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O Protocolo Ipv6

Prof.Eraldo Silveira e SilvaCurso de Telecomunicações

CEFET-SC-Unidade São José[email protected]

IP version 6 (IPv6) A “não” tão nova versão do “Internet

Protocol”

● Especificado pela RFC 2460 de 1998● Deve substituir o IPv4 [RFC-791] de 1981● NÃO É UM NOVO PARADIGMA DE REDE● Incrementado por várias outras RFCs, por exemplo:

– RFC 2463: "ICMP for the Internet Protocol Version 6 (IPv6)"

– RFC 3775: “Mobility Support in IPv6”

Roteiro da Apresentação

● Revisão da Arquitetura Internet e do IPv4● A motivação do projeto Ipv6● A estrutura de cabeçalhos● O endereçamento Ipv6● ICMPv6● Segurança no Ipv6● Mecanismos para a Qualidade de Serviço● Protocolos de Roteamento● Impacto nas camadas superiores● Interoperabilidade com Ipv4● Aspectos de Mobilidade

Revendo o “velho” e eficiente IPv4

● O protocolo IP (“Internet Protocol”)é integrante da chamada arquitetura TCP/IP e fornece um serviço com as seguintes características:– encaminhamento de pacotes (comutação de pacotes)

com melhor esforço (“best-effort”);– não confiável: entrega de pacotes não é garantida;– sem conexão: cada pacote é independente do outro –

não existem circuitos virtuais;

O que o IP define

● O formato dos pacotes incluindo definição do formato de endereços;

● O roteamento, ou seja a determinação do caminho dos dados através das redes;

● As regras que hospedeiros e roteadores devem seguir para a entrega não confiável de dados;

A Camada IP vista do seu Interior

Camada de Transporte: TCP,UDP,SCTP

Camada de Enlace e Física: ethernet, ATM, token ring etc

Camada de Aplicação

Camadade

RedeProtocolos de Roteamento

- seleção de caminho:RIP, OSPF , BGP tabelas

deRoteamento Protocolo ICMP: erros e

avisos

Protocolo IP

O formato do datagrama IPv4

Versão TamanhoCabeçalho

Tipo de Serviço(atual DSCP | ECN)

Comprimento Total

Identificação Flags(O,DF,MF)

Offset de Fragmento

Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum

Endereço Fonte - Source IP Address

Endereço Destino - Destination IP Address

IP Options (se tiver) Padding

0 4 8 16 19 24

Dados

31

Cenário de Comunicação IPv4

Animação do Funcionamento do IP

tudo bemportafonte=10

portafonte=2000

portadest=1000Transporte

tudo bemAplicação

tudo bemporta

fonte=10porta

fonte=2000porta

dest=1000IP DEST

205.200.100.1IP FONTE

200.135.233.1Rede (IP)

tudo bemportafonte=10

portafonte=2000

portadest=1000

IP DEST205.200.100.1

IP FONTE200.135.233.1

MAC FONTEFA:28:51:00:33:12

MAC ADDRESSFF:00:55:01:02:03

Enlace/Física

Cenário de Comunicação IPv4

ARP broadcast: quem é200.135.233.3

ARP: Sou euF5:41:00:00:02:03

Pacote IP de Tx1 para Rx1 ARP broadcast: quem é205.200.100.1

Pacote IP de Tx1 para Rx1

ARP: Sou euFF:00:55:01:02:03

Segredos do Sucesso do Ipv4 / Arquitetura TCP/IP

● Simplicidade: administração, sistemas embarcados;

● Resiliência: a capacidade de um material voltar ao seu estado normal depois de ter sofrido uma pressão – ex: congestão, falta de memória;

● Escalabilidade: partes do sistema administrados independententemente (ASs);

● Flexibilidade e Extensibilidade: soluções para novos problemas – NAT, CIDR, novos serviços;

● Autoconfiguração: DHCP, PPP

Principais Melhorias do IPv6

● Ampliação do Espaço de Endereçamento de 32 bits para 128 bits;

