Evoluzione del livello di rete

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1 Politecnico di Milano Advanced Network Technologies Laboratory Evoluzione del livello di rete o Multi Protocol Label Switching - MPLS o IPv6

2 MPLS

3 MPLS o MultiProtocol Label Switching o Pensato per unire i vantaggi di IP e ATM nelle Backbone Network n Routing IP n Switching ATM (label switching) o con miglioramenti che eliminano gli svantaggi di IP su ATM

4 MPLS o Precursori (dal 96) n IP Switching (Ipsilon/Nokia) n Tag Switching (Cisco) n Aggregate Route-Based IP-Switc. (IBM) n IP Navigator (Cascade/Ascend/Lucent) n Cell Switching (Toshiba)

5 Architettura Generale Border Router Core Router o Gestione dei flussi a circuito virtuale (Forward Equivalence Class) n predeterminati dal gestore o su n richiesta esplicita degli utenti n meccanismo di set up n prenotazione di risorse

6 Architettura generale o E possibile ottimizzare l instradamento dei flussi in base a meccanismi statici o dinamici o E possibile instradare in base a un ricco set di parametri (sorgenti, porte, applicazioni) in aggiunta alla destinazione Ingress Router Core Router Egress Router

7 LS Forwarding o IP è incapsulato in un LS header 20 bit 3 bit 1 bit 8 bit Label CoS S TTL 4 byte o CoS: Class of Service o S: Stack (consente l uso in cascata) o TTL: Time To Live o La label di 20 bit è compatibile con il VC ATM

8 LS Forwarding o La Label è usata per commutare - Label Swapping (circuito virtuale) In Interface 3 3. In Label Out Interface 4 6. Out Label o La label ha significato locale (come in ATM e FR)

9 LS Forwarding o Le Label vengono determinate e cucite al momento del set up del cammino IP 18 IP IP 4 A B

10 LS forwarding o All Ingress Router la corrispondenza è fra l indirizzo IP di destinazione (e possibilmente altri parametri) e la Label del cammino scelto IP IP 18 IP 35 IP 18 Ingress Router A

11 Affasciamento dei cammini IP 18 A B C IP 8 IP 25 IP IP IP IP IP 7 o I due flussi seguono il cammino AC in comune o A incapsula i due flussi con identica label o B instrada sulla label 2 o C decapsula i flussi

12 Affasciamento dei cammini o Il numero di affasciamenti non ha limite o i router instradano sulla base della label esterna o e sulla base di indicazioni push-pop o I router interni commutano pochi flussi (!!SCALABILITA!!)

13 Inoltro e Controllo Routing Updates Routing Protocol Routing Updates Controllo Routing Table (IP) Forwarding LS Packets Forwarding table (LS) Packet Processing Packets Disaccoppiamento fra routing e forwarding

14 Inoltro e Controllo o I pacchetti di controllo seguono un inoltro hop-by-hop simile a quello IP tradizionale o I pacchetti di controllo creano un nuovo label switched path (circuito virtuale) o I pacchetti dati per i quali è stato creato il path possono dopo inoltrati direttamente in base alla label Controllo Controllo LS Controllo LS LS Controllo LS Controllo LS

15 Inoltro e Controllo o Ovviamente è possibile anche un instaurazione manuale dei label switched path; in questo caso il controllo non serve o Il disaccoppiamento fra routing e forwarding consente l evoluzione delle tecniche e dei parametri di routing o Consente economie di scala (cammini affasciati) o Il forwading a circuito consente la prenotazione di risorse e l uso di tecniche di ingegneria del traffico

16 Controllo Link State Database Traffic- Eng. Database Routing Updates IGP Routing (OSPF) OSPF mod. Signaling Routing Updates Packets Packet Forwarding Packets o Nuovo database di traffic engineering (TED) o Nuove procedure di signaling

17 TED o Contiene informazioni relative a: o Informazioni topologiche tipo link-state n Derivate dai protocolli di routing o Risorse di rete (banda dei link, banda prenotata) n Derivate da estensioni dei protocolli di routing (IGP) o Dati amministrativi n Derivate da dati di configurazione degli utenti o Consente ai border router di determinare un cammino

18 Instauramento del cammino o Si determina lo Egress Router in base al next hop BGP o I cammini possono essere determinati: n off line o Ottimizzazione globale conoscendo i flussi n on line (Constrained based routing) o Tiene conto dei vincoli dell utente n n n n n banda inclusione/esclusione di link/nodi richieste amministrative riarrangiamento si/no...

