3 %% Copyright (C) 2000-2002 Simone Piccardi. Permission is granted to
4 %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free
5 %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the
6 %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione",
7 %% with no Front-Cover Texts, and with no Back-Cover Texts. A copy of the
8 %% license is included in the section entitled "GNU Free Documentation
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 \secref{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'RFC~719; esso nasce per disaccoppiare le applicazioni della struttura
36 hardware delle reti di trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione
37 dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere
38 realizzato con le tecnologie più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.).
41 \subsection{Introduzione}
44 Il compito di IP è pertanto quello di trasmettere i pacchetti da un computer
45 all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
46 realizzato in IPv4 sono due:
49 \item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due host
50 identificati univocamente con un indirizzo a 32 bit che può appartenere ad
51 una sola interfaccia di rete.
52 \item \textit{Best effort} viene assicurato il massimo impegno nella
53 trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né
54 sulla percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di
58 Per effettuare la comunicazione e l'instradamento dei pacchetti fra le varie
59 reti di cui è composta Internet IPv4 organizza gli indirizzi in una
60 gerarchia a due livelli, in cui una parte dei 32 bit dell'indirizzo indica il
61 numero di rete, e un'altra l'host al suo interno. Il numero di rete serve
62 ai router per stabilire a quale rete il pacchetto deve essere inviato, il
63 numero di host indica la macchina di destinazione finale all'interno di detta
66 Per garantire l'unicità dell'indirizzo Internet esiste un'autorità
67 centrale (la IANA, \textit{Internet Assigned Number Authority}) che assegna i
68 numeri di rete alle organizzazioni che ne fanno richiesta; è poi compito di
69 quest'ultime assegnare i numeri dei singoli host.
71 Per venire incontro alle diverse esigenze gli indirizzi di rete sono stati
72 originariamente organizzati in \textit{classi}, (rappresentate in
73 \tabref{tab:IP_ipv4class}), per consentire dispiegamenti di reti di dimensioni
80 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\vrule}
81 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
82 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\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 \omit&\omit& \multicolumn{7}{c}{7 bit}&\multicolumn{24}{c}{24 bit} \\
91 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
92 classe A &\centering 0&
93 \multicolumn{7}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{21mm}{\centering net Id}} &
94 \multicolumn{24}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{72mm}{\centering host Id}} \\
95 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
97 \multicolumn{33}{c}{ } \\
99 \multicolumn{14}{c}{14 bit}&\multicolumn{16}{c}{16 bit} \\
101 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
102 classe B&\centering 1&\centering 0&
103 \multicolumn{14}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{42mm}{\centering net Id}} &
104 \multicolumn{16}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{48mm}{\centering host Id}} \\
105 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
108 \multicolumn{33}{c}{ } \\
110 \multicolumn{21}{c}{21 bit}&\multicolumn{8}{c}{8 bit} \\
112 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
113 classe C&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
114 \multicolumn{21}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering net Id}} &
115 \multicolumn{8}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{24mm}{\centering host Id}} \\
116 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
120 \multicolumn{33}{c}{ } \\
121 \omit&\omit&\omit&\omit&
122 \multicolumn{28}{c}{28 bit} \\
124 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
125 classe D&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
126 \multicolumn{28}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering
127 multicast group Id}} \\
128 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
131 \multicolumn{33}{c}{ } \\
132 \omit&\omit&\omit&\omit&\omit&
133 \multicolumn{27}{c}{27 bit} \\
135 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
136 classe E&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
137 \multicolumn{27}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{59mm}{\centering
138 reserved for future use}} \\
139 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
143 \caption{Le classi di indirizzi secondo IPv4.}
144 \label{tab:IP_ipv4class}
147 Le classi usate per il dispiegamento delle reti sono le prime tre; la classe D
148 è destinata al (non molto usato) \textit{multicast} mentre la classe E è
149 riservata per usi sperimentali e non viene impiegata.
151 Come si può notare però la suddivisione riportata in \tabref{tab:IP_ipv4class}
152 è largamente inefficiente in quanto se ad un utente necessita anche solo un
153 indirizzo in più dei 256 disponibili con una classe A occorre passare a una
154 classe B, con un conseguente spreco di numeri.
156 Inoltre, in particolare per le reti di classe C, la presenza di tanti
157 indirizzi di rete diversi comporta una crescita enorme delle tabelle di
158 instradamento che ciascun router dovrebbe tenere in memoria per sapere dove
159 inviare il pacchetto, con conseguente crescita dei tempi di processo da parte
160 di questi ultimi ed inefficienza nel trasporto.
165 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\vrule}
166 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
167 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
168 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
169 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\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}}
175 \multicolumn{12}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{20}{c}{$32-n$ bit} \\
177 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
179 \multicolumn{12}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{36mm}{\centering net Id}} &
180 \multicolumn{20}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{60mm}{\centering host Id}} \\
181 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
184 \caption{Uno esempio di indirizzamento CIDR.}
185 \label{tab:IP_ipv4cidr}
188 Per questo nel 1992 è stato introdotto un indirizzamento senza classi (il
189 CIDR, \textit{Classless Inter-Domain Routing}) in cui il limite fra i bit
190 destinati a indicare il numero di rete e quello destinati a indicare l'host
191 finale può essere piazzato in qualunque punto (vedi \tabref{tab:IP_ipv4cidr}),
192 permettendo di accorpare più classi A su un'unica rete o suddividere una
193 classe B e diminuendo al contempo il numero di indirizzi di rete da inserire
194 nelle tabelle di instradamento dei router.
199 \section{Il protocollo IPv6}
200 \label{sec:ipv6_protocol}
202 Negli anni '90 con la crescita del numero di macchine connesse su Internet si
203 arrivò a temere l'esaurimento dello spazio degli indirizzi disponibili, specie
204 in vista di una prospettiva (per ora rivelatasi prematura) in cui ogni
205 apparecchio elettronico sarebbe stato inserito all'interno della rete.
207 Per questo motivo si iniziò a progettare una nuova versione del protocollo
209 L'attuale Internet Protocol (IPv4) viene standardizzato nel 1981
210 dall'RFC~719; esso nasce per disaccoppiare le applicazioni della struttura
211 hardware delle reti di trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione
212 dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere
213 realizzato con le tecnologie più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI,
217 \subsection{I motivi della transizione}
218 \label{sec:IP_whyipv6}
220 Negli ultimi anni la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
221 internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4; in particolare si
222 è iniziata a delineare la possibilità di arrivare a una carenza di
223 indirizzi disponibili.
225 In realtà il problema non è propriamente legato al numero di indirizzi
226 disponibili; infatti con 32 bit si hanno $2^{32}$, cioè circa 4 miliardi,
227 numeri diversi possibili, che sono molti di più dei computer attualmente
230 Il punto è che la suddivisione di questi numeri nei due livelli rete/host e
231 l'utilizzo delle classi di indirizzamento mostrate in precedenza, ha
232 comportato che, nella sua evoluzione storica, il dispiegamento delle reti e
233 l'allocazione degli indirizzi siano stati inefficienti; neanche l'uso del CIDR
234 ha permesso di eliminare le inefficienze che si erano formate, dato che il
235 ridispiegamento degli indirizzi comporta cambiamenti complessi a tutti i
236 livelli e la riassegnazione di tutti gli indirizzi dei computer di ogni
239 Diventava perciò necessario progettare un nuovo protocollo che permettesse
240 di risolvere questi problemi, e garantisse flessibilità sufficiente per
241 poter continuare a funzionare a lungo termine; in particolare necessitava un
242 nuovo schema di indirizzamento che potesse rispondere alle seguenti
246 \item un maggior numero di numeri disponibili che consentisse di non restare
247 più a corto di indirizzi
248 \item un'organizzazione gerarchica più flessibile dell'attuale
249 \item uno schema di assegnazione degli indirizzi in grado di minimizzare le
250 dimensioni delle tabelle di instradamento
251 \item uno spazio di indirizzi che consentisse un passaggio automatico dalle
252 reti locali a internet
256 \subsection{Principali caratteristiche di IPv6}
257 \label{sec:IP_ipv6over}
259 Per rispondere alle esigenze descritte in \secref{sec:IP_whyipv6} IPv6 nasce
260 come evoluzione di IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono
261 dimostrate valide, eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre
262 ponendo al contempo una grande attenzione a mantenere il protocollo il più
263 snello e veloce possibile.
