IPv6 intro

L’evoluzione di IP:Internet Protocol Versione 6Introduzione al nuovo protocollo di livellonetwork della suite TCP/IP1

Lo scenarioIPPowerlineDVDMGSM/UMTSBluetoothToken RingATM Frame Relay Ethernet Satellite SONET2

Limiti di IPv4Esaurimento spazio indirizzamento IPv4Problematiche di scalabilità del routingRichiesta di servizi nuovi e/o più efficienti3

Esaurimento dello spazio di indirizzamento(1)Max teorico con IPv4 (32 bit) : ~ 4 Mld Stiamo finalmente arrivando “al limite”?http://www.isc.org/ds/hosts.html4

Esaurimento dello spazio di indirizzamento (2)5Inefficienza uso spazio di indirizzamento Ogni livello gerarchico inserisce uno sprecoIndirizzi inutilizzati in una rete non possono essere riassegnati adun’altra Necessità di indirizzi “di gestione” (indirizzi ai router) Necessità di indirizzi riservati (reti private, multicast, ...) Necessità di indirizzi liberi per espansioni future Determinazione max reale (RFC 1715): Parametro H di efficienza nell’assegnazione indirizzi Massimo valore teorico: H=0.301 Stima reale in base a reti esistenti (telefonia, etc): ~0.26~ 200 milioni di hostH=Log10 (nnbitindirizzi)

Problematiche di scalabilità del routing (1)Cause della crescita delle tabelle di routing crescita vertiginosa delle dimensioni di Internet ogni singola rete deve essere annunciata assegnazione “disordinata” degli indirizzi IPProblemi Limiti dei routerGestione di troppe informazioni Limiti dei protocolli di routingAlta probabilità che ci sia almeno una route che cambia nelgiro di poco tempoRimedi con IPv4 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)Problema presente principalmente sui router dibackbone6

Problematiche di scalabilità del routing (2)http://bgp.potaroo.net/7

Richiesta di nuovi servizi Nuove esigenze si affacciano ad inizio anni 90 Mobilità Sicurezza Autoconfigurazione (Plug & Play) Qualità del Servizio (QoS) Multicast8

Il lungo percorso all'adozione di IPv6Lunga gestione della definizione e della migrazione adIPv6 Molti problemi hanno dovuto essere risolti con soluzioni“tampone” Nel momento in cui IPv6 èproblemi erano già stati risoltiarrivato “in produzione”, alcuniQuando le specifiche IPv6 sono entrate in una fase matura, moltedelle problematiche di IPv4 non erano più tali9

Esaurimento dello spazio di indirizzamentoIntroduzione delle reti a dimensione “personalizzata” NetmaskIndirizzamento privato Intranet, RFC 1918 Non sufficiente, da solo, a risolvere i problemiDeve essere accoppiato con NAT o ALGNetwork Address Translator (NAT) Diffusione capillare Proposta RSIP (Realm Specific IP)ALG (Application Level Gateway)10

Indirizzi allocati: situazione al 1998http://www.caida.org/analysis/learn/ipv4space/Altre risorseAssegnazione delle reti /8 ai RIR :http://www.iana.org/assignments/ipv4-address-spacePagina riepilogativa delle assegnazioniai RIR, con l’indicazione del lottominimo di assegnazione:http://www.mentovai.com/network/ipv4-allocation.html11

Problematiche di scalabilità del routingCIDR Classless Inter-Domain RoutingMaggior rigidezza nell’assegnazione di indirizzi IP Regional Internet Registry: assegnano solamente reti a grossiclienti Spesso l’allocazione minima è una rete /20 (1024 indirizzi)Scalabilità dei protocolli di routing Problematica attualmente senza soluzioneProblematica in parte irrisolta Dei problemi originari di IPv4, è quello più impellente ancorarimasto12

Supporto di nuovi servizi: Mobilità (1)Nomadicità Forma “ridotta” di mobilità Favorire l’operatività di host che possono essere connessi allarete in punti diversi in momenti diversiSi tratta di facilitare l’assegnazione degli indirizzi agli host mobili Soluzioni: DHCP, PPP, etc. Permette, ad un host, di poter contattare il resto del mondoInterazione di tipo “client” verso un server, ma non viceversaMobilità Capacità di spostarsi da un punto all’altro della rete rendendo lacosa trasparente dal punto di vista IP13

