Breve Descrizione del protocollo IPv6 - Sfatiamo qualche mito

1. IPv6
Una breve panoramica

2. IPv6
Tra miti e realtà
Mito – L’IPv6 non si usa. Non sarà usato nei prossimi anni e forse non arriverà mai
Realtà – L’IPv6 è già in uso e si sta diffondendo rapidamente
Mito – L’IPv6 è simile all’IPv4, ha solo molti più indirizzi, ma funziona nello stesso modo
Realtà – L’IPv6 è un protocollo nuovo, somiglia all’IPv4, ma è anche molto diverso e presenta
molte nuove caratteristiche
Mito – L’IPv6 è sicuro perché ha un modulo di sicurezza integrato
Realtà – La presenza nativa del modulo IPSEC non rende di per se il protocollo più sicuro
Mito – L’IPv6 evita il NAT, ma il NAT serve anche a fare sicurezza. Si perderà in sicurezza con
l’avvento dell’IPv6 se non si usa il NAT
Realtà – Bisognerà cambiare approccio, ma la stesso livello di sicurezza (e anche superiore)
può essere ottenuto anche senza NAT (RFC4864 Local Network Protection for IPv6)
IPv6
2
Domande: Quanti di noi hanno connettività IPv6 a casa?
Quanti di noi si trovano in ambienti lavorativi in cui si usa
IPv6 o si comincia a testarlo?

3. Fine degli anni ‘80
Problema 1 - Crescita delle tabelle di Routing
Reti IPv4 nei primi anni ‘90 Crescita fino ad oggi
AS6
11.0.0.0
131.40.0.0
194.5.32.0
AS1
16.3.2.0
85.13.0.0
BGP
AS5
89.43.1.0
76.52.32.0
AS2
23.0.0.0
AS3
123.45.6.0
12.2.0.0
208.43.0.0
AS4
8.8.0.0
34.65.13.0
BGP
BGP
BGP
BGP
BGP
BGP
IPv6
3
• A fine anni ‘80 l’IETF si accorge che la crescita indiscriminata delle tabelle
di routing avrebbe potuto impattare negativamente sulla crescita di
Internet

4. 512K Day
12 Agosto 2014
Molti router sul backbone hanno raggiunto il limite hardware sulla
TCAM (512K entry)
E’ stato necessario modificare le impostazioni e riavviare i router
Su molti modelli il limite è di 1 Milione di entry
IPv6
4

5. Huitema - Durand
Problema II - Il rapporto H-D e l’esaurimento degli indirizzi
Host-Density Ratio
0 1
Inefficiente
(Nessun indirizzo usato)
Efficiente
(Tutti gli indirizzi usati)
Analizzano l’efficienza dei piani di numerazione delle reti telefoniche
Definiscono un rapporto noto come Host Density-Ratio
Ipotizzando un HD-Ratio compreso tra 0.7 e 0.9 stimano l’esaurimento
degli indirizzi IPv4 nell’anno 1999 (erano i primi anni ‘90)
IPv6
5
Rete HD-Ratio
Rete telefonica francese (8 numeri) 0.875
Rete telefonica francese (9 numeri) 0.778

6. La reazione dell’IAB/IETF
Soluzioni ai problemi
L’IETF si muove su due binari paralleli
Progettazione e realizzazione di un nuovo protocollo che dovrà risolvere i
problemi in modo definitivo
Progettazione e introduzione di nuove tecnologie su IPv4 per prolungarne
la vita utile, in attesa che il nuovo protocollo sia pronto e si possa
diffondere
IPv6
6
WG IPng
IPv6
RFC 1519 (Sett ’93) – VLSM
RFC 1631 (Maggio ‘94) – NAT
RFC 1918 (Feb ‘96) – Classi Private
RFC 4632 (Agosto ‘06) – CIDR
RFC 6598(Aprile ‘12) – CGN Shared Address Space
IPv4

7. IPv5
Internet Stream Protocol
Protocollo che doveva occuparsi del QoS end to end
Condivideva lo stesso header dell’IPv4, ma aveva Version
Number 5
Si doveva usare in parallelo all’IPv4
Oggi si usa il protocollo RSVP (Resource Reservation Protocol)
per ottenere Hard QoS
IPv6
7

