IPv6 Internet Protocol – Versão 6

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1 IPv6 Internet Protocol – Versão 6
Edgard Jamhour

2 PREVISÃO DE ESGOTAMENTO
Problemas do IP Versão 4 Crescimento do IPv4 07/ milhões de hosts 01/ milhões de hosts IPv4 permite endereçar 32 bilhões de hosts. PREVISÃO DE ESGOTAMENTO = 1994

3 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.

4 Problemas de Arquitetura
Internet Exchange Point IXP ISP ISP ISP ISP A criação do CIDR, provocou grande incremento no número de rotas dos roteadores de borda (entradas BGP) ISP

5 Crescimento das Entradas BGP

6 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

7 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.

8 Crescimento da Alocação IPv4
(

9 Alocação de Endereços IPv6
(

10 Previsão de Esgotamento
Novas alocações da IANA: 2012 Esgotamento de todos os endereços já alocados: 2018

11 IPv6 IPv6: Internet Protocolo, versão 6. Características:
Também denominado IPng (ng: next generation) Características: Endereçamento hierárquico, baseados em prefixos, permite manter as tabelas de roteamento pequenas e roteamento eficiente no backbone. Mecanismos de autoconfiguração de interfaces de rede. Suporte ao encapsulamento de si mesmo e dos outros protocolos.

12 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.

13 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 ... Cabeçalho Extensão Dados IPv6 tamanho fixo tamanho fixo ou variável Cabeçalho Com todos as funções DADOS IPv4

14 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. byte 1 byte 2 byte 3 byte 4 Version Byte DS Flow Label Payload length Next Header Hop Limit Source Address (16 bytes) Destination Address (16 bytes)

15 Cabeçalho IPv6 Version (4 bits) IPv4 IPv6 Contém o número fixo 6.
Será utilizado pelos roteadores e demais hosts para determinar se eles podem ou não transportar o pacote. IPv4 IPv6 O roteador analisa o campo de versão para determinar como o restante do cabeçalho deve ser interpretado.

16 No IPv6 os roteadores podem diferenciar as conexões.
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. No IPv6 os roteadores podem diferenciar as conexões. FL=1 IPB IPA FL=2

17 Cabeçalho IPv6 Payload Lenght (16 bits) Next Header (8bits)
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.

18 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)

19 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

20 Cabeçalhos de Extensão
Os datagramas IPv6 podem ter 0 ou vários cabeçalhos de extensão, conforme mostra o exemplo abaixo: cabeçalho base NEXT = IPv6 (41) Cabeçalho IPv6 cabeçalho base NEXT = TCP segmento TCP cabeçalho base NEXT = ROUTE cabeçalho ROUTE NEXT=TCP segmento TCP cabeçalho base NEXT = ROUTE cabeçalho ROUTE NEXT=AUTH cabeçalho AUTH NEXT=TCP segmento TCP

21 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

22 Exemplo: Jumbograma indica o tipo de cabeçalho de extensão (hop by hop) indica o tamanho do cabeçalho de extensão (menos 8 bytes que são mandatários) indica a opção “jumbograma” 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Next Header 194 4 Tamanho do campo valor, em bytes. Jumbo payload length tamanho do datagrama, valor superior a 64k (até 4 Gbytes)

23 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. 1 byte 1 byte 2 bytes Next Header Length opcoes opcões seqüência de opções individuais.

24 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) Número de saltos restantes (máximo de 23) 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Próximo Cabeçalho Tamanho do Cabeçalho Tipo (0) Endereços Restantes indica se cada endereço pertence a uma rota “strict” ou “loose”. Bit map 1 – 24 endereços

25 Roteamento strict routing loose routing B D 3-ABCDE 1-ABCDE
2-ACE 2-ACE 1-ACE 1-ACE 3-ACE-111 A C E 0-ACE

26 Datagram Identification
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. 1 byte 1 byte 13 bits 1 bit 1 bit indica se é o último fragmento ou não. Next Header Reservado Fragment Offset res MF Datagram Identification indica a posição do fragmento (múltiplo de 8 bytes).

27 Authentication Header
Provê serviços de autenticação e Integridade de Pacotes. 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Next Header Length reserved reserved SPI: Security Parameter Index Sequence Number Authentication Data (ICV: Integrity Check Value) Campo de Tamanho Variável, depende do protocolo de autenticação utilizado

28 Campos do IPsec AH Next Header: Length: Security Parameter Index:
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.

