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14 \chapter{Il livello di rete}
15 \label{cha:network_layer}
17 In questa appendice prenderemo in esame i vari protocolli disponibili a
18 livello di rete.\footnote{per la spiegazione della suddivisione in livelli dei
19 protocolli di rete, si faccia riferimento a quanto illustrato in
20 sez.~\ref{sec:net_protocols}.} Per ciascuno di essi forniremo una descrizione
21 generica delle principlai caratteristiche, del formato di dati usato e quanto
22 possa essere necessario per capirne meglio il funzionamento dal punto di vista
25 Data la loro prevelenza il capitolo sarà sostanzialmente incentrato sui due
26 protocolli principali esistenti su questo livello: l'\textit{Internet
27 Protocol} IP (che più propriamente si dovrebbe chiamare IPv4) ed la sua
28 nuova versione denominata IPv6.
31 \section{Il protocollo IP}
32 \label{sec:ip_protocol}
34 L'attuale \textit{Internet Protocol} (IPv4) viene standardizzato nel 1981
35 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc719.txt}{RFC~719}; esso nasce per
36 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
37 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
38 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
39 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.).
42 \subsection{Introduzione}
45 Il compito di IP è pertanto quello di trasmettere i pacchetti da un computer
46 all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
47 realizzato in IPv4 sono due:
50 \item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due host
51 identificati univocamente con un indirizzo a 32 bit che può appartenere ad
52 una sola interfaccia di rete.
53 \item \textit{Best effort} viene assicurato il massimo impegno nella
54 trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né
55 sulla percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di
59 Per effettuare la comunicazione e l'instradamento dei pacchetti fra le varie
60 reti di cui è composta Internet IPv4 organizza gli indirizzi in una
61 gerarchia a due livelli, in cui una parte dei 32 bit dell'indirizzo indica il
62 numero di rete, e un'altra l'host al suo interno. Il numero di rete serve
63 ai router per stabilire a quale rete il pacchetto deve essere inviato, il
64 numero di host indica la macchina di destinazione finale all'interno di detta
67 Per garantire l'unicità dell'indirizzo Internet esiste un'autorità
68 centrale (la IANA, \textit{Internet Assigned Number Authority}) che assegna i
69 numeri di rete alle organizzazioni che ne fanno richiesta; è poi compito di
70 quest'ultime assegnare i numeri dei singoli host.
72 Per venire incontro alle diverse esigenze gli indirizzi di rete sono stati
73 originariamente organizzati in \textit{classi}, (rappresentate in
74 tab.~\ref{tab:IP_ipv4class}), per consentire dispiegamenti di reti di
82 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\vrule}
83 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
84 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
85 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
86 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
87 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
88 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
89 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
90 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
91 \omit&\omit& \multicolumn{7}{c}{7 bit}&\multicolumn{24}{c}{24 bit} \\
93 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
94 classe A &\centering 0&
95 \multicolumn{7}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{21mm}{\centering net Id}} &
96 \multicolumn{24}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{72mm}{\centering host Id}} \\
97 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
99 \multicolumn{33}{c}{ } \\
101 \multicolumn{14}{c}{14 bit}&\multicolumn{16}{c}{16 bit} \\
103 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
104 classe B&\centering 1&\centering 0&
105 \multicolumn{14}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{42mm}{\centering net Id}} &
106 \multicolumn{16}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{48mm}{\centering host Id}} \\
107 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
110 \multicolumn{33}{c}{ } \\
112 \multicolumn{21}{c}{21 bit}&\multicolumn{8}{c}{8 bit} \\
114 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
115 classe C&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
116 \multicolumn{21}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering net Id}} &
117 \multicolumn{8}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{24mm}{\centering host Id}} \\
118 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
122 \multicolumn{33}{c}{ } \\
123 \omit&\omit&\omit&\omit&
124 \multicolumn{28}{c}{28 bit} \\
126 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
127 classe D&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
128 \multicolumn{28}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering
129 multicast group Id}} \\
130 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
133 \multicolumn{33}{c}{ } \\
134 \omit&\omit&\omit&\omit&\omit&
135 \multicolumn{27}{c}{27 bit} \\
137 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
138 classe E&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
139 \multicolumn{27}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{59mm}{\centering
140 reserved for future use}} \\
141 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
146 \caption{Le classi di indirizzi secondo IPv4.}
147 \label{tab:IP_ipv4class}
150 Le classi usate per il dispiegamento delle reti sono le prime tre; la classe D
151 è destinata al (non molto usato) \textit{multicast} mentre la classe E è
152 riservata per usi sperimentali e non viene impiegata.
154 Come si può notare però la suddivisione riportata in
155 tab.~\ref{tab:IP_ipv4class} è largamente inefficiente in quanto se ad un
156 utente necessita anche solo un indirizzo in più dei 256 disponibili con una
157 classe A occorre passare a una classe B, con un conseguente spreco di numeri.
159 Inoltre, in particolare per le reti di classe C, la presenza di tanti
160 indirizzi di rete diversi comporta una crescita enorme delle tabelle di
161 instradamento che ciascun router dovrebbe tenere in memoria per sapere dove
162 inviare il pacchetto, con conseguente crescita dei tempi di processo da parte
163 di questi ultimi ed inefficienza nel trasporto.
169 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\vrule}
170 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
171 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
172 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
173 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
174 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
175 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
176 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
177 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
179 \multicolumn{12}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{20}{c}{$32-n$ bit} \\
181 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
183 \multicolumn{12}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{36mm}{\centering net Id}} &
184 \multicolumn{20}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{60mm}{\centering host Id}} \\
185 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
189 \caption{Uno esempio di indirizzamento CIDR.}
190 \label{tab:IP_ipv4cidr}
193 Per questo nel 1992 è stato introdotto un indirizzamento senza classi (il
194 CIDR, \textit{Classless Inter-Domain Routing}) in cui il limite fra i bit
195 destinati a indicare il numero di rete e quello destinati a indicare l'host
196 finale può essere piazzato in qualunque punto (vedi
197 tab.~\ref{tab:IP_ipv4cidr}), permettendo di accorpare più classi A su un'unica
198 rete o suddividere una classe B e diminuendo al contempo il numero di
199 indirizzi di rete da inserire nelle tabelle di instradamento dei router.
204 \section{Il protocollo IPv6}
205 \label{sec:ipv6_protocol}
207 Negli anni '90 con la crescita del numero di macchine connesse su Internet si
208 arrivò a temere l'esaurimento dello spazio degli indirizzi disponibili, specie
209 in vista di una prospettiva (per ora rivelatasi prematura) in cui ogni
210 apparecchio elettronico sarebbe stato inserito all'interno della rete.
212 Per questo motivo si iniziò a progettare una nuova versione del protocollo
214 L'attuale Internet Protocol (IPv4) viene standardizzato nel 1981
215 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc719.txt}{RFC~719}; esso nasce per
216 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
217 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
218 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
219 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.).
222 \subsection{I motivi della transizione}
223 \label{sec:IP_whyipv6}
225 Negli ultimi anni la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
226 internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4; in particolare si
227 è iniziata a delineare la possibilità di arrivare a una carenza di
228 indirizzi disponibili.
