INTRODUZIONE IPv6 Backbone

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1 INTRODUZIONE L attuale versione dell Internet Protocol, IPv4 o semplicemente IP, ha servito la causa della rete Internet e delle reti aziendali egregiamente per più di venti anni, ma sta iniziando a mostrare le corda nel sostenere l impressionante tasso di crescita di internet e le esigenze di nuovi servizi. IP risulta non facile nella configurazione delle reti e degli host, dispone di uno spazio di indirizzamento in via di esaurimento, non offre soluzioni semplici al problema della rinumerazione delle reti nel momento in cui si cambia ISP (Internet Service Provider) e presenta delle carenze nella gestione del traffico quando un host si sposta da una rete ad un altra (Mobilità). Dopo una serie di proposte che hanno contribuito alla definizione dei requisiti per il nuovo protocollo, si è deciso di sostituire la versione 4 del protocollo IP con IPv6. Le prime sperimentazioni di laboratorio di soluzioni di networking basate su IPv6 sono presto confluite in una vasta sperimentazione su area geografica a livello mondiale con la nascita nel 1996 della rete 6Bone (IPv6 Backbone). Essa è una rete sperimentale realizzata su Internet mediante l interconnessione di laboratori tramite la tecnica del tunnelling. 6bone ha conosciuto fino ad ora una continua crescita dei laboratori interconnessi ed è l ambiente in cui si svolgono le più interessanti attività di sperimentazione del protocollo IPv6. Il presente lavoro di tesi si è sviluppato grazie a tale possibilità, connettendoci al resto della rete internet IPv6, attraverso la configurazione di un tunnel, assegnatoci dal TLAB (Principale sito italiano che offre connettività IPv6), su uno dei terminali (metropolis) presenti all interno del laboratorio Reti di Telecomunicazioni, del Dipartimento di Ingegneria dell Informazione. Scopo principale del lavoro è stato quello di realizzare un trial IPv6 e di sperimentare le soluzioni attualmente offerte per il supporto della mobilità in ambiente IPv6.

2 Grazie al tipo di indirizzo assegnatoci, è stato possibile realizzare 3 sottoreti distinte, con prefissi di rete diversi, una con funzioni di backbone e due con funzioni di reti di accesso. In questo contesto, sono state analizzate le problematiche relative al cambiamento di rete di accesso di un nodo mobile. Il lavoro ha comportato: 1. La ricompilazione dei kernel dei terminali per il supporto del protocollo IPv6. 2. La configurazione di un PC (metropolis) rendendo così più semplice la gestione degli indirizzi all interno della nostra rete locale e la creazione di un nostro dominio di rete (.ipv6.iet.unipi.it). 3. L aggiunta al kernel del modulo MIPv6 per il supporto della mobilità. 4. L acquisizione, tramite programmi appropriati (ethereal), dei pacchetti IPv6 inviati dai vari nodi per poter gestire la mobilità (Router Advertisement, Neighbor Discovery,ecc.). 5. Elaborazione dei messaggi scambiati fra i nodi coinvolti nel trial.

3 Capitolo 1 IPv6 1.1 Introduzione Con IPv6 o IPng si indica il protocollo Internet di livello 3 di nuova generazione progettato dall IETF (Internet Engineering Task Force) agli inizi degli anni 90 e divenuto standard nel dicembre del 1994 con la pubblicazione dell RFC 1752 The Recommendation for the IP Next Generation Protocol, che ne definisce in dettaglio le caratteristiche. Esso è un protocollo pensato e progettato per venire incontro alle esigenze dello sviluppo della rete Internet e per risolvere i limiti che presentava il vecchio protocollo IPv4, facendolo così diventare l unico protocollo utilizzato nelle reti del nuovo millennio. Tra le nuove caratteristiche introdotte le più importanti sono: 1) Una concezione estremamente semplice e razionale che permette di superare tutti i limiti di IPv4; 2) Uno spazio d indirizzamento praticamente infinito; 3) La possibilità di autoconfigurare un host; 4) Un supporto efficace per la sicurezza e la mobilità dei nodi; 5) Una struttura maggiormente idonea al trasporto del traffico real-time. Tutto ciò realizzabile gradualmente e indolore, affermandosi come il protocollo in grado di eliminare la differenza tra le reti Internet e quelle Intranet. Il motivo per cui si è vista la necessità di creare questo nuovo protocollo risiede soprattutto

