CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament d’Arquitectura de Computadors (Seminaris de CASO) Autors El Futuro de IP: IPv6 Marc Andreu García Raúl Basanta

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 2 Introducción. o Se trata de una nueva versión de IP (Internet Protocol) que viene a cubrir algunos vacios del anterior IPv4. o Se define como IPv6 o IPng (Next Generation) y al igual que IPv4 se trata del protocolo de transmisión de datagramas, tramas y paquetes del nivel IP de Internet. o No se trata simplemente de IPv4 con unos números más añadidos, sino un replanteamiento de los requerimientos de IP para el futuro de Internet. o IPv6 toma conciencia de los cambios en la naturaleza cambiante del tráfico IP en las redes de globales.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 3 Introducción II o El Internet Architecture Board empieza a estudiar los problemas de IPv4 en o Sus estudios conducen a un grupo de trabajo de ingenieros y científicos agrupados bajo el IESG (Internet Engineering Steering Group) a definir el nuevo protocolo IP. o Se estudian en coordinación con otros equipos: –El espacio de direcciones IP –Las mejoras para TCP –La compatibilidad con otros protocolos (notablemente IPX).

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 4 Introducción III o Las primeras propuestas documentadas, siguiendo el procedimiento común, nacen con el RFC 1752 (“The Recommendation for de IP Next Generation Protocol”), en o En 1996 se publican propuestas detalladas: –RFC 1883 – The IPv6 base protocol –RFC 1884 – The address specification –RFC 1885 – Description of the control protocol ICMP –RFC 1886 – Addressing the problems of an enhaced DNS o Abril de 1996 ve el principal RFC: RFC1933 “El mecanismo de transición.”

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 5 Motivaciones o El principal motivo es el crecimiento de Internet desde dos puntos de vista: –Se prevee un posible futuro agotamiento del actual espacio de direcciones IP, o al menos una limitación próxima. –Cambios en la naturaleza del tráfico y el aumento del mismo: Antes, aplicaciones distribuidas relativamente simples, como transferencia de ficheros o , o acceso remoto con telnet. Hoy en dia aplicaciones de entorno multimedia Entornos cliente-servidor complejos en intranets y extranets (datos más complejos y amplios: ocio, y diferentes servicios). Más énfasis en la necesidad de transacciones en tiempo real.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 6 Motivaciones II o Motivaciones desde el punto de vista de la administración de redes: –Configuración de redes más ágil. A parte de los sistemas habituales de DHCP o BOOTP, las redes sin estos sistemas, necesitan automatización de tareas. o Esquemas flexibles de control de congestión. o Necesidad de mejorar los aspectos relacionados con la seguridad. o Mejorar el routing (control de flujo) y con ello la eficiéncia. o Soporte para hosts móviles

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 7 Objetivos: mejora del espacio de direcciones o Riesgo de agotamiento del espacio de direcciones IPv4: –Direcciones de 32 bits. Se requiere una única dirección para cada host. –Necesidad de asignar direcciones jerarquicamente reduce la disponibilidad de las mismas. La tarea de organizaciones como InterNIC resulta cada vez más complicada. –Alocatar direcciones internas a externas no siempre es posible (direcciones “ilegales”). –Algunas técnicas paliativas: Permitir compartición de direcciones y asignar direcciones temporalmente. HTTP 1.1 permite Hosting Virtual (una única dirección IP, muchos dominios)

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 8 Objetivos: mejora del espacio de direcciones II o IPv6 aporta direcciones de 128 bits –Significa más de 3x10^38 direcciones, o 6 x 10^23 direcciones por metro cuadrado en la tierra. Porqué tanto?: Aún con alocatamiento jerarquizado, no problema. Aún con hosts móviles, items con direcciones IP, etc, no problema. Simplificación del problema del routing con una sobre-alocatación gracias a poder crear multi-niveles jerarquicos: menos espacio para las tablas de routing y algoritmos de routing más simples. Configuración automática de los routers más viable, gracias a la jerarquización El esfuerzo del cambio se pretende para un largo periodo...

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 9 Objetivos: mejora del espacio de direcciones III o La nueva dirección: –Antes: –Ahora: Muy dificil de manejar! : -Formato hexadecimal largo: DEAD:BEEF:0000:0000:0000:0073:FEED:F00D -Compresión de direcciones (sólo un string reemplazado por ::) : DEAD:BEEF::73:FEED:F00D -Expresión de las “antiguas” direcciones IPv4: 0000:0000:0000:0000:0000:0000: :: (sólo dos caracteres adicionales!)