230 In realtà il problema non è propriamente legato al numero di indirizzi
231 disponibili; infatti con 32 bit si hanno $2^{32}$, cioè circa 4 miliardi,
232 numeri diversi possibili, che sono molti di più dei computer attualmente
235 Il punto è che la suddivisione di questi numeri nei due livelli rete/host e
236 l'utilizzo delle classi di indirizzamento mostrate in precedenza, ha
237 comportato che, nella sua evoluzione storica, il dispiegamento delle reti e
238 l'allocazione degli indirizzi siano stati inefficienti; neanche l'uso del CIDR
239 ha permesso di eliminare le inefficienze che si erano formate, dato che il
240 ridispiegamento degli indirizzi comporta cambiamenti complessi a tutti i
241 livelli e la riassegnazione di tutti gli indirizzi dei computer di ogni
244 Diventava perciò necessario progettare un nuovo protocollo che permettesse
245 di risolvere questi problemi, e garantisse flessibilità sufficiente per
246 poter continuare a funzionare a lungo termine; in particolare necessitava un
247 nuovo schema di indirizzamento che potesse rispondere alle seguenti
251 \item un maggior numero di numeri disponibili che consentisse di non restare
252 più a corto di indirizzi
253 \item un'organizzazione gerarchica più flessibile dell'attuale
254 \item uno schema di assegnazione degli indirizzi in grado di minimizzare le
255 dimensioni delle tabelle di instradamento
256 \item uno spazio di indirizzi che consentisse un passaggio automatico dalle
257 reti locali a internet
261 \subsection{Principali caratteristiche di IPv6}
262 \label{sec:IP_ipv6over}
264 Per rispondere alle esigenze descritte in sez.~\ref{sec:IP_whyipv6} IPv6 nasce
265 come evoluzione di IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono
266 dimostrate valide, eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre
267 ponendo al contempo una grande attenzione a mantenere il protocollo il più
268 snello e veloce possibile.
270 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti a
271 grandi linee nei seguenti punti:
273 \item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
274 supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
275 nodi indirizzabili molto maggiore e una autoconfigurazione degli indirizzi
276 \item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
277 si aggiungono agli usuali \textit{unycast} e \textit{multicast}
278 \item la semplificazione del formato dell'intestazione, eliminando o rendendo
279 opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
280 riprocessamento della stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
281 dimensione dovuto ai nuovi indirizzi
282 \item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
283 più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle
284 dimensioni delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di
286 \item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che
287 permetta di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
288 trattamento speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni
289 multimediali e/o ``real-time'')
293 \subsection{L'intestazione di IPv6}
294 \label{sec:IP_ipv6head}
296 Per capire le caratteristiche di IPv6 partiamo dall'intestazione usata dal
297 protocollo per gestire la trasmissione dei pacchetti; in
298 fig.~\ref{fig:IP_ipv6head} è riportato il formato dell'intestazione di IPv6 da
299 confrontare con quella di IPv4 in fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}. La spiegazione
300 del significato dei vari campi delle due intestazioni è riportato
301 rispettivamente in tab.~\ref{tab:IP_ipv6field} e tab.~\ref{tab:IP_ipv4field})
306 % \begin{tabular}{@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
307 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
308 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule} }
309 % \multicolumn{8}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
311 % \centering version&\centering priority&
312 % \multicolumn{6}{@{}p{96mm}@{\vrule}}{\centering flow label} \\
314 % \multicolumn{4}{@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}}{\centering payload length} &
315 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering next header} &
316 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering hop limit}\\
318 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
319 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
321 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
323 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
325 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
326 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
328 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
330 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
333 % \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6}
334 % \label{tab:IP_ipv6head}
340 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv6_head}
341 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6.}
342 \label{fig:IP_ipv6head}
346 Come si può notare l'intestazione di IPv6 diventa di dimensione fissa, pari a
347 40 byte, contro una dimensione (minima, in assenza di opzioni) di 20 byte per
348 IPv4; un semplice raddoppio nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia
349 quadruplicato, questo grazie a una notevole semplificazione che ha ridotto il
350 numero dei campi da 12 a 8.
355 \begin{tabular}{|l|c|p{8cm}|}
357 \textbf{Nome} & \textbf{Lunghezza} & \textbf{Significato} \\
360 \textit{version} & 4 bit &
361 \textsl{versione}, nel caso specifico vale sempre 6\\
362 \textit{priority} & 4 bit &
363 \textsl{priorità}, vedi sez.~\ref{sec:prio} \\
364 \textit{flow label} & 24 bit &
365 \textsl{etichetta di flusso}, vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_flow}\\
366 \textit{payload length} & 16 bit &
367 \textsl{lunghezza del carico}, cioè del corpo dei dati che segue
368 l'intestazione, in byte. \\
369 \textit{next header} & 8 bit & \textsl{intestazione successiva},
370 identifica il tipo di pacchetto che segue l'intestazione di IPv6, usa
371 gli stessi valori del campo protocollo nell'intestazione di IPv4\\
372 \textit{hop limit} & 8 bit & \textsl{limite di salti},
373 stesso significato del \textit{time to live} nell'intestazione di IPv4,
374 è decrementato di uno ogni volta che un nodo ritrasmette il
375 pacchetto, se arriva a zero il pacchetto viene scartato \\
376 \textit{source IP} & 128 bit & \textsl{indirizzo di origine} \\
377 \textit{destination IP}& 128 bit & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
380 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv6}
381 \label{tab:IP_ipv6field}
385 Abbiamo già anticipato in sez.~\ref{sec:IP_ipv6over} uno dei criteri principali
386 nella progettazione di IPv6 è stato quello di ridurre al minimo il tempo di
387 processamento dei pacchetti da parte dei router, un confronto con
388 l'intestazione di IPv4 (vedi fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}) mostra le seguenti
392 \item è stato eliminato il campo \textit{header length} in quanto le opzioni
393 sono state tolte dall'intestazione che ha così dimensione fissa; ci possono
394 essere più intestazioni opzionali (\textsl{intestazioni di estensione}, vedi
395 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}), ciascuna delle quali avrà un suo campo di
396 lunghezza all'interno.
397 \item l'intestazione e gli indirizzi sono allineati a 64 bit, questo rende più
398 veloce il processo da parte di computer con processori a 64 bit.
399 \item i campi per gestire la frammentazione (\textit{identification},
400 \textit{flag} e \textit{fragment offset}) sono stati eliminati; questo
401 perché la frammentazione è un'eccezione che non deve rallentare il
402 processo dei pacchetti nel caso normale.
403 \item è stato eliminato il campo \textit{checksum} in quanto tutti i
404 protocolli di livello superiore (TCP, UDP e ICMPv6) hanno un campo di
405 checksum che include, oltre alla loro intestazione e ai dati, pure i campi
406 \textit{payload length}, \textit{next header}, e gli indirizzi di origine e
407 di destinazione; una checksum esiste anche per la gran parte protocolli di
408 livello inferiore (anche se quelli che non lo hanno, come SLIP, non possono
409 essere usati con grande affidabilità); con questa scelta si è ridotto di
410 molti tempo di riprocessamento dato che i router non hanno più la
411 necessità di ricalcolare la checksum ad ogni passaggio di un pacchetto per
412 il cambiamento del campo \textit{hop limit}.
413 \item è stato eliminato il campo \textit{type of service}, che praticamente
414 non è mai stato utilizzato; una parte delle funzionalità ad esso delegate
415 sono state reimplementate (vedi il campo \textit{priority} al prossimo
416 punto) con altri metodi.
417 \item è stato introdotto un nuovo campo \textit{flow label}, che viene usato,
418 insieme al campo \textit{priority} (che recupera i bit di precedenza del
419 campo \textit{type of service}) per implementare la gestione di una
420 ``\textsl{qualità di servizio}'' (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_qos}) che
421 permette di identificare i pacchetti appartenenti a un ``\textsl{flusso}''
422 di dati per i quali si può provvedere un trattamento speciale.
