2008, Edgard Jamhour IPv6 Internet Protocol – Versão 6 Edgard Jamhour

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IPv6Internet Protocol – Versão 6

Edgard Jamhour

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Problemas do IP Versão 4

• Crescimento do IPv4– 07/2007 490 milhões de hosts

– 01/2008 542 milhões de hosts

– IPv4 permite endereçar 32 bilhões de hosts.

PREVISÃO DE ESGOTAMENTO

= 1994

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Soluções Alternativas

• Previsão inicial de esgotamento:– 1994

• Soluções propostas no início dos anos 90:– CIDR (Classless Inter Domain Routing)

• Reduziram a pressão por IP´s mas aumentam em demasia as tabelas de roteamento dos backbones na Internet.

– Endereços IPv4 privados podem ser utilizados apenas por clientes.

• Novas aplicações estão aumentando a necessidade de mais endereços IPv4 para servidores.

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Problemas de Arquitetura

IXP

Internet Exchange Point

ISP

ISP

ISPISP

ISP

A criação do CIDR, provocou grande incremento no número

de rotas dos roteadores de borda (entradas BGP)

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Crescimento das Entradas BGP

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Distribuição da Alocação

• Uma parte dos endereços não pode ser utilizada no modo unicast.

• Endereços podem ter sido atribuídos, mas ainda não anunciados pelo BGP

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Previsão do Esgotamento IPv4

• A análise da alocação de endereços IPv4 é feita em blocos /8

• Todo o espaço de endereçamento da Internet pode ser dividido em 256 blocos /8.

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Crescimento da Alocação IPv4

(www.nro.net)

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Alocação de Endereços IPv6

(www.nro.net)

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Previsão de Esgotamento

• Novas alocações da IANA: 2012

• Esgotamento de todos os endereços já alocados: 2018

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IPv6

• IPv6: Internet Protocolo, versão 6.– Também denominado IPng (ng: next generation)

• Características:1. Endereçamento hierárquico, baseados em prefixos, permite

manter as tabelas de roteamento pequenas e roteamento eficiente no backbone.

2. Mecanismos de autoconfiguração de interfaces de rede.

3. Suporte ao encapsulamento de si mesmo e dos outros protocolos.

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Características do IPv6

4. Classe de serviço para distinguir o tipo de dados.

5. Suporte a roteamento multicast aperfeiçoado.

6. Autenticação e criptografia embutidas.

7. Métodos de transição para migrar para IPv4.

8. Métodos de compatibilidade para coexistir e comunicar com IPv4.

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Datagrama IPv6

• IPv6 utiliza um formato de datagrama completamente diferente do IPv4.

• O cabeçalho do IPv6 é composto de duas partes:– um cabeçalho de tamanho fixo

– zero ou mais cabeçalhos de extensão

Cabeçalho Base

Cabeçalho Extensão

Dados... Cabeçalho Extensão

tamanho fixo tamanho fixo ou variável

CabeçalhoCom todos as funções

IPv6

DADOSIPv4

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Cabeçalho IPv6

• A figura abaixo mostra a porção fixa do cabeçalho IP. – O cabeçalho IPv6 tem menos campos que o IPv4

– No total, o IPv6 utiliza um cabeçalho de 40 bytes.

Version Byte DS Flow Label

Payload length Next Header Hop Limit

Source Address(16 bytes)

Destination Address(16 bytes)

byte 1 byte 2 byte 3 byte 4

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Cabeçalho IPv6

• Version (4 bits)– Contém o número fixo 6.

– Será utilizado pelos roteadores e demais hosts para determinar se eles podem ou não transportar o pacote.

IPv4

IPv6O roteador analisa o campo de versão para determinar como o restante do cabeçalho deve ser

interpretado.

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Controle de Fluxo

• Flow Label (20 bits)– Permite identificar 1 milhão de conexões entre 2 pares de IP.