265 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti a
266 grandi linee nei seguenti punti:
268 \item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
269 supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
270 nodi indirizzabili molto maggiore e una autoconfigurazione degli indirizzi
271 \item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
272 si aggiungono agli usuali \textit{unycast} e \textit{multicast}
273 \item la semplificazione del formato dell'intestazione, eliminando o rendendo
274 opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
275 riprocessamento della stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
276 dimensione dovuto ai nuovi indirizzi
277 \item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
278 più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle
279 dimensioni delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di
281 \item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che
282 permetta di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
283 trattamento speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni
284 multimediali e/o ``real-time'')
288 \subsection{L'intestazione di IPv6}
289 \label{sec:IP_ipv6head}
291 Per capire le caratteristiche di IPv6 partiamo dall'intestazione usata dal
292 protocollo per gestire la trasmissione dei pacchetti; in
293 \figref{fig:IP_ipv6head} è riportato il formato dell'intestazione di IPv6 da
294 confrontare con quella di IPv4 in \figref{fig:IP_ipv4_head}. La spiegazione del
295 significato dei vari campi delle due intestazioni è riportato rispettivamente
296 in \tabref{tab:IP_ipv6field} e \tabref{tab:IP_ipv4field})
301 % \begin{tabular}{@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
302 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
303 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule} }
304 % \multicolumn{8}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
306 % \centering version&\centering priority&
307 % \multicolumn{6}{@{}p{96mm}@{\vrule}}{\centering flow label} \\
309 % \multicolumn{4}{@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}}{\centering payload length} &
310 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering next header} &
311 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering hop limit}\\
313 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
314 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
316 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
318 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
320 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
321 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
323 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
325 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
328 % \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6}
329 % \label{tab:IP_ipv6head}
335 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv6_head}
336 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6.}
337 \label{fig:IP_ipv6head}
341 Come si può notare l'intestazione di IPv6 diventa di dimensione fissa, pari a
342 40 byte, contro una dimensione (minima, in assenza di opzioni) di 20 byte per
343 IPv4; un semplice raddoppio nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia
344 quadruplicato, questo grazie a una notevole semplificazione che ha ridotto il
345 numero dei campi da 12 a 8.
350 \begin{tabular}{|l|c|p{8cm}|}
352 \textbf{Nome} & \textbf{Lunghezza} & \textbf{Significato} \\
355 \textit{version} & 4 bit &
356 \textsl{versione}, nel caso specifico vale sempre 6\\
357 \textit{priority} & 4 bit &
358 \textsl{priorità}, vedi Sez.~\ref{sec:prio} \\
359 \textit{flow label} & 24 bit &
360 \textsl{etichetta di flusso}, vedi Sez.~\ref{sec:IP_ipv6_flow}\\
361 \textit{payload length} & 16 bit &
362 \textsl{lunghezza del carico}, cioè del corpo dei dati che segue
363 l'intestazione, in byte. \\
364 \textit{next header} & 8 bit & \textsl{intestazione successiva},
365 identifica il tipo di pacchetto che segue l'intestazione di IPv6, usa
366 gli stessi valori del campo protocollo nell'intestazione di IPv4\\
367 \textit{hop limit} & 8 bit & \textsl{limite di salti},
368 stesso significato del \textit{time to live} nell'intestazione di IPv4,
369 è decrementato di uno ogni volta che un nodo ritrasmette il
370 pacchetto, se arriva a zero il pacchetto viene scartato \\
371 \textit{source IP} & 128 bit & \textsl{indirizzo di origine} \\
372 \textit{destination IP}& 128 bit & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
375 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv6}
376 \label{tab:IP_ipv6field}
380 Abbiamo già anticipato in \secref{sec:IP_ipv6over} uno dei criteri principali
381 nella progettazione di IPv6 è stato quello di ridurre al minimo il tempo di
382 processamento dei pacchetti da parte dei router, un confronto con
383 l'intestazione di IPv4 (vedi \figref{fig:IP_ipv4_head}) mostra le seguenti
387 \item è stato eliminato il campo \textit{header length} in quanto le opzioni
388 sono state tolte dall'intestazione che ha così dimensione fissa; ci possono
389 essere più intestazioni opzionali (\textsl{intestazioni di estensione}, vedi
390 \secref{sec:IP_ipv6_extens}), ciascuna delle quali avrà un suo campo di
391 lunghezza all'interno.
392 \item l'intestazione e gli indirizzi sono allineati a 64 bit, questo rende più
393 veloce il processo da parte di computer con processori a 64 bit.
394 \item i campi per gestire la frammentazione (\textit{identification},
395 \textit{flag} e \textit{fragment offset}) sono stati eliminati; questo
396 perché la frammentazione è un'eccezione che non deve rallentare il
397 processo dei pacchetti nel caso normale.
398 \item è stato eliminato il campo \textit{checksum} in quanto tutti i
399 protocolli di livello superiore (TCP, UDP e ICMPv6) hanno un campo di
400 checksum che include, oltre alla loro intestazione e ai dati, pure i campi
401 \textit{payload length}, \textit{next header}, e gli indirizzi di origine e
402 di destinazione; una checksum esiste anche per la gran parte protocolli di
403 livello inferiore (anche se quelli che non lo hanno, come SLIP, non possono
404 essere usati con grande affidabilità); con questa scelta si è ridotto di
405 molti tempo di riprocessamento dato che i router non hanno più la
406 necessità di ricalcolare la checksum ad ogni passaggio di un pacchetto per
407 il cambiamento del campo \textit{hop limit}.
408 \item è stato eliminato il campo \textit{type of service}, che praticamente
409 non è mai stato utilizzato; una parte delle funzionalità ad esso delegate
410 sono state reimplementate (vedi il campo \textit{priority} al prossimo
411 punto) con altri metodi.
412 \item è stato introdotto un nuovo campo \textit{flow label}, che viene usato,
413 insieme al campo \textit{priority} (che recupera i bit di precedenza del
414 campo \textit{type of service}) per implementare la gestione di una
415 ``\textsl{qualità di servizio}'' (vedi \secref{sec:IP_ipv6_qos}) che
416 permette di identificare i pacchetti appartenenti a un ``\textsl{flusso}''
417 di dati per i quali si può provvedere un trattamento speciale.
