Reading time: 17 – 28 minutes
IPv6 el protocol que des de fa anys i anys ens diuen que serà la versió a substituir al IPv4 comença a estar cada dia més implantat als backbones de les grans empreses, com podria ser google. Malgrat això sota la meva opinió encara trigarem força temps a notar-ho els usuaris mortals. Però mai esta de més començar-se a preparar pel canvi que ens ve a sobre. Per això he decidit resumir un article de dues parts publicat a Network Systems Design Line: An IPv6 Refresher part I (local) i part II (local).
Adreçament IPv6
El principal problema que ha tingut IPv4 per tal de que s’acabessin les direccions IP disponibles ha estat sobretot que no hi havia una planificació d’assignació d’IPs. Els 32bit dels quals disposa IPv ofereixen uns 2.000 milions d’IPs usables. IPv6 planteja usar 128bits per les adreces IP així doncs l’espai adreçable és brutal: 3.402823669e+38 adreces. Malgrat sembli un espai adreçable excessivament gran també es va pensar això dels 32bits del IPv4 fa uns quants anys així doncs millor curar-se en salut. Cal pensar però que el fet de tenir unes adreces IP amb tants bits tindrà un impacte amb el rendiment dels equips de comunicacions. Per exemple, un processador de 64bits és capaç de processar l’adreça origen i la destí d’IPv4 en un sol cicle de CPU però en IPv6 necessitarà 4 cicles de CPU, realment l’increment és molt gran.
Obviament els 128bits es poden respresentar com una successió de 0s i 1s, que a la vegada per tal d’escursar aquesta mida exagerada ho podem representar en números hexadessimals fins a obtenir una successió de 32 caràcters. Però això pels humans encara es fa intractable així doncs podem separar aquesta representació en 8 grups de 4 caràcters hexadessimals separats per dos punts (:). La representació decimal que s’usava en IPv separada per punts no és aplicable a IPv6. Pel que fa a la representació de les adreces IPv6 s’afegeixen un parell de normes més:
- Eliminem els zeros a l’esquerra. P.e. 00A1 -> A1
- Els grups de 4 zeros seguits es poden obviar i coloquem només l’indicador de grup, o sigui, els dos punts (:). P.e. 0000:0000:23A1 -> ::23A1
Com que els (:) sempre s’han usat per separar la IP del port, l’RFC 2732 suggereix posar la direcció IPv6 entre corxets per evitar confusions.
Arquitectura de les adreces IPv6
A l’RFC 3513 es parla de tres tipus d’adreces:
- Unicast identifica un node, el tràfic unicast va dirigit a un únic node.
- Multicast identifica a un grup de nodes, el tràfic multicast va dirigit als nodes del grup.
- Anycast identifica a un grup de nodes, el tràfic anycast va dirigit al node més proper del grup.
Adreces IPv6 Unicast
El tràfic més important de la xarxa és l’unicast que intenta transportar la informació dels servies IP a través de la xarxa, des d’un node origen cap a un node destí. Per tal de fer agrupacions de nodes que es puguin enrutar IPv4 ens ofereix mecanismes com l’adreçament per subnetting. Així doncs qualsevol IP d’IPv6 esta formada per dos grups un que indica a quina xarxa pertany i un altre que indica quin host és. Per tal de mantenir un paral·lelisme en la forma de d’adreçament es fa igual que en subnetting al final de l’adreça es posa una (/) i el número de bits que defineixen les IPs de xarxa.
L’RFC 3513 deixa molt clar que l’ID d’interficie hauria de ser: “Per totes les adreces unicast, excepte per les que comencin amb el valor binary 000, els IDs haurien de tenir 64 bits de llargada i amb format “Modified EUI-64″”. Aquesta regla preten mantenir un ID únic per totes les interficies de xarxa de forma global. Per generar l’ID d’interficie es pot fer de les següents formes:
- Generat a partir de l’adreça de capa 2 en format “modified EUI-64”, amb aquesta informació generem el ID de la interficie. Els 7 primer bits de més pes del EUI-64 defineixen l’abast local quan aquests bits els trobem a 0, si els trobem en valor a 1 l’abast és global, no només local. Hi ha diferents mecanismes per definir cada tipus de medi al construir el ID d’interficie en el format “modified EUI-64” (més endavant en tornaré a parlar).
- L’RFC 3041 defineix com autogenerar de forma aleatoria l’adreça. Aquest mecanisme s’ha desevolupat bàsicament per preservar la privacitat de les adreces globals.
- Es pot obtenir l’ID d’interficie via DHCPv6.
- Es pot configurar de forma manual.