4 nell importanza che sino ad oggi ha rivestito il protocollo IP sia nella rete Internet sia in quella Intranet. Esso, infatti, nasce per disaccoppiare le applicazioni dalla struttura hardware delle reti di trasmissione e creare un interfaccia di trasmissione dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le più disparate tecnologie (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.). In realtà IP realizza solo una parte di tutto questo e fa parte dello strato protocollare TCP/IP che, come tutti i protocolli di rete, è strutturato in una serie di livelli (nel caso specifico sono 5, sotto specificati), tra cui IP, responsabile del trasporto dei vari pacchetti tra le varie reti che compongono Internet. Livello 5 Applicazione (FTP, TELNET, etc.); Livello 4 Trasporto (TCP, UDP); Livello 3 Rete (IP, ICMP); Livello 2 Collegamento dati (Interfaccia di rete). Livello 1 Fisico Tale architettura permette di far comunicare computer diversi sia dal punto di vista hardware che dal punto di vista software. Tali risultati sono conseguiti con il vecchio protocollo grazie a due sue caratteristiche fondamentali: -Indirizzamento universale: ogni interfaccia di rete IPv4 possiede un indirizzo univoco a livello mondiale su 32 bit; -Best-effort: IPv4 fa il possibile per consegnare un pacchetto al livello superiore ma non assicura che ciò sarà fatto. In esso non esiste il concetto di qualità del servizio (QoS: Quality of Service). Queste due caratteristiche, che sono state sino ad ora alla base di IPv4, rischiano ora di diventare i suoi principali limiti e spingono all introduzione di IPv6. Primo motivo, già citato precedentemente, risiede proprio nella struttura di un indirizzo IPv4. Esso, infatti, è un indirizzo su 32 bit, che rendono possibili circa 4 miliardi

5 d indirizzi (4 miliardi di calcolatori definibili con il loro indirizzo). Tale limitazione non si spiegherebbe, perché tutt ora 4 miliardi di calcolatori non esistono, se non si ricerca la causa nella modalità di assegnazione di tali indirizzi. Gli indirizzi, infatti, non sono assegnati singolarmente ma a blocchi, che rappresentano le reti. Le reti possono appartenere a 5 classi diverse: I. Classe A: 128 reti disponibili, ciascuna grande circa 16 milioni di indirizzi; II. Classe B: circa reti disponibili ciascuna grande circa indirizzi; III. Classe C: circa 2 milioni di reti disponibili, ciascuna grande 254 indirizzi; IV. Classe D: circa 268 milioni di reti disponibili, usate per il multicast; V. Classe E: Riservata per usi sperimentali e mai usata. Già nel gennaio del 1996 risultavano assegnate 92 reti di classe A, 5655 reti di classe B e di classe C. Tali dati mettono in evidenza che la criticità principale è sulle reti di classe B, che, per la loro dimensione intermedia, sono le più idonee ad essere assegnate ad un organizzazione. Il problema dell esaurimento degli indirizzi viene compreso nel 1991 quando inizia a verificarsi una crescita delle domande di assegnazione degli stessi più veloce di ogni previsione (vedi figura 1). Figura 1.1 Crescita del numero di terminali Internet

6 E il momento storico in cui Internet sta diventando l unica rete per tutti. Un ulteriore svolta recentissima si è avuta anche con l introduzione del cable modem per fornire a tutti gli utenti domestici un collegamento a Internet a velocità elevata (maggiore di 1 Mb/s) per la ricezione della televisione via cavo. Per tale motivo viene deciso dell IETF (Internet Engineering Task Force), il comitato che prende le decisioni sull assegnazione dell indirizzi IP e su Internet, di assegnare non solo reti di classe B, ma anche reti contigue di classe C. Il problema di questa decisione, però, è da ricercarsi nelle regole d instradamento dei router che in questo modo risultano essere molto più complesse. In tal modo, infatti, se si assegna ad un ente una sola rete di classe B i router dovranno avere una sola regola d instradamento, mentre, se le classi che gli sì assegnano sono classi C, quindi, più d una, i router dovranno avere al loro interno un numero di regole pari al numero di classi assegnate tutte diverse. Per ovviare a tale problema viene introdotto il CIDR (Classless InterDomain Routing), eliminando in questo modo il concetto di classe di rete a livello di tabelle d instradamento, cercando di migliorare la scalabilità del routing e l uso dello spazio di indirizzamento su Internet. Esso, infatti, permette di annunciare un blocco di reti con indirizzi contigui (per esempio la , , ) con una sola entry specificando quanti bit sono significativi (nel nostro caso /22, cioè qualsiasi rete che ha i primi 22 bit pari a ) Per rispondere alle esigenze appena descritte, IPV6 nasce come evoluzione di IPv4, mantenendo inalterate le caratteristiche che si sono dimostrate valide, eliminando quelle inutili, aggiungendone delle altre e ponendo al contempo una grande attenzione a mantenere il protocollo il più snello e il più veloce possibile. I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti in grandi linee nei seguenti punti: Maggior numero di bit (128 bit), in modo che lo spazio d indirizzamento non sia soggetto ad esaurimento, consentendo di dare alla rete una struttura