Supporto di nuovi servizi: Mobilità (2)Mobilità Implica Raggiungibilità Permette all’host mobile di essere raggiunto sempre allo stessoindirizzo “ufficiale”Ammette una interazione di tipo “server” da parte di clientremoti Può avere maggiori requisiti di sicurezza (protezione dei dati intransito) Soluzione: Mobile IP (RFC 2002). sostanzialmente maiimplementata in IPv4Mobile IP richiede indirizzi IP, che scarseggianoProblematica fondamentale per il supporto di reti ditelefonia di tipo 3G Ogni apparato (telefono) è contemporaneamente un server eun client14

Supporto di nuovi servizi: SicurezzaNecessità Autenticazione del mittente Criptatura del canaleSoluzione IPsec (RFC 2401)IP Authentication Header (AH)Encapsulating Security Paylod (ESP)15

Supporto di nuovi servizi:AutoconfigurazioneDinamic Host Configuration Protocol Assegnazione “stateless”Modo di funzionamento normale Assegnazione “stateful”Basata sul riconoscimento dell’indirizzo MAC della schedaNon garantisce l’assegnazione dello stesso indirizzo IP nelmomento in cui si cambi la scheda di reteProblematiche Necessita di un server ad hoc Non gestisce problematiche di rinumerazione della rete“Autoconfigurazione” è inteso nei confronti degli host finali,non della rete16

Supporto di nuovi servizi: QoS e MulticastQualità del Servizio Modello IntServQualità “deterministica”Resource reSerVation Protocol Modello DiffServQualità “statistica”Definizione di classi di servizioMulticast Non vi sono particolari soluzioni esplicitamente pensate per IPv4 Gli avanzamenti nel mondo della ricerca possono essere applicatisia ad IPv4 che IPv6 Il multicast è ancora un problema aperto17

Perchè migrare ad IPv6La migrazione è fortemente ostacolata dal successodelle “soluzioni tampone” Non vi sono ragioni così impellenti per giustificare l’immediatamigrazione ad IPv6Maggiori problematiche Scalabilità del routing Necessità di indirizzi pubblici da parte di applicativi peer-to-peerAd esempio Telefonia su IP18

La nascita di IPv6Meeting IETF Boston (1992), “Call for proposals”Creazione di Working Groups appositiNumerose proposteTUBA: adozione OSI CNLP come nuovo IPCATNIP: integrazione diversi protocolli di rete (IP, CLNP, IPX) e ditrasporto (TP4, SPX, TCP, UDP)Ammesso TCP/IP ad un lato della connessione e TCP/CLNP all’altroSIPP: proposta evolutiva di IPv4 (mantenimento delle caratteristihepositive, correzione di quelle nagativeSemplicità; estendere gli indirizzi ed eliminare campi superfluiProposta vincenteFormulazione di una lista comprendente 17 obiettiviVincintore: doveva soddisfare il maggior numero di obiettiviSIPP con indirizzi a 128 bit19

Header IPv6 e IPv4 a confronto (1)0 4 12 16 24 31Version Traffic Class Flow LabelPayload Length Next Header Hop LimitSource IP AddressIPv6Destination IP Address0 4 8 16 19 31Vers. HLEN Traffic Class Total LengthIdentification Flags Fragment OffsetTime To Live Protocol Header ChecksumSource IP AddressDestination IP AddressIPv4Options PAD20

Header IPv6 e IPv4 a confronto (2)Semplificazione Obiettivo: limitare il numero di informazioni gestite dai routerall’interno del critical router loopIn dettaglio 8 campi in IPv6 anzichè 12 in IPv4Alcuni campi rinominati, altri aggiunti L’header ha un formato fisso (40 bytes); viene rimosso il campoHeader Length Rimozione della checksum Rimozione delle procedure di frammentazione dai nodi intermedi(router)21

Header IPv6 e IPv4 a confronto (3)Risultati: non completamente positivi Indirizzo IPv6 molto grosso (128 bit)Maggiore complicazione nelle operazioni di route lookup Maggiore dimensione delle CAM / TCAM dei router per lavelocizzazione delle access list Difficoltà nel localizzare campi di livello 4 (porta TCP/UDP)Spesso usate per classificazione, access list22