19 Segnalazione Serve un meccanismo di segnalazione per o Coordinare la distribuzione delle label o Instaurare un cammino desiderato (Explicit Route) o Riservare le risorse o Riassegnare le risorse o Prevenire i loop

20 Segnalazione o I meccanismi prevedono 3 possibilità n Label Distribution Protocol (LDP) o Hop per Hop o Segue i cammini di IGP o Non supporta il Traffic Engineering n ReSerVation Protocol (RSVP) o gestito dai border Routers o Estensione per supportare route esplicite n Constrained Routing LDP o Estende LDP a supportare le route esplicite

21 Label Distribution Protocol (LDP) Inf. Inf. Label Dest. IN Out OUT x Request: x 2 Inf. Label Inf. Label Dest. IN IN Out OUT x Request: x Mapping: 40 3 Inf. Label Inf. Dest. IN IN Out x

22 Label Switched Path (LSP) Inf. Inf. Label Dest. IN Out OUT x Inf. Label Inf. Label Dest. IN IN Out OUT x Inf. Label Inf. Dest. IN IN Out x 1 IP IP

23 Explicitely Routed-LDP Inf. IN Dest. Inf. Out Label OUT IP IP

24 CR-LDP A Request: x Route: [B,C] 1 3 B 1 Request: x Route [C] 2 D Mapping: 40 3 C E F G

25 ReSerVation Protocol (RSVP) Destinazione Origine RESV RESV RESV RESV PATH PATH PATH PATH La sorgente invia un messaggio di PATH verso la destinazione (route esplicita). La destinazione accetta la richiesta e invia un messaggio di RESV che distribuisce la label PATH: Fissa il cammino su cui si effettua la riservazione RESV: Distribuisce la label e riserva le risorse

26 ESEMPI di TE: Trabocco San Francisco Chicago Boston Denver NY Washington Se il link diretto è saturo il traffico per NY può essere provvisoriamente mandato via DENVER

27 MPLS: Approfondimenti o Articoli (disponibili sul sito web del corso): n n o Libri: n o Links: n n n G. Armitage, MPLS: The Magic behind the Myths, IEEE Communication Magazine, Jan. 2000, pp D.O. Awduche, MPLS and Traffic Engineering in IP Networks, IEEE Communication Magazine, Dic. 1999, pp Bruce S. Davie, Yakov Rekhter, MPLS: Technology and Applications, Morgan Kaufmann Publishers, MPLS Resource Center: IETF MPLS Working Group: html.charters/mpls-charter.html Rick Gallaher MPLS Links: mplslinks.htm

28 IPv6

29 Esaurimento indirizzi IPv4

30 Esaurimento indirizzi IPv4

31 IPv6 o IP versione 6 è la nuova versione dell Internet Protocol il cui processo di standardizzazione è iniziato negli anni 90 o Mantiene l impostazione fondamentale di IPv4 ma cambia molti aspetti o e soprattutto aumenta la lunghezza degli indirizzi da 32 a 128 bit

32 IPv6: le novità principali o IPv6 n Indirizzi, gestione delle opzioni, gestione della frammentazione, identificazione flussi, classi di traffico, niente header checksum, ecc. o ICMPv6: n Nuova versione di ICMP con funzionalità aggiuntive o ARP: n Eliminato e sostituito da ICMPv6 o DHCPv6 n Modificato per il nuovo protocollo (alcune funzioni sono svolte da ICMPv6) o Routing n RIPng e OSPFv6

33 Header IPv bit Vers. Traffic class Flow label Payload length Next Header Hop count Suorce address 40 byte Destination address o Basic Header