8. IPv6
Step importanti
Il WG “IPng” viene creato nel 1993 e qualche tempo dopo viene
creata la rete 6BONE per la sperimentazione del nuovo
protocollo
6BONE viene ‘chiusa’ il 6 giugno 2006 (6-6-2006) e nello stesso
giorno finisce la sperimentazione del nuovo protocollo
Il Governo Americano nel 2004 comincia la migrazione delle sue
macchine su IPv6, e chiede ai vendor di fornire macchine con
stack compliant al nuovo protocollo
IPv6
8

9. IPv6
Diffusione e migrazione
La migrazione sarà lenta e complessa
I due protocolli (IPv4 ed IPv6) coesisteranno per lungo tempo
Negli ultimi 10 anni non sembra essersi diffuso all’interno delle reti
DOMANDE:
Qualcuno lo usa ?
Quanto ?
Si sta diffondendo ?
IPv6
9
FASE I
INTERNET SERVICE PROVIDER
FASE II
SITI AZIENDALI E INTRANET

10. IPv6
Cosa si sta facendo per facilitarne la diffusione
I moderni sistemi operativi danno precedenza allo stack IPv6
RIPE non assegna più indirizzi IPv4 ai LIR a meno che non si
richieda un prefisso IPv6
RIPE non assegna altri indirizzi IP se non si arriva almeno ad un
HD Ratio pari a 0.95
IPv6
10

11. IPv6
Percentuale di AS che annunciano reti IPv6
IPv6
11
I grafici misurano la percentuale di reti che annunciano IPv6, ma non
quanto sia diffuso l’uso del protocollo all’interno della rete, né quanto siano
grosse le reti

12. IPv6
RIPE 5 Star Program
IPv6
12

13. Il Governo Americano
Come si sta muovendo?
IPv6
13

14. IPv6 14

15. IPv6
Quanto traffico IPv6 passa
IPv6
15

16. IPv6
Crescita dell’IPv6
IPv6
16

17. IPv6
Dati Google
Percentuale di traffico IPv6 in arrivo sull’infrastruttura Google
IPv6
17

18. IPv6
Dati Google per Country
IPv6
Altri Dati: http://6lab.cisco.com/stats/index.php?option=all 18

19. RIPE
Fasi e Policy
A settembre ‘12 RIPE annuncia
che rimane solo una classe /8
disponibile
Viene modificata la policy per
l’assegnazione degli IP
IPv6
19

20. Esaurimento IPv4
Aziende “Illuminate”
Nel 2011 Microsoft acquista 660K IPv4 pagando 7.5 Milioni di
dollari
IPv6
20

21. Raccomandazioni RIPE
Aziende
IPv6
21

22. I ‘difetti’ del protocollo IPv4
Impariamo dall’esperienza
Spazio di indirizzamento troppo piccolo
Aumento esponenziale della dimensione delle tabelle di routing BGP
Nessun meccanismo di sicurezza
Scarsa efficienza
Non ottimizzato per processori moderni
Introduzione di ritardi a causa del calcolo del CRC
Introduzione di ritardi a causa della frammentazione
Traffico di broadcast
Autoconfigurazione
Estrema difficoltà di renumbering
Scarso supporto ed uso del Multicast
Introduzione di ritardi e rottura del modello ‘End-to-End’ a causa del NAT
Non facile espandere o modificare lo standard per accomodare nuove
esigenze
Difficoltà nell’implementazione delle tecniche di QoS
Difficile gestione del Multihoming
Nessun supporto al MobileIP
IPv6
22
+ di 30
criticità

23. IPv6 vs IPv4
Gli header a confronto
L’header IPv6 è stato notevolmente semplificato
Ha lunghezza fissa di 40 byte
IPv6
23