428 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv4_head}
429 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv4.}
430 \label{fig:IP_ipv4_head}
436 \begin{tabular}{|l|c|p{9cm}|}
438 \textbf{Nome} & \textbf{Bit} & \textbf{Significato} \\
441 \textit{version} & 4 & \textsl{versione}, nel caso
442 specifico vale sempre 4\\
443 \textit{head length} & 4 &\textsl{lunghezza dell'intestazione},
444 in multipli di 32 bit\\
445 \textit{type of service} & 8 & \textsl{tipo di servizio},
446 consiste in: 3 bit di precedenza,
447 correntemente ignorati; un bit non usato a 0; 4 bit che identificano
448 il tipo di servizio richiesto, uno solo dei quali può essere 1\\
449 \textit{total length} & 16 & \textsl{lunghezza totale}, indica
450 la dimensione del pacchetto IP in byte\\
451 \textit{identification} & 16 & \textsl{identificazione},
452 assegnato alla creazione, è aumentato di uno all'origine della
453 trasmissione di ciascun pacchetto, ma resta lo stesso per i
454 pacchetti frammentati\\
456 \textsl{flag} bit di frammentazione, uno indica se un
457 pacchetto è frammentato, un'altro se ci sono ulteriori frammenti, e
458 un'altro se il pacchetto non può essere frammentato. \\
459 \textit{fragmentation offset} & 13 & \textsl{offset di frammento},
460 indica la posizione del frammento rispetto al pacchetto originale\\
461 \textit{time to live} & 16 & \textsl{tempo di vita},
462 ha lo stesso significato di
463 \textit{hop limit}, vedi tab.~\ref{tab:IP_ipv6field}\\
464 \textit{protocol} & 8 & \textsl{protocollo}
465 identifica il tipo di pacchetto che segue
466 l'intestazione di IPv4\\
467 \textit{header checksum} & 16 & \textsl{checksum di intestazione},
468 somma di controllo per l'intestazione\\
469 \textit{source IP} & 32 & \textsl{indirizzo di origine}\\
470 \textit{destination IP} & 32 & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
473 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv4}
474 \label{tab:IP_ipv4field}
478 Oltre alle differenze precedenti, relative ai singoli campi nell'intestazione,
479 ulteriori caratteristiche che diversificano il comportamento di IPv4 da
480 quello di IPv6 sono le seguenti:
483 \item il broadcasting non è previsto in IPv6, le applicazioni che lo usano
484 dovono essere reimplementate usando il multicasting (vedi
485 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}), che da opzionale diventa obbligatorio.
486 \item è stato introdotto un nuovo tipo di indirizzi, gli \textit{anycast}.
487 \item i router non possono più frammentare i pacchetti lungo il cammino, la
488 frammentazione di pacchetti troppo grandi potrà essere gestita solo ai
489 capi della comunicazione (usando un'apposita estensione vedi
490 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}).
491 \item IPv6 richiede il supporto per il \textit{path MTU discovery} (cioè il
492 protocollo per la selezione della massima lunghezza del pacchetto); seppure
493 questo sia in teoria opzionale, senza di esso non sarà possibile inviare
494 pacchetti più larghi della dimensione minima (576 byte).
497 \subsection{Gli indirizzi di IPv6}
498 \label{sec:IP_ipv6_addr}
500 Come già abbondantemente anticipato la principale novità di IPv6 è
501 costituita dall'ampliamento dello spazio degli indirizzi, che consente di avere
502 indirizzi disponibili in un numero dell'ordine di quello degli atomi che
503 costituiscono la terra.
505 In realtà l'allocazione di questi indirizzi deve tenere conto della
506 necessità di costruire delle gerarchie che consentano un instradamento
507 rapido ed efficiente dei pacchetti, e flessibilità nel dispiegamento delle
508 reti, il che comporta una riduzione drastica dei numeri utilizzabili; uno
509 studio sull'efficienza dei vari sistemi di allocazione usati in altre
510 architetture (come i sistemi telefonici) è comunque giunto alla conclusione
511 che anche nella peggiore delle ipotesi IPv6 dovrebbe essere in grado di
512 fornire più di un migliaio di indirizzi per ogni metro quadro della
513 superficie terrestre.
516 \subsection{La notazione}
517 \label{sec:IP_ipv6_notation}
518 Con un numero di bit quadruplicato non è più possibile usare la notazione
519 coi numeri decimali di IPv4 per rappresentare un numero IP. Per questo gli
520 indirizzi di IPv6 sono in genere scritti come sequenze di otto numeri
521 esadecimali di 4 cifre (cioè a gruppi di 16 bit) usando i due punti come
522 separatore; cioè qualcosa del tipo
523 \texttt{5f1b:df00:ce3e:e200:0020:0800:2078:e3e3}.
526 Visto che la notazione resta comunque piuttosto pesante esistono alcune
527 abbreviazioni; si può evitare di scrivere gli zeri iniziali per cui si
528 può scrivere \texttt{1080:0:0:0:8:800:ba98:2078:e3e3}; se poi un intero è
529 zero si può omettere del tutto, così come un insieme di zeri (ma questo
530 solo una volta per non generare ambiguità) per cui il precedente indirizzo
531 si può scrivere anche come \texttt{1080::8:800:ba98:2078:e3e3}.
533 Infine per scrivere un indirizzo IPv4 all'interno di un indirizzo IPv6 si
534 può usare la vecchia notazione con i punti, per esempio
535 \texttt{::192.84.145.138}.
540 \begin{tabular}{|l|l|l|}
542 \centering \textbf{Tipo di indirizzo}
543 & \centering \textbf{Prefisso} & {\centering \textbf{Frazione}} \\
546 riservato & \texttt{0000 0000} & 1/256 \\
547 non assegnato & \texttt{0000 0001} & 1/256 \\
549 riservato per NSAP & \texttt{0000 001} & 1/128\\
550 riservato per IPX & \texttt{0000 010} & 1/128\\
552 non assegnato & \texttt{0000 011} & 1/128 \\
553 non assegnato & \texttt{0000 1} & 1/32 \\
554 non assegnato & \texttt{0001} & 1/16 \\
556 provider-based & \texttt{001} & 1/8\\
558 non assegnato & \texttt{010} & 1/8 \\
559 non assegnato & \texttt{011} & 1/8 \\
560 geografic-based& \texttt{100} & 1/8 \\
561 non assegnato & \texttt{101} & 1/8 \\
562 non assegnato & \texttt{110} & 1/8 \\
563 non assegnato & \texttt{1110} & 1/16 \\
564 non assegnato & \texttt{1111 0} & 1/32 \\
565 non assegnato & \texttt{1111 10} & 1/64 \\
566 non assegnato & \texttt{1111 110} & 1/128 \\
567 non assegnato & \texttt{1111 1110 0} & 1/512 \\
569 unicast link-local & \texttt{1111 1110 10} & 1/1024 \\
570 unicast site-local & \texttt{1111 1110 11} & 1/1024 \\
573 multicast & \texttt{1111 1111} & 1/256 \\
576 \caption{Classificazione degli indirizzi IPv6 a seconda dei bit più
578 \label{tab:IP_ipv6addr}
582 \subsection{La architettura degli indirizzi di IPv6}
583 \label{sec:IP_ipv6_addr_arch}
585 Come per IPv4 gli indirizzi sono identificatori per una singola (indirizzi
586 \textit{unicast}) o per un insieme (indirizzi \textit{multicast} e
587 \textit{anycast}) di interfacce di rete.
589 Gli indirizzi sono sempre assegnati all'interfaccia, non al nodo che la
590 ospita; dato che ogni interfaccia appartiene ad un nodo quest'ultimo può
591 essere identificato attraverso uno qualunque degli indirizzi unicast delle sue
592 interfacce. A una interfaccia possono essere associati anche più indirizzi.