34 Header IPv6 Campo Lung. (bit) Descrizione Version 4 Versione del Protocollo (6) Traffic Class 8 Campo utilizzabile per distinguere diversi tipi di traffico nelle reti Differentiated Services Flow Label 20 Campo utilizzabile per identificare un flusso di pacchetti (stessa lunghezza di MPLS) Payload Length 16 Lunghezza del pacchetto (eccetto basic header) Next Header 8 Identifica il tipo di header che segue il basic header (può essere di livello superiore come TCP o un extension header) Hop Limit 8 Stessa funzione del TTL di IPv4 Source Address 128 Indirizzo di sorgente Destination Addr 128 Indirizzo di destinazione

35 Next Header Next Header IPv6 Basic Header Next Header IPv6 Extension Header Next Header IPv6 Extension Header Upper Layer Protocol

36 IPv6 Extension Headers o Hop-by-hop option: n n deve essere interpretato dai router Ha varie opzioni per pacchetti lunghi e gestione di allineamenti a 32 bit o Source Routing: n Serve a obbligare i router a seguire un particolare percorso per il pacchetto o Fragmentation: n Implementa la frammentazione, ma questa può essere eseguita solo dal mittente che deve conoscere la massima MTU del path (la ottiene mediante i messaggi di MTU Path discovery di ICMPv6) o Autenticazione n Serve per l autenticazione del mittente o Encrypted security payload n Serve per crittare il payload (altro pacchetto IP o livelli superiori)

37 Indirizzi IPv6 notazioni sintetiche: o a gruppi di 2 byte in esadecimale: 8000:0000:0000:0000:8965:0678:A45C:87D3 o gli zeri possono essere omessi: 8000::8965:678:A45C:87D3 o notazione speciale per IPv4 :: o numero di indirizzi per metro quadro di superficie terrestre: 7x10 23 (maggiore del numero di Avogadro)

38 Tipi di indirizzi IPv6 o IPv6 prevede un ricca varietà di indirizzi e assume che normalmente una interfaccia abbia più di un indirizzo associato o Destinatario n Unicast (uno) n Anycast (almeno uno di un gruppo) n Multicast (tutti quelli di un gruppo) o Uso n Globale n Locale (stesso link, stesso site)

39 Prefissi IPv6 o Così come IPv4 anche IPv6 assume i prefissi per una individuazione del campo che identifica l interfaccia o La notazione è la stessa (ad. Es. / 60) o I tipi diversi di indirizzi sono individuati dalla prima parte del prefisso (format prefix - FP) Format Prefix variabile Restante parte dell indirizzo 128 bit

40 Tipi di indirizzi IPv6 prefix (binary) usage fraction Reserved for IPv4 addresses 1/ Unassigned 1/ OSI NSAP addresses 1/ Novell Netware IPX addresses 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Aggregatable Global Unicast add. 1/8 010 Unassigned 1/8 011 Unassigned 1/8 100 Unassigned 1/8 101 Unassigned 1/8 110 Unassigned 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Unassigned 1/ Link local use addresses 1/ Site local use addresses 1/ Multicast 1/256

41 Indirizzi speciali o Unspecified address (0:0:0:0:0:0:0:0) n n Usato come indirizzo di sorgente quando il nodo non conosce altri suoi indirizzi Non può essere usato come indirizzo di destinazione o Loopback address (0:0:0:0:0:0:0:1) n Indirizzo di loopback analogo al 127.x.y.z di IPv4 o IPv4-compatible IPv6 address (::IPv4_addr) n Utilizzato per far comunicare host IPv6 quando occorre attraversare una rete IPv4 (96 zero + 32 bit IPv4_addr) o IPv4-mapper IPv6 address (::FFFF:IPv4_addr) n Utilizzati per far comunicare host IPv6 con host IPv4 (80 zero + 16 uno + IPv4_addr)

42 Aggregatable Global Unicast Address o Formato unicast globale o Struttura gerarchica per ridurre i problemi di scalabilità delle tabelle di routing o 3 macrolivelli: Public Topology, Site Topology, Interface_ID 001 TLA Res NLA SLA Interface ID FP 3 bit 13 bit 8 bit 24 bit 16 bit 64 bit