423 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv4_head}
424 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv4.}
425 \label{fig:IP_ipv4_head}
431 \begin{tabular}{|l|c|p{9cm}|}
433 \textbf{Nome} & \textbf{Lunghezza} & \textbf{Significato} \\
436 \textit{version} & 4 bit & \textsl{versione}, nel caso
437 specifico vale sempre 4\\
438 \textit{head length} & 4 bit &\textsl{lunghezza dell'intestazione},
439 in multipli di 32 bit\\
440 \textit{type of service} & 8 bit & \textsl{tipo di servizio},
441 consiste in: 3 bit di precedenza,
442 correntemente ignorati; un bit non usato a 0; 4 bit che identificano
443 il tipo di servizio richiesto, uno solo dei quali può essere 1\\
444 \textit{total length} & 16 bit & \textsl{lunghezza totale}, indica
445 la dimensione del pacchetto IP in byte\\
446 \textit{identification} & 16 bit & \textsl{identificazione},
447 assegnato alla creazione, è aumentato di uno all'origine della
448 trasmissione di ciascun pacchetto, ma resta lo stesso per i
449 pacchetti frammentati\\
450 \textit{flag} & 3 bit &
451 \textsl{flag} bit di frammentazione, uno indica se un
452 pacchetto è frammentato, un'altro se ci sono ulteriori frammenti, e
453 un'altro se il pacchetto non può essere frammentato. \\
454 \textit{fragmentation offset} & 13 bit & \textsl{offset di frammento},
455 indica la posizione del frammento rispetto al pacchetto originale\\
456 \textit{time to live} & 16 bit & \textsl{tempo di vita},
457 ha lo stesso significato di
458 \textit{hop limit}, vedi Tab.~\ref{tab:IP_ipv6field}\\
459 \textit{protocol} & 8 bit & \textsl{protocollo}
460 identifica il tipo di pacchetto che segue
461 l'intestazione di IPv4\\
462 \textit{header checksum} & 16 bit & \textsl{checksum di intestazione},
463 somma di controllo per l'intestazione\\
464 \textit{source IP} & 32 bit & \textsl{indirizzo di origine}\\
465 \textit{destination IP} & 32 bit & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
468 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv4}
469 \label{tab:IP_ipv4field}
473 Oltre alle differenze precedenti, relative ai singoli campi nell'intestazione,
474 ulteriori caratteristiche che diversificano il comportamento di IPv4 da
475 quello di IPv6 sono le seguenti:
478 \item il broadcasting non è previsto in IPv6, le applicazioni che lo usano
479 dovono essere reimplementate usando il multicasting (vedi
480 \secref{sec:IP_ipv6_multicast}), che da opzionale diventa obbligatorio.
481 \item è stato introdotto un nuovo tipo di indirizzi, gli \textit{anycast}.
482 \item i router non possono più frammentare i pacchetti lungo il cammino, la
483 frammentazione di pacchetti troppo grandi potrà essere gestita solo ai
484 capi della comunicazione (usando un'apposita estensione vedi
485 \secref{sec:IP_ipv6_extens}).
486 \item IPv6 richiede il supporto per il \textit{path MTU discovery} (cioè il
487 protocollo per la selezione della massima lunghezza del pacchetto); seppure
488 questo sia in teoria opzionale, senza di esso non sarà possibile inviare
489 pacchetti più larghi della dimensione minima (576 byte).
492 \subsection{Gli indirizzi di IPv6}
493 \label{sec:IP_ipv6_addr}
495 Come già abbondantemente anticipato la principale novità di IPv6 è
496 costituita dall'ampliamento dello spazio degli indirizzi, che consente di avere
497 indirizzi disponibili in un numero dell'ordine di quello degli atomi che
498 costituiscono la terra.
500 In realtà l'allocazione di questi indirizzi deve tenere conto della
501 necessità di costruire delle gerarchie che consentano un instradamento
502 rapido ed efficiente dei pacchetti, e flessibilità nel dispiegamento delle
503 reti, il che comporta una riduzione drastica dei numeri utilizzabili; uno
504 studio sull'efficienza dei vari sistemi di allocazione usati in altre
505 architetture (come i sistemi telefonici) è comunque giunto alla conclusione
506 che anche nella peggiore delle ipotesi IPv6 dovrebbe essere in grado di
507 fornire più di un migliaio di indirizzi per ogni metro quadro della
508 superficie terrestre.
511 \subsection{La notazione}
512 \label{sec:IP_ipv6_notation}
513 Con un numero di bit quadruplicato non è più possibile usare la notazione
514 coi numeri decimali di IPv4 per rappresentare un numero IP. Per questo gli
515 indirizzi di IPv6 sono in genere scritti come sequenze di otto numeri
516 esadecimali di 4 cifre (cioè a gruppi di 16 bit) usando i due punti come
517 separatore; cioè qualcosa del tipo
518 \texttt{5f1b:df00:ce3e:e200:0020:0800:2078:e3e3}.
521 Visto che la notazione resta comunque piuttosto pesante esistono alcune
522 abbreviazioni; si può evitare di scrivere gli zeri iniziali per cui si
523 può scrivere \texttt{1080:0:0:0:8:800:ba98:2078:e3e3}; se poi un intero è
524 zero si può omettere del tutto, così come un insieme di zeri (ma questo
525 solo una volta per non generare ambiguità) per cui il precedente indirizzo
526 si può scrivere anche come \texttt{1080::8:800:ba98:2078:e3e3}.
528 Infine per scrivere un indirizzo IPv4 all'interno di un indirizzo IPv6 si
529 può usare la vecchia notazione con i punti, per esempio
530 \texttt{::192.84.145.138}.
535 \begin{tabular}{|l|l|l|}
537 \centering \textbf{Tipo di indirizzo}
538 & \centering \textbf{Prefisso} & {\centering \textbf{Frazione}} \\
541 riservato & \texttt{0000 0000} & 1/256 \\
542 non assegnato & \texttt{0000 0001} & 1/256 \\
544 riservato per NSAP & \texttt{0000 001} & 1/128\\
545 riservato per IPX & \texttt{0000 010} & 1/128\\
547 non assegnato & \texttt{0000 011} & 1/128 \\
548 non assegnato & \texttt{0000 1} & 1/32 \\
549 non assegnato & \texttt{0001} & 1/16 \\
551 provider-based & \texttt{001} & 1/8\\
553 non assegnato & \texttt{010} & 1/8 \\
554 non assegnato & \texttt{011} & 1/8 \\
555 geografic-based& \texttt{100} & 1/8 \\
556 non assegnato & \texttt{101} & 1/8 \\
557 non assegnato & \texttt{110} & 1/8 \\
558 non assegnato & \texttt{1110} & 1/16 \\
559 non assegnato & \texttt{1111 0} & 1/32 \\
560 non assegnato & \texttt{1111 10} & 1/64 \\
561 non assegnato & \texttt{1111 110} & 1/128 \\
562 non assegnato & \texttt{1111 1100 0} & 1/512 \\
564 unicast link-local & \texttt{1111 1100 10} & 1/1024 \\
565 unicast site-local & \texttt{1111 1100 11} & 1/1024 \\
568 multicast & \texttt{1111 1111} & 1/256 \\
571 \caption{Classificazione degli indirizzi IPv6 a seconda dei bit più
573 \label{tab:IP_ipv6addr}
577 \subsection{La architettura degli indirizzi di IPv6}
578 \label{sec:IP_ipv6_addr_arch}
580 Come per IPv4 gli indirizzi sono identificatori per una singola (indirizzi
581 \textit{unicast}) o per un insieme (indirizzi \textit{multicast} e
582 \textit{anycast}) di interfacce di rete.
584 Gli indirizzi sono sempre assegnati all'interfaccia, non al nodo che la
585 ospita; dato che ogni interfaccia appartiene ad un nodo quest'ultimo può
586 essere identificato attraverso uno qualunque degli indirizzi unicast delle sue
587 interfacce. A una interfaccia possono essere associati anche più indirizzi.
589 IPv6 presenta tre tipi diversi di indirizzi: due di questi, gli indirizzi
590 \textit{unicast} e \textit{multicast} hanno le stesse caratteristiche che in
591 IPv4, un terzo tipo, gli indirizzi \textit{anycast} è completamente nuovo.
592 In IPv6 non esistono più gli indirizzi \textit{broadcast}, la funzione di
593 questi ultimi deve essere reimplementata con gli indirizzi \textit{multicast}.