– Permite controlar a banda associada a uma conexão.

– O tratamento dado a uma conexão deverá ser pré-definido em cada roteador que participar da rota do datagrama, previamente a comunicação.

IPA IPB

FL=1

FL=2

No IPv6 os roteadores podem diferenciar as conexões.

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Cabeçalho IPv6

• Payload Lenght (16 bits)– Indica quantos bytes seguem o cabeçalho fixo de 40 bytes.

– O valor é zero no caso do jumbograma.

• Next Header (8bits)– Se houver cabeçalhos de extensão, indica o seu tipo.

• Atualmente são definidos 6 tipos de cabeçalho de extensão

– Se não houverem, indica o cabeçalho de transporte.

• Hop Limit (8 bits)– Equivalente ao Time to Live do IPv4.

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Cabeçalhos de Extensão

• 6 tipos de cabeçalhos de extensão estão definidos atualmente:– Hop-by-hop options (0):

• informações para analisadas pelos roteadores

– Routing (43)

• rota completa ou parcial que a mensagem deve seguir

– Fragmentation (44)

• Gerenciamento de fragmentos de datagrama

– Authentication (51)

• Verificação da identidade do transmissor

– Encrypted security payload (50)

• Informação sobre o conteúdo criptografado

– Destination options (60)

• Analisadas apenas pelos computadores.

– Sem próximo cabeçalho (59)

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Comparação com IPv4

• Os seguintes campos do IPv4 foram eliminados do cabeçalho básico IPv6:– Identificação, Flags de Fragmentação e Deslocamento de

Fragmento.

• O TCP tende a eliminar a fragmentação de datagramas.• Quando necessário pode ser definido num cabeçalho de extensão.• O IPv6 especifica uma MTU de 576 bytes ou mais.

– Checksum de Cabeçalho

• Eliminado para reduzir a carga na CPU dos roteadores.• Pode ser implementado pelo TCP ou pelo cabeçalho de autenticação.

– Tipo de Serviço (TOS)

• Substituído pelo conceito de fluxo

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Cabeçalhos de Extensão

• Os datagramas IPv6 podem ter 0 ou vários cabeçalhos de extensão, conforme mostra o exemplo abaixo:

cabeçalho baseNEXT = TCP

segmento TCP

cabeçalho baseNEXT = ROUTE

cabeçalho ROUTENEXT=TCP

segmento TCP

cabeçalho baseNEXT = ROUTE

cabeçalho AUTHNEXT=TCP

segmento TCP

cabeçalho ROUTENEXT=AUTH

cabeçalho baseNEXT = IPv6 (41)

Cabeçalho IPv6

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Hop-by-hop Header

• Define opções sobre o datagrama transportado, que todos os roteadores devem analisar (todos os nós IPv6, incluindo o destino).

• Formato dos cabeçalhos de extensão: T-L-V (Type – Length – Value)– Tamanho variável

• Type (8 bits): XX – Y – ZZZZZ– XX: indica como um nó IPv6 que não reconhece a opção deve proceder.

• Ignorar, Descartar em Silêncio, Descartar enviando ICMP

– Y: se a opção muda ou não ao longo do trajeto .

• Se muda, não incluir no checksum

– ZZZZZ: bits que definem a opção

• E.G. Exemplo de opção: 194 (Jumbograma)

– Suportar datagramas com mais de 64K

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Exemplo: Jumbograma

Next Header

194

Jumbo payload length

1 byte 1 byte

0

1 byte

tamanho do datagrama, valor superior a 64k (até 4 Gbytes)

indica a opção “jumbograma”

indica o tamanho do cabeçalho de extensão (menos 8 bytes que são mandatários)

indica o tipo de cabeçalho de extensão (hop by hop)

4

1 byte

Tamanho do campo valor, em bytes.

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Destination Options Header

• Permite passar informações que devem ser interpretadas apenas pelo destinatário.– É destinado para suportar o desenvolvimento de novos softwares sem

causar problemas com os roteadores existentes.