Campi dell’header IPv6 (1)Version (4 bit) Fisso e pari a 6Flow label (20 bit) Indica pacchetti appartenenti allo stesso flusso Migliora le prestazioni di IPv4 Valore compreso tra 1 e FFFFFF23

Campi dell’header IPv6 (2)Hop Limit (8 bit) Sostituisce il Time-To-Live di IPv4 E’ decrementato di una unità da ogni router attraversatoPayload length (16 bit) Indica la lunghezza del carico dati del pacchettoHeader IPv6 è fissoAttenzione: comprende anche eventuali extension headersPosto a zero nel caso di Jumbo PayloadTraffic class (8 bit) Permette di assegnare ai pacchetti differente priorità Valori relativi a particolari categorie di traffico24

Campi dell’header IPv6 (3)Next Header (8 bit) Indica tipo di header successivo a IPv6Principali valori ammessi:0 HBH Hop by Hop option6 TCP Transmission Control Protocol17 UDP User Datagram Protocol43 RH Routing Header44 FH Fragment Header51 AH Authentication Header52 ESP Encrypted Security Payload58 ICMPv6 Internet Control Message59 Null No next header60 DOH Destination Option Header (IPv6)89 OSPF Open Shortest Path First25

La catena degli headersIPv6 HeaderNext Header =TCPTCP Header + PayloadIPv6 HeaderNext Header =RoutingRouting HeaderNext Header =TCPTCP Header + PayloadIPv6 HeaderNext Header =RoutingRouting HeaderNext Header =FragmentFragment HeaderNext Header =TCPTCPheader+Payload26

Gli Extension Header Attualmente sono definiti sei tipi : Hop By Hop Option Header Routing Header Fragment Header Authentication Header Encrypted Security Payload Header Destination Option HeaderOrdine elaborazione = ordine Extension header Esiste un ordine preferenziale Il Destination Option Header può essere presente anche inseconda posizione nel caso in cui questa opzione sia utilizzatacontemporaneamente al Routing Header27

Caratteristiche comuni degli ExtensionHeaderCampo Next Header: sempre presente per primo Tranne Encrypted Security PayloadCampo Extension Header Length: spesso presente0 8 16 31Next HeaderExtensionHeader LengthType Specific Data28

Caratteristiche comuni degli ExtensionHeader con opzioni (1) Alcuni Extension Header comprendono headeropzionali che possono essere ripetuti più volte Formato Type - Length – Value Negli Extension Header IPv6, Type e Length sono sempre pari a 8bitOpzioni “comuni” Pad1 e PadN per allineare il pacchetto a multipli di 8 byte Gli extension header classici non hanno bisogno del padding perriallineare i dati0 8 16 31TypeLengthValue29

Caratteristiche comuni degli ExtensionHeader con opzioni (2)Codice opzione (campo Type) Viene assegnato un significato particolare ai primi 3 bitPrimi 2 bit: azione da intraprendere nel caso in cui l’opzione non sia riconosciutaCodifica00SignificatoL’opzione corrent può essere ignorata; è possibile continuare con l’opzione successiva011011Il pacchetto deve essere scartatoIl pacchetto deve essere scartato e deve essere generato un messaggio ICMPv6 ParameterProblemIl pacchetto deve essere scartato e deve essere generato un messaggio ICMPv6 ParameterProblem a meno che l’indirizzo di destinazione del pacchetto fosse un indirizzo multicastTerzo bit: indica se il contenuto dell’opzione può essere modificato in transitoCodifica01SignificatoIl valore dell’opzione non può essere cambiato in transitoIl valore dell’opzione può essere cambiato in transito30

Hop-by-Hop Options HeaderViene letto da TUTTI i router sul percorsoStesso formato e stessa codifica del DestinationOptions HeaderOpzioni definite: Router Alert (RFC 2711) Payload Jumbogram (RFC 2675) Padding (Pad1, PadN)0 8 16 31Next HeaderHeader LengthOptions31

