Misure di traffico con IPv6

Transcript

1 Sommario Specifiche del protocollo ed analisi delle sue potenzialità. Università degli Studi di Napoli Federico II Relatori: prof. Guido Russo ing. Angelo Violetta Laurea in Informatica Novembre 2004

2 Sommario Sommario della Parte I 1 Motivazioni per IPv6 Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità 2 Livello rete Formato del preambolo di IP Preambolo standard di IPv6 Novità e differenze con IPv4 Formato degli indirizzi IPv6 3 Jumbograms

3 Sommario Sommario della Parte II 4 Banco di Prova Obiettivi Topologia Strumenti adottati 5 Test delle prestazioni Test eseguiti Risultati Note sui test

4 Motivazioni Parte I Le reti IPv6

5 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Esaurimento dello spazio di indirizzi Blocchi non allocati: IANA pool Indirizzi IP: Dimensione di 32 bit 4 Giga teorici di indirizzi Sufficienti per quanto tempo? Esaurimento stimato per il 2040

6 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Esaurimento dello spazio di indirizzi Blocchi non allocati: IANA pool Indirizzi IP: Dimensione di 32 bit 4 Giga teorici di indirizzi Sufficienti per quanto tempo? Esaurimento stimato per il 2040

7 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

8 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

9 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

10 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

11 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

12 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

13 Motivazioni Esaurimento dello spazio degli indirizzi Nuove funzionalità Qualche novità Funzionalità native mancanti in IP: Sicurezza a livello di rete Servizi di mobilità Ottimizzazione degli instradamenti Autoconfigurazione degli host Doti di un protocollo moderno: Snellimento delle partiche di routing Modularizzazione delle opzioni Estendibilità futura

14 Architettura a livelli Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 OSI Reference Model Application Internet Protocol suite Dove ci troviamo? Livello Internet del NFS modello TCP/IP Applications Presentation Session HTTP, SMTP, FTP, SNMP XDR RPC Transport TCP UDP Network IPv4 IPv6 ICMP ICMPv6 Data Link ARP RARP MAC Phisical Ethernet token-ring

15 Architettura a livelli Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 OSI Reference Model Application Internet Protocol suite Dove ci troviamo? Livello Internet del NFS modello TCP/IP Applications Presentation Session HTTP, SMTP, FTP, SNMP XDR RPC Transport TCP UDP Network IPv4 IPv6 ICMP ICMPv6 Data Link ARP RARP MAC Phisical Ethernet token-ring

16 Preambolo di IP Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv Version IHL Type of service Total length Identification D F M F Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source Address Destination Address Options (0 o piú parole) Campi IHL e Total Lenght, Header Checksum ed Options

17 Preambolo di IP Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv Version IHL Type of service Total length Identification D F M F Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source Address Destination Address Options (0 o piú parole) Campi IHL e Total Lenght, Header Checksum ed Options

18 Motivazioni Preambolo standard di IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv Version Priority Flow label Payload length Next header Hop limit Source Address (16 byte) Destination Address (16 byte) Maggiore semplicità e indirizzi di 128 bit

19 Motivazioni Preambolo standard di IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv Version Priority Flow label Payload length Next header Hop limit Source Address (16 byte) Destination Address (16 byte) Maggiore semplicità e indirizzi di 128 bit

20 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

21 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

22 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

23 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

24 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

25 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

26 Differenze con IPv4 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Caratteristiche di IPv6: Preambolo standard di dimensione fissa Payload Lenght sostituisce IHL e Total Lenght Aggiunta di Flow Label per rounting sulle etichette Rimozione del campo Header Checksum Spostamento dei servizi di frammentazione Novità: Neighbor Discovery Path MTU Discovery Gestione delle opzioni mediante preamboli di estensione