595 Gli indirizzi \textit{unicast} identificano una singola interfaccia: i
596 pacchetti mandati ad un tale indirizzo verranno inviati a quella interfaccia,
597 gli indirizzi \textit{anycast} identificano un gruppo di interfacce tale che
598 un pacchetto mandato a uno di questi indirizzi viene inviato alla più vicina
599 (nel senso di distanza di routing) delle interfacce del gruppo, gli indirizzi
600 \textit{multicast} identificano un gruppo di interfacce tale che un pacchetto
601 mandato a uno di questi indirizzi viene inviato a tutte le interfacce del
604 In IPv6 non ci sono più le classi ma i bit più significativi indicano il tipo
605 di indirizzo; in \tabref{tab:IP_ipv6addr} sono riportati i valori di detti
606 bit e il tipo di indirizzo che loro corrispondente. I bit più significativi
607 costituiscono quello che viene chiamato il \textit{format prefix} ed è sulla
608 base di questo che i vari tipi di indirizzi vengono identificati. Come si
609 vede questa architettura di allocazione supporta l'allocazione di indirizzi
610 per i provider, per uso locale e per il multicast; inoltre è stato riservato
611 lo spazio per indirizzi NSAP, IPX e per le connessioni; gran parte dello
612 spazio (più del 70\%) è riservato per usi futuri.
614 Si noti infine che gli indirizzi \textit{anycast} non sono riportati in
615 \tabref{tab:IP_ipv6addr} in quanto allocati al di fuori dello spazio di
616 allocazione degli indirizzi unicast.
618 \subsection{Indirizzi unicast \textit{provider-based}}
619 \label{sec:IP_ipv6_unicast}
621 Gli indirizzi \textit{provider-based} sono gli indirizzi usati per le
622 comunicazioni globali, questi sono definiti nell'RFC 2073 e sono gli
623 equivalenti degli attuali indirizzi delle classi da A a C.
625 L'autorità che presiede all'allocazione di questi indirizzi è la IANA; per
626 evitare i problemi di crescita delle tabelle di instradamento e una procedura
627 efficiente di allocazione la struttura di questi indirizzi è organizzata fin
628 dall'inizio in maniera gerarchica; pertanto lo spazio di questi indirizzi è
629 stato suddiviso in una serie di campi secondo lo schema riportato in
630 \tabref{tab:IP_ipv6_unicast}.
635 \begin{tabular} {@{\vrule}p{6mm}
636 @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{24mm}
637 @{\vrule}p{30mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
638 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
639 \multicolumn{1}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{1}{c}{$56-n$ bit}&
640 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
642 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm} & & &\omit\hspace{76mm}\hfill\vrule\\
644 \centering \textsl{Registry Id}&
645 \centering \textsl{Provider Id}&
646 \centering \textsl{Subscriber Id}&
647 \textsl{Intra-Subscriber} \\
648 \omit\vrule\hfill\vrule& & & &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
651 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based}.}
652 \label{tab:IP_ipv6_unicast}
655 Al livello più alto la IANA può delegare l'allocazione a delle autorità
656 regionali (i Regional Register) assegnando ad esse dei blocchi di indirizzi; a
657 queste autorità regionali è assegnato un Registry Id che deve seguire
658 immediatamente il prefisso di formato. Al momento sono definite tre registri
659 regionali (INTERNIC, RIPE NCC e APNIC), inoltre la IANA si è riservata la
660 possibilità di allocare indirizzi su base regionale; pertanto sono previsti
661 i seguenti possibili valori per il \textsl{Registry Id};
662 gli altri valori restano riservati per la IANA.
665 \begin{tabular}{|l|l|l|}
667 \textbf{Regione} & \textbf{Registro} & \textbf{Id} \\
670 Nord America &INTERNIC & \texttt{11000} \\
671 Europa & RIPE NCC & \texttt{01000} \\
672 Asia & APNIC & \texttt{00100} \\
673 Multi-regionale & IANA &\texttt{10000} \\
676 \caption{Valori dell'identificativo dei
677 Regional Register allocati ad oggi.}
678 \label{tab:IP_ipv6_regid}
682 L'organizzazione degli indirizzi prevede poi che i due livelli successivi, di
683 suddivisione fra \textit{Provider Id}, che identifica i grandi fornitori di
684 servizi, e \textit{Subscriber Id}, che identifica i fruitori, sia gestita dai
685 singoli registri regionali. Questi ultimi dovranno definire come dividere lo
686 spazio di indirizzi assegnato a questi due campi (che ammonta a un totale di
687 56~bit), definendo lo spazio da assegnare al \textit{Provider Id} e
688 al \textit{Subscriber Id}, ad essi spetterà inoltre anche l'allocazione dei
689 numeri di \textit{Provider Id} ai singoli fornitori, ai quali sarà delegata
690 l'autorità di allocare i \textit{Subscriber Id} al loro interno.
692 L'ultimo livello è quello \textit{Intra-subscriber} che è lasciato alla
693 gestione dei singoli fruitori finali, gli indirizzi \textit{provider-based}
694 lasciano normalmente gli ultimi 64~bit a disposizione per questo livello, la
695 modalità più immediata è quella di usare uno schema del tipo mostrato in
696 \tabref{tab:IP_ipv6_uninterf} dove l'\textit{Interface Id} è dato dal
697 MAC-address a 48~bit dello standard Ethernet, scritto in genere nell'hardware
698 delle scheda di rete, e si usano i restanti 16~bit per indicare la sottorete.
703 \begin{tabular} {@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
704 \multicolumn{1}{c}{64 bit}&\multicolumn{1}{c}{16 bit}&
705 \multicolumn{1}{c}{48 bit}\\
707 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm}&\omit\hspace{48mm}\hfill\vrule\\
708 \centering \textsl{Subscriber Prefix}&
709 \centering \textsl{Subnet Id}&
710 \textsl{Interface Id}\\
711 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
714 \caption{Formato del campo \textit{Intra-subscriber} per un indirizzo unicast
715 \textit{provider-based}.}
716 \label{tab:IP_ipv6_uninterf}
719 Qualora si dovesse avere a che fare con una necessità di un numero più
720 elevato di sottoreti, il precedente schema andrebbe modificato, per evitare
721 l'enorme spreco dovuto all'uso dei MAC-address, a questo scopo si possono
722 usare le capacità di autoconfigurazione di IPv6 per assegnare indirizzi
723 generici con ulteriori gerarchie per sfruttare efficacemente tutto lo spazio
726 Un registro regionale può introdurre un ulteriore livello nella gerarchia
727 degli indirizzi, allocando dei blocchi per i quali delegare l'autorità a dei
728 registri nazionali, quest'ultimi poi avranno il compito di gestire la
729 attribuzione degli indirizzi per i fornitori di servizi nell'ambito del/i
730 paese coperto dal registro nazionale con le modalità viste in precedenza.
731 Una tale ripartizione andrà effettuata all'interno dei soliti 56~bit come
732 mostrato in \tabref{tab:IP_ipv6_uninaz}.
737 \begin{tabular} {@{\vrule}p{3mm}
738 @{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{12mm}@{\vrule}p{18mm}
739 @{\vrule}p{18mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
740 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
741 \multicolumn{1}{c}{n bit}&\multicolumn{1}{c}{m bit}&
742 \multicolumn{1}{c}{56-n-m bit}&\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
744 \omit\vrule\hfill\vrule& & & & &\omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
745 \centering \texttt{3}&
746 \centering \textsl{Reg.}&
747 \centering \textsl{Naz.}&
748 \centering \textsl{Prov.}&
749 \centering \textsl{Subscr.}&
750 \textsl{Intra-Subscriber} \\
751 \omit\vrule\hfill\vrule &&&&&\\
754 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based} che prevede
755 un registro nazionale.}
756 \label{tab:IP_ipv6_uninaz}
760 \subsection{Indirizzi ad uso locale}
761 \label{sec:IP_ipv6_linksite}
763 Gli indirizzi ad uso locale sono indirizzi unicast che sono instradabili solo
764 localmente (all'interno di un sito o di una sottorete), e possono avere una
765 unicità locale o globale.