Routing HeaderLa sorgente indica percorso da seguire per arrivare adestinazioneSimile a Source Routing IPv4Campi principaliSegment Left: numero dei segmenti di percorso rimanentiRouting Type: attualmente ‘0’ (source routing classico) Header Length: lunghezza dell’header in multipli di 8 ottetti, esclusi gli 8iniziali0 8 16 24 3132Next Header Header Length Routing Type Segment LeftType-Specific Data (min 4 bytes)ReservedRouter Address 1. . .Router Address N

Routing Header: esempioS R1 R2 DIPv6 HdrFrom: STo: R1NextHdr: RoutingRouting HdrSegment Left: 2Hop 1: R2Hop 2: DIPv6 HdrFrom: STo: R2NextHdr: RoutingRouting HdrSegment Left: 1Hop 1: R1Hop 2: DIPv6 HdrFrom: STo: DNextHdr: RoutingRouting HdrSegment Left: 0Hop 1: R1Hop 2: R2Elenco dei router che hannoelaborato il Routing Header(può non coincidere con i routerattraversati dal pacchetto)33

Fragment HeaderLa frammentazione in IPv4 e in IPv6 IPv4: qualunque nodo del percorso può frammentare IPv6: solo il nodo mittente può frammentare In IPv6 si cerca di evitare frammentazione : Path MTU Discovery (RFC 1981) Se la frammentazione è necessaria si inserisce unFragment Header0 8 16 29 31Next Header Reserved Fragment Offset ResMIdentification34

Meccanismo di frammentazioneOgni pacchetto è formato da due parti: Parte frammentabile Parte non frammentabileComprende l’Header IPv6 e gli Extension Header che precedono ilFragment Header (ossia fino a Routing Header incluso)Devono essere ripetuti in tutti i frammentiNon frammentabile Frammento 1 Frammento 2 Frammento 3Non frammentabileFragment HeaderFrammento 1Non frammentabileFragment HeaderFrammento 2Non frammentabileFragment HeaderFrammento 335

Esempio di frammentazione40 24 24IPv6HeaderExt Hdrnon framm.Ext Hdrframm.Data (1412 bytes)Data (1412 ottetti)520 544 348MTU=62040 24 8 24 520IPv6HeaderExt Hdrnon framm.Payload Length = 576Fragm. Hdr Next Hdr= Ext. Hdr. FragmIdentification = 777Offset = 0MF Flag = 1Fragm.HeaderExt Hdrframm.40 24 8 544IPv6HeaderDataExt Hdr Fragm.non framm. HeaderData40 24 8 348IPv6HeaderExt Hdr Fragm.non framm. HeaderDataPayload Length = 412Fragm. Hdr Next Hdr= Ext. Hdr. FragmIdentification = 777Offset = 136 [(520+24+544)/8]MF Flag = 036Payload Length = 576Fragm. Hdr Next Hdr= Ext. Hdr. FragmIdentification = 777Offset = 68 [(520+24)/8]MF Flag = 1

IPv6 e sicurezza (1)Due opzioni distinte Authentication HeaderGarantisce autenticità ed integrità del pacchetto Encrypted Security Payload HeaderDefinisce la criptatura di tutto ciò che segue l’header ESPDeve essere l’ultimo header del pacchetto corrente Operano sul pacchetto IPv6 normalizzato Pacchetto risultante quando tutte le opzioni che possonoessere modificate lungo il cammino sono poste a zero el’eventuale Routing Header è posto al valore che avrà adestinazione Per maggiori caratteristiche di sicurezza, è possibile utilizzare iltunnel mode37

IPv6 e sicurezza (2)Parametro fondamentale: SPI Numero sempre crescente, associato ad una comunicazioneunidirezionale Usato per determinare la Security AssociationSecurity Association Relazione tra due o più entità che descrive come questeutilizzano i servizi di sicurezza per comunicare Unidirezionale Definita in ogni host dalla tripletta SPI, Destination Address,tipologia di sicurezza richiesta (AH/ESP) Negoziata attraverso una fase precedente allo scambio dipacchettiInternet Key Exchange (IKE)38

Authentication HeaderAuthentication Header Autenticazione del mittenteAuthentication Data Contiene Integrity Check Value0 8 16 31Next Header Payload LengthReservedSecurity Parameters Index (SPI)Sequence numberAuthentication Data (variabile)39