594 IPv6 presenta tre tipi diversi di indirizzi: due di questi, gli indirizzi
595 \textit{unicast} e \textit{multicast} hanno le stesse caratteristiche che in
596 IPv4, un terzo tipo, gli indirizzi \textit{anycast} è completamente nuovo.
597 In IPv6 non esistono più gli indirizzi \textit{broadcast}, la funzione di
598 questi ultimi deve essere reimplementata con gli indirizzi \textit{multicast}.
600 Gli indirizzi \textit{unicast} identificano una singola interfaccia: i
601 pacchetti mandati ad un tale indirizzo verranno inviati a quella interfaccia,
602 gli indirizzi \textit{anycast} identificano un gruppo di interfacce tale che
603 un pacchetto mandato a uno di questi indirizzi viene inviato alla più vicina
604 (nel senso di distanza di routing) delle interfacce del gruppo, gli indirizzi
605 \textit{multicast} identificano un gruppo di interfacce tale che un pacchetto
606 mandato a uno di questi indirizzi viene inviato a tutte le interfacce del
609 In IPv6 non ci sono più le classi ma i bit più significativi indicano il tipo
610 di indirizzo; in tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} sono riportati i valori di detti
611 bit e il tipo di indirizzo che loro corrispondente. I bit più significativi
612 costituiscono quello che viene chiamato il \textit{format prefix} ed è sulla
613 base di questo che i vari tipi di indirizzi vengono identificati. Come si
614 vede questa architettura di allocazione supporta l'allocazione di indirizzi
615 per i provider, per uso locale e per il multicast; inoltre è stato riservato
616 lo spazio per indirizzi NSAP, IPX e per le connessioni; gran parte dello
617 spazio (più del 70\%) è riservato per usi futuri.
619 Si noti infine che gli indirizzi \textit{anycast} non sono riportati in
620 tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} in quanto allocati al di fuori dello spazio di
621 allocazione degli indirizzi unicast.
623 \subsection{Indirizzi unicast \textit{provider-based}}
624 \label{sec:IP_ipv6_unicast}
626 Gli indirizzi \textit{provider-based} sono gli indirizzi usati per le
627 comunicazioni globali, questi sono definiti
628 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2073.txt}{RFC~2073} e sono gli
629 equivalenti degli attuali indirizzi delle classi da A a C.
631 L'autorità che presiede all'allocazione di questi indirizzi è la IANA; per
632 evitare i problemi di crescita delle tabelle di instradamento e una procedura
633 efficiente di allocazione la struttura di questi indirizzi è organizzata fin
634 dall'inizio in maniera gerarchica; pertanto lo spazio di questi indirizzi è
635 stato suddiviso in una serie di campi secondo lo schema riportato in
636 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_unicast}.
641 \begin{tabular} {@{\vrule}p{6mm}
642 @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{24mm}
643 @{\vrule}p{30mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
644 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
645 \multicolumn{1}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{1}{c}{$56-n$ bit}&
646 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
648 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm} & & &\omit\hspace{76mm}\hfill\vrule\\
650 \centering \textsl{Registry Id}&
651 \centering \textsl{Provider Id}&
652 \centering \textsl{Subscriber Id}&
653 \textsl{Intra-Subscriber} \\
654 \omit\vrule\hfill\vrule& & & &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
657 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based}.}
658 \label{tab:IP_ipv6_unicast}
661 Al livello più alto la IANA può delegare l'allocazione a delle autorità
662 regionali (i Regional Register) assegnando ad esse dei blocchi di indirizzi; a
663 queste autorità regionali è assegnato un Registry Id che deve seguire
664 immediatamente il prefisso di formato. Al momento sono definite tre registri
665 regionali (INTERNIC, RIPE NCC e APNIC), inoltre la IANA si è riservata la
666 possibilità di allocare indirizzi su base regionale; pertanto sono previsti
667 i seguenti possibili valori per il \textsl{Registry Id};
668 gli altri valori restano riservati per la IANA.
672 \begin{tabular}{|l|l|l|}
674 \textbf{Regione} & \textbf{Registro} & \textbf{Id} \\
677 Nord America &INTERNIC & \texttt{11000} \\
678 Europa & RIPE NCC & \texttt{01000} \\
679 Asia & APNIC & \texttt{00100} \\
680 Multi-regionale & IANA &\texttt{10000} \\
683 \caption{Valori dell'identificativo dei
684 Regional Register allocati ad oggi.}
685 \label{tab:IP_ipv6_regid}
688 L'organizzazione degli indirizzi prevede poi che i due livelli successivi, di
689 suddivisione fra \textit{Provider Id}, che identifica i grandi fornitori di
690 servizi, e \textit{Subscriber Id}, che identifica i fruitori, sia gestita dai
691 singoli registri regionali. Questi ultimi dovranno definire come dividere lo
692 spazio di indirizzi assegnato a questi due campi (che ammonta a un totale di
693 56~bit), definendo lo spazio da assegnare al \textit{Provider Id} e
694 al \textit{Subscriber Id}, ad essi spetterà inoltre anche l'allocazione dei
695 numeri di \textit{Provider Id} ai singoli fornitori, ai quali sarà delegata
696 l'autorità di allocare i \textit{Subscriber Id} al loro interno.
698 L'ultimo livello è quello \textit{Intra-subscriber} che è lasciato alla
699 gestione dei singoli fruitori finali, gli indirizzi \textit{provider-based}
700 lasciano normalmente gli ultimi 64~bit a disposizione per questo livello, la
701 modalità più immediata è quella di usare uno schema del tipo mostrato in
702 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninterf} dove l'\textit{Interface Id} è dato dal
703 MAC-address a 48~bit dello standard Ethernet, scritto in genere nell'hardware
704 delle scheda di rete, e si usano i restanti 16~bit per indicare la sottorete.
709 \begin{tabular} {@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
710 \multicolumn{1}{c}{64 bit}&\multicolumn{1}{c}{16 bit}&
711 \multicolumn{1}{c}{48 bit}\\
713 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm}&\omit\hspace{48mm}\hfill\vrule\\
714 \centering \textsl{Subscriber Prefix}&
715 \centering \textsl{Subnet Id}&
716 \textsl{Interface Id}\\
717 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
720 \caption{Formato del campo \textit{Intra-subscriber} per un indirizzo unicast
721 \textit{provider-based}.}
722 \label{tab:IP_ipv6_uninterf}
725 Qualora si dovesse avere a che fare con una necessità di un numero più
726 elevato di sottoreti, il precedente schema andrebbe modificato, per evitare
727 l'enorme spreco dovuto all'uso dei MAC-address, a questo scopo si possono
728 usare le capacità di autoconfigurazione di IPv6 per assegnare indirizzi
729 generici con ulteriori gerarchie per sfruttare efficacemente tutto lo spazio
732 Un registro regionale può introdurre un ulteriore livello nella gerarchia
733 degli indirizzi, allocando dei blocchi per i quali delegare l'autorità a dei
734 registri nazionali, quest'ultimi poi avranno il compito di gestire la
735 attribuzione degli indirizzi per i fornitori di servizi nell'ambito del/i
736 paese coperto dal registro nazionale con le modalità viste in precedenza.
737 Una tale ripartizione andrà effettuata all'interno dei soliti 56~bit come
738 mostrato in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninaz}.