– Essa opção permitirá a criação flexível de novos protocolos de roteamento (para os roteadores) e novos protocolos entre usuários finais.

Next Header

opcoes

opcões

1 byte 1 byte

Length

2 bytes

seqüência de opções individuais.

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Routing Header

• Indica um ou mais roteadores que devem compor o caminho do pacote até o destinatário.– o caminho completo pode ser especificado (strict routing)

– o caminho parcial pode ser especificado (loose routing)

Próximo Cabeçalho

Tipo(0)

1 byte 1 byte

Tamanho do Cabeçalho

Número de saltos restantes (máximo de 23)

Endereços Restantes

Bit map

1 – 24 endereços

1 byte 1 byte

indica se cada endereço pertence a uma rota “strict” ou “loose”.

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Roteamento

A C

D

E5-ABCDE-00000

4-ABCDE

3-ABCDE

2-ABCDE

1-ABCDE

0-ABCDE

3-ACE-111

2-ACE2-ACE

1-ACE1-ACE

0-ACE

strict routing

loose routing

B

A C E

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Fragmentation Header

• A fragmentação no IPv6 funciona de maneira similar ao IPv4.– Ao contrário do IPv4, o IPv6 só permite efetuar a fragmentação na

origem.

– Os roteadores não podem fragmentar os pacotes. Se o pacote for muito grande para ser colocado num quadro, ele é descartado pelo roteador e uma mensagem ICMP é enviada de volta ao cliente.

Next Header

Fragment Offset

1 byte 1 byte

Reservado res

Datagram Identification

13 bits 1 bit

indica se é o último fragmento ou não.

MF

1 bit

indica a posição do fragmento (múltiplo de 8 bytes).

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Authentication Header

Next Header reserved

1 byte 1 byte

Length reserved

SPI: Security Parameter Index

Authentication Data(ICV: Integrity Check Value)

Campo de Tamanho Variável, depende do protocolo de autenticação utilizado

1 byte 1 byte

• Provê serviços de autenticação e Integridade de Pacotes.

Sequence Number

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Campos do IPsec AH

• Next Header:– Código do protocolo encapsulado pelo IPsec, de acordo com os

códigos definidos pela IANA (UDP, TCP, etc ...)

• Length: – comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32.

• Security Parameter Index: – identificador de 32 bits, com a SA compartilhada pelo transmissor

e pelo receptor.

• Authentication Data: – Código de verificação de integridade (ICV) de tamanho variável,

depende do protocolo utilizado.

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Encrypted Security Payload Header

• ESP provê recursos de autenticação, integridade e criptografia de pacotes.

Next HeaderPad (0 – 255 bytes)

1 byte 1 byte

Pad Length

Security Parameter Index

Encrypted Payload(dados criptografados)

1 byte 1 byte

Sequence Number

Authentication Data(tamanho variável)

HEADER

TRAILER

AUTH

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Campos do IPsec ESP

• Header:– SPI e Sequence Number: Mesmas funções do AH

– O algoritmo de criptografia pode ser qualquer, mas o DES Cipher-Block Chaining é o default.

• Trailler:– Torna os dados múltiplos de um número inteiro, conforme requerido pelo

algoritmo de criptografia.

– O trailler também é criptografado.

• Auth:– ICV (Integrity Check Value) calculado de forma idêntica ao cabeçalho AH.

Este campo é opcional.

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Endereços IPv6

• Definido pela RFC 2373 – IPv6 Addressing Architecture

• Exemplo de Endereço IPv6:– FE80:0000:0000:0000:68DA:8909:3A22:FECA

• endereço normal

– FE80:0:0:0:68DA:8909:3A22:FECA

• simplificação de zeros

– FE80 ::68DA:8909:3A22:FECA

• omissão de 0’s por :: (apenas um :: por endereço)

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Categorias de Endereço IPv6

• Unicast:– O destinatário é um único computador.