● Melhoria na estrutura (formato) do pacote IP;● Melhoria no processo de autoconfiguração;● Inserção de mecanismos para tratamento de

mobilidade: MIPv6;● Inserção de mecanismos de segurança: IPsec ● Inserção de mecanismos para facilitar o

gerenciamento do QoS● O ICMPv6 assume um papel de grande

importância;

História do IPv6

● No início era IPv4...– criado no início da década de 70– substituiu o NCP na Internet em 1983– uma fórmula que deu certo: “best effort”– não se esperava um crescimento do uso:

● 84: 1000 hosts● 87: 10000 hosts● 92: 1000000 hosts

História do IPv6● Endereços IP do IPv4 possuem 32 bits: em torno

de 4.3 bilhões de endereços. Não existe um para cada habitante!!!

● O IPv4 não inclui em seu projeto original:– Mobilidade: (IP regional é uma estensão);– Segurança (Ipsec é um “remendo”);– Qualidade de serviço (não sejamos injustos: TOS)

História do IPv6● 1993: Internet Protocol Next Generation (IPng)

area, criado pela IETF ● 1994. RFC 1883 – Primeira especificação● 1998: RFC 2460 – Especificação atual

Precisamos realmente do IPv6?

● EUA, com 5 % da população mundial, possui 60 % dos endereços Internet;

● Os outros 40 % ficam para o resto! A Ásia possui mais de 50 % da população mundial: são os maiores interessados no IPv6;

● O uso de classes no IPv4 atribuiu faixas gigantescas de endereços para algumas poucas empresas/instituições;


● O NAT pode ser usado para contornar a falta de endereços, mas traz com eles problemas de gerenciamento;

● A Ásia, Europa e EUA se movimentam no sentido de construir backbones e produtos IPv6;

● Pode-se migrar sem traumas, de forma gradual para o IPv6.


● Ver artigo (junho/2007): www.ipv6tf.org/pdf/the_choice_ipv4_exhaustion_or_transition_to_ipv6_v4.4.pdf

● Transcrevo aqui uma parte:

Onde existe IPv6?

● O “Office of Management and Budget” (OMB), ligado a presidência dos EUA, anunciou em julho de 2005 que todas as agências federais deveriam estar prontas para o IPv6 a partir de 2008.(www.whitehouse.gov/omb/memoranda/fy2005/m05-22.pdf)

e:

Onde existe IPv6?

● Backbone qbone ligando 50 países e 1000 hosts (http://www.6bone.net); o mais antigo

● O IPv6 Forum (http://www.ipv6forum.com) coordena as ações mundiais.

● A International Task Force (http://www.ipv6tf.org) coordena ações regionais, usando forças tarefas localizadas nos EUA e na Europa;

● Nos linux's, freebsd's etc...

http://www.6bone.net/

http://www.ipv6forum.com/

http://www.ipv6tf.org/

Onde existe IPv6?

● O Japão, desde 2001 investe pesado em backbones IPv6;

● A China e Coréia também desenvolvem seus backbones;

● O IMS do 3G é baseado no IPv6 (http://www.reuters.com/article/pressRelease/idUS213525+05-Mar-2008+MW20080305)

● O MIPL está nas mãos dos orientais (ver http://www.linux-ipv6.org/)

A Estrutura do pacote IPv6

● Nosso estudo do Ipv6 será baseado inicialmente nos cabeçalhos do protocolo.

● O pacote Ipv6 sempre possui seu cabeçalho de 40 bytes:

Cabeçalho Ipv6 Dados Transportados

O que saiu do cabeçalho do IPv4

● Header Length (o header Ipv6 possui tamanho fixo)● Identification (Path MTU Discovery)● Flags(Path MTU Discovery)● Fragment Offset(Path MTU Discovery)● Header Checksum (processamento + leve)

Estrutura Geral do Pacote1 16 32

40bytes

Alguns Valores do Next Header field

Extensões do Cabeçalho IPv6(RFC 2460)

● Hop-by-Hop Options header● Routing header● Fragment header● Destination Options header● Authentication header● Encrypted Security Payload header