- CGAs basades en l’RFC 3972 a través de hash amb una clau pública. Aquest mètode de generar IDs d’interficie afegeix un nivell de seguretat i ofereix la capacitat d’autenticació. Els procés de descobriment dels veïns (Neighbor Discovery process) usen CGAs.
És important tenir clar el concepte de l’abast (scope), que seria algo així com l’abast del domini d’una xarxa, ja sigui a nivell físic o lògic. El fet de dominar el concepte de l’abast (scope) ens permetrà entendre millor el tràfic d’una xarxa i podrem aplicar polítiques sobre aquest tràfic de forma molt més senzilla. És obvi, que en les xarxes que usen adraçament enrutable, com IP, el direccoinament és essencial i això dona encara més importància a l’abst (scope) al que pertanyen els direccionaments unicast.
En IPv6, les adreces unicast tenen definits tres tipus d’abst (scopes):
- The link-local scope identifica tots els hosts en un domini de capa 2. Les adreces unicast usades en aquest scope s’anomenen link-local addresses.
- The unique-local scope identifica tots els dispositius descobribles dintre d’una administrative site o domini que tipicament conté diferents enllaços. Les adreces unicast usades en aquest scope s’anomenen ULAs.
- The global scope identifica tots els dispositius descobribles a través d’internet. Les adreces unicast usades en aquest scope s’anomenen GUAs.
Els rangs de direccions privades (p.e. 10.x.y.z) usades actualment en les xarxes privades de moltes empreses és un dels temes importants a comentar. El grup de treball de la IETF que ha definit el IPv6 ha definit un scope i un tipus d’adreces unicast anomenat unique-local, mantenint les propietats que ja teniem amb les IPs privades d’IPv4.
Link-Local Addresses
Quan un node d’una xarxa IPv6 es posa en marxa, cada interficie té una direcció de capa 3 que només pot accedir als altres nodes del mateix enllaç. Aquest enllaç local té un abast de les adreces que estan connectats a ell, les adreces d’aquestes interficies s’anomenen adres link-local. En principi aquestes direccions no sabem sortir a través d’un gateway. Com a molt poden descobrir quina és la direcció d’aquesta porta d’enllaç.
Unique Local Unicast Address (ULAs)
Si el que volem és montar-nos un direccionament privat, no enrutable de forma global, tal com feiem amb IPv4 amb, per exemple, 10.x.y.z. el que hem de fer és referir-nos al RFC 4193 on es defineix un scope anomenat unique-local unicast address i les adreces d’aquest abast malgrat han de ser úniques per tot internet, per evitar els problemes que origina en IPv4 el fet de tenir rangs privats no únics, podem continuar tenint direccionaments privats a les nostres xarxes de forma local. Però ara enrutables a través de la resta de nodes d’internet. Per tant, ja no tenim la dependència del NAT com passava en IPv4.
L’espectre reservat per les adreces unicast de tipus ULA és el FC00::/7, tal com podem veure en l’esquema anterior. Alguns comentaris dels elements de l’esquema:
- L identifica la política d’assignacions. Actualment només s’usa el valor 1 (FD00::/8) informant de que es tracta d’una assignació local.
- Global ID és un identificador de 40 bits que assegura que la direcció és única. Aquest identificador es genera de forma pseu-aleatoria i no pot ser seqüèncial. Perquè les ULAs no huarien de ser enrutables globalment, no tenen la necessitat de ser agregades, per això els IDs globals no cal que siguin seqüèncials.
- Subnet ID l’administrador de la xarxa local assigna aquest valor per tal d’organitzar la jerarquia de la xarxa local.
- Interface ID té el mateix significat per totes les adreces unicast i té 64 bits en format “modified EUI-64”.
Una millora important pel que fa a les ULAs, respecte al sistema de direccions privades anterior, és que ara és més senzill internconnectar dues xarxes privades aïllades a través d’internet. Ja que aquestes saben la forma d’arribar entre una i l’altre sense necessitat d’una VPN. Per exemple, mai hi haurà conflictes d’IP entre dues xarxes privades aïllades gràcies al direccionament IPv6.
Global Unicast Address
Les direccions GUA, com el seu nom indica pretenen ser úniques a nivell mundial i enrutables. Aquestes direccions s’idenfiquen amb els 3 bits de més pes fixats amb els valors “001” (2000::/3), com es defineix en el RFC 3587.