• Anycast:– O endereço de destino define um grupo de hosts. O

pacote é entregue para qualquer um deles (o mais próximo)

• Multicast:– O destinatário é um grupo de computadores,

possivelmente em redes físicas distintas.

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Categorias de Endereço

AC B

B

unicast

multicast

anycastOU

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Reserved

Allocation

0::/8 1/256

Prefix (hexa) Fraction of Address Space

Unassigned … …

NSAP Allocation 200::/7 1/128

IPX Allocation 400::/7 1/128

Unassigned … …

Aggregatable Global Unicast

Addresses

2000::/3 1/8

Unassigned … …

Link Local Unicast Addresses. FE80::/10 1/1024

Site Local Unicast Addresses

FEC0::/10

1/1024

Multicast Addresses FF00::/8 1 1/256

Total Alocado 15%

Classes de Endereço IPv6

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Endereços Unicast Especiais

• Loopback: – ::1

• Não especificado (todos os bits iguais a ‘0’)– ::

• Compatível com IPv4 (prefixo de 96 bits ‘0’)– ::AB:CD equivalente a A.B.C.D (e.g. ::0102:0304)

• Mapeado (prefixo de 80 bits ‘0’)– ::FFFF:<IPv4>

– Permite que hosts IPv6 falem com servidores IPv4 (eg. ::FFFF:0102:0304)

• Local ao Enlace:– Endereços de rede física ou enlace (privado não roteáveis)

• Local ao Site:– Endereços de redes privada (privado roteáveis)

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TLA ID NLA ID SLA ID Interface ID

3 13

19 16 6413

FP 001

Sub -TLA

Aggregatable Global Unicast

FP: Format Prefix (AGGR)

TLA ID: Top Level Aggregation Identifier

NLA ID: Next Level Aggregation Identifier

SLA ID: Site Level Aggregation Identifier

Interface ID: Link Level Host Identifier

AGGR

Organização

BA

CK

BO

NE SITE

SITE

TLA

BA

CK

BO

NE

NLA

Organização

SLA

global routing prefix

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Arquitetura Internet IPv4 X IPv6

• O IPv6 prevê 8192 TLA, correspondentes as entradas nas tabelas de roteamento dos roteadores de mais alto nível.

• A alocação de endereços está sendo feita através de blocos menores, denominados sub-TLAs

• Cada sub-TLA pode controlar até 219 organizações (524288 organizações).

• Cada organização pode ter até 216 sites (64K sub-redes).

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Endereços de Multicast IPv6

• O formato de endereços Multicast IPv6:– PF: valor fixo (FF)

– Flags:

• 0000 endereço de grupo dinâmico• 1111 endereço de grupo permanente

– Escopo:

• 1: nó local, 2: enlace local, 5: site local, 8: organização• 14: global.

Flags ID de Grupo

8 4 4PF Escopo

112

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Endereços Multicast Especiais

• RFC 2375– FF01::1: todas as interfaces do nó (host)

– FF02::1: todos os nós do enlace (rede local)

– FF01::2 todos os roteadores locais ao nó

– FF05::2 todos os roteadores do site

– FF02::B agentes móveis locais ao enlace

– FF02::1:2 agentes DHCP do enlace

– FF05::1:3 servidores DHCP do site

– FF02::1::FFxx:xxxx endereço de nó solicitado (formado com os 24 bits de endereço unicast do host).

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ICMPv6

• As funções do protocolo ICMP foram estendidas no IPv6.

