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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: il protocollo IP, sigla che
27 sta per \textit{Internet Protocol}, (ma che più propriamente si dovrebbe
28 chiamare IPv4) ed la nuova versione di questo stesso protocollo, denominata
32 \section{Il protocollo IP}
33 \label{sec:ip_protocol}
35 L'attuale \textit{Internet Protocol} (IPv4) viene standardizzato nel 1981
36 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt}{RFC~791}; esso nasce per
37 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
38 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
39 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
40 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc.).
43 \subsection{Introduzione}
46 Il compito principale di IP è quello di trasmettere i pacchetti da un computer
47 all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
48 realizzato in IPv4 sono due:
51 \item \textit{Universal addressing} la comunicazione avviene fra due host
52 identificati univocamente con un indirizzo a 32 bit che può appartenere ad
53 una sola interfaccia di rete.
54 \item \textit{Best effort} viene assicurato il massimo impegno nella
55 trasmissione, ma non c'è nessuna garanzia per i livelli superiori né
56 sulla percentuale di successo né sul tempo di consegna dei pacchetti di
60 Per effettuare la comunicazione e l'instradamento dei pacchetti fra le varie
61 reti di cui è composta Internet IPv4 organizza gli indirizzi in una
62 gerarchia a due livelli, in cui una parte dei 32 bit dell'indirizzo indica il
63 numero di rete, e un'altra l'host al suo interno. Il numero di rete serve
64 ai router per stabilire a quale rete il pacchetto deve essere inviato, il
65 numero di host indica la macchina di destinazione finale all'interno di detta
68 Per garantire l'unicità dell'indirizzo Internet esiste un'autorità
69 centrale (la IANA, \textit{Internet Assigned Number Authority}) che assegna i
70 numeri di rete alle organizzazioni che ne fanno richiesta; è poi compito di
71 quest'ultime assegnare i numeri dei singoli host.
73 Per venire incontro alle diverse esigenze gli indirizzi di rete erano stati
74 originariamente organizzati all'interno delle cosiddette \textit{classi},
75 (rappresentate in tab.~\ref{tab:IP_ipv4class}), per consentire dispiegamenti
76 di reti di dimensioni diverse.
83 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\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 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
92 \omit&\omit& \multicolumn{7}{c}{7 bit}&\multicolumn{24}{c}{24 bit} \\
94 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
95 classe A &\centering 0&
96 \multicolumn{7}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{21mm}{\centering net Id}} &
97 \multicolumn{24}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{72mm}{\centering host Id}} \\
98 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
100 \multicolumn{33}{c}{ } \\
102 \multicolumn{14}{c}{14 bit}&\multicolumn{16}{c}{16 bit} \\
104 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
105 classe B&\centering 1&\centering 0&
106 \multicolumn{14}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{42mm}{\centering net Id}} &
107 \multicolumn{16}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{48mm}{\centering host Id}} \\
108 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
111 \multicolumn{33}{c}{ } \\
113 \multicolumn{21}{c}{21 bit}&\multicolumn{8}{c}{8 bit} \\
115 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
116 classe C&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
117 \multicolumn{21}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering net Id}} &
118 \multicolumn{8}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{24mm}{\centering host Id}} \\
119 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
123 \multicolumn{33}{c}{ } \\
124 \omit&\omit&\omit&\omit&
125 \multicolumn{28}{c}{28 bit} \\
127 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
128 classe D&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
129 \multicolumn{28}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering
130 multicast group Id}} \\
131 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
134 \multicolumn{33}{c}{ } \\
135 \omit&\omit&\omit&\omit&\omit&
136 \multicolumn{27}{c}{27 bit} \\
138 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
139 classe E&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
140 \multicolumn{27}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{59mm}{\centering
141 reserved for future use}} \\
142 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
147 \caption{Le classi di indirizzi secondo IPv4.}
148 \label{tab:IP_ipv4class}
151 Le classi usate per il dispiegamento delle reti su quella che comunemente
152 viene chiamata \textit{Internet} sono le prime tre; la classe D è destinata al
153 (non molto usato) \textit{multicast} mentre la classe E è riservata per usi
154 sperimentali e non viene impiegata.
156 Come si può notare però la suddivisione riportata in
157 tab.~\ref{tab:IP_ipv4class} è largamente inefficiente in quanto se ad un
158 utente necessita anche solo un indirizzo in più dei 256 disponibili con una
159 classe A occorre passare a una classe B, con un conseguente spreco di numeri.