29 Encrypted Security Payload Header
ESP provê recursos de autenticação, integridade e criptografia de pacotes. 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Security Parameter Index HEADER Sequence Number Encrypted Payload (dados criptografados) Pad (0 – 255 bytes) Pad Length Next Header TRAILER Authentication Data (tamanho variável) AUTH

30 Campos do IPsec ESP Header: Trailler: Auth:
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.

31 Endereços IPv6 Definido pela RFC 2373 Exemplo de Endereço IPv6:
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)

32 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.

33 Categorias de Endereço
B unicast A multicast anycast OU B

34 Classes de Endereço IPv6
Fraction of Allocation Prefix (hexa) Address Space Reserved 0::/8 1/256 Unassigned … … NSAP Allocation 200::/7 1/128 IPX Allocation 400::/7 1/128 Unassigned … … Aggregatable Global Unicast 2000::/3 1/8 Unassigned Addresses … … 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%

35 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)

36 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 TLA NLA SLA Organização SITE SITE BACKBONE Organização BACKBONE 3 13 13 19 16 64 FP 001 TLA ID Sub -TLA NLA ID SLA ID Interface ID global routing prefix

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

38 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. 8 4 4 112 PF Flags Escopo ID de Grupo

39 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).

40 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)

41 Mensagens ICMP Identificadas como Next Header = 58 8 8 16 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. 8 8 16 Tipo Código Checksum Corpo da Mensagem

42 Mensagens ICMP Solicita MAC Fornece MAC Anuncia Prefixo
Neighbor Solicitation Neighbor Advertisement Fornece MAC Anuncia Prefixo Router Advertisement Router Solicitation Solicita Prefixo

43 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.

44 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.

45 Dual Stack A forma mais simples de integração entre IPv4 e IPv6 é utilizar S.O. dual stack. Dual Stack Host Aplicação Aplicação Aplicação Aplicação TCP TCP TCP TCP IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 Enlace Enlace Enlace

46 Técnicas de Tunelamento
Permite que hosts ou redes IPv6 isoladas se comunique pela Internet. Pacotes IPv6 são encapsulados como dados de pacotes IPv4. Tunnel Endpoints SRC IPv4 DST IPv4 TIPO payload SRC IPv6 DST IPv6 payload

47 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. IPv6 IPv4 FE80::5EFE: FE80::5EFE:

48 Tunelamento 6to4 1/65535 AGGR (1/8) 6to4 scheme Allocation
Reserved Allocation 1/256 Prefix (binary) Fraction of Address Space Unassigned … NSAP Allocation 1/128 IPX Aggregatable Global Unicast Addresses 001 1/8 . 1/1024 Multicast Addresses Site-Local Unicast Addresses Link-Local Unicast Addresses AGGR (1/8) 6to4 scheme 1/65535

49 Interface externa do roteador que se conecta com a Internet.
Endereços 6to4 Classe de endereços especiais definidas para o tunelamento 6to4 (RFC 2529) 2002::/16 3 13 32 16 64 001 V4ADDR SLA ID Interface ID Site Address 2002: 80 bits Interface externa do roteador que se conecta com a Internet.

50 Example

51 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.

52 O endereço Anycast mágico
A RFC 3068 definiu que o prefixo /24 é utilizado para anunciar o roteador relay mais próximo de uma rede utilizando BGP. O endereço IPv6 equivalente é 2002:c058:6301::". roteadores relay Rede Privada BACKBONE IPv6 BACKBONE IPv4 Rede Privada roteador 6to4 tunel

53 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 (rota tornada obsoleta) ::/96 -> 2 pref 1000 2002::/16 -> 3 pref 1000

54 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 Application IPv6 Application 6over4 Router Multicast IPv6 IPv4 IPv6 IPv6 Net IPv4 Net Host IPv6 IPv6 Host

55 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 DST IPv4 41 payload SRC IPv6 DST IPv6 payload

56 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: /16 < 2 bytes menos significativos do endereço multicast IPv6>

57 Mapeamento de Endereços
all-nodes multicast address: FF02::1: all nodes of the link (link local) all-routers multicast address: FF01::2 all link local routers solicited-node multicast address: Y.Z FF02::1::FFxx:xxxx xx:xxxx 24 less significant bits of the host unicast address.

58 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.