Extensões de headers

● São colocados entre o cabeçalho IPv6 e o pacote de nível superior;

● Identificados pelo Next Header Field; ● São examinados unicamente pelo nó

identificado no endereço de destino, a não ser o cabeçalho hop-by-hop

Exemplo de extensões

Cabeçalhos de Opções Hop-by-Hop

● Carrega informações que devem ser processadas por todos nós ao longo do caminho;

● As informações poderão ser utilizadas para reserva de recursos (exemplo RSVP), para encontrar destinos de multicast entre outras;

● Deve seguir necessariamente o cabeçalho IPv6;

Opção Jumbogram da extensão hop-by-hop

● Permite que pacotes maiores que 64K sejam transmitidos.

● O campo Option Data Lenght, de 32 bits informa o tamanho dos dados, que devem se seguir ao mesmo;

Opção Router Alert do hop-by-hop

● Informa ao roteador que a informação que se segue deve ser utilizada para fins de roteamento, tal como o RSVP(Resource Reservation Protocol) e MLD (Multicast Listener Discovery).

Extensão Cabeçalho de Roteamento

● Permite informar um conjunto de roteadores que devem ser visitados até o seu destino final.

● Aplicações na qualidade de serviço

Cabeçalho de Fragmentação

● O IPv6 usa o “PATH MTU Discovery” para determinar a máxima MTU na trajetória do pacote;

● Se o pacote for maior que esta MTU então ele é fragmentado na fonte; roteadores ao longo da rota não fragmentam o pacote;

● O destino remonta o pacote fragmentado;

Destination Options Header

● Carrega informações a serem examinadas apenas pelo destino final do pacote;

● Pode aparecer antes ou depois do Router Header; se aparece antes é processado por cada um dos roteadores no caminho;

Endereçamento IPv6Notação

● Endereçamento de 128 bits: espaço de 2exp(128) endereços!!

● Notação hexadecimal da forma:– 2001:0DB8:5002:2019:1111:76ff:FEAC:E8A6– agrupamento de 16 bits separados por “dois pontos”;

● Regras para simplificar a representação de zeros:– 0237:0000:ABCD:0000:0000:0000:0000:0010 pode ser

transformado em:● 237::ABCD:0:0:0:0:10 ou, melhor ainda, 237:0:ABCD::10

Endereçamento IPv6Tipos de Endereços

● Unicast: identifica um hospedeiro (interface);● Multicast: identifica um conjunto de hospedeiros.

O Ipv6 eliminou o broadcast e enriqueceu o processo de multicast;

● Anycast: uma novidade no Ipv6. É um endereço que pode ser atribuído a múltiplos hospedeiros. O roteamento da Internet permite encaminhar pacotes ao endereço anycast mais próximo;

Endereçamento IPv6Arquitetura do Endereço Unicast

● Endereço global: endereços roteáveis na Internet. Apresentam uma estrutura hierárquica. Interfaces configuradas com máscaras de 64 bits;

● Endereço link-local: traz a noção de endereços privados dentro de uma rede. Não são roteáveis e começam com 1111111010: exemplo: FE80:A0000::1

● Outros: site-local , IPv4-compatible IPv6

Endereços Notáveis

● Endereço Loopback ::1● Endereço não especificado ::● Endereços Multicast:

– FF02::1 – todos os nós do enlace– FF02::2 – todos os roteadores do enlace

Um cenário de Redes Ipv6 com seus endereços

ICMPv6● Reporta erros se pacotes não podem ser processados

apropriadamente e envia informações sobre o status da rede;

● Apresenta várias melhorias em relação ao ICMPv4, por exemplo:– IGMP que trata multicast foi incorporado no icmpv6;– ARP/RARP foi incorporado;– Neighbour Discovery (descoberta de informações da

vizinhança);– IP Móvel: mensagens de registro de localização

Formato geral

Tipos de Mensagens

● De erro: high-order bit do campo type =0● De informação: high-order bit do campo type =1