Degut a que l’espai de direccions és molt més gran que en IPv4, per tal de que les taules d’enrutament no sigui excessivament grans IPv6 es veu obligat a establir unes normes en els prefixes d’agregació molt estrictes. Gràcies a això es poden controlar molt millor aquestes taules d’enrutament que tan podrien preocupar pel rendiment dels dispositius de xarxa. S’han dedicat molts esofrços a desenvolupar una estructura flexible que faciliti una simple agregació de les GUAs.
Finalment a l’RFC 3587 es defineixen les agregacions a través d’unes polítiques molt riguroses per tal de simplificar al màxim l’estructura de les GUAs:
- Global routing prefix l’ISP assigna un tros del seu prefix assignat per la IANA, i aquest reservar un subespai pels seus clients. Normalment menys de 48bits, els procediments a seguir estan comentat a l’RFC 3177.
- Subnet ID cada organització rep un prefix del seu ISP on el prefix global d’enrutament identifica el SP i la organitzación dins l’SP, i el subnet ID identifica l’estructura de l’organització.
- Interface ID els 64bits de menys pes s’usen per l’ID d’interficie dels nodes del l’enllaç.
Taula amb el resum de les assignacions d’adreces IPv6 de tipus ULA en el moment d’escriure aquest document:
El RIRs actuals són:
- African Network Information Center (AfriNIC)
- Asia Pacific Network Information Center (APNIC)
- American Registry for Internet Numbers (ARIN)
- Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry (LACNIC)
- Rseaux IP Europens (RIPE NCC)
Els RIRs assignen troços dels prefixes que han rebut de la IANA als NIR, als LIR, o als ISPs. Per fer totes aquestes assignacions s’usen de 32 a 35 bits.
Special-Use Addresses
Finalment, un petit grup d’adreces unicast té ua definició especial d’ús. No tenen un scrope associciat, per això es discuteixen a part de les altre adreces unicast.
- The unspecified address is not assigned to any interfaces. However, it is used as an SA by devices that do not have an IPv6 address or their IPv6 address has not been yet proven to be unique within the local link. The unspecified IPv6 address has all 128 bits set to 0. It can be represented as 0:0:0:0:0:0:0:0, or as :: in compressed form.
- The loopback address is used by every node to refer to itself, and it is similar to the 127.0.0.1 address in IPv4. In IPv6, the loopback address has all the 127 leading bits set to 0, and the last bit is 1. It can be represented as 0:0:0:0:0:0:0:1, or as ::1 in compressed form.
Les altres dos tipus espacials d’adreces esta relacionat en la coexistència entre IPv4 i IPv6. Enllaçant els dos espais d’adreces és molt important suportar la coexistència d’aquests dos espais d’adreces. Així doncs s’han desenvolupat dos mecanismes per mantenir les relacions entre adreces IPv4 i IPv6:
- The IPv4-compatible IPv6 address was defined to be used for dynamic tunneling and is built by adding the IPv4 address to 96 bits set to 0. This address type was deprecated and it is no longer used.
- The IPv4-mapped IPv6 address is used to represent the address of an IPv4 node in an IPv6 format. The IPv4-mapped IPv6 address is built by adding the IPv4 address to 80 bits set to 0 followed by 16 bits set to 1.
Exemple: la IPv4 192.168.10.1 amb les seves correspondències IPv6 segons el sistema IPv4-compatible i IPv4-mapped.
IPv6 Anycast Addresses
Quan una direcció unicast s’assigna a múltiples interficies, típicament que pertanyen a diferents nodes, això s’esdevé en una adreça anycast i s’especifica a l’RFC 3513. Les adreces anycast i unicast no es poden distingir, així doncs cal indicar-li al node que la seva adreça unicast és del tipus anycast. Un paquet de tipus anycast serà entregat a l’adreça destí unicast més propera que trobi. Una adreça anycast no es pot usar com a adreça origen. Sovint aquest recurs, anycast, s’usa per replicar serveis molt importants dins d’una xarxa, com podrien ser els DNS, els servidors web, etc.
L’adreça anycast del router de la subxarxa es defineix a l’RFC 3513 per cada prefix com l’adreça amb l’ID d’interficie a ‘0’. Un router ha de suportar l’adreça anycast del router de la subxarxa per tots els prefixes configurats a les seves interficies. Un paquet que vagi dirigit a alguna de les interficies haurà de ser entregat al router més proper que tingui una interficie amb aquest prefix.
L’RFC 2526 defineix un conjunt adicional d’adreces anycast reservades donat un prefix. A continuació podem veure l’estrucutra de les adreces anycast.