43 Aggregatable Global Unicast Address o TLA (Top Level Aggregation) n Livello gerarchico più elevato normalmente assegnato su base geografica o agli ISP di backbone o Res (Reserved) future espansioni o NLA (Next Level Aggregation) n Ogni ISP con un TLA può strutturare gerarchicamente le sue reti con diversi NLA o SLA (Site Level Aggregation) n Livello legato al singolo site (sottorete) o Interface ID n 64 bit con formato derivato da IEEE EUI-64 I livelli NLA e SLA possono essere ulteriormenti divisi gerarchicamente

44 Link-Local Unicast Address o FP = o Sono indirizzi utilizzabili sono per l indirizzamente su un singolo link (sottorete) o IPv6 prevede che ogni interfaccia disponga di almeno un link-local unicast address n che viene normalmente assegnato per autoconfigurazione a partire dall indirizzo fisico di interfaccia (IEEE EUI-64) o Questi indirizzi sono fondamentali nel processo di Neighbor Discovery Interface ID FP 10 bit 54 bit 64 bit

45 Site-Local Unicast Address o FP = o Anche questi destinati ad uso locale o Definiscono una spazio di indirizzamento privato Subnet Interface ID FP 10 bit 38 bit 16 bit 64 bit

46 Multicast Address o FP = o Diversi sotto-tipi n Multicast global n Multicast link-local n Multicast site-local o All interno esistono indirizzi per usi speciali T Scope Group identifier FP 8 bit Flags 4 bit 4 bit 112 bit

47 Multicast Address o Flags: n T=1 indirizzo temporaneo n T=0 indirizzo permanente o Scope: n 0: reserved n 1: node-local scope n 2: link-local scope n 5: site-local scope n 8: organization-local scope n E: global scope n Altri: unassigned T Scope Group identifier FP 8 bit Flags 4 bit 4 bit 112 bit

48 Multicast indirizzi speciali o FF01::1 = all systems node-local scope o FF02::1 = all systems link-local scope o FF01::2 = all-routers node-local scope o FF02::2 = all-routers link-local scope o FF05::2 = all-routers site-local scope Indirizzi utilizzati in modo simile al broadcast locale suddividendo tra tutti i sistemi e tutti i router

49 Multicast indirizzi speciali o Solicited-Node Multicast address n Ogni sistema IPv6 deve avere un solicetednode multicast address per ogni indirizzo unicast o anycast configurato n Tale indirizzo viene costruito automaticamente concatenando il prefix FF02::1:FF00:0/104 n con gli ultimi 24 bit del corrispondente indirizzo unicast o anycast XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXXX XXyy yyyy FF FFyy yyyy

50 Molti indirizzi per diversi scopi o IPv6 prevede l uso di processi di autoconfigurazione o Normalmente un nodo deve: n Autoconfigurarsi un link-local address a partire dall indirizzo fisico di 64 bit n Autoconfigurarsi un solicited-node multicast address per ogni indirizzo n Può autoconfigurarsi altri indirizzi mediante diverse procedure (vedi ICMP e DHCP)

51 ICMP version 6 o ICMP ha un importanza molto maggiore con IPv6 o Vengono svolte molte funzioni: n Error reporting e diagnostica di rete n Risoluzione degli indirizzi di livello link n Individuazione del router corretto n Controllo degli indirizzi IPv6 assegnati n Autoconfigurazione degli indirizzi IPv6 n Calcolo del PATH-MTU per la frammentazione

52 ICMPv6: struttura dei messaggi Next header =58 ICMP_Type ICMP_Code Checksum Message Body Alcuni tipi comuni o Type=1 destination unreachable o Type=2 Packet too big o Type=3 Time excedeed o Type=4 Parameter problem, o Type=128 Echo request o Type=129 Echo reply

53 ICMPv6 Neighbors Discovery o Sono previste diverse procedure di ND n Address Resolution o Funzione analoga a quella di ARP per IPv4 n Router Discovery o Segnalare e scoprire presenza di router sul link n Redirection o Simile all opzione redirect di IPv4 n Neighbor Unreachability Detection o Scopre irragiungilità di host noti