767 Questi indirizzi sono pensati per l'uso all'interno di un sito per mettere su
768 una comunicazione locale immediata, o durante le fasi di autoconfigurazione
769 prima di avere un indirizzo globale.
774 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{54mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
775 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{54 bit} &
776 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
778 \omit\vrule\hfill\vrule & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
779 \centering \texttt{FE80}&
780 \centering\texttt{0000 . . . . . 0000} &
782 \omit\vrule\hfill\vrule & &\\
785 \caption{Formato di un indirizzo \textit{link-local}.}
786 \label{tab:IP_ipv6_linklocal}
789 Ci sono due tipi di indirizzi, \textit{link-local} e \textit{site-local}. Il
790 primo è usato per un singolo link; la struttura è mostrata in
791 \tabref{tab:IP_ipv6_linklocal}, questi indirizzi iniziano sempre per
792 \texttt{FE80} e vengono in genere usati per la configurazione automatica
793 dell'indirizzo al bootstrap e per la ricerca dei vicini (vedi
794 \ref{sec:IP_ipv6_autoconf}); un pacchetto che abbia tale indirizzo come
795 sorgente o destinazione non deve venire ritrasmesso dai router.
797 Un indirizzo \textit{site-local} invece è usato per l'indirizzamento
798 all'interno di un sito che non necessita di un prefisso globale; la struttura
799 è mostrata in \tabref{tab:IP_ipv6_sitelocal}, questi indirizzi iniziano sempre
800 per \texttt{FEC0} e non devono venire ritrasmessi dai router all'esterno del
801 sito stesso; sono in sostanza gli equivalenti degli indirizzi riservati per
802 reti private definiti su IPv4. Per entrambi gli indirizzi il campo
803 \textit{Interface Id} è un identificatore che deve essere unico nel dominio in
804 cui viene usato, un modo immediato per costruirlo è quello di usare il
805 MAC-address delle schede di rete.
810 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{38mm}@{\vrule}p{16mm}
812 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{38 bit} &
813 \multicolumn{1}{c}{16 bit} &\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
815 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
816 \centering \texttt{FEC0}&
817 \centering \texttt{0000 . . . 0000}&
818 \centering Subnet Id &
820 \omit\vrule\hfill\vrule& & &\\
823 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
824 \label{tab:IP_ipv6_sitelocal}
827 Gli indirizzi di uso locale consentono ad una organizzazione che non è
828 (ancora) connessa ad Internet di operare senza richiedere un prefisso globale,
829 una volta che in seguito l'organizzazione venisse connessa a Internet
830 potrebbe continuare a usare la stessa suddivisione effettuata con gli
831 indirizzi \textit{site-local} utilizzando un prefisso globale e la
832 rinumerazione degli indirizzi delle singole macchine sarebbe automatica.
834 \subsection{Indirizzi riservati}
835 \label{sec:IP_ipv6_reserved}
837 Alcuni indirizzi sono riservati per scopi speciali, in particolare per scopi
840 Un primo tipo sono gli indirizzi \textit{IPv4 mappati su IPv6} (mostrati in
841 \tabref{tab:IP_ipv6_map}), questo sono indirizzi unicast che vengono usati per
842 consentire ad applicazioni IPv6 di comunicare con host capaci solo di IPv4;
843 questi sono ad esempio gli indirizzi generati da un DNS quando l'host
844 richiesto supporta solo IPv4; l'uso di un tale indirizzo in un socket IPv6
845 comporta la generazione di un pacchetto IPv4 (ovviamente occorre che sia IPv4
846 che IPv6 siano supportati sull'host di origine).
851 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
852 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
853 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
855 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
857 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
858 \centering\texttt{FFFF} &
860 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
863 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
864 \label{tab:IP_ipv6_map}
867 Un secondo tipo di indirizzi di compatibilità sono gli \textsl{IPv4
868 compatibili IPv6} (vedi \tabref{tab:IP_ipv6_comp}) usati nella transizione
869 da IPv4 a IPv6: quando un nodo che supporta sia IPv6 che IPv4 non ha un router
870 IPv6 deve usare nel DNS un indirizzo di questo tipo, ogni pacchetto IPv6
871 inviato a un tale indirizzo verrà automaticamente incapsulato in IPv4.
876 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{32mm}@{\vrule}}
877 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
878 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
880 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
882 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
883 \centering\texttt{0000} &
884 \parbox{32mm}{\centering IPv4 address} \\
885 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
888 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
889 \label{tab:IP_ipv6_comp}
892 Altri indirizzi speciali sono il \textit{loopback address}, costituito da 127
893 zeri ed un uno (cioè \texttt{::1}) e l'\textsl{indirizzo generico}
894 costituito da tutti zeri (scritto come \texttt{0::0} o ancora più
895 semplicemente come \texttt{:}) usato in genere quando si vuole indicare
896 l'accettazione di una connessione da qualunque host.
898 \subsection{Multicasting}
899 \label{sec:IP_ipv6_multicast}
901 Gli indirizzi \textit{multicast} sono usati per inviare un pacchetto a un
902 gruppo di interfacce; l'indirizzo identifica uno specifico gruppo di multicast
903 e il pacchetto viene inviato a tutte le interfacce di detto gruppo.
904 Un'interfaccia può appartenere ad un numero qualunque numero di gruppi di
905 multicast. Il formato degli indirizzi \textit{multicast} è riportato in
906 \tabref{tab:IP_ipv6_multicast}:
911 \begin{tabular} {@{\vrule}p{12mm}
912 @{\vrule}p{6mm}@{\vrule}p{6mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
913 \multicolumn{1}{c}{8}&\multicolumn{1}{c}{4}&
914 \multicolumn{1}{c}{4}&\multicolumn{1}{c}{112 bit} \\
916 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{104mm}\hfill\vrule\\
917 \centering\texttt{FF}&
921 \omit\vrule\hfill\vrule &&&\\
924 \caption{Formato di un indirizzo \textit{multicast}.}
925 \label{tab:IP_ipv6_multicast}
928 Il prefisso di formato per tutti gli indirizzi \textit{multicast} è
929 \texttt{FF}, ad esso seguono i due campi il cui significato è il seguente:
932 \item \textsl{flag}: un insieme di 4 bit, di cui i primi tre sono riservati e
933 posti a zero, l'ultimo è zero se l'indirizzo è permanente (cioè un
934 indirizzo noto, assegnato dalla IANA), ed è uno se invece l'indirizzo è
936 \item \textsl{scop} è un numero di quattro bit che indica il raggio di
937 validità dell'indirizzo, i valori assegnati per ora sono riportati in
938 \tabref{tab:IP_ipv6_multiscope}.
946 \begin{tabular}[c]{|c|l|c|l|}
948 \multicolumn{4}{|c|}{\bf Gruppi di multicast} \\
951 0 & riservato & 8 & organizzazione locale \\
952 1 & nodo locale & 9 & non assegnato \\
953 2 & collegamento locale & A & non assegnato \\
954 3 & non assegnato & B & non assegnato \\
955 4 & non assegnato & C & non assegnato \\
956 5 & sito locale & D & non assegnato \\
957 6 & non assegnato & E & globale \\
958 7 & non assegnato & F & riservato \\
961 \caption{Possibili valori del campo \textsl{scop} di un indirizzo multicast.}
962 \label{tab:IP_ipv6_multiscope}
965 Infine l'ultimo campo identifica il gruppo di multicast, sia permanente che
966 transitorio, all'interno del raggio di validità del medesimo. Alcuni
967 indirizzi multicast, riportati in \tabref{tab:multiadd} sono già riservati
968 per il funzionamento della rete.