27 Motivazioni Uso del campo Next Header Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Valore Valore Protocollo/Estensione Esadecimale Decimale 00 0 Hop-By-Hop Options ( Reserved in IPv4) 01 1 ICMPv IGMPv IP in IP Encapsulation 06 6 TCP 08 8 EGP Il campoudp Next Header: IPv6 2B 43 Specifica Routingun Extension preambolo Header di estensione 2C 44 Specifica Fragmentation un protocollo Extension diheader livello superiore 2E 46 Resource Reservation Protocol (RSVP) Encapsulating Security Payload (ESP) Extension Header Authentication Header (AH) Extension Header 3A 58 ICMPv6 3B 59 No Next Header

28 Motivazioni Uso del campo Next Header Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Valore Valore Protocollo/Estensione Esadecimale Decimale 00 0 Hop-By-Hop Options ( Reserved in IPv4) 01 1 ICMPv IGMPv IP in IP Encapsulation 06 6 TCP 08 8 EGP Il campoudp Next Header: IPv6 2B 43 Specifica Routingun Extension preambolo Header di estensione 2C 44 Specifica Fragmentation un protocollo Extension diheader livello superiore 2E 46 Resource Reservation Protocol (RSVP) Encapsulating Security Payload (ESP) Extension Header Authentication Header (AH) Extension Header 3A 58 ICMPv6 3B 59 No Next Header

29 Indirizzi IPv6 Motivazioni Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Esempio: si scrive altri 96 bit {}}{ 1111 }{{} 1110 }{{} 1000 }{{} 0000 }{{} : : 0000 }{{} 1110 }{{} 0101 }{{} 0010 }{{} f e e 5 2 fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0e52 Come sono fatti: Dimensione di 128 bit Scritti in esadecimale 8 gruppi da 16 bit

30 Motivazioni Sintassi degli indirizzi IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Semplificazioni: 1 Gli zeri più a sinistra di ogni gruppo possono essere omessi 2 Più gruppi nulli consecutivi possono essere sostituiti da una coppia di caratteri due punti 3 La sostituzione precedente può avvenire una sola volta Esempio: fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : e52 fe80 :: e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 1 : 0 : 0 : e52 non diventa fe80 :: 1 :: e52

31 Motivazioni Sintassi degli indirizzi IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Semplificazioni: 1 Gli zeri più a sinistra di ogni gruppo possono essere omessi 2 Più gruppi nulli consecutivi possono essere sostituiti da una coppia di caratteri due punti 3 La sostituzione precedente può avvenire una sola volta Esempio: fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : e52 fe80 :: e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 1 : 0 : 0 : e52 non diventa fe80 :: 1 :: e52

32 Motivazioni Sintassi degli indirizzi IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Semplificazioni: 1 Gli zeri più a sinistra di ogni gruppo possono essere omessi 2 Più gruppi nulli consecutivi possono essere sostituiti da una coppia di caratteri due punti 3 La sostituzione precedente può avvenire una sola volta Esempio: fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : e52 fe80 :: e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 1 : 0 : 0 : e52 non diventa fe80 :: 1 :: e52

33 Motivazioni Sintassi degli indirizzi IPv6 Livello rete Preambolo IP Preambolo IPv6 Novità e differenze Indirizzi IPv6 Semplificazioni: 1 Gli zeri più a sinistra di ogni gruppo possono essere omessi 2 Più gruppi nulli consecutivi possono essere sostituiti da una coppia di caratteri due punti 3 La sostituzione precedente può avvenire una sola volta Esempio: fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : 0 : e52 fe80 :: e52 fe80 : 0 : 0 : 0 : 1 : 0 : 0 : e52 non diventa fe80 :: 1 :: e52

34 Motivazioni Jumbograms Jumbograms Una delle opzioni Hop-by-Hop Datagram di grandi dimensioni per ridurre l overhead del preambolo Formato dei jumbograms: Next Header Hdr Ext Len Option Type Opt Data Len Jumbo Payload Length Applicazioni: Reti dedicate al calcolo distribuito. Traffico di grandi quantità di dati su link ad alta affidabilità