161 Inoltre, in particolare per le reti di classe C, la presenza di tanti
162 indirizzi di rete diversi comporta una crescita enorme delle tabelle di
163 instradamento che ciascun router dovrebbe tenere in memoria per sapere dove
164 inviare il pacchetto, con conseguente crescita dei tempi di processo da parte
165 di questi ultimi ed inefficienza nel trasporto.
171 \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\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}
178 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
179 p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
181 \multicolumn{12}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{20}{c}{$32-n$ bit} \\
183 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
185 \multicolumn{12}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{36mm}{\centering net Id}} &
186 \multicolumn{20}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{60mm}{\centering host Id}} \\
187 \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
191 \caption{Uno esempio di indirizzamento CIDR.}
192 \label{tab:IP_ipv4cidr}
195 Per questo nel 1992 è stato introdotto un indirizzamento senza classi (il
196 CIDR, \textit{Classless Inter-Domain Routing}) in cui il limite fra i bit
197 destinati a indicare il numero di rete e quello destinati a indicare l'host
198 finale può essere piazzato in qualunque punto (vedi
199 tab.~\ref{tab:IP_ipv4cidr}), permettendo di accorpare più classi A su un'unica
200 rete o suddividere una classe B e diminuendo al contempo il numero di
201 indirizzi di rete da inserire nelle tabelle di instradamento dei router.
206 \subsection{L'intestazione di IP}
207 \label{sec:IP_header}
210 Il campo TOS definisce il cosiddetto \textit{Type of Service}; questo permette
211 di definire il tipo di traffico contenuto nei pacchetti, e può essere
212 utilizzato dai router per dare diverse priorità in base al valore assunto da
218 \begin{tabular}[c]{|l|l|}
220 \textbf{Costante} & \textbf{Significato} \\
223 \const{IPTOS\_LOWDELAY} & minimizza i ritardi per il traffico
225 \const{IPTOS\_THROUGHPUT} & ottimizza la trasmissione per il massimo
227 \const{IPTOS\_RELIABILITY}& ottimizza per l'affidabilità della
229 \const{IPTOS\_MINCOST} & usato per dati di riempimento, dove non
230 interessa se c'è una bassa velocità di
234 \caption{Le costanti che definiscono alcuni valori standard per il campo TOS
235 da usare come argomento \param{optval} per l'opzione \const{IP\_TOS}.}
236 \label{tab:IP_TOS_values}
241 \subsection{Le opzioni di IP}
242 \label{sec:IP_options}
249 \section{Il protocollo IPv6}
250 \label{sec:ipv6_protocol}
252 Negli anni '90 con la crescita del numero di macchine connesse su Internet si
253 arrivò a temere l'esaurimento dello spazio degli indirizzi disponibili, specie
254 in vista di una prospettiva (per ora rivelatasi prematura) in cui ogni
255 apparecchio elettronico sarebbe stato inserito all'interno della rete.
257 Per questo motivo si iniziò a progettare una nuova versione del protocollo
259 L'attuale Internet Protocol (IPv4) viene standardizzato nel 1981
260 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc719.txt}{RFC~719}; esso nasce per
261 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
262 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
263 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
264 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc.).
267 \subsection{I motivi della transizione}
268 \label{sec:IP_whyipv6}
270 Negli ultimi anni la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
271 internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4; in particolare si
272 è iniziata a delineare la possibilità di arrivare a una carenza di
273 indirizzi disponibili.