Next Header para ICMP = 58H

Exemplo de Mensagem de Erro

● Destination Unreachable (message type 1):– 0 = no route to destination, – 1 = communication with destination administratively

prohibited, – 2 = beyond scope of source address, – 3 = address unreachable, – 4 = port unreachable, – 5 = Source address failed ingress/egress policy, – 6 = reject route to destination

Tipos de Mensagem de Informação● Echo request● Echo Reply● Neighbor Discovery:

– Router Solicitation– Router Advertisement– Neighbor Solicitation– Neighbor Advertisement– The ICMP Redirect Message – Inverse Neighbor Discovery

Neighbor Discovery (ND)

● Neighbor Solicitation and Neighbor Advertisement: – equivalente ao ARP.– Pode ser usado para Duplicate IP Address Detection

(DAD);– Apóia a construção do “neighbor cache”

Cenário de Descoberta de Duplicação de Endereço

Router Solicitation and Router Advertisement

● Roteadores da rede (local) divulgam a sua presença através de envios periódicos de “Router Advertisements”

● Um host Ipv6 pode solicitar roteadores através de Router Solicitation

● Múltiplos routers possíveis com alternativas para determinadas redes;

Router Solicitation and Router Advertisement

Autoconfiguração

● É um dos pontos fortes do IPv6● Pode ser:

– Stateful: com DHCPv6– Stateless: com apoio do ICMPv6 -> combinando

prefixos divulgados pelos roteadores com o MAC (ou número randômico); na ausência de roteadores usa-se o FE80 para gerar “link-local address”

Passos para autoconfiguração

● 1-Um endereço tentativa é formado com o prefixo FE80 (link-local address) e associado a interface;

● 2-O nó se junta aos grupos multicasting;● 3-Uma mensagem “Neighbor Solicitation” é enviado

com o endereço tentativa como target address. Se detectado IP duplicado o nó deverá ser configurado manualmente;

● O nó realiza um “Router Solicitation” para o endereço FF02::2. (grupo multicast dos roteadores);

● Todos roteadores do grupo multicast respondem e o nó se autoconfigura para cada um deles;

Formação do Endereço a partir do MAC

● Os 64 bits do identificador de hospedeiro são formados pela inserção de FFFE entre o terceiro e quarto byte do MAC e complementando-se o segundo bit menos significativo do primeiro

● Supondo que o hospedeiro possui endereço MAC de 11:AA:BB:2A:EF:35 e o prefixo recebido do Roteador (via Advertência) é 2001:10:/64 então o endereço formado é: 2001:10::11A8:BBFF:FE2A:EF35

PATH MTU Discovery

● O nó assume a MTU do seu link e envia o pacote para destino;

● Caso algum roteador da rota detecte que o pacote é muito grande para o MTU então ele avisa o nó fonte com ICMPv6 Packet Too Big (que inclui o tamanho da MTU do enlace problema);

● O nó usa esta nova MTU para encaminhar o pacote novamente ao seu destino;

● O processo todo pode se repetir;

Cenário de Descoberta de PATH MTU

Multicast Listener Discovery (MLD) ● Endereça um grupo de hosts ao mesmo tempo: lembre

que broadcastings não podem ser roteados e são processados por cada nó da rede...

● Pacote multicast é processado somente por nós que fazem parte do grupo;

● Pacotes multicast podem ser roteados; ● Roteadores usam o MLD para descobrir nós que

escutam nos endereços multicast (em cada link). ● Nós que escutam usam mensagens “Multicast Listener

Reporttype” para se registrar nos roteadores;

Segurança no IPv6

● IPv4 não tem aspectos de segurança no projeto;● Alguns mecanismos rudimentares eram usados

na aplicação: ftp e telnet com senhas● IPsec foi introduzido mais tarde: tem problemas

de interoperabilidade● IPv6 foi pensado com mecanismos de segurança

logo no início;

CIA e AAA

● Confidentiality -> encryption● Integrity -> checksum● Availability ● Authentication: assegurar que as pessoas são o

que dizem que são...● Authorization: assegurar determinados direitos

de acesso a usuários autenticados;● Accounting: coleta de informações;