973 \begin{tabular}[c]{l l r}
975 \textbf{Uso}& \textbf{Indirizzi riservati} & \textbf{Definizione}\\
978 all-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:1} & RFC 1970\\
979 all-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:2} & RFC 1970\\
980 all-rip-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:9} & RFC 2080\\
981 all-cbt-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:10} &\\
982 reserved & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:0} & IANA \\
983 link-name & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:1} & \\
984 all-dhcp-agents & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:2} & \\
985 all-dhcp-servers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:3} & \\
986 all-dhcp-relays & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:4} & \\
987 solicited-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:1:0:0} & RFC 1970\\
990 \caption{Gruppi multicast predefiniti.}
994 L'utilizzo del campo di \textit{scope} e di questi indirizzi predefiniti serve
995 a recuperare le funzionalità del broadcasting (ad esempio inviando un
996 pacchetto all'indirizzo \texttt{FF02:0:0:0:0:0:0:1} si raggiungono tutti i
1000 \subsection{Indirizzi \textit{anycast}}
1001 \label{sec:IP_anycast}
1003 Gli indirizzi \textit{anycast} sono indirizzi che vengono assegnati ad un
1004 gruppo di interfacce: un pacchetto indirizzato a questo tipo di indirizzo
1005 viene inviato al componente del gruppo più ``\textsl{vicino}'' secondo la
1006 distanza di instradamento calcolata dai router.
1008 Questi indirizzi sono allocati nello stesso spazio degli indirizzi unicast,
1009 usando uno dei formati disponibili, e per questo, sono da essi assolutamente
1010 indistinguibili. Quando un indirizzo unicast viene assegnato a più interfacce
1011 (trasformandolo in un anycast) il computer su cui è l'interfaccia deve essere
1012 configurato per tener conto del fatto.
1014 Gli indirizzi anycast consentono a un nodo sorgente di inviare pacchetti a una
1015 destinazione su un gruppo di possibili interfacce selezionate. La sorgente non
1016 deve curarsi di come scegliere l'interfaccia più vicina, compito che tocca al
1017 sistema di instradamento (in sostanza la sorgente non ha nessun controllo
1020 Gli indirizzi anycast, quando vengono usati come parte di una sequenza di
1021 instradamento, consentono ad esempio ad un nodo di scegliere quale fornitore
1022 vuole usare (configurando gli indirizzi anycast per identificare i router di
1023 uno stesso provider).
1025 Questi indirizzi pertanto possono essere usati come indirizzi intermedi in una
1026 intestazione di instradamento o per identificare insiemi di router connessi a
1027 una particolare sottorete, o che forniscono l'accesso a un certo sotto
1030 L'idea alla base degli indirizzi anycast è perciò quella di utilizzarli per
1031 poter raggiungere il fornitore di servizio più vicino; ma restano aperte tutta
1032 una serie di problematiche, visto che una connessione con uno di questi
1033 indirizzi non è possibile, dato che per una variazione delle distanze di
1034 routing non è detto che due pacchetti successivi finiscano alla stessa
1037 La materia è pertanto ancora controversa e in via di definizione.
1040 \subsection{Le estensioni}
1041 \label{sec:IP_ipv6_extens}
1043 Come già detto in precedenza IPv6 ha completamente cambiato il trattamento
1044 delle opzioni; queste ultime infatti sono state tolte dall'intestazione del
1045 pacchetto, e poste in apposite \textsl{intestazioni di estensione} (o
1046 \textit{extension header}) poste fra l'intestazione di IPv6 e l'intestazione
1047 del protocollo di trasporto.
1049 Per aumentare la velocità di processo, sia dei dati del livello seguente che
1050 di ulteriori opzioni, ciascuna estensione deve avere una lunghezza multipla di
1051 8 byte per mantenere l'allineamento a 64~bit di tutti le intestazioni
1054 Dato che la maggior parte di queste estensioni non sono esaminate dai router
1055 durante l'instradamento e la trasmissione dei pacchetti, ma solo all'arrivo
1056 alla destinazione finale, questa scelta ha consentito un miglioramento delle
1057 prestazioni rispetto a IPv4 dove la presenza di un'opzione comportava l'esame
1060 Un secondo miglioramento è che rispetto a IPv4 le opzioni possono essere di
1061 lunghezza arbitraria e non limitate a 40 byte; questo, insieme al modo in cui
1062 vengono trattate, consente di utilizzarle per scopi come l'autenticazione e la
1063 sicurezza, improponibili con IPv4.
1065 Le estensioni definite al momento sono le seguenti:
1067 \item \textbf{Hop by hop} devono seguire immediatamente l'intestazione
1068 principale; indicano le opzioni che devono venire processate ad ogni
1069 passaggio da un router, fra di esse è da menzionare la \textit{jumbo
1070 payload} che segnala la presenza di un pacchetto di dati di dimensione
1071 superiore a 65535 byte.
1072 \item \textbf{Destination options} opzioni che devono venire esaminate al nodo
1073 di ricevimento, nessuna di esse è tuttora definita.
1074 \item \textbf{Routing} definisce una \textit{source route} (come la analoga
1075 opzione di IPv4) cioè una lista di indirizzi IP di nodi per i quali il
1076 pacchetto deve passare.
1077 \item \textbf{Fragmentation} viene generato automaticamente quando un host
1078 vuole frammentare un pacchetto, ed è riprocessato automaticamente alla
1079 destinazione che riassembla i frammenti.
1080 \item \textbf{Authentication} gestisce l'autenticazione e il controllo di
1081 integrità dei pacchetti; è documentato dall'RFC 162.
1082 \item \textbf{Encapsulation} serve a gestire la segretezza del contenuto
1083 trasmesso; è documentato dall'RFC 1827.
1086 La presenza di opzioni è rilevata dal valore del campo \textit{next header}
1087 che indica qual'è l'intestazione successiva a quella di IPv6; in assenza di
1088 opzioni questa sarà l'intestazione di un protocollo di trasporto del livello
1089 superiore, per cui il campo assumerà lo stesso valore del campo
1090 \textit{protocol} di IPv4, altrimenti assumerà il valore dell'opzione
1091 presente; i valori possibili sono riportati in \tabref{tab:IP_ipv6_nexthead}.
1096 \begin{tabular}{|c|l|l|}
1098 \textbf{Valore} & \textbf{Keyword} & \textbf{Tipo di protocollo} \\
1102 & HBH & Hop by Hop \\
1103 1 & ICMP & Internet Control Message (IPv4 o IPv6) \\
1104 2 & ICMP & Internet Group Management (IPv4) \\
1105 3 & GGP & Gateway-to-Gateway \\
1106 4 & IP & IP in IP (IPv4 encapsulation) \\
1108 6 & TCP & Trasmission Control \\
1109 17 & UDP & User Datagram \\
1110 43 & RH & Routing Header (IPv6) \\
1111 44 & FH & Fragment Header (IPv6) \\
1112 45 & IDRP & Inter Domain Routing \\
1113 51 & AH & Authentication Header (IPv6) \\
1114 52 & ESP & Encrypted Security Payload (IPv6) \\
1115 59 & Null & No next header (IPv6) \\
1116 88 & IGRP & Internet Group Routing \\
1117 89 & OSPF & Open Short Path First \\
1121 \caption{Tipi di protocolli e intestazioni di estensione}
1122 \label{tab:IP_ipv6_nexthead}
1126 Questo meccanismo permette la presenza di più opzioni in successione prima
1127 del pacchetto del protocollo di trasporto; l'ordine raccomandato per le
1128 estensioni è quello riportato nell'elenco precedente con la sola differenza
1129 che le opzioni di destinazione sono inserite nella posizione ivi indicata solo
1130 se, come per il tunnelling, devono essere esaminate dai router, quelle che
1131 devono essere esaminate solo alla destinazione finale vanno in coda.
1134 \subsection{Qualità di servizio}
1135 \label{sec:IP_ipv6_qos}
1137 Una delle caratteristiche innovative di IPv6 è quella di avere introdotto un
1138 supporto per la qualità di servizio che è importante per applicazioni come
1139 quelle multimediali o ``real-time'' che richiedono un qualche grado di
1140 controllo sulla stabilità della banda di trasmissione, sui ritardi o la
1141 dispersione dei temporale del flusso dei pacchetti.