743 \begin{tabular} {@{\vrule}p{3mm}
744 @{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{12mm}@{\vrule}p{18mm}
745 @{\vrule}p{18mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
746 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
747 \multicolumn{1}{c}{n bit}&\multicolumn{1}{c}{m bit}&
748 \multicolumn{1}{c}{56-n-m bit}&\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
750 \omit\vrule\hfill\vrule& & & & &\omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
751 \centering \texttt{3}&
752 \centering \textsl{Reg.}&
753 \centering \textsl{Naz.}&
754 \centering \textsl{Prov.}&
755 \centering \textsl{Subscr.}&
756 \textsl{Intra-Subscriber} \\
757 \omit\vrule\hfill\vrule &&&&&\\
760 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based} che prevede
761 un registro nazionale.}
762 \label{tab:IP_ipv6_uninaz}
766 \subsection{Indirizzi ad uso locale}
767 \label{sec:IP_ipv6_linksite}
769 Gli indirizzi ad uso locale sono indirizzi unicast che sono instradabili solo
770 localmente (all'interno di un sito o di una sottorete), e possono avere una
771 unicità locale o globale.
773 Questi indirizzi sono pensati per l'uso all'interno di un sito per mettere su
774 una comunicazione locale immediata, o durante le fasi di autoconfigurazione
775 prima di avere un indirizzo globale.
780 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{54mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
781 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{54 bit} &
782 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
784 \omit\vrule\hfill\vrule & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
785 \centering \texttt{FE80}&
786 \centering\texttt{0000 . . . . . 0000} &
788 \omit\vrule\hfill\vrule & &\\
791 \caption{Formato di un indirizzo \textit{link-local}.}
792 \label{tab:IP_ipv6_linklocal}
795 Ci sono due tipi di indirizzi, \textit{link-local} e \textit{site-local}. Il
796 primo è usato per un singolo link; la struttura è mostrata in
797 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_linklocal}, questi indirizzi iniziano sempre con un
798 valore nell'intervallo \texttt{FE80}--\texttt{FEBF} e vengono in genere usati
799 per la configurazione automatica dell'indirizzo al bootstrap e per la ricerca
800 dei vicini (vedi \ref{sec:IP_ipv6_autoconf}); un pacchetto che abbia tale
801 indirizzo come sorgente o destinazione non deve venire ritrasmesso dai router.
803 Un indirizzo \textit{site-local} invece è usato per l'indirizzamento
804 all'interno di un sito che non necessita di un prefisso globale; la struttura
805 è mostrata in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_sitelocal}, questi indirizzi iniziano
806 sempre con un valore nell'intervallo \texttt{FEC0}--\texttt{FEFF} e non devono
807 venire ritrasmessi dai router all'esterno del sito stesso; sono in sostanza
808 gli equivalenti degli indirizzi riservati per reti private definiti su IPv4.
809 Per entrambi gli indirizzi il campo \textit{Interface Id} è un identificatore
810 che deve essere unico nel dominio in cui viene usato, un modo immediato per
811 costruirlo è quello di usare il MAC-address delle schede di rete.
816 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{38mm}@{\vrule}p{16mm}
818 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{38 bit} &
819 \multicolumn{1}{c}{16 bit} &\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
821 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
822 \centering \texttt{FEC0}&
823 \centering \texttt{0000 . . . 0000}&
824 \centering Subnet Id &
826 \omit\vrule\hfill\vrule& & &\\
829 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
830 \label{tab:IP_ipv6_sitelocal}
833 Gli indirizzi di uso locale consentono ad una organizzazione che non è
834 (ancora) connessa ad Internet di operare senza richiedere un prefisso globale,
835 una volta che in seguito l'organizzazione venisse connessa a Internet
836 potrebbe con4tinuare a usare la stessa suddivisione effettuata con gli
837 indirizzi \textit{site-local} utilizzando un prefisso globale e la
838 rinumerazione degli indirizzi delle singole macchine sarebbe automatica.
840 \subsection{Indirizzi riservati}
841 \label{sec:IP_ipv6_reserved}
843 Alcuni indirizzi sono riservati per scopi speciali, in particolare per scopi
846 Un primo tipo sono gli indirizzi \textit{IPv4 mappati su IPv6} (mostrati in
847 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_map}), questo sono indirizzi unicast che vengono usati
848 per consentire ad applicazioni IPv6 di comunicare con host capaci solo di
849 IPv4; questi sono ad esempio gli indirizzi generati da un DNS quando l'host
850 richiesto supporta solo IPv4; l'uso di un tale indirizzo in un socket IPv6
851 comporta la generazione di un pacchetto IPv4 (ovviamente occorre che sia IPv4
852 che IPv6 siano supportati sull'host di origine).
857 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
858 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
859 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
861 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
863 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
864 \centering\texttt{FFFF} &
866 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
869 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
870 \label{tab:IP_ipv6_map}
873 Un secondo tipo di indirizzi di compatibilità sono gli \textsl{IPv4
874 compatibili IPv6} (vedi tab.~\ref{tab:IP_ipv6_comp}) usati nella transizione
875 da IPv4 a IPv6: quando un nodo che supporta sia IPv6 che IPv4 non ha un router
876 IPv6 deve usare nel DNS un indirizzo di questo tipo, ogni pacchetto IPv6
877 inviato a un tale indirizzo verrà automaticamente incapsulato in IPv4.
882 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{32mm}@{\vrule}}
883 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
884 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
886 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
888 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
889 \centering\texttt{0000} &
890 \parbox{32mm}{\centering IPv4 address} \\
891 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
894 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
895 \label{tab:IP_ipv6_comp}
898 Altri indirizzi speciali sono il \textit{loopback address}, costituito da 127
899 zeri ed un uno (cioè \texttt{::1}) e l'\textsl{indirizzo generico}
900 costituito da tutti zeri (scritto come \texttt{0::0} o ancora più
901 semplicemente come \texttt{:}) usato in genere quando si vuole indicare
902 l'accettazione di una connessione da qualunque host.
904 \subsection{Multicasting}
905 \label{sec:IP_ipv6_multicast}
907 Gli indirizzi \textit{multicast} sono usati per inviare un pacchetto a un
908 gruppo di interfacce; l'indirizzo identifica uno specifico gruppo di multicast
909 e il pacchetto viene inviato a tutte le interfacce di detto gruppo.
910 Un'interfaccia può appartenere ad un numero qualunque numero di gruppi di
911 multicast. Il formato degli indirizzi \textit{multicast} è riportato in
912 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multicast}:
917 \begin{tabular} {@{\vrule}p{12mm}
918 @{\vrule}p{6mm}@{\vrule}p{6mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
919 \multicolumn{1}{c}{8}&\multicolumn{1}{c}{4}&
920 \multicolumn{1}{c}{4}&\multicolumn{1}{c}{112 bit} \\
922 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{104mm}\hfill\vrule\\
923 \centering\texttt{FF}&
927 \omit\vrule\hfill\vrule &&&\\
930 \caption{Formato di un indirizzo \textit{multicast}.}
931 \label{tab:IP_ipv6_multicast}
934 Il prefisso di formato per tutti gli indirizzi \textit{multicast} è
935 \texttt{FF}, ad esso seguono i due campi il cui significato è il seguente:
938 \item \textsl{flag}: un insieme di 4 bit, di cui i primi tre sono riservati e
939 posti a zero, l'ultimo è zero se l'indirizzo è permanente (cioè un
940 indirizzo noto, assegnato dalla IANA), ed è uno se invece l'indirizzo è
942 \item \textsl{scop} è un numero di quattro bit che indica il raggio di
943 validità dell'indirizzo, i valori assegnati per ora sono riportati in
944 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multiscope}.