24. Indirizzi IPv6
Difetto 1: Spazio d’indirizzamento troppo piccolo
L’indirizzo IPv6 è grande 128 bit
Si rappresenta in esadecimale, in 8 gruppi da 2 byte ciascuno separati
da :
Gli zeri iniziali di un gruppo possono essere omessi
Se vi sono degli zeri contigui è possibile ometterli e rappresentarli con
:: (1 sola volta)
IPv6
24
2001:DB8:1C::FF:FEAB:01CA
Traffico IPv6
Unicast – Traffico da un host destinato ad un solo host
Multicast – Traffico da un host destinato ad un gruppo
di host
Anycast – Traffico da un host destinato ad un host (il
più “vicino”)

25. Quanti IP?
Proviamo a fare qualche semplice calcolo…
IPv4
232 = 4.3 miliardi
7.277.624.250 di persone sulla terra
0.56 IPv4 a testa
IPv6
2128 = 3.40 • 1038
7.277.624.250 di persone sulla terra
4.67•1028 (4.67 miliardi di miliardi di miliardi) IPv6 a testa
IPv6
25
• 1022 granelli di sabbia sulla terra
• 1027 grammi è la massa della terra
• 1026 metri è la dimensione dell’universo
osservabile
• 1024 è il numero di stelle nell’universo
1.000.000
100
10

26. Indirizzi IPv6
Struttura di un indirizzo IPv6
L’indirizzo IPv6 ha una struttura fissa ed è costituito da due parti:
Network Prefix – Primi 64 bit
Interface ID – Ultimi 64 bit
IPv6
26
Network Interface ID
2001:0DB8:0001:0002: CA7E:1232:BABE:17AE
2001:0DB8:0001:0002: Rete IPv6
Host CA7E:1232:BABE:17AE
2001:0DB8:0001:0002/64 Prefix

27. Indirizzi IPv6
Tipologie di indirizzi
In IPv6 esistono diverse classi di indirizzi e vengono identificate
da un opportuno prefisso
Global – 2000::/3
Link-Local – FE80::/10
Unique-Local
Globally Unique – FC00::/8
Local Generated – FD00::/8
Site-Local (deprecati) – FEC0::/10
Documentazione – 2001:db8::/32
IPv6
27
IPv4 Embedded
IPv4 Mapped - ::ffff:0:0/96
IPv4 Compatible (deprecati)
IPv4 Converted
IPv4 Translatable
Tunnel
Teredo – 2001::/32
ISATAP
6to4 – 64:ff9b::/96 + 2002::/16

28. Indirizzi IPv6
Indirizzi speciali e riservati
Indirizzi riservati
::1/128 – Loopback
::/128 – Unspecified
::/0 – Default route
Provider-Independent address space
2001:678::/29
Internet Exchange Point
2001:7f8::/29
Durante la fase di transizione (IPv4-IPv6) potranno comparire indirizzi
rappresentati in dotted-quad notation
::ffff:192.173.13.1
IPv6
28

29. Indirizzi IPv6
Difetto II: Aumento delle dimensioni delle tabelle BGP.
Allocazione e Summarization
2001:0DB8:0001:0002::/64
B8:
La struttura dell’indirizzo è ben definita per consentire
il più possibile l’uso della summarization in modo tale
da contenere la crescita della dimensione delle
IPv6 tabelle BGP
29
2001:0D
/23 - RIR
/0
- APNIC
- ARIN
- RIPE
- LACNIC
- AfriNIC
/32- LIR
512
Provider
0001:
/48- Customer
65536
Clienti
0200:
/64- Subnet
65536
Reti
PREFIX:
CA7E:1232:BABE:17AE
/128 Host
INTERFACE ID

30. Indirizzi IPv6
Generazione dell’Interface ID: Privacy Extensions
La parte di Interface ID viene generalmente ottenuta tramite
espansione EUI-64:
Si prende il MAC Address della scheda di rete che è di 48 bit
Lo si espande a 64 bit inserendo al centro il tag: FF FE
Per privacy, la parte di Interface ID può essere generata anche in
maniera casuale, dando vita ai:
Random Address
Temporary Address
IPv6
30
0000:0CAB:77E3
0000:0C FF:FE AB:77E3