• O ICMPv6 (RFC 1885: Internet Control Message Protocol for IPv6) recebeu também as funções:– De controle das informações de grupos Multicast (feitas pelo

IGMPv4)

– Da resolução de endereços IPv6 (feitas pelo ARP)

• As funções do ICMPv6 também estão descritas na RFC 2461 (Neighbor Discovery for IPv6)

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Mensagens ICMP

• Identificadas como Next Header = 58– Tipo:

• 0 a 127: erro

– Destino inalcançável, pacote muito grande, TTL excedido, problema de parâmetro

• 128 a 362: informativas

– Echo request, Echo response, Consulta de Adesão ao Grupo, Relatório de Adesão a Grupo, Redução de Adesão ao Grupo, Solicitação de Roteador, Anúncio de Roteador, Solicitação de Vizinho, Mensagem de Redirecionamento, etc.

Código

Corpo da Mensagem

8 8 16

Tipo Checksum

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Mensagens ICMP

Router Advertisement

Router Solicitation

Neighbor Solicitation

Neighbor Advertisement

Solicita MAC

Fornece MAC

Anuncia Prefixo

Solicita Prefixo

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Autoconfiguração de IP sem Estado

• Atribuição automática de IP na inicialização de uma interface pode ser feita de duas formas.– Stateful: via DHCP

– Stateless: via ICMPv6 (RFC 1971)

• O processo stateless envolve os seguintes passos:– 1. O host cria um endereço de enlace local:

• FE80::/10 combinando com seu endereço MAC

– 2. O host verifica se o endereço já existe com uma mensagem de neighbor advertisement. Se já existir, a autoconfiguração falhou.

– 3. O host envia mensagens de solicitação de roteador, se nenhum responder, o host tenta DCHP, se nenhum responder, ele se comunica apenas no interior do enlace.

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Autoconfiguração de IP sem Estado (continuação)

– 4. Se o host receber uma mensagem de router advertisement:

• Se o flag M estiver setado (endereço gerenciado):

– O nó deve solicitar seu endereço via DHCP• Se o flag O estiver setado (outras configuração de estado):

– O nó deve obter também as demais informações de configuração de rede via DHCP.

• Se o flag A estiver setado

– O host autoconfigura seu endereço sem DHCP• Opção de Prefixo:

– Se o flag A estiver setado, o host reconstrói seu endereço utilizando o prefixo recebido e seu endereço MAC.

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Dual Stack

• A forma mais simples de integração entre IPv4 e IPv6 é utilizar S.O. dual stack.

Aplicação Aplicação

TCP TCP

IPv4 IPv6

Enlace

Aplicação

TCP

IPv4

Enlace

Aplicação

TCP

IPv6

Enlace

Dual Stack Host

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Técnicas de Tunelamento

• Permite que hosts ou redes IPv6 isoladas se comunique pela Internet.

• Pacotes IPv6 são encapsulados como dados de pacotes IPv4.

SRC IPv4 payloadDST IPv4

Tunnel Endpoints

payloadSRC IPv6 DST IPv6

TIPO

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ISATAP

• ISATAP é um mecanismo para atribuição automática de endereço e configuração automática de túneis que permite que hosts IPv6 se comuniquem através da Internet.

FE80::5EFE:192.168.1.2 FE80::5EFE:10.32.1.2

IPv4

192.168.1.2 10.32.1.2 IPv6

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6to4 scheme

Tunelamento 6to4

1/65535

AGGR (1/8)

Reserved

Allocation

0000 0000 1/256

Prefix (binary) Fraction of

Address Space

Unassigned … …

NSAP Allocation 0000 001 1/128

IPX Allocation 0000 010 1/128

Unassigned … …

Aggregatable Global Unicast Addresses

001 1/8

Unassigned … …

. 1111 1110 10 1/1024

1111 1110 11 1/1024

Multicast Addresses 1111 1111 1/256

Site-Local Unicast Addresses

Link-Local Unicast Addresses

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Endereços 6to4

• Classe de endereços especiais definidas para o tunelamento 6to4 (RFC 2529)– 2002::/16

0 0000 0000 0010 V4ADDR001 SLA ID Interface ID

3 13 32 64

2002:

16

Site Address 80 bits

Interface externa do roteador que se conecta com a Internet.