952 \begin{tabular}[c]{|c|l|c|l|}
954 \multicolumn{4}{|c|}{\bf Gruppi di multicast} \\
957 0 & riservato & 8 & organizzazione locale \\
958 1 & nodo locale & 9 & non assegnato \\
959 2 & collegamento locale & A & non assegnato \\
960 3 & non assegnato & B & non assegnato \\
961 4 & non assegnato & C & non assegnato \\
962 5 & sito locale & D & non assegnato \\
963 6 & non assegnato & E & globale \\
964 7 & non assegnato & F & riservato \\
967 \caption{Possibili valori del campo \textsl{scop} di un indirizzo multicast.}
968 \label{tab:IP_ipv6_multiscope}
971 Infine l'ultimo campo identifica il gruppo di multicast, sia permanente che
972 transitorio, all'interno del raggio di validità del medesimo. Alcuni
973 indirizzi multicast, riportati in tab.~\ref{tab:multiadd} sono già riservati
974 per il funzionamento della rete.
979 \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
981 \textbf{Uso}& \textbf{Indirizzi riservati} & \textbf{Definizione}\\
984 all-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:1} &
985 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
986 all-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:2} &
987 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
988 all-rip-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:9} &
989 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2080.txt}{RFC~2080} \\
990 all-cbt-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:10} & \\
991 reserved & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:0} & IANA \\
992 link-name & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:1} & \\
993 all-dhcp-agents & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:2} & \\
994 all-dhcp-servers& \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:3} & \\
995 all-dhcp-relays & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:4} & \\
996 solicited-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:1:0:0} &
997 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1000 \caption{Gruppi multicast predefiniti.}
1001 \label{tab:multiadd}
1004 L'utilizzo del campo di \textit{scope} e di questi indirizzi predefiniti serve
1005 a recuperare le funzionalità del broadcasting (ad esempio inviando un
1006 pacchetto all'indirizzo \texttt{FF02:0:0:0:0:0:0:1} si raggiungono tutti i
1010 \subsection{Indirizzi \textit{anycast}}
1011 \label{sec:IP_anycast}
1013 Gli indirizzi \textit{anycast} sono indirizzi che vengono assegnati ad un
1014 gruppo di interfacce: un pacchetto indirizzato a questo tipo di indirizzo
1015 viene inviato al componente del gruppo più ``\textsl{vicino}'' secondo la
1016 distanza di instradamento calcolata dai router.
1018 Questi indirizzi sono allocati nello stesso spazio degli indirizzi unicast,
1019 usando uno dei formati disponibili, e per questo, sono da essi assolutamente
1020 indistinguibili. Quando un indirizzo unicast viene assegnato a più interfacce
1021 (trasformandolo in un anycast) il computer su cui è l'interfaccia deve essere
1022 configurato per tener conto del fatto.
1024 Gli indirizzi anycast consentono a un nodo sorgente di inviare pacchetti a una
1025 destinazione su un gruppo di possibili interfacce selezionate. La sorgente non
1026 deve curarsi di come scegliere l'interfaccia più vicina, compito che tocca al
1027 sistema di instradamento (in sostanza la sorgente non ha nessun controllo
1030 Gli indirizzi anycast, quando vengono usati come parte di una sequenza di
1031 instradamento, consentono ad esempio ad un nodo di scegliere quale fornitore
1032 vuole usare (configurando gli indirizzi anycast per identificare i router di
1033 uno stesso provider).
1035 Questi indirizzi pertanto possono essere usati come indirizzi intermedi in una
1036 intestazione di instradamento o per identificare insiemi di router connessi a
1037 una particolare sottorete, o che forniscono l'accesso a un certo sotto
1040 L'idea alla base degli indirizzi anycast è perciò quella di utilizzarli per
1041 poter raggiungere il fornitore di servizio più vicino; ma restano aperte tutta
1042 una serie di problematiche, visto che una connessione con uno di questi
1043 indirizzi non è possibile, dato che per una variazione delle distanze di
1044 routing non è detto che due pacchetti successivi finiscano alla stessa
1047 La materia è pertanto ancora controversa e in via di definizione.
1050 \subsection{Le estensioni}
1051 \label{sec:IP_ipv6_extens}
1053 Come già detto in precedenza IPv6 ha completamente cambiato il trattamento
1054 delle opzioni; queste ultime infatti sono state tolte dall'intestazione del
1055 pacchetto, e poste in apposite \textsl{intestazioni di estensione} (o
1056 \textit{extension header}) poste fra l'intestazione di IPv6 e l'intestazione
1057 del protocollo di trasporto.
1059 Per aumentare la velocità di processo, sia dei dati del livello seguente che
1060 di ulteriori opzioni, ciascuna estensione deve avere una lunghezza multipla di
1061 8 byte per mantenere l'allineamento a 64~bit di tutti le intestazioni
1064 Dato che la maggior parte di queste estensioni non sono esaminate dai router
1065 durante l'instradamento e la trasmissione dei pacchetti, ma solo all'arrivo
1066 alla destinazione finale, questa scelta ha consentito un miglioramento delle
1067 prestazioni rispetto a IPv4 dove la presenza di un'opzione comportava l'esame
1070 Un secondo miglioramento è che rispetto a IPv4 le opzioni possono essere di
1071 lunghezza arbitraria e non limitate a 40 byte; questo, insieme al modo in cui
1072 vengono trattate, consente di utilizzarle per scopi come l'autenticazione e la
1073 sicurezza, improponibili con IPv4.
1075 Le estensioni definite al momento sono le seguenti:
1077 \item \textbf{Hop by hop} devono seguire immediatamente l'intestazione
1078 principale; indicano le opzioni che devono venire processate ad ogni
1079 passaggio da un router, fra di esse è da menzionare la \textit{jumbo
1080 payload} che segnala la presenza di un pacchetto di dati di dimensione
1081 superiore a 65535 byte.
1082 \item \textbf{Destination options} opzioni che devono venire esaminate al nodo
1083 di ricevimento, nessuna di esse è tuttora definita.
1084 \item \textbf{Routing} definisce una \textit{source route} (come la analoga
1085 opzione di IPv4) cioè una lista di indirizzi IP di nodi per i quali il
1086 pacchetto deve passare.
1087 \item \textbf{Fragmentation} viene generato automaticamente quando un host
1088 vuole frammentare un pacchetto, ed è riprocessato automaticamente alla
1089 destinazione che riassembla i frammenti.
1090 \item \textbf{Authentication} gestisce l'autenticazione e il controllo di
1091 integrità dei pacchetti; è documentato
1092 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1826.txt}{RFC~1826}.
1093 \item \textbf{Encapsulation} serve a gestire la segretezza del contenuto
1094 trasmesso; è documentato
1095 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1827.txt}{RFC~1827}.
1098 La presenza di opzioni è rilevata dal valore del campo \textit{next header}
1099 che indica qual è l'intestazione successiva a quella di IPv6; in assenza di
1100 opzioni questa sarà l'intestazione di un protocollo di trasporto del livello
1101 superiore, per cui il campo assumerà lo stesso valore del campo
1102 \textit{protocol} di IPv4, altrimenti assumerà il valore dell'opzione
1103 presente; i valori possibili sono riportati in
1104 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_nexthead}.