Encrypted Security Payload HeaderEncrypted Security Payload Cifratura del payload (segretezza)0 16 24 31SPISequence numberEncripted Data (variabile)Padding (0-255)Padding LengthNext HeaderAutenticazioneConfidenzialitàAuthentication Data (variabile)40

Modalità di utilizzoTunnel mode Evita la presenza di dati in chiaro (ad esempio gli indirizzi) nelpacchetto originale Problemi: frammentazione, maggiore overhead, necessità diulteriori entità per gestire il tunnelTransport modeHeader v6 Ext. Headers ESP Dati da cifrareparte in chiaroparte crittografataTunnel modeNuovo Header v6parte in chiaroESPHeader v6 Ext. Headers Dati da cifrareparte crittografata41

Destination Options Header Trasporta informazioni opzionali per i nodidestinazionePuò occupare due posizioni: Prima del Routing HeaderL’opzione viene esaminata da tutti i router del percorso indicatodal Routing Header Alla fine della catena degli Extension Header, prima del protocollodi livello superiore0 8 16 31Next HeaderHeader LengthOptions42

Architettura di indirizzamentoTre tipi di indirizzi IP: Unicast: indirizzi di stazioniGlobal (aggregatable)Site-localLink-local Anycast: indirizzi di servizi Multicast: indirizzi di gruppi di stazioniNon si usano più gli indirizzi broadcastIndirizzi associati alle interfacce Possibilità di avere più indirizzi per ogni interfaccia43

Modalità di scrittura degli indirizziSi scrivono in esadecimale come 8 numeri naturali separati da“:”FEDC:BA98:0876:45FA:0562:CDAF:3DAF:BB011080:0000:0000:0007:0200:A00C:3423Esistono delle semplificazioni:si possono omettere gli zero iniziali1080:0:0:7:200:A00C:3423 Si possono sostituire gruppi di zero con “::”1080::7:200:A00C:3423::1 (indirizzo di loopback)Gli indirizzi di compatibilità IPv4 si scrivono:0:0:0:0:0:0:A00:1::A00:1 ::10.0.0.144

PrefixScompare il concetto di NetmaskViene sostituito da quello di “Prefix”Il prefix si indica aggiungendo ad un indirizzo “/N”,dove N è la lunghezza in bit del prefixEsempio: FEDC:0123:8700::/36 indica il prefisso 1111 1110 1101 1100 0000 0001 0010 0011 100045

Tipi di IndirizzoReserved (IPv4) 0000 0000 1/256Unassigned 0000 0001 1/256Reserved for NSAP Allocation 0000 001 1/128Reserved for IPX Allocation 0000 010 1/128Unassigned 0000 011 1/128Unassigned 0000 1 1/32Unassigned 0001 1/16Aggregatable Global Unicast Addr. 001 1/8Unassigned (was Provider-Based Unicast Addr.) 010 1/8Unassigned 011 1/8Unassigned (was Geographic-Based Unicast Addr.) 100 1/8Unassigned 101 1/8Unassigned 110 1/8Unassigned 1110 1/16Unassigned 1111 0 1/32Unassigned 1111 10 1/64Unassigned 1111 110 1/128Unassigned 1111 1110 0 1/512Link Local Use Addresses 1111 1110 10 1/1024Site Local Use Addresses 1111 1110 11 1/1024Multicast Addresses 1111 1111 1/25646

Gerarchia di indirizzamento e routingdomainNLATLATo other InterchangesNLAProviderNLAProviderSubscriberSubscriberProviderProviderSubscriberSubscriber47

Indirizzi: Unicast GlobaliPublic topology Format Prefix Top Level Aggregation Identifier Reserved Next-Level Aggregation IdentifierSite topology Site-Level Aggregation Identifier (instradamento intra-sito)Interface ID ID dell’host3 13 8 24 16 64FPTLA IDRES NLA ID SLA IDInterface IDpublic topologysitetopologyinterface identifier48

Il formato EUI-6448 bit MAC addresscccccc0gccccccccccccccccOUIxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxmanufacturer-selected“Universal” bitcccccc1gcc............cc1111111111111110xxxxxx...xxxxxxxOUI0xFF0xFEmanufacturer-selectedIPv6 interface identifier49

Indirizzi: Unicast LocaliIndirizzi Privati sostituiscono le RFC 1597 e 1918 Site local Link localsite local101111-1110-11(FEC0)38 16 640 Subnet ID Interface ID105464link local1111-1110-100Interface ID(FE80)50