1144 \subsection{Etichette di flusso}
1145 \label{sec:IP_ipv6_flow}
1146 L'introduzione del campo \textit{flow label} può essere usata dall'origine
1147 della comunicazione per etichettare quei pacchetti per i quali si vuole un
1148 trattamento speciale da parte dei router come un una garanzia di banda minima
1149 assicurata o un tempo minimo di instradamento/trasmissione garantito.
1151 Questo aspetto di IPv6 è ancora sperimentale per cui i router che non
1152 supportino queste funzioni devono porre a zero il \textit{flow label} per i
1153 pacchetti da loro originanti e lasciare invariato il campo per quelli in
1156 Un flusso è una sequenza di pacchetti da una particolare origine a una
1157 particolare destinazione per il quale l'origine desidera un trattamento
1158 speciale da parte dei router che lo manipolano; la natura di questo
1159 trattamento può essere comunicata ai router in vari modi (come un protocollo
1160 di controllo o con opzioni del tipo \textit{hop-by-hop}).
1162 Ci possono essere più flussi attivi fra un'origine e una destinazione, come
1163 del traffico non assegnato a nessun flusso, un flusso viene identificato
1164 univocamente dagli indirizzi di origine e destinazione e da una etichetta di
1165 flusso diversa da zero, il traffico normale deve avere l'etichetta di flusso
1168 L'etichetta di flusso è assegnata dal nodo di origine, i valori devono
1169 essere scelti in maniera (pseudo)casuale nel range fra 1 e FFFFFF in modo da
1170 rendere utilizzabile un qualunque sottoinsieme dei bit come chiavi di hash per
1173 \subsection{Priorità}
1176 Il campo di priorità consente di indicare il livello di priorità dei
1177 pacchetti relativamente agli altri pacchetti provenienti dalla stessa
1178 sorgente. I valori sono divisi in due intervalli, i valori da 0 a 7 sono usati
1179 per specificare la priorità del traffico per il quale la sorgente provvede
1180 un controllo di congestione cioè per il traffico che può essere ``tirato
1181 indietro'' in caso di congestione come quello di TCP, i valori da 8 a 15 sono
1182 usati per i pacchetti che non hanno questa caratteristica, come i pacchetti
1183 ``real-time'' inviati a ritmo costante.
1185 Per il traffico con controllo di congestione sono raccomandati i seguenti
1186 valori di priorità a seconda del tipo di applicazione:
1191 \begin{tabular}{|c|l|}
1193 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo di traffico} \\
1196 0 & traffico generico \\
1197 1 & traffico di riempimento (es. news) \\
1198 2 & trasferimento dati non interattivo (es. e-mail)\\
1200 4 & trasferimento dati interattivo (es. FTP, HTTP, NFS) \\
1204 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
1205 \label{tab:priority}
1208 Per il traffico senza controllo di congestione la priorità più bassa
1209 dovrebbe essere usata per quei pacchetti che si preferisce siano scartati
1210 più facilmente in caso di congestione.
1213 \subsection{Sicurezza a livello IP}
1214 \label{sec:security}
1216 La attuale implementazione di Internet presenta numerosi problemi di
1217 sicurezza, in particolare i dati presenti nelle intestazioni dei vari
1218 protocolli sono assunti essere corretti, il che da adito alla possibilità di
1219 varie tipologie di attacco forgiando pacchetti false, inoltre tutti questi
1220 dati passano in chiaro sulla rete e sono esposti all'osservazione di chiunque
1223 Con IPv4 non è possibile realizzare un meccanismo di autenticazione e
1224 riservatezza a un livello inferiore al primo (quello di applicazione), con
1225 IPv6 è stato progettata la possibilità di intervenire al livello di rete (il
1226 terzo) prevedendo due apposite estensioni che possono essere usate per fornire
1227 livelli di sicurezza a seconda degli utenti. La codifica generale di questa
1228 architettura è riportata nell'RFC 2401.
1230 Il meccanismo in sostanza si basa su due estensioni:
1232 \item una intestazione di sicurezza (\textit{authentication header}) che
1233 garantisce al destinatario l'autenticità del pacchetto
1234 \item un carico di sicurezza (\textit{Encrypted Security Payload}) che
1235 assicura che solo il legittimo ricevente può leggere il pacchetto.
1238 Perché tutto questo funzioni le stazioni sorgente e destinazione devono
1239 usare una stessa chiave crittografica e gli stessi algoritmi, l'insieme degli
1240 accordi fra le due stazioni per concordare chiavi e algoritmi usati va sotto
1241 il nome di associazione di sicurezza.
1243 I pacchetti autenticati e crittografati portano un indice dei parametri di
1244 sicurezza (SPI, \textit{Security Parameter Index}) che viene negoziato prima
1245 di ogni comunicazione ed è definito dalla stazione sorgente. Nel caso di
1246 multicast dovrà essere lo stesso per tutte le stazioni del gruppo.
1248 \subsection{Autenticazione}
1251 Il primo meccanismo di sicurezza è quello dell'intestazione di autenticazione
1252 (\textit{authentication header}) che fornisce l'autenticazione e il controllo
1253 di integrità (ma senza riservatezza) dei pacchetti IP.
1255 L'intestazione di autenticazione ha il formato descritto in
1256 \tabref{tab:autent_head}: il campo \textit{Next Header} indica l'intestazione
1257 successiva, con gli stessi valori del campo omonimo nell'intestazione
1258 principale di IPv6, il campo \textit{Length} indica la lunghezza
1259 dell'intestazione di autenticazione in numero di parole a 32 bit, il campo
1260 riservato deve essere posto a zero, seguono poi l'indice di sicurezza,
1261 stabilito nella associazione di sicurezza, e un numero di sequenza che la
1262 stazione sorgente deve incrementare di pacchetto in pacchetto.
1264 Completano l'intestazione i dati di autenticazione che contengono un valore di
1265 controllo di integrità (ICV, \textit{Integrity Check Value}), che deve essere
1266 di dimensione pari a un multiplo intero di 32 bit e può contenere un padding
1267 per allineare l'intestazione a 64 bit. Tutti gli algoritmi di autenticazione
1268 devono provvedere questa capacità.
1270 \renewcommand\arraystretch{1.2}
1274 \begin{tabular}{@{\vrule}p{24mm}@{\vrule}p{24mm}
1275 @{\vrule}p{48mm}@{\vrule} }
1276 \multicolumn{3}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
1278 \centering Next Header&\centering Length&
1279 \centering Reserved \tabularnewline
1281 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1282 {\centering Security Parameter Index (SPI)}\\
1284 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1285 {\centering Sequence Number}\\
1287 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
1288 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}{Authentication Data} \\
1289 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1290 {\centering ... } \\
1291 \multicolumn{3}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
1294 \caption{Formato dell'intestazione dell'estensione di autenticazione}
1295 \label{tab:autent_estens}
1298 \renewcommand\arraystretch{1} %default
1301 L'intestazione di autenticazione può essere impiegata in due modi diverse
1302 modalità: modalità trasporto e modalità tunnel.
1304 La modalità trasporto è utilizzabile solo per comunicazioni fra stazioni
1305 singole che supportino l'autenticazione. In questo caso l'intestazione di
1306 autenticazione è inserita dopo tutte le altre intestazioni di estensione
1307 eccezion fatta per la \textit{Destination Option} che può comparire sia
1313 \begin{tabular*}{90mm}{|c|c|c|c|c|c|}
1317 \parbox[c]{28mm}{hop by hop, dest., \\
1318 routing, fragment}& AH &
1319 dest.opt & TCP & data \\
1323 \caption{Formato dell'intestazione dell'estensione di autenticazione}
1324 \label{tab:autent_head}
1328 \begin{pspicture}(0,0)(9,0.8)
1331 \ncline{<->}{A}{B}\ncput{copertura dell'autenticazione}
1335 La modalità tunnel può essere utilizzata sia per comunicazioni fra stazioni
1336 singole che con un gateway di sicurezza; in questa modalità
1339 L'intestazione di autenticazione è una intestazione di estensione inserita
1340 dopo l'intestazione principale e prima del carico dei dati. La sua presenza
1341 non ha perciò alcuna influenza sui livelli superiori dei protocolli di
1342 trasmissione come il TCP.