O IPsec

● IPsec: definido na RFC 2401 e atualizado na RFC 4301;

● Descreve uma arquitetura de segurança para o IPv4 e IPv6;

IPsec Framework● Conjunto de mecanismos para colocar segurança

na camada de rede IP;− Protocolo para criptografar (Encapsulating Security

Payload, ESP);− Protocolo para autenticação (Authentication Header,

AH ); − Política de segurança entre pares comunicantes;− Gerenciamento de Chaves;− Politica de Uso de algoritmos;

Security Associations (SAs)

● Acordo entre pares: define a forma de autenticação, criptografia e chaves a serem utilizadas;

● SAs são unidirecionais;

QoS na Internet

● Originalmente pacotes são tratados na lei do melhor esforço: primeiro a chegar / primeiro a sair;

● Como dar tratamento diferenciado a fluxos de aplicações de tempo real?

● IETF propõe dois modelos: – serviços integrados e – serviços diferenciados;

Serviços Integrados

● Os roteadores são configurados no caminho (entre os pontos finais) de um determinado fluxo a fim de proporcionar um tratamento especial ao pacotes deste fluxo;

● Necessita de um protocolo para configurar os estados ao longo da rota: RSVP e mais recentemente o NSIS;

● Problemas: escalabilidade. Minimizada se reserva for apenas nas bordas da rede;

Serviços Diferenciados

● Fluxos são agregados na entrada de um domínio, através de uma marcação nos seus pacotes: código DSCP;

● Roteadores dentro do domínio são configurados para um comportamento específico em relação ao código do agregado: PHB;

● Prós: modelo escalável;● Contras: não se consegue a mesma precisão fim-a-

fim do modelo Intserv;

É possível combinar os modelos

QoS e IPv6

● O IPv6 possue mecanismos flexíveis para suportar o diffserv e o intserv;

● Código DSCP no cabeçalho IPv6: permite a agregação de fluxos para tratamento único pelos roteadores;

● Flow Label: facilita a identificação de um fluxo no modelo intserv: viabiliza reconhecimento do fluxo com o pacote de transporte criptografado por ESP;

QoS e cabeçalhos do IPv6

● Cabeçalhos Hop-by-Hop: facilitam a visita de protocolos de reserva em roteadores ao longo do caminho entre dois pontos finais. A opção Router Alert do Hop-by-hop obriga o processamento do pacote em cada roteador;

● Cabeçalhos de Extensão de Roteamento: força a passagem do pacote (fluxo) por um determinado caminho;

Roteamento e IPv6

● Roteamento dentro de um sistema autônomo: Protocolo OSPF para o IPv6 (RFC 2740) e RIPng;– Lembre-se que o OSPF calcula rotas baseado em

decisões técnicas usando o « link state »;● Roteamento entre domínios: BGP-4

– O BGP-4 não foi modificado para o IPv6. No entanto, ele é flexível suficiente para transportar suas informações;

– Lembre que o BGP-4 permite configurar políticas para roteamento entre domínios.

Roteamento Multicast

● Permite o encaminhamento de pacotes a partir de um emissor até um grupo de receptores;

● O grupo é identificado por um endereço de grupo multicast (o fluxo também é identificado pelo endereço fonte);

● Os receptores podem estar em diferentes redes. Lembre: o multicast em um enlace não necessita de todo este suporte aqui descrito;

● O roteamento deve minimizar a multiplicação dos pacotes ao longo do caminho.