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 10 Objetivos: mejora del espacio de direcciones IV o Una dirección IPv6 tiene tres niveles jerárquicos: –Topología pública (48bits).Identifica a los proveedores de la conexón a Int. FP (Formal Prefix): Identifica unicast, multicast, anycast. TLA Id (Top Level Aggregation) Identifica a la autoridad de mayor nivel dentro de la jerarquía de encaminamiento Resv : Reservado para futuras expansiones de las direcciones NLA ID (Next-Level Aggregation ): Identifica el ISP. –Topología de la organización (16 bits) Identifica a la organización a la que pertenece el nodo IP SLA Id (Site Level Aggregation) Permite a una organización crear su propia jerarquía de direcciones.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 11 Objetivos: mejora del espacio de direcciones V –Identificador de la interfície (64 bits) : Identifica inequívocamente a un nodo. Coincide con los bits de una dirección tipica MAC. Se utiliza para autoconfiguración. FP Site Topology Interf Id Interface Identifier NLA IdSLA IdResv Public Topology TLA Id

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 12 Objetivos: mejora del espacio de direcciones VI o Tres tipos de direcciones: –Unicast (unidistribución): Un identificador para una interfaz individual. –Anycast (monodistribución): Un identificador para un conjunto de interfaces (posiblemente perteneciente a diferentes nodos). El paquete se entrega a una de las direcciones de las interfaces. –Multicast (multidistribución) : Un identificador para un conjunto de interfaces (posiblemente de diferentes nodos). El paquete se entrega a todas las direcciones.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 13 Objetivos: mejoras de formato. Cabeceras o Uno de las deficiencias de IPv4 es la complejidad de sus cabeceras. No se pueden mantener con el nuevo protocolo porque aumentarían en complejidad de forma proporcional. –10 campos para la cabecera –Dos direcciones de 32 bits (origen y destino) –Campo de opciones (para completar la longitud de la cabecera). 20 octetos

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 14 Objetivos: mejoras de formato. Cabeceras II o Sin información en el campo de opción, la cabecera ocupa 20 bytes. Una cabecera IPv6 de 80 bytes sería poco deseable. o La cabecera IPv6 se simplifica con cabeceras encadenadas. o 6 campos y dos direcciones de 128 bytes (origen y destino) sin opciones. Las opciones de IPv4 se especifican en otro campo, que especifica que otra cabecera le sigue.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 15 Objetivos: mejoras de formato. Cabeceras III 10x32bits= 40 octetos Application Data TCP HeaderDest. Opt. Header ESP Header Autentication Header Fragment Header Routing Headerr Hop-by-Hop Options Header IPv6 Header Octets40 Variable 8 20 (opt) Variable

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 16 Objetivos: mejoras de formato. Cabeceras IV o Mejora en la flexibilidad  Enrutamiento más eficiente. –La cabecera más simple ocupa sólo 40 bytes: Versión (4 bits) Prioridad (4 bits) Etiqueta de Flujo (24 bits) Usada por el host para decir al router como tratar el paquete. Longitud de carga útil (Payload). (16) Long. Total de segm. TCP+Ext. Headers Siguiente cabecera. (8bits) Tipo de cabecera que sigue. Limite de saltos (8 bits) Saltos que restan. (TTL de IPv4) –Cabecera más compleja para apl. Complejas. La tarea del router se simplifica!! o Sin límite en el número de cabeceras encadenadas: –La siguiente cabecera es un número de 8-bit  255 tipos diferentes. Definidas hasta hoy 6 tipos:

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 17 Objetivos: mejoras de formato. Cabeceras V 1)Hop-by-Hop Header : contiene información adicional para ser examinada por cada router en su camino. 2)Routing Header: Routing extendido (lista de uno o más nodos intermedios a ser visitados por el camino a destino). 3)Fragment Header: Información de fragmentación y reensamblaje. En IPv6, la fragmentación sólo se hace en los nodos fuente, no en los intermediarios del camino. 4)Autentification Header : Provee integridad y autentificación de paquetes. No se especifica qué algoritmo. (se usa MD5) 5)Encapsulating Security Payload: Provee privacidad. No se especifica algoritmo (se supone encriptación simétrica). 6)Destination Option: Información adicional para el nodo destino.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 18 Objetivos: mayor seguridad o IPv6 aporta mejoras en seguridad. o Hay una necesidad de seguridad en cuanto a cifrado de datos  IP-Sec opcional en IPv4 (implementado con los optional headers). En IPv6 la compatibilidad con el protocolo de seguridad es obligatoria. Todas las máquinas que soportan IPv6 han de implementar obligatoriamente la cabecera de autenticación de IPv6 con al menos una clave de 128 bits. Desventaja:  costos en el procesamiento del protocolo y latencia o Se implementa combinando los dos headers : ESP (incorpora nivel de seguridad  gobierno) y AH (pueden ser independientes).