31. IPv6 Sicurezza
Difetto III: Nessun meccanismo di sicurezza
IPSEC e First Hop Security
IPv6 integra in modo nativo diverse tecnologie che servono a
mitigare attacchi sulla rete. Le più importanti sono:
IPSEC
Protocollo di sicurezza che consente di ottenere End-to-End:
Cifratura
Integrità
Autenticazione
IKEv1/v2
Protocollo di sicurezza per lo scambio dinamico delle chiavi e delle Security
Association IPSEC
First Hop Security
SeND
CGA
IPv6 RA-Guard
IPv6
31

32. IPv6 Ottimizzazioni
Difetto IV: Scarsa efficienza
IPv4 non ottimizzato per moderne CPU
IPv6 ha l’header allineato a 64 bit
IPv4 introduce ritardi considerevoli a causa del calcolo del CRC
IPv6 non calcola il CRC. Il campo è stato rimosso
I router in IPv4 introducono considerevoli ritardi a causa del
fenomeno della frammentazione
IPv6 non ammette frammentazione
E’ obbligatorio avere una MTU minima di 1280 byte
E’ nativo il supporto alla tecnologia PMTUD che deve sempre essere usata
Se strettamente necessario, è previsto un header di frammentazione
In IPv4 si usa traffico di broadcast molto inefficiente (si pensi
all’ARP)
IPv6 non usa più traffico di Broadcast, che viene sostituito dal molto più
efficiente traffico di multicast e non usa più ARP per la risoluzione L3/L2
IPv6
32

33. IPv6 Ottimizzazioni
Difetto IV: Scarsa efficienza
IPv4 non consente autoconfigurazione (se non limitatamente con
indirizzi APIPA)
IPv6 supporta autoconfigurazione tramite l’uso degli indirizzi Link-Local
IPv4 non consente un renumbering (cambio del piano di
indirizzamento) agevole delle reti (di solito è un’operazione complicata
e costosa)
IPv6 introduce due tipi di configurazione per gli indirizzi. Queste tecnologie
agevolano il renumbering (quasi) automatico delle reti
StateLess Address AutoConfiguration (SLAAC)
DHCPv6
Prefix Delegation
IPv4 fa un uso molto limitato (e spesso inefficiente e complicato) del
traffico multicast
IPv6 usa pesantemente il traffico multicast che diventa ‘scoped’
Le reti IPv4 richiedono l’uso massivo del NAT, che introduce latenza e
crea molti problemi
IPv6 non prevede l’uso del NAT se non in contesti molto limitati e per scopi
specifici
IPv6
33

34. IPv6 Extension Header
Difetto V: Non facile modificare o estendere lo standard
La struttura fissa dell’IPv4 rende il protocollo difficilmente
modificabile
IPv6 utilizza il concetto di Next-Header tramite il quale è
possibile inserire nuovi header ed estendere il protocollo se
necessario
Esempi di Next-Header
Encapsulating Security Payload Header
Authentication Header
Hop-by-Hop
Destination Options
Routing Header
Mobility Header
Fragment Header
IPv6
34
Fragment Header

35. IPv6 QoS
Difetto VI: Difficoltà nelle implementazioni delle tecniche
QoS
In IPv4 si utilizza il campo ToS ed in particolare i tre bit di IP
Precedence per fare QoS
RFC successivi introducono DSCP
Ambiguità e situazione non uniforme
IPv6 Introduce il campo Traffic Class che rende uniforme
l’interpretazione
IPv6 Introduce anche un nuovo campo chiamato Flow Label
Dovrebbe servire principalmente per migliorare la parte di QoS
Ancora non è ben chiaro come utilizzarlo
IPv6
35

36. IPv6 QoS
Difetti VII e VIII: Multihoming e IP Mobile
In IPv4 fare multihoming è complesso e costoso
IPv6 semplifica notevolmente la possibilità di realizzare reti
multihomed
In IPv4 realizzare la mobility è complesso e costoso
IPv6 rende possibile la mobility e la semplifica
IPv6
36