O que é necessário para o Multicast funcionar● O roteamento multicast deve estar habilitado em

todos os roteadores dos caminhos;● O roteador recebe um pacote multicast e o

encaminha para todas as interfaces onde existem receptores registrados;

● Como um receptor se registra? Através do protocolo MLD (lembrar do ICMPv6);

● Como os roteadores trocam informações de registro? Protocolo PIM (Protocol Independent Multicast);

Impacto do IPv6 em protocolos de Aplicação

● O impacto é mínimo nestes protocolos mas modificações são necessárias onde existir referências aos endereçamentos IP;

● Foram acrescentados registros novos no DNS mas os clientes DNS devem se adaptar;

● O DHCP foi adaptado ao ipv6 (DHCPv6);● E o SIP? Ver “Migrating SIP-Based

Conversational Services to IPv6: Complications and Interworking with Ipv4” no site da www.ieee.org

#include <stdio.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <ctype.h>/* cliente UDP ipv6 - ver RFC 3496 - Basic Socket Interface Extensions for IPv6 */int main(){struct sockaddr_in6 addr;char line[100];int sd, portnum = 9999; char enderecoIPv6[40]= "2000::1"

bzero(&addr, sizeof(addr));if ( (sd = socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, 0)) < 0 )panic("socket");addr.sin6_family = AF_INET6;addr.sin6_port = htons(portnum);if ( inet_pton(AF_INET6, enderecoIPv6, &addr.sin6_addr) == 0 )

abort();if ( connect(sd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) != 0 )

abort();fgets(line, sizeof(line), stdin);send(sd, line, strlen(line)+1, 0);close(sd);}

Interoperabilidade

● Técnicas Dual-Stack: Pilhas ipv4 e ipv6 convivem nas mesmas máquinas. Distribuição de serviços possível, por exemplo, com DNS;

● Técnicas de Tunelamento: O tráfego Ipv6 é tunelado em Redes Ipv4. Permite ligar nuvens Ipv6 com uma nuvem Ipv4;

● Técnicas de conversão de protocolos: cabeçalhos Ipv4 e Ipv5 são convertidos (RFCs 2765 e 2766);

Mobilidade no IPv6O problema

● Na prática, um endereço IP identifica a posição de um hospedeiro em uma rede.

● O roteamento da Internet leva todos os pacotes endereçados a este IP para a mesma posição na rede;

● E o que acontece se um terminal móvel (MN) muda de posição na rede?

Canário 1 – Terminal Móvel na Home Network

Cenário 2 – Terminal Móvel se desloca

CN MNHomeAgent

RoteadorRede Visitada

RADV

RADV

DadosRADV

configura CoA

BAckBU

túnelDados

Considerações sobre o MIPv6

● Na rede domiciliar o nó móvel (MN) é sempre endereçavel pelo seu endereço domiciliar (“Home Address – Haddr);

● Na rede visitada, o MN forma um novo endereço, chamado de CoA (Care-of-Address);

● A detecção de mudança de rede é realizada pelo recebimento de um RADV (Router Advertisement) do roteador de acesso da rede visitada – esta mensagem é do ICMP e conduz o prefixo da rede visitada;


● O MN, ao obter um CoA, se registra com o seu “Home Agent” através de uma mensagem BU (“Binding Update”);

● O “Home Agent” responde com um "Binding Acknowledgement";

● As mensagens BU e Back são implementadas através do “mobility header” do Ipv6;

● O Home Agent passa a interceptar as mensagens destinadas a HAddr e encaminhá-las via túnel para o MN;


● Dois modos de funcionamento possíveis:– Comunicação via túnel bidirecional com o “home

Agent”;– Comunicação direta do MN com o nó correspondente:

o MN se registra (BU) diretamente com o correspondente;

Considerações Finais (e pessoais)

● O Ipv6 através da estruturação de cabeçalhos abre caminho para novas soluções, por exemplo, na área de mobilidade;

● Já em 2000 falava-se da urgência do Ipv6. Me parece que o Ipv4 ainda tem alguns bons anos de vida;

● Mas vale a pena arriscar? Pensar em tornar produtos Ipv6 e preparar a transição parece ser estratégico;

Bibliografia

● Ipv6 Essentials. Silvia Hagen. Pub.O'Reilly. Maio 2006.

● RFCs 2460 – Internet Protocol Version 6.● RFC 2463: "ICMP for the Internet Protocol

Version 6 (Ipv6)".● RFC 3775: “Mobility Support in Ipv6”.● Ipv6 Howto -

http://tldp.org/HOWTO/Linux+IPv6-HOWTO/

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