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Example

Internet (IPv4 Network)

IPv6 host

IP6to4 router

IP6to4 router

IPv6 Network 2002:C8C0:7801::/48

IPv6 host

V4ADDR C8.C0.78.1

(200.192.116.1)

V4ADDR C8.11.62.1

(200.17.98.1)

IPv6 Network 2002:C811:6201::/48

C8.C0.78.1 C8.11.62.1 2002:C8C0:7801… 2002:C811:6201… payload

IPv6 packet IPv4 header

C8.C0.78.1 C8.11.62.1 2002:C8C0:7801… 2002:C811:6201… payload

IPv4 header IPv6 packet

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Roteadores 6to4 Relay

• Roteadores Relay são utilizados para permitir a comunicação entre Hosts 6to4 através de backbones puramente IPv6. Os roteadores Relay são vistos como o verdadeiro “gateway default” para acessar redes puramente IPv6.

• Muitas instituições que participam dos projetos de backbones IPv6, como Microsoft e Cisco, oferecem roteadores relay.

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O endereço Anycast mágico

• A RFC 3068 definiu que o prefixo 192.88.99.0/24 é utilizado para anunciar o roteador relay mais próximo de uma rede utilizando BGP.

• O endereço IPv6 equivalente é 2002:c058:6301::".

BACKBONE IPv4

BACKBONE IPv6

roteadores relay

roteador 6to4tunel

Rede Privada

Rede Privada

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Exemplo

• A tabela abaixo ilustra as rotas criadas automaticamente pelo Windows XP para acessar redes IPv6.

• ::/0 -> 3/2002:c058:6301::1741 pref 1331

• ::/0 -> 3/2002:836b:213c::836b:213c pref 2147483647 (rota tornada obsoleta)

• ::/96 -> 2 pref 1000

• 2002::/16 -> 3 pref 1000

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6over4 Tunneling (Virtual Ethernet)

• Permite que hosts IPv6 isolados se comunique com roteadores IPv6 através de uma rede IPv4.

– RFC 2529: Transmission of IPv6 over IPv4 Domains without Explicit Tunnels

IPv6 HostHost IPv6

IPv4 IPv6

IPv4 Net IPv6 Net

IPv6 Application

6over4

Router

IPv6 Application

Multicast IPv6

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Formato dos Pacotes

• Pacotes IPv6 são encapsulados no interior de pacotes IPv4 utilizando o tipo de protocolo 41.

• Pelo menos um roteador da rede deve suportar o serviço IPv6over4.

SRC IPv4 payloadDST IPv4

payloadSRC IPv6 DST IPv6

41

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Mapeamento de Endereços Multicast

• Os serviços IPv6 são baseados em mensagens multicast:– Neighbor Discovering, Router Discovering and Prefix

Discovering

• IPv6over4 define um mapeamento entre mensagens multicast IPv4 e IPv6:– Pv4 multicast base address: 239.192.0.0/16

– 239 .192.< 2 bytes menos significativos do endereço multicast IPv6>

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Mapeamento de Endereços

• all-nodes multicast address: 239.192.0.1– FF02::1: all nodes of the link (link local)

• all-routers multicast address: 239.192.0.2– FF01::2 all link local routers

• solicited-node multicast address: 239.192.Y.Z– FF02::1::FFxx:xxxx

– xx:xxxx 24 less significant bits of the host unicast address.

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Conclusão

• O IPv6 é necessidade real para permitir a continuidade do crescimento dos serviços Internet devido:– Ao esgotamento de endereços IPv4 públicos

– Ao grande número de rotas dos roteadores de borda.

• A transição para IPv6 ocorrerá gradualmente.– Redes IPv4 e IPv6 podem e irão coexistir.

– Atualmente, já é possível utilizar endereços IPv6 e mecanismos de transição.