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 19 Objetivos: facilidad de configuración o IPv6 incorpora mecanismos para la autoconfiguración de los host  direcciones de autoconfiguración. Muchas redes IP tienen direcciones definidas manualmente, por lo que supone una gran mejora. o El host debe ser capaz de descubrir toda la información que necesita para su conexión a Internet. El requerimiento mínimo es que éste sea capaz de generar una única dirección IP y descubrir al menos un router. o Usan Neigbor Discovery : proceso por el cual un host IP descubre automáticamente su dirección IP

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 20 Objetivos: facilidad de configuración II o Tipos de direcciones: – Link Local: direcciones que se usan en aquellas interficies que no están conectadas a ningún router. Directamente la dirección se obtiene de la dirección MAC. – Global scope : direcciones que se usan en aquellas interficies conectadas a un router. Se autoconfigura con mensajes hacia el router.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 21 El cambio IPv4  IPv6 (I) o El cambio rápido es dificil. Usuarios y empresas no pueden soportar periodos de inactividad. Debe ser pues de progresiva implantación en host y routers. o La naruraleza de la red es anárquica. o Soluciones que se aportan: –Implementaciones en los SO de los ppales. fabricantes. –Coexisténcia por un periodo largo de tiempo, o indefinida, de ambos sistemas (dualidad de protocolos o uso simultáneo de ambos: Dual-Stack). –Compatibilidad con la base instalada de dispositivos IPv4. –Uso de autoconfiguración. –Mecanismos para facilitar la transición: SIT Simple Internet Transition –Túneles IPv6 sobre IPv4. (paquetes IPv6 encapsulados). Pueden ser usados de formas diferentes:

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 22 El cambio IPv4  IPv6 (II) Router a Router. Routers con doble pila se conectan mediante una infraestructura IPv4 y transmiten tráfico IPv6. Host a Router. Host con doble pila se conectan a un router intermedio (también con doble pila), alcanzable con una infraestructura IPv4. Host a Host de doble pila conectados a una infraestructura IPv4. Router a Host. Ambos con doble pila. –Transmisión IPv6 sobre dominios IPv4 (RFC2529). Este mecanismo permite a disp. IPv6 aislados, ser funcionales. –Tunel Server y Tunel Broker : Se tratan de ISP IPv6 “virtuales” proporcionando conectividad IPv6 a usuarios con conectividad ya con IPv4. –Plataforma 6bone: plataforma que proporciona transporte IPv6

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 23 El cambio IPv4  IPv6 (III) –El servicio DNS deberá usar encapsulación. Se debe usar un nuevo tipo de registro (AAAA) y un nuevo dominio de resolución de direcciones inversa (IP6.INT) así como redefinicir las consultas existentes.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 24 Conclusiones IPv6 es apropiado para ser la próxima generación IP por diversas razones: o Resuelve problemas de escalabilidad. Aparición de host móviles o Provee un mecanismo de transición sencillo. o Puede ser instalado como un upgrade de dispositivos. o Provee nuevas necesidades: dispositivos móviles portátiles. o Provee una plataforma para nuevas funcionalidades Internet. o Enrutamiento más sencillo y menos bytes de control (reducción del tráfico). Pero o Implantación lenta o Seguridad en contrapartida de velocidad.

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 25 Soporte o Host implementations: implementations.html –BDSI-Microsoft-Linux-FreeBSD –Apple-OpenBSD-HP- DRET –Bull-Sun-FTP Software-WIDE –Compaq-Silicon Graphics-IBM Router implementations: –3Com-Nortel Networks-NTHU-Zebra –Cisco Systems-IP Infussion-Sumitomo –Ericsson Telebit-MRT-Electric –Hitachi Ltd.-Nokia-TELDAT

Seminaris de CONCEPTES AVANÇATS DE SISTEMES OPERATIUS Departament. d’Arquitectura de Computadors - UPC 26 Bibliografía o Understanding IPv6 by David Morton ( o “The new and improved Internet Protocol” article by W. Stallings based on his book : “Data and Computer Communicatios” – Prentice-Hall o IPv6 Organization : o ForoIPv6: o Apuntes STD: people.ac.upc.es/joseb/std_t2_c_01.pdf o Grupo de trabajo Red Iris