37. IPv6
Gli altri protocolli
In IPv4 lo stack deve supportare altri tre protocolli per garantire il
corretto funzionamento delle reti
ARP – Risoluzione L2/L3 (Arp Request/ARP Reply)
ICMP – Messaggistica ed errori (Echo, Unreacheable, TTL Exceeded,
Redirect,…)
IGMP – Gestione del Multicast (Query, Join, Leave)
In IPv6 i tre protocolli vengono accorpati in un nuovo protocollo
chiamato ICMPv6
ICMP Neighbor Discovery o ND – Svolge le funzioni che prima erano
proprie dell’ARP (aggiungendone di nuove, per esempio la tecnologia
DAD – Duplicate Address Detection)
ICMP Multicast Listener Discovery o MLD – Svolge le funzioni che prima
erano proprie dell’IGMPv3
Mantiene solo alcuni dei messaggi ICMP
IPv6
37

38. IPv6
Nuovi algoritmi e nuove strutture dati
In IPv6 non vi è più l’ARP Table, ma una IPv6 neighbor table
Un computer con uno stack IPv6 avrà probabilmente più indirizzi
IPv6 su una singola interfaccia. Quando cerca di stabilire una
connessione quale degli indirizzi deve usare?
Si utilizza un algoritmo noto come Source Address Selection (SAS)
Un host che vuole contattare un server che ha più indirizzi IPv6,
deve scegliere quale indirizzo IPv6 utilizzare
Si utilizza un algoritmo noto come Destination Address Selection
L’RFC che descrive gli algoritmi è il 6724 – Default Address
Selection
IPv6
38

39. IPv6
Uso di ND e Solicited Node Address
Il pc appena acceso genera un indirizzo
Link-Local
Utilizza il prefisso riservato FE80::/10
Effettua una espansione EUI-64 e la utilizza
come Interface ID
Grazie al meccanismo DAD è in grado di
rilevare se l’indirizzo è già in uso, nel caso
(evento raro) lo cambia
Invia un pacchetto ICMP ND di tipo RS
(Router Solicitation) all’indirizzo di
multicast well-known con scope Local
FF01::2 (All-routers) a cui tutti i router del
segmento sono iscritti
Tutti i router rispondono con un messaggio
ICMP RA (Router Advertisement)
all’indirizzo di multicast well-known con
scope Local FF01::1 (All-nodes)
notificando:
Uno o più prefissi IPv6, con i rispettivi
preferred e valid lifetime
La necessità di richiedere un indirizzo ad un
server DHCPv6
Eventuali altre opzioni (priorità del router,
dns,…)
Il pc riceve i prefissi IPv6 e genera un
indirizzo per ognuno di essi utilizzando il
proprio Interface ID
Genera un Solicited Node address e si
iscrive al gruppo multicast (il solicited
node address si ottiene dal prefisso
FF02::1:FF00/104 più i 24 bit
IPv6
39
FE80::ABAB:CEFF:FEDE:BBBB
FE80::CC43:AAFF:FE44:DBDB
RS
RA
Prefix is
2001:DB8:71/64
2001:DB8:71::CC43:AAFF:FE44:DBDB
Preferred: 86400 Valid: 180000
FF02::1:FF00:44:DBDB
Solicited Node

40. IPv6
Uso di ND e Solicited Node Address
Quando un pc necessita
di comunicare con un
altro nodo deve prima
popolare la neighbor
table utilizzando il
messaggio di Neighbor
Solicitation (NS)
Il messaggio NS viene
inviato all’indirizzo di
multicast del Solicited
node che si può calcolare
dall’indirizzo IPv6
L’host risponde con un
messaggio di Neighbor
Advertisement che
IPv6 fornisce il MAC Address
40
Ping
2001:DB8:71::CC43:AAFF:FE44:DBDB
2001:DB8:71:: ABAB:CEFF:FEDE:BBBB
NS DA: FF02::1:FF00:44:DBDB
2001:DB8:71::CC43:AAFF:FE44:DBDB
DMAC: 33:00:44:DBDB
NA DA: 2001:DB8:71:: ABAB:CEFF:FEDE:BBBB