7 più flessibile ed efficiente di quella attuale, introducendo il concetto di autoconfigurazione degli indirizzi; Organizzazione gerarchica degli indirizzi più flessibile che non usi il concetto di classi, ma meccanismi di tipo CIDR; Schema di assegnazione degli indirizzi mirato a minimizzare le tabelle d instradamento dei router ed aumentare l efficienza del CIDR; Indirizzi globali per Internet e locali per Intranet; Introduzione di un nuovo tipo di indirizzamento, l anycast che si aggiunge agli usuali unicast e multicast: Semplificazione del formato dell intestazione, per permettere una trasmissione più efficiente del traffico normale, limiti meno restrittivi sulle dimensioni delle opzioni e la flessibilità per poterne introdurre di nuove nel futuro. Con il protocollo IPv6 viene introdotto, inoltre, il concetto di QoS (Quality of Service) che in IPv4 era stato trascurato. Il protocollo IPv4, infatti, fornisce un servizio di tipo Best Effort che fa di tutto affinché i pacchetti trasmessi siano consegnati alla corretta destinazione, senza fornire comunque alcuna garanzia sul fatto che ciò avvenga e in quali tempi. Successivamente, è stato inserito il protocollo di segnalazione RSVP (Resource reservation Protocol), in grado di allocare risorse ai router per renderli idonei a garantire la QoS anche ad applicazioni basate su IPv4. Tutto ciò legato alla sua facilità di realizzazione e alla caratteristica di avere un overhead limitato e costante ha consentito al protocollo IPv4 di essere l unico protocollo sopravvissuto a livello 3 delle nuove reti di telecomunicazione. Nonostante l introduzione di RSVP, la nascita di nuove applicazioni, le quali generano molto spesso traffico real-time, cioè un tipo di traffico che è sensibile ai ritardi di accoramento e alle perdite, dovute per esempio, alla congestione della rete, ha portato ad avere la necessità di una QoS garantita, spingendo a cercare

8 nuovi meccanismi all interno del protocollo stesso. L estensione architetturale proposta dallo IETF mira su due elementi: Il modello di servizio esteso, identificato dalla sigla IS (Integrated Services) Una sua possibile struttura implementativi (Differentiaded Services). 1.2 L header dell indirizzo IPv6 L header (intestazione) IPv6 (figura 1.2), a differenza di quello IPv4 che ha dimensione variabile e che, in assenza di opzioni, assume la dimensione di 20 byte (dei quali 8 byte per gli indirizzi IPv4), è di dimensione fissa pari a 40 byte. Pertanto la dimensione raddoppia nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia quadruplicato.di tali byte, 32 sono utilizzati per gli indirizzi IPv6 e i rimanenti 8 byte da 6 campi addizionali. Si vede da ciò che vi è stata una notevole semplificazione che ha ridotto il numero dei campi da 12 a 6. Importante è notare che le opzioni in IPv6 non sono più parte integrante dell header IPv6, ma ciascuna viene memorizzata in un header separato (extension header) che si colloca tra l header IPv6 e l header del soprastate livello di trasporto (es. TCP, UDP). Figura 1.2: Header IPv6

9 Figura 1.3: Header IPv4 Nella tabella 1 è riportato il significato dei campi dell header IPv6: Nome Lunghezza Significato Version 4 bit Versione, nel caso specifico vale sempre 6 Priority 4 bit Priorità Flow label 24 bit Identificatore del flusso Payload- Leght 16 bit lunghezza del payload, cioè dell area dati che segue l'intestazione, in bytes. Next Header Hop Limit 8 bit 8 bit Intestazione successiva, identifica il tipo di pacchetto che segue la intestazione di IPv6, usa gli stessi valori del campo protocol nell intestazione di IPv4 limite di salti, stesso significato del time- to-live nell intestazione di IPv4, è decrementato di uno ogni volta che un nodo ritrasmette il pacchetto, se arriva a zero il pacchetto viene scartato Source IP 128 bit Indirizzo di origine Destination Indirizzo di destinazione 128 bit IP Tabella 1:Significato dei campi dell header IPv6