35 Motivazioni Jumbograms Jumbograms Una delle opzioni Hop-by-Hop Datagram di grandi dimensioni per ridurre l overhead del preambolo Formato dei jumbograms: Next Header Hdr Ext Len Option Type Opt Data Len Jumbo Payload Length Applicazioni: Reti dedicate al calcolo distribuito. Traffico di grandi quantità di dati su link ad alta affidabilità

36 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Parte II Misure di traffico

37 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

38 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

39 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

40 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

41 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

42 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Obiettivi Cosa si vuole mostrare? IPv4 ed IPv6 possono coesistere senza problemi Agilità del protocollo IPv6 Flessibilità del meccanismo delle estensioni Nuovi problemi, ma possono essere risolti Cosa non fa IPv6: Non risolve i problemi di congestione Non risolve automaticamente i problemi di sicurezza

43 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Topologia Rete dual stack realizzata: 2001:db8:200:1::/ /24 Switch Host1 A VLAN2 2001:db8:100:2::/64 Internet /24 VLAN1 2001:db8:100:1::/ /24 C 2001:db8:200:3::/ / :db8:200:2::/ /24 Host2 Switch B VLAN3 2001:db8:100:3::/ /24

44 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Strumenti adottati Software di base Debian GNU/Linux Stack IPv6 del progetto USAGI Software Applicativo Netperf Apache2 wget

45 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Obiettivi Topologia Strumenti adottati Strumenti adottati Software di base Debian GNU/Linux Stack IPv6 del progetto USAGI Software Applicativo Netperf Apache2 wget

46 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test Scenario dei test 2001:db8:200:1::/ /24 Host1 Switch A 2001:db8:200:2::/ /24 VLAN1 2001:db8:100:1::/ /24 Ruolo dei nodi: Host1: server Host2: client Host2 Switch B

47 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test Misure di traffico Test con netperf: Creazione di una sessione TCP su IP o IPv6 Invio di messaggi (pacchetti) di dimensione variabile Registrazione del troughput medio Test con Apache2 e wget: Trasferimento di un file di grandi dimensioni Registrazione del troughput puntuale In questo ultimo test la dimensione dei pacchetti è costante

48 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test Test con IPsec in transport mode IP Header AH Header ESP Header TCP Header Data Encrypted Test effettuati con IPsec: Specifica di Security Policy fra gli host Instaurazione di Security Association Test TCP o test applicativo

49 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test TCP STREAM su IP ed IPv bps Netperf IPv4 vs. IPv IPv4 IPv Msg Size

50 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test TCP STREAM su IP ed IPv6: banda/cpu 8 Netperf IPv4 vs. IPv6 - CPU Scaled bps CPU scaled IPv4 IPv Msg Size

51 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test TCP STREAM con ESP su IP ed IPv6 70 Netperf IPv4 vs. IPv6 con IPsec (ESP) bps IPv4 IPv Msg Size

52 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test TCP STREAM con ESP su IP ed IPv6: banda/cpu 0.7 Netperf IPv4 vs. IPv6 con IPsec (ESP) - CPU Scaled bps CPU scaled IPv4 IPv Msg Size

53 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test HTTP con ESP su IP ed IPv bps IPv4 vs. IPv6 con IPsec (ESP) IPv4 Transfer IPv6 Transfer e+06 Byte Trasferiti

54 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Test eseguiti Risultati Note sui test Note sui test Limiti dei test: Rete a 100Mbps Infrastruttura di routing relativamente semplice Proposte per il futuro: Test su link a 1Gbps o più Sperimentazione con Mobile IPv6 Utilizzo di Jumbograms su link particolari (Infiniband?) Prove su infrastrutture reali Porting di software di rete su IPv6

55 Banco di Prova Test delle prestazioni Approfondimenti Approfondimenti S. Deering et R. Hinden. Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification, Dicembre RFC URL ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2460.txt H. L. Kramshøj. Designing Internetworks with IPv6, URL M.-K. Shin, Y.-G. Hong, J. ichiro itojun HAGINO, P. Savola et E. M. Castro. Application Aspects of IPv6 Transition, Marzo URL