caracteres A, B, C,D, E e F, que representariam (respectivamente), os nmeros 10, 11, 12, 13, 14 e15. Um exemplo de endereo IPV6, vlido na Internet, seria"2001:bce4:5641:3412:341:45ae:fe32:65".

Um atenuante para esta complexidade dos endereos IPV6 que eles podem ser

abreviados de diversas formas. Graas a isso, os endereos IPV6 podem acabarsendo incrivelmente compactos, como "::1" ou "fee::1".


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Em primeiro lugar, todos os zeros esquerda dentro dos quartetos podem seromitidos. Por exemplo, ao invs de escrever "0341", voc pode escrever apenas"341"; ao invs de "0001" apenas "1" e, ao invs de "0000" apenas "0", sem queo significado seja alterado. por isso que muitos quartetos dentro dos endereosIPV6 podem ter apenas 3, 2 ou mesmo um nico dgito. Os demais so zeros

esquerda que foram omitidos.

muito comum que os endereos IPV6 incluam seqncias de nmeros 0, jque atualmente poucos endereos so usados. Graas a isso, o endereo"2001:bce4:0:0:0:0:0:1" poderia ser abreviado para apenas "2001:bce4::1",omitimos todo o trecho central "0:0:0:0:0".

Ao usar o endereo, o sistema sabe que entre o "2001:bce4:" e o ":1" existemapenas zeros e faz a converso internamente, sem problema algum.

O suporte a IPV6 est presente em todas as distribuies Linux atuais, assim

como no Windows XP XP2 e Vista. Uma vez que voc entende como osendereos IPV6 so estruturados e que uma mesma interface de rede pode ter aomesmo tempo um endereo IPV4 e um IPV6 (respondendo em ambos), noexiste nada de exotrico em atribuir endereos IPV6 para os micros da sua redee comear a testar o novo sistema.

No Linux, comece verificando se o mdulo "ipv6" est carregado (o que feitopor padro na maioria das distribuies atuais). Caso necessrio, carregue-ousando o comando "modprobe ipv6". A partir da, voc pode atribuir umendereo IPV6 usando o comando "ifconfig eth0 add", onde o "eth0" ainterface de rede. Graas s abreviaes, os endereos IPV6 podem ser bastantecurtos. Experimente por exemplo adicionar o endereo "fee::1":

# ifconfig eth0 add fee::1

Faa o mesmo em outro micro da rede, atribuindo agora o endereo "fee::2".

Para testar a conectividade entre os dois, voc pode utilizar o comando "ping6",que a verso atualizada do ping, que trabalha com endereos IPV6. Caso eleno esteja disponvel, experimente instalar o pacote "iputils-ping". Ele usadoda mesma forma que o comando ping normal. Basta especificar o endereo dooutro micro, como em:

# ping6 fee::1

Com os dois hosts conversando, experimente utilizar outros programas eservidores para testar a conectividade entre eles. Para se conectar via SSH, porexemplo, voc usaria o comando:

# ssh fee::1

Assim como no IPV4, os endereos IPV6 so divididos em dois blocos. Osprimeiros 64 bits (os 4 primeiros quartetos) identificam a rede, enquanto osltimos 64 bits identificam o host. No endereo "2001:bce4:0:0:0:0:0:1", porexemplo, temos a rede "2001:bce4:0:0" e o host "0:0:0:0:1" dentro dela.


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Ao configurar endereos dentro de uma mesma rede, existem duas opes. Aprimeira seria simplesmente usar endereos seqenciais, como " 2001:bce4::1"," 2001:bce4::2", "2001:bce4::3" e assim por diante. Nada de errado com isso. Asegunda seria seguir a sugesto do IEFT e usar os endereos MAC das placas de

rede para atribuir os endereos dos hosts. justamente isso que feito aoutilizar a atribuio automtica de endereos no IPV6.

Digamos que o endereo da rede "2001:bce4:0:0:" e o endereo MAC domicro "00:16:F2:FE:34:E1".

Como voc pode ver, o endereo MAC contm apenas 12 dgitos hexa, enquantono IPV6 a parte do host contm 16 dgitos. Est em estudo uma expanso dosendereos MAC das placas de rede, que passariam a ter 16 dgitos, mas,enquanto isso no colocado em prtica, usamos uma regra simples paraconverter os endereos de 12 dgitos atuais em endereos de 16 dgitos,

adicionando os dgitos "ffff" entre o sexto e stimo dgito do endereo.

O endereo "00:16:F2:FE:34:E1", viraria ento "0016:f2ff:fffe:34e1". Como viu,os 12 dgitos originais continuam os mesmos (apenas converti para minsculas).So apenas adicionados os 4 dgitos no meio.

Adicionando o endereo da rede, o endereo IPV6 completo deste micro seria"2001:bce4:0:0:0016:f2ff:fffe:34e1", o que poderia ser abreviado para apenas"2001:bce4::0016:f2ff:fffe:34e1".

O IPV6 tambm oferece um recurso de compatibilidade com endereos IPV4,permitindo que voc continue utilizando os mesmos endereos ao migrar paraele. Neste caso, voc usaria o endereo "::FFFF:" seguido pelo endereo IPV4usado atualmente, como em:::FFFF:192.168.0.1Por estranho que possa parecer, este um endereo IPV6 completamente vlido,que voc pode usar para todos os fins.

Outra mudana que no IPV6 voc pode atribuir diversos endereos para omesmo micro. Isto tambm era possvel no IPV4 utilizando-se alises para a

placa de rede, mas no caso do IPV6, este passou a ser um recurso nativo. Graas

a isso, o mesmo micro pode ser acessado tanto atravs do endereo"2001:bce4:5641:3412:341:45ae:fe32:65" (por exemplo), quanto pelo::FFFF:192.168.0.1 (pelos micros da rede local), sem que voc precise usar duas

placas de rede.

possvel tambm adicionar um endereo IPV6 a um micro j configurado comum endereo IPV4, na maioria dos casos sem nem mesmo precisar derrubar arede. Neste caso, ele continua respondendo de forma normal no endereo IPV4antigo, mas passa a responder tambm no endereo IPV6. Um dos objetivos donovo sistema justamente manter compatibilidade com o antigo, j que muitossistemas provavelmente nunca sero atualizados.

Imagine, por exemplo, que uma migrao em larga escala para o IPV6 est


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ocorrendo. A maior parte da Internet j utiliza o novo sistema, mas seu provedorde acesso ainda oferece suporte apenas a endereos IPV4.

Prevendo situaes assim, o IPV6 oferece suporte ao tunelamento de pacotesIPV6 atravs de redes IPV4. Ao perceber que os pacotes IPV6 precisaro passar

por uma rede IPV4, o roteador empacota os pacotes IPV6, colocando-os dentrode pacotes IPV4, de forma que eles sejam roteados normalmente atravs da redeIPV4. Do outro lado da conexo teramos outro roteador IPV6, que seencarregaria de remover o cabealho IPV4 dos pacotes, obtendo novamente os

pacotes IPV6 originais.

Este sistema permite tambm que sistemas configurados com endereos IPV4,continuem acessando a Internet normalmente, mesmo depois que a migraoocorrer. Imagine o caso de micros rodando o Windows 95/98, por exemplo,sistemas que provavelmente nunca sero atualizados.

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