1109 \begin{tabular}{|c|l|l|}
1111 \textbf{Valore} & \textbf{Keyword} & \textbf{Tipo di protocollo} \\
1115 & HBH & Hop by Hop \\
1116 1 & ICMP & Internet Control Message (IPv4 o IPv6) \\
1117 2 & ICMP & Internet Group Management (IPv4) \\
1118 3 & GGP & Gateway-to-Gateway \\
1119 4 & IP & IP in IP (IPv4 encapsulation) \\
1121 6 & TCP & Trasmission Control \\
1122 17 & UDP & User Datagram \\
1123 43 & RH & Routing Header (IPv6) \\
1124 44 & FH & Fragment Header (IPv6) \\
1125 45 & IDRP & Inter Domain Routing \\
1126 51 & AH & Authentication Header (IPv6) \\
1127 52 & ESP & Encrypted Security Payload (IPv6) \\
1128 59 & Null & No next header (IPv6) \\
1129 88 & IGRP & Internet Group Routing \\
1130 89 & OSPF & Open Short Path First \\
1134 \caption{Tipi di protocolli e intestazioni di estensione}
1135 \label{tab:IP_ipv6_nexthead}
1139 Questo meccanismo permette la presenza di più opzioni in successione prima
1140 del pacchetto del protocollo di trasporto; l'ordine raccomandato per le
1141 estensioni è quello riportato nell'elenco precedente con la sola differenza
1142 che le opzioni di destinazione sono inserite nella posizione ivi indicata solo
1143 se, come per il tunnelling, devono essere esaminate dai router, quelle che
1144 devono essere esaminate solo alla destinazione finale vanno in coda.
1147 \subsection{Qualità di servizio}
1148 \label{sec:IP_ipv6_qos}
1150 Una delle caratteristiche innovative di IPv6 è quella di avere introdotto un
1151 supporto per la qualità di servizio che è importante per applicazioni come
1152 quelle multimediali o ``real-time'' che richiedono un qualche grado di
1153 controllo sulla stabilità della banda di trasmissione, sui ritardi o la
1154 dispersione dei temporale del flusso dei pacchetti.
1157 \subsection{Etichette di flusso}
1158 \label{sec:IP_ipv6_flow}
1159 L'introduzione del campo \textit{flow label} può essere usata dall'origine
1160 della comunicazione per etichettare quei pacchetti per i quali si vuole un
1161 trattamento speciale da parte dei router come un una garanzia di banda minima
1162 assicurata o un tempo minimo di instradamento/trasmissione garantito.
1164 Questo aspetto di IPv6 è ancora sperimentale per cui i router che non
1165 supportino queste funzioni devono porre a zero il \textit{flow label} per i
1166 pacchetti da loro originanti e lasciare invariato il campo per quelli in
1169 Un flusso è una sequenza di pacchetti da una particolare origine a una
1170 particolare destinazione per il quale l'origine desidera un trattamento
1171 speciale da parte dei router che lo manipolano; la natura di questo
1172 trattamento può essere comunicata ai router in vari modi (come un protocollo
1173 di controllo o con opzioni del tipo \textit{hop-by-hop}).
1175 Ci possono essere più flussi attivi fra un'origine e una destinazione, come
1176 del traffico non assegnato a nessun flusso, un flusso viene identificato
1177 univocamente dagli indirizzi di origine e destinazione e da una etichetta di
1178 flusso diversa da zero, il traffico normale deve avere l'etichetta di flusso
1181 L'etichetta di flusso è assegnata dal nodo di origine, i valori devono
1182 essere scelti in maniera (pseudo)casuale nel range fra 1 e FFFFFF in modo da
1183 rendere utilizzabile un qualunque sottoinsieme dei bit come chiavi di hash per
1186 \subsection{Priorità}
1189 Il campo di priorità consente di indicare il livello di priorità dei
1190 pacchetti relativamente agli altri pacchetti provenienti dalla stessa
1191 sorgente. I valori sono divisi in due intervalli, i valori da 0 a 7 sono usati
1192 per specificare la priorità del traffico per il quale la sorgente provvede
1193 un controllo di congestione cioè per il traffico che può essere ``tirato
1194 indietro'' in caso di congestione come quello di TCP, i valori da 8 a 15 sono
1195 usati per i pacchetti che non hanno questa caratteristica, come i pacchetti
1196 ``real-time'' inviati a ritmo costante.
1198 Per il traffico con controllo di congestione sono raccomandati i seguenti
1199 valori di priorità a seconda del tipo di applicazione:
1204 \begin{tabular}{|c|l|}
1206 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo di traffico} \\
1209 0 & traffico generico \\
1210 1 & traffico di riempimento (es. news) \\
1211 2 & trasferimento dati non interattivo (es. e-mail)\\
1213 4 & trasferimento dati interattivo (es. FTP, HTTP, NFS) \\
1217 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
1218 \label{tab:priority}
1221 Per il traffico senza controllo di congestione la priorità più bassa
1222 dovrebbe essere usata per quei pacchetti che si preferisce siano scartati
1223 più facilmente in caso di congestione.
1226 \subsection{Sicurezza a livello IP}
1227 \label{sec:security}
1229 La attuale implementazione di Internet presenta numerosi problemi di
1230 sicurezza, in particolare i dati presenti nelle intestazioni dei vari
1231 protocolli sono assunti essere corretti, il che da adito alla possibilità di
1232 varie tipologie di attacco forgiando pacchetti false, inoltre tutti questi
1233 dati passano in chiaro sulla rete e sono esposti all'osservazione di chiunque
1236 Con IPv4 non è possibile realizzare un meccanismo di autenticazione e
1237 riservatezza a un livello inferiore al primo (quello di applicazione), con
1238 IPv6 è stato progettata la possibilità di intervenire al livello di rete (il
1239 terzo) prevedendo due apposite estensioni che possono essere usate per fornire
1240 livelli di sicurezza a seconda degli utenti. La codifica generale di questa
1241 architettura è riportata
1242 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2401.txt}{RFC~2401}.
1244 Il meccanismo in sostanza si basa su due estensioni:
1246 \item una intestazione di sicurezza (\textit{authentication header}) che
1247 garantisce al destinatario l'autenticità del pacchetto
1248 \item un carico di sicurezza (\textit{Encrypted Security Payload}) che
1249 assicura che solo il legittimo ricevente può leggere il pacchetto.
1252 Perché tutto questo funzioni le stazioni sorgente e destinazione devono
1253 usare una stessa chiave crittografica e gli stessi algoritmi, l'insieme degli
1254 accordi fra le due stazioni per concordare chiavi e algoritmi usati va sotto
1255 il nome di associazione di sicurezza.
1257 I pacchetti autenticati e crittografati portano un indice dei parametri di
1258 sicurezza (SPI, \textit{Security Parameter Index}) che viene negoziato prima
1259 di ogni comunicazione ed è definito dalla stazione sorgente. Nel caso di
1260 multicast dovrà essere lo stesso per tutte le stazioni del gruppo.
1262 \subsection{Autenticazione}
1265 Il primo meccanismo di sicurezza è quello dell'intestazione di autenticazione
1266 (\textit{authentication header}) che fornisce l'autenticazione e il controllo
1267 di integrità (ma senza riservatezza) dei pacchetti IP.
1269 L'intestazione di autenticazione ha il formato descritto in
1270 fig.~\ref{fig:autent_estens}: il campo \textit{Next Header} indica
1271 l'intestazione successiva, con gli stessi valori del campo omonimo
1272 nell'intestazione principale di IPv6, il campo \textit{Length} indica la
1273 lunghezza dell'intestazione di autenticazione in numero di parole a 32 bit, il
1274 campo riservato deve essere posto a zero, seguono poi l'indice di sicurezza,
1275 stabilito nella associazione di sicurezza, e un numero di sequenza che la
1276 stazione sorgente deve incrementare di pacchetto in pacchetto.
1278 Completano l'intestazione i dati di autenticazione che contengono un valore di
1279 controllo di integrità (ICV, \textit{Integrity Check Value}), che deve essere
1280 di dimensione pari a un multiplo intero di 32 bit e può contenere un padding
1281 per allineare l'intestazione a 64 bit. Tutti gli algoritmi di autenticazione
1282 devono provvedere questa capacità.