275 In realtà il problema non è propriamente legato al numero di indirizzi
276 disponibili; infatti con 32 bit si hanno $2^{32}$, cioè circa 4 miliardi,
277 numeri diversi possibili, che sono molti di più dei computer attualmente
280 Il punto è che la suddivisione di questi numeri nei due livelli rete/host e
281 l'utilizzo delle classi di indirizzamento mostrate in precedenza, ha
282 comportato che, nella sua evoluzione storica, il dispiegamento delle reti e
283 l'allocazione degli indirizzi siano stati inefficienti; neanche l'uso del CIDR
284 ha permesso di eliminare le inefficienze che si erano formate, dato che il
285 ridispiegamento degli indirizzi comporta cambiamenti complessi a tutti i
286 livelli e la riassegnazione di tutti gli indirizzi dei computer di ogni
289 Diventava perciò necessario progettare un nuovo protocollo che permettesse
290 di risolvere questi problemi, e garantisse flessibilità sufficiente per
291 poter continuare a funzionare a lungo termine; in particolare necessitava un
292 nuovo schema di indirizzamento che potesse rispondere alle seguenti
296 \item un maggior numero di numeri disponibili che consentisse di non restare
297 più a corto di indirizzi
298 \item un'organizzazione gerarchica più flessibile dell'attuale
299 \item uno schema di assegnazione degli indirizzi in grado di minimizzare le
300 dimensioni delle tabelle di instradamento
301 \item uno spazio di indirizzi che consentisse un passaggio automatico dalle
302 reti locali a internet
306 \subsection{Principali caratteristiche di IPv6}
307 \label{sec:IP_ipv6over}
309 Per rispondere alle esigenze descritte in sez.~\ref{sec:IP_whyipv6} IPv6 nasce
310 come evoluzione di IPv4, mantendone inalterate le funzioni che si sono
311 dimostrate valide, eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre
312 ponendo al contempo una grande attenzione a mantenere il protocollo il più
313 snello e veloce possibile.
315 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti a
316 grandi linee nei seguenti punti:
318 \item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
319 supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
320 nodi indirizzabili molto maggiore e una autoconfigurazione degli indirizzi
321 \item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
322 si aggiungono agli usuali \textit{unycast} e \textit{multicast}
323 \item la semplificazione del formato dell'intestazione, eliminando o rendendo
324 opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
325 riprocessamento della stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
326 dimensione dovuto ai nuovi indirizzi
327 \item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
328 più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle
329 dimensioni delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di
331 \item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che
332 permetta di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
333 trattamento speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni
334 multimediali e/o ``real-time'')
338 \subsection{L'intestazione di IPv6}
339 \label{sec:IP_ipv6head}
341 Per capire le caratteristiche di IPv6 partiamo dall'intestazione usata dal
342 protocollo per gestire la trasmissione dei pacchetti; in
343 fig.~\ref{fig:IP_ipv6head} è riportato il formato dell'intestazione di IPv6 da
344 confrontare con quella di IPv4 in fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}. La spiegazione
345 del significato dei vari campi delle due intestazioni è riportato
346 rispettivamente in tab.~\ref{tab:IP_ipv6field} e tab.~\ref{tab:IP_ipv4field})
351 % \begin{tabular}{@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
352 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
353 % @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule} }
354 % \multicolumn{8}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
356 % \centering version&\centering priority&
357 % \multicolumn{6}{@{}p{96mm}@{\vrule}}{\centering flow label} \\
359 % \multicolumn{4}{@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}}{\centering payload length} &
360 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering next header} &
361 % \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering hop limit}\\
363 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
364 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
366 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
368 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
370 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
371 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
373 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
375 % \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
378 % \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6}
379 % \label{tab:IP_ipv6head}
385 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv6_head}
386 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6.}
387 \label{fig:IP_ipv6head}
391 Come si può notare l'intestazione di IPv6 diventa di dimensione fissa, pari a
392 40 byte, contro una dimensione (minima, in assenza di opzioni) di 20 byte per
393 IPv4; un semplice raddoppio nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia
394 quadruplicato, questo grazie a una notevole semplificazione che ha ridotto il
395 numero dei campi da 12 a 8.
400 \begin{tabular}{|l|c|p{8cm}|}
402 \textbf{Nome} & \textbf{Lunghezza} & \textbf{Significato} \\
405 \textit{version} & 4 bit &
406 \textsl{versione}, nel caso specifico vale sempre 6\\
407 \textit{priority} & 4 bit &
408 \textsl{priorità}, vedi sez.~\ref{sec:prio} \\
409 \textit{flow label} & 24 bit &
410 \textsl{etichetta di flusso}, vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_flow}\\
411 \textit{payload length} & 16 bit &
412 \textsl{lunghezza del carico}, cioè del corpo dei dati che segue
413 l'intestazione, in byte. \\
414 \textit{next header} & 8 bit & \textsl{intestazione successiva},
415 identifica il tipo di pacchetto che segue l'intestazione di IPv6, usa
416 gli stessi valori del campo protocollo nell'intestazione di IPv4\\
417 \textit{hop limit} & 8 bit & \textsl{limite di salti},
418 stesso significato del \textit{time to live} nell'intestazione di IPv4,
419 è decrementato di uno ogni volta che un nodo ritrasmette il
420 pacchetto, se arriva a zero il pacchetto viene scartato \\
421 \textit{source IP} & 128 bit & \textsl{indirizzo di origine} \\
422 \textit{destination IP}& 128 bit & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
425 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv6}
426 \label{tab:IP_ipv6field}
430 Abbiamo già anticipato in sez.~\ref{sec:IP_ipv6over} uno dei criteri principali
431 nella progettazione di IPv6 è stato quello di ridurre al minimo il tempo di
432 processamento dei pacchetti da parte dei router, un confronto con
433 l'intestazione di IPv4 (vedi fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}) mostra le seguenti
437 \item è stato eliminato il campo \textit{header length} in quanto le opzioni
438 sono state tolte dall'intestazione che ha così dimensione fissa; ci possono
439 essere più intestazioni opzionali (\textsl{intestazioni di estensione}, vedi
440 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}), ciascuna delle quali avrà un suo campo di
441 lunghezza all'interno.