El format de les adreces deixa clar l’intent de reservar part de les adreces d’una subxarxa per usar-les com a anycast. Això es va fer per evitar possibles conflictes amb altres adreces reservades. El camp anycast ID del gràfic anterior pot prendre els següents valors: 0 a 125,127 (00-7D, 7F) estan reservades; ID 126 (7E) és l’única que esta en ús per les adreces anycast dels agents domèstics d’MIPv6.
Note: MIPv6 provides a host with a mechanism to discover the address of one of his home agents (HAs). The host can attempt to register to the home agent’s anycast address (described in this section) hosting its home prefix. One of the HAs will receive the request, reject the registration, and instead reply to the host with a list of the actual addresses of the HAs it can use.
IPv6 Multicast Addresses
Una adreça multicast identifica un grup d’interficies. Un paquet amb una direcció de destí multicast s’entregarà a tots els membres del grup. Cal recordar també que una adreça multicast no pot ser mai origen. Una adreça multicast té els seus 8 bits de més pes amb valors a 1 (FF00::/8) com podem veure en el següent gràfic.
Tres dels quatre bits en els flag estan en usa actualment:
- El bit de menys pes “T” definit a l’RFC 3513 té sempre com a valor 0 per les adreces multicast assignades per la IANA. Si té valor 1, es refereix a adreces multicast no assignades de forma permanent.
- El bit “P” definit a l’RFC 3306, indica que una adreça multicast esta basada (1) o no (0) en una adreça unicast.
- El bit “R” definit a l’RFC 3956, si té com a valor 1 indica que conté adreces unicast del tipus RP (repetidors de multicast) en el grup d’adreces que conté.
El 4rt bit que falta esta reservat per usos futurs i actualment es deixa sempre fix a 0. El bit “P” indica que una adreça multicast esta formada en base a una adreça unicast; perquè una adreça unicast es considera que té un temps de vida limitat, per tant, una adreça multicast d’aquest tipus no podrà ser permanent. Això vol dir que el bit “P” amb valor 1 requereix que el bit “T” també tingui valor 1.
Scoping és una potent funcionalitat incorporada a les adreces multicast d’IPv6. Proporciona als routers la informació necessaria per transportar el tràfic multicast al domini que toca. A continuació podem veure una taula amb els possibles valors dels 4 bits.
Unicast-Prefix-Based Multicast Addresses
Les adreces GLOP que es van introduir a IPv4 per tal de crear adreces multicast globals i úniques per organitzacions que tinguessin ASNs. Les adreces es contruien en base als ASNs globlas i únics. L’RFC 3306 amplia aquest concepte i defineix un mecanisme que genera adreces multicast IPv6 globals basades en un prefixe unicast com podem veure en el següent gràfic.
Els bits reservats es fixen a 0 (els 64 bits del camp del prefixe unicast). Per exemple, a continuació podem veure l’adreça multicast de la direcció unicast 2001:100:abc:1::/64.
Nota: L’abast de l’adreça unicast basada en el prefix no huaria d’exedir la del prefixe unicast “embedid”.
Solicited-Node Multicast Addresses
A partir de l’adreça unicast de capa 3 gràcies a aquest mecanisme podem saber l’adreça d’enllaç local (la MAC). El format de l’adreça FF02::1:FF00:0000/104, on els 24 bits de menys pes són els mateixos per les adreces unicast que anycast que les han generat. Això representa un mètoda deterministic per identificar el grup d’enllaços locals multicast en que un host amb una direcció IPv6 unicast esta escoltant. Si no es pot determinar això llavors aquesta informació multicast s’ha d’enviar a l’adreça del solicited-node multicast.
IPv6 and Layer 2 Addressing
Les adreces IPv6 tenen dues correlació amb les adreces de capa 2. La primera IPv6 és capaç de generar un ID d’interficie a partir d’una adreça de capa 2. La segona és comuna amb IPv4, proveeix d’un mecanisme per mapejar les adreces IP mutlicast amb les adreces multicast de capa 2.
EUI-64 Interface Identifiers
La IEEE va especificar el format d’identificadors EUI-64. Per fer un identificador IPv6 d’ID d’interficie, la única cosa que s’ha de fer és moure el sisé bit en l’ordre estàndard d’internet (universal/bit local).
La IEEE també va especificar un mecanisme per generar un identificador de 64bits (EUI-64) a partir dels 48 bits de l’adreça de capa 2. Amb aquest mecanisme podem establir una correlació entre les adreces MAC i les ID d’interficie com a part de l’adreça IPv6. A continuació pdoem veure un exemple de com es genera un ID d’interficie a partir d’una MAC. Primer cal crear l’identificador EUI-64 i després el modifiquem per crear l’ID d’interficie.
Pv6 Addressing Architecture at a Glance