1345 La procedura di autenticazione cerca di garantire l'autenticità del pacchetto
1346 nella massima estensione possibile, ma dato che alcuni campi dell'intestazione
1347 di IP possono variare in maniera impredicibile alla sorgente, il loro valore
1348 non può essere protetto dall'autenticazione.
1350 Il calcolo dei dati di autenticazione viene effettuato alla sorgente su una
1351 versione speciale del pacchetto in cui il numero di salti nell'intestazione
1352 principale è impostato a zero, così come le opzioni che possono essere
1353 modificate nella trasmissione, e l'intestazione di routing (se usata) è posta
1354 ai valori che deve avere all'arrivo.
1356 L'estensione è indipendente dall'algoritmo particolare, e il protocollo è
1357 ancora in fase di definizione; attualmente è stato suggerito l'uso di una
1358 modifica dell'MD5 chiamata \textit{keyed MD5} che combina alla codifica anche
1359 una chiave che viene inserita all'inizio e alla fine degli altri campi.
1362 \subsection{Riservatezza}
1365 Per garantire una trasmissione riservata dei dati, è stata previsto la
1366 possibilità di trasmettere pacchetti con i dati criptati: il cosiddetto ESP,
1367 \textit{Encripted Security Payload}. Questo viene realizzato usando con una
1368 apposita opzione che deve essere sempre l'ultima delle intestazioni di
1369 estensione; ad essa segue il carico del pacchetto che viene criptato.
1371 Un pacchetto crittografato pertanto viene ad avere una struttura del tipo di
1372 quella mostrata in Tab~.\ref{tab:criptopack}, tutti i campi sono in chiaro
1373 fino al vettore di inizializzazione, il resto è crittografato.
1375 \renewcommand\arraystretch{1.2}
1379 \begin{tabular}{@{\vrule}p{24mm}@{\vrule}p{24mm}@{\vrule}
1380 p{24mm}@{\vrule}p{24mm}@{\vrule}}
1381 \multicolumn{4}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
1383 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{}\\
1384 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{Intestazione Principale}\\
1385 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{...}\\
1386 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{}\\
1388 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{}\\
1389 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{Intestazioni di estensione}\\
1390 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{...}\\
1391 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{}\\
1393 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1394 {\centering Security Parameter Index}\\
1396 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1397 {\centering Vettore}\\
1398 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}
1399 {\centering di inizializzazione}\\
1401 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{carico}\\
1402 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{crittografato}\\
1403 \multicolumn{4}{@{\vrule}c@{\vrule}}{...}\\
1405 & \multicolumn{3}{c@{\vrule}}{}\\
1408 \multicolumn{1}{@{\vrule}c}{}&
1409 \centering \raisebox{2mm}[0pt][0pt]{riempimento} &
1410 \centering lunghezza pad &\centering tipo carico\tabularnewline
1413 \caption{Schema di pacchetto crittografato}
1414 \label{tab:criptopack}
1417 \renewcommand\arraystretch{1} %default
1420 \subsection{Autoconfigurazione}
1421 \label{sec:IP_ipv6_autoconf}
1423 Una delle caratteristiche salienti di IPv6 è quella dell'autoconfigurazione,
1424 il protocollo infatti fornisce la possibilità ad un nodo di scoprire
1425 automaticamente il suo indirizzo acquisendo i parametri necessari per potersi
1426 connettere a internet.
1428 L'autoconfigurazione sfrutta gli indirizzi link-local; qualora sul nodo sia
1429 presente una scheda di rete che supporta lo standard IEEE802 (ethernet) questo
1430 garantisce la presenza di un indirizzo fisico a 48 bit unico; pertanto il nodo
1431 può assumere automaticamente senza pericoli di collisione l'indirizzo
1432 link-local \texttt{FE80::xxxx:xxxx:xxxx} dove \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} è
1433 l'indirizzo hardware della scheda di rete.
1435 Nel caso in cui non sia presente una scheda che supporta lo standard IEEE802
1436 allora il nodo assumerà ugualmente un indirizzo link-local della forma
1437 precedente, ma il valore di \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} sarà generato
1438 casualmente; in questo caso la probabilità di collisione è di 1 su 300
1439 milioni. In ogni caso per prevenire questo rischio il nodo invierà un
1440 messaggio ICMP \textit{Solicitation} all'indirizzo scelto attendendo un certo
1441 lasso di tempo; in caso di risposta l'indirizzo è duplicato e il
1442 procedimento dovrà essere ripetuto con un nuovo indirizzo (o interrotto
1443 richiedendo assistenza).
1445 Una volta ottenuto un indirizzo locale valido diventa possibile per il nodo
1446 comunicare con la rete locale; sono pertanto previste due modalità di
1447 autoconfigurazione, descritte nelle seguenti sezioni. In ogni caso
1448 l'indirizzo link-local resta valido.
1450 \subsection{Autoconfigurazione stateless}
1451 \label{sec:stateless}
1453 Questa è la forma più semplice di autoconfigurazione, possibile quando
1454 l'indirizzo globale può essere ricavato dall'indirizzo link-local cambiando
1455 semplicemente il prefisso a quello assegnato dal provider per ottenere un
1458 La procedura di configurazione è la seguente: all'avvio tutti i nodi IPv6
1459 iniziano si devono aggregare al gruppo multicast \textit{all-nodes}
1460 programmando la propria interfaccia per ricevere i messaggi dall'indirizzo
1461 multicast \texttt{FF02::1} (vedi \secref{sec:IP_ipv6_multicast}); a questo
1462 punto devono inviare un messaggio ICMP \textit{Router solicitation} a tutti i
1463 router locali usando l'indirizzo multicast \texttt{FF02::2} usando come
1464 sorgente il proprio indirizzo link-local.
1466 Il router risponderà con un messaggio ICMP \textit{Router Advertisement} che
1467 fornisce il prefisso e la validità nel tempo del medesimo, questo tipo di
1468 messaggio può essere trasmesso anche a intervalli regolari. Il messaggio
1469 contiene anche l'informazione che autorizza un nodo a autocostruire
1470 l'indirizzo, nel qual caso, se il prefisso unito all'indirizzo link-local non
1471 supera i 128 bit, la stazione ottiene automaticamente il suo indirizzo
1474 \subsection{Autoconfigurazione stateful}
1475 \label{sec:stateful}
1477 Benché estremamente semplice l'autoconfigurazione stateless presenta alcuni
1478 problemi; il primo è che l'uso degli indirizzi delle schede di rete è
1479 molto inefficiente; nel caso in cui ci siano esigenze di creare una gerarchia
1480 strutturata su parecchi livelli possono non restare 48~bit per l'indirizzo
1481 della singola stazione; il secondo problema è di sicurezza, dato che basta
1482 introdurre in una rete una stazione autoconfigurante per ottenere un accesso
1485 Per questi motivi è previsto anche un protocollo stateful basato su un
1486 server che offra una versione IPv6 del DHCP; un apposito gruppo di multicast
1487 \texttt{FF02::1:0} è stato riservato per questi server; in questo caso il
1488 nodo interrogherà il server su questo indirizzo di multicast con l'indirizzo
1489 link-local e riceverà un indirizzo unicast globale.
1493 %%% Local Variables:
1495 %%% TeX-master: "gapil"