Indirizzi unicast specialiUnspecified ::Loopback ::1IPv4 compatible e IPv4 mapped 100.1.2.3 (indirizzo IPv4) ::100.1.2.3 (indirizzo IPv6 compatibile IPv4) ::FFFF:100.1.2.3 (indirizzo IPv4 mapped)Indirizzi compatibili con altre architettura di rete NSAP address IPX address51

Indirizzi AnycastNon hanno spazio indirizzamento proprio Sono indirizzi unicast assegnati ad un insieme di interfacce Ai nodi deve essere esplicitamente detto che quello è un indirizzoanycastIndica il server più vicino al mittente che fornisce undato servizioPossono essere assegnati solo a router IPv6, non agenerici host52

Indirizzi Anycast: formati In IPv6, per ora, è stato definito solo un anycastaddress: subnet router anycast address :n128-nSubnet prefix 000..00 Generico indirizzo Anycast :64 57 7Subnet prefix111111011....11Anycast IDidentificatore di interfaccia53

Indirizzi MulticastFlag assume il formato 000T T indica se è un indirizzo transitorio (1) o permanente (0)Scope: usato per limitare lo scopo del multicast group Usato (più propriamente) al posto del TTL di IPv41 - node local2 - link local5 - site local8 - organization localE - global8441121111-1111FlagScopeGroup ID54

Multicast Listener DiscoverySostituisce il protocollo IGMP di IPv4Messaggi Multicast Listener Query, a sua volta suddiviso in:General QueryMulticast Address Specific Query Multicast Listener Report Multicast Listener DoneType Code ChecksumMaximum Response DelayReservedMulticast Address55

ICMPv6Internet Control Message ProtocolTre impieghi principali Diagnostica Neighbor Discovery Gestione dei gruppi multicastRiunisce funzionalità che IPv4 suddivideva tra: ICMP ARP (Address Resolution Protocol) IGMP (Internet Group Membership Protocol)Type Code ChecksumMessage Body56

Il campo TypeIl campo type attualmente assume i seguenti valori1 Destination Unreachable2 Packet too big3 Time exceeded4 Parameter Problem128 Echo Request129 Echo Reply130 Group Membership Query131 Group Membership Report132 Group Membership Termination133 Router Solicitation134 Router Advertisement135 Neighbor Solicitation136 Neighbor Advertisement137 Redirect57

ICMPv6: Messaggi di erroreTipi di messaggi Destination Unreachable (type = 1) Packet too big (type = 2) Time exceeded (type = 3) Parameter Problem (type = 4) Pacchetto ICMPv6: non può essere più lungo di 576ottetti8 8 16Type Code ChecksumParameterHeaders del pacchetto che ha causato l’errore58

ICMPv6: EchoTipi di messaggi Echo request (type= 128) Echo reply (type= 129)8 8 16Type Code ChecksumIdentifierSequence NumberData59

ICMPv6: Group ManagementTipi di messaggi Group Membership Query (type=130) Group Membership Report (type=131) Group Membership Termination (type=132)Type Code ChecksumMaximum Response DelayUnusedMulticast Address60

Stato dell’arte di IPv6Definizione aspetti base di IPv6 è completa e stabileIn via di defizione meccanismi di supporto a servizi piùinnovativi Implementazioni : router: principali costruttori integrano IPv6 Hostbuona / ottima compatibilità in tutti i sistemi operativi moderniInstallato di default dalla maggioranza dei sistemi operativimoderni61

E’ necessario migrare a IPv6 ?Retrofitting La quasi totalità delle migliorie studiate in funzione di IPv6 sonostate rese compatibili IPv4DHCPIPSecQuality of ServiceMobileIPProblema esaurimento indirizzi IPv4 il NAT è potente ma molto complesso e difficile da realizzare inhardwareSì, è necessario migrare a IPv662

Conclusioni IPv6 è ormai maturo, anche se non è ancoradisponibile su tutte le piattaformeLa sua adozione è fortemente influenzata dalla enormebase di applicazioni IPv4L’affermazione di IPv6 nel lungo periodo sembra moltoprobabile Difficile stabilire cosa vuol dire “lungo periodo”63