54 ICMPv6 Neighbor Discovery o Sono utilizzati molti indirizzi speciali (link-scope): n All-systems Multicast Address (FF02::1) n All-Routers Multicast Address (FF02::1) n Solicited-node Multicast Address n Unicast Link-Local Address n Unspecified Address (0::0) o E sono introdotti 5 nuovi tipi di messaggio: n Router Solicitation message: type=133 n Router Advertisement message: type=134 n Neighbor Solicitation message: type=135 n Neighbor Advertisement message: type=136 n Redirect message: type=137

55 ICMPv6 Address Resolution o Stessa funzione di ARP o Servono indirizzi multicast/broadcast sul livello inferiore n Si suppone l esistenza di un mappaggio tra indirizzi multicast IPv6 e multicast/ broadcast a livello link o Si fa uso dei messaggi di Neighbor Solicitation e Neighbor Advertisement

56 ICMPv6 Address Resolution IPv6_addr FE80::0800:2001:C782 Neighbor Solicitation msg Chi è FE80::0:C033:6382? Neighbor Advertisement msg Io sono FE80::0:C033:6382 IPv6_addr FE80::0:C033:6382 o Il messaggio di Neighbor Solicitation viene inviato all indirizzo node-solicited multicast address che può essere ricavato anche dal richiedente o Il messaggio di Neighbor Advertisement viene inviato all indirizzo IPv6 di sorgente del pacchetto di richiesta

57 ICMPv6 Address Resolution IP-A primi 104 bit ultimi 24 bit primi 104 bit ultimi 24 bit IP-B S-A FF02::1FF00:0 ultimi 24 bit Solicited-node multicast address FF02::1FF00:0 ultimi 24 bit S-B HX Multicast fisico HA Unicast fisico Algoritmo di corrispondenza dipendente dal tipo di link. A HY Multicast fisico HB Unicast fisico B ICMP Neighbor Solicitation Target_addr=IP-B Sender_link_addr=HA Src_addr=IP-A Dst_addr=S-B Dest. HY Dest. HA Src_addr=IP-B Dst_addr=IP-A ICMP Neighbor Advertisement Target_addr=IP-B Sender_link_addr=HB

58 Router Discovery Invio periodico da parte dei router All inidirizzo All-systems link-localscope (FF01::1) ICMP Router Advertisement IPv6_addr (link local)= FE80::0:ABCD:9999 Prefix: 2000:111::0/64 ICMP Router Advertisement Invio su richiesta ad indirizzo unicast richiedente ICMP Router Solicitation Indirizzo all-routers linklocal scope (FF02::1)

59 Autoconfigurazione Indirizzi o Oltre agli indirizzi Link-local si possono autoconfigurare indirizzi globali n Stateful configuration (tramite DHCPv6) n Stateless configuration (tramite ICMP) o Noto il prefisso annunciato dai router o Si può ricavare l indirizzi a partire dall indirizzo fisico a 64 bit

60 MTU Path Discovery o Il mittente deve sapere la MTU più piccola sul percorso o Invia 1 pacchetto con pacchetto lungo quanto MTU primo link o Se arriva messaggio ICMP errore Packet too big ridurre MTU o Fino a che non arrivano più messaggi di errore

61 Migrazione IPv4 IPv6 o Si basa sull uso di queste conponenti: n Dual stack: o Sistemi con doppio stack IPv4 e IPv6 n Tunneling: o Attraversamento di porzioni di rete IPv4 mediante tunneling n Header translation: o Traduzione degli header dei due formati

62 o Libri: n IPv6: Approfondimenti C. Huitema, IPv6: The Next Generation Protocol, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, o Articoli: n n o Links: n W. Stallings, IPv6: the new Internet protocol, IEEE Communications Magazine, July 1996, pp D.C. Lee et alt., The next generation of the Internet: aspects of the Internet protocol version 6, IEEE Network, vol. 12, no 1, Jan.-Feb. 1998, pp IP Next Generation (R. Hinden), playground.sun.com/pub/ipng/html/ipng-main.html