1284 \begin{figure}[!htb]
1286 \includegraphics[width=10cm]{img/ah_option}
1287 \caption{Formato dell'intestazione dell'estensione di autenticazione.}
1288 \label{fig:autent_estens}
1291 L'intestazione di autenticazione può essere impiegata in due modi diverse
1292 modalità: modalità trasporto e modalità tunnel.
1294 La modalità trasporto è utilizzabile solo per comunicazioni fra stazioni
1295 singole che supportino l'autenticazione. In questo caso l'intestazione di
1296 autenticazione è inserita dopo tutte le altre intestazioni di estensione
1297 eccezion fatta per la \textit{Destination Option} che può comparire sia
1300 \begin{figure}[!htb]
1302 \includegraphics[width=10cm]{img/IP_AH_packet}
1303 \caption{Formato di un pacchetto IPv6 che usa l'opzione di autenticazione.}
1304 \label{fig:AH_autent_head}
1307 La modalità tunnel può essere utilizzata sia per comunicazioni fra stazioni
1308 singole che con un gateway di sicurezza; in questa modalità ...
1311 L'intestazione di autenticazione è una intestazione di estensione inserita
1312 dopo l'intestazione principale e prima del carico dei dati. La sua presenza
1313 non ha perciò alcuna influenza sui livelli superiori dei protocolli di
1314 trasmissione come il TCP.
1317 La procedura di autenticazione cerca di garantire l'autenticità del pacchetto
1318 nella massima estensione possibile, ma dato che alcuni campi dell'intestazione
1319 di IP possono variare in maniera impredicibile alla sorgente, il loro valore
1320 non può essere protetto dall'autenticazione.
1322 Il calcolo dei dati di autenticazione viene effettuato alla sorgente su una
1323 versione speciale del pacchetto in cui il numero di salti nell'intestazione
1324 principale è impostato a zero, così come le opzioni che possono essere
1325 modificate nella trasmissione, e l'intestazione di routing (se usata) è posta
1326 ai valori che deve avere all'arrivo.
1328 L'estensione è indipendente dall'algoritmo particolare, e il protocollo è
1329 ancora in fase di definizione; attualmente è stato suggerito l'uso di una
1330 modifica dell'MD5 chiamata \textit{keyed MD5} che combina alla codifica anche
1331 una chiave che viene inserita all'inizio e alla fine degli altri campi.
1334 \subsection{Riservatezza}
1337 Per garantire una trasmissione riservata dei dati, è stata previsto la
1338 possibilità di trasmettere pacchetti con i dati criptati: il cosiddetto ESP,
1339 \textit{Encripted Security Payload}. Questo viene realizzato usando con una
1340 apposita opzione che deve essere sempre l'ultima delle intestazioni di
1341 estensione; ad essa segue il carico del pacchetto che viene criptato.
1343 Un pacchetto crittografato pertanto viene ad avere una struttura del tipo di
1344 quella mostrata in fig.~\ref{fig:ESP_criptopack}, tutti i campi sono in chiaro
1345 fino al vettore di inizializzazione, il resto è crittografato.
1349 \begin{figure}[!htb]
1351 \includegraphics[width=10cm]{img/esp_option}
1352 \caption{Schema di pacchetto crittografato.}
1353 \label{tab:ESP_criptopack}
1358 \subsection{Autoconfigurazione}
1359 \label{sec:IP_ipv6_autoconf}
1361 Una delle caratteristiche salienti di IPv6 è quella dell'autoconfigurazione,
1362 il protocollo infatti fornisce la possibilità ad un nodo di scoprire
1363 automaticamente il suo indirizzo acquisendo i parametri necessari per potersi
1364 connettere a internet.
1366 L'autoconfigurazione sfrutta gli indirizzi link-local; qualora sul nodo sia
1367 presente una scheda di rete che supporta lo standard IEEE802 (ethernet) questo
1368 garantisce la presenza di un indirizzo fisico a 48 bit unico; pertanto il nodo
1369 può assumere automaticamente senza pericoli di collisione l'indirizzo
1370 link-local \texttt{FE80::xxxx:xxxx:xxxx} dove \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} è
1371 l'indirizzo hardware della scheda di rete.
1373 Nel caso in cui non sia presente una scheda che supporta lo standard IEEE802
1374 allora il nodo assumerà ugualmente un indirizzo link-local della forma
1375 precedente, ma il valore di \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} sarà generato
1376 casualmente; in questo caso la probabilità di collisione è di 1 su 300
1377 milioni. In ogni caso per prevenire questo rischio il nodo invierà un
1378 messaggio ICMP \textit{Solicitation} all'indirizzo scelto attendendo un certo
1379 lasso di tempo; in caso di risposta l'indirizzo è duplicato e il
1380 procedimento dovrà essere ripetuto con un nuovo indirizzo (o interrotto
1381 richiedendo assistenza).
1383 Una volta ottenuto un indirizzo locale valido diventa possibile per il nodo
1384 comunicare con la rete locale; sono pertanto previste due modalità di
1385 autoconfigurazione, descritte nelle seguenti sezioni. In ogni caso
1386 l'indirizzo link-local resta valido.
1388 \subsection{Autoconfigurazione stateless}
1389 \label{sec:stateless}
1391 Questa è la forma più semplice di autoconfigurazione, possibile quando
1392 l'indirizzo globale può essere ricavato dall'indirizzo link-local cambiando
1393 semplicemente il prefisso a quello assegnato dal provider per ottenere un
1396 La procedura di configurazione è la seguente: all'avvio tutti i nodi IPv6
1397 iniziano si devono aggregare al gruppo multicast \textit{all-nodes}
1398 programmando la propria interfaccia per ricevere i messaggi dall'indirizzo
1399 multicast \texttt{FF02::1} (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}); a questo
1400 punto devono inviare un messaggio ICMP \textit{Router solicitation} a tutti i
1401 router locali usando l'indirizzo multicast \texttt{FF02::2} usando come
1402 sorgente il proprio indirizzo link-local.
1404 Il router risponderà con un messaggio ICMP \textit{Router Advertisement} che
1405 fornisce il prefisso e la validità nel tempo del medesimo, questo tipo di
1406 messaggio può essere trasmesso anche a intervalli regolari. Il messaggio
1407 contiene anche l'informazione che autorizza un nodo a autocostruire
1408 l'indirizzo, nel qual caso, se il prefisso unito all'indirizzo link-local non
1409 supera i 128 bit, la stazione ottiene automaticamente il suo indirizzo
1412 \subsection{Autoconfigurazione stateful}
1413 \label{sec:stateful}
1415 Benché estremamente semplice l'autoconfigurazione stateless presenta alcuni
1416 problemi; il primo è che l'uso degli indirizzi delle schede di rete è
1417 molto inefficiente; nel caso in cui ci siano esigenze di creare una gerarchia
1418 strutturata su parecchi livelli possono non restare 48~bit per l'indirizzo
1419 della singola stazione; il secondo problema è di sicurezza, dato che basta
1420 introdurre in una rete una stazione autoconfigurante per ottenere un accesso
1423 Per questi motivi è previsto anche un protocollo stateful basato su un
1424 server che offra una versione IPv6 del DHCP; un apposito gruppo di multicast
1425 \texttt{FF02::1:0} è stato riservato per questi server; in questo caso il
1426 nodo interrogherà il server su questo indirizzo di multicast con l'indirizzo
1427 link-local e riceverà un indirizzo unicast globale.
1431 %%% Local Variables:
1433 %%% TeX-master: "gapil"