442 \item l'intestazione e gli indirizzi sono allineati a 64 bit, questo rende più
443 veloce il processo da parte di computer con processori a 64 bit.
444 \item i campi per gestire la frammentazione (\textit{identification},
445 \textit{flag} e \textit{fragment offset}) sono stati eliminati; questo
446 perché la frammentazione è un'eccezione che non deve rallentare il
447 processo dei pacchetti nel caso normale.
448 \item è stato eliminato il campo \textit{checksum} in quanto tutti i
449 protocolli di livello superiore (TCP, UDP e ICMPv6) hanno un campo di
450 checksum che include, oltre alla loro intestazione e ai dati, pure i campi
451 \textit{payload length}, \textit{next header}, e gli indirizzi di origine e
452 di destinazione; una checksum esiste anche per la gran parte protocolli di
453 livello inferiore (anche se quelli che non lo hanno, come SLIP, non possono
454 essere usati con grande affidabilità); con questa scelta si è ridotto di
455 molti tempo di riprocessamento dato che i router non hanno più la
456 necessità di ricalcolare la checksum ad ogni passaggio di un pacchetto per
457 il cambiamento del campo \textit{hop limit}.
458 \item è stato eliminato il campo \textit{type of service}, che praticamente
459 non è mai stato utilizzato; una parte delle funzionalità ad esso delegate
460 sono state reimplementate (vedi il campo \textit{priority} al prossimo
461 punto) con altri metodi.
462 \item è stato introdotto un nuovo campo \textit{flow label}, che viene usato,
463 insieme al campo \textit{priority} (che recupera i bit di precedenza del
464 campo \textit{type of service}) per implementare la gestione di una
465 ``\textsl{qualità di servizio}'' (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_qos}) che
466 permette di identificare i pacchetti appartenenti a un ``\textsl{flusso}''
467 di dati per i quali si può provvedere un trattamento speciale.
473 \includegraphics[width=10cm]{img/ipv4_head}
474 \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv4.}
475 \label{fig:IP_ipv4_head}
481 \begin{tabular}{|l|c|p{9cm}|}
483 \textbf{Nome} & \textbf{Bit} & \textbf{Significato} \\
486 \textit{version} & 4 & \textsl{versione}, nel caso
487 specifico vale sempre 4\\
488 \textit{head length} & 4 &\textsl{lunghezza dell'intestazione},
489 in multipli di 32 bit\\
490 \textit{type of service} & 8 & \textsl{tipo di servizio},
491 consiste in: 3 bit di precedenza,
492 correntemente ignorati; un bit non usato a 0; 4 bit che identificano
493 il tipo di servizio richiesto, uno solo dei quali può essere 1\\
494 \textit{total length} & 16 & \textsl{lunghezza totale}, indica
495 la dimensione del pacchetto IP in byte\\
496 \textit{identification} & 16 & \textsl{identificazione},
497 assegnato alla creazione, è aumentato di uno all'origine della
498 trasmissione di ciascun pacchetto, ma resta lo stesso per i
499 pacchetti frammentati\\
501 \textsl{flag} bit di frammentazione, uno indica se un
502 pacchetto è frammentato, un altro se ci sono ulteriori frammenti, e
503 un altro se il pacchetto non può essere frammentato. \\
504 \textit{fragmentation offset} & 13 & \textsl{offset di frammento},
505 indica la posizione del frammento rispetto al pacchetto originale\\
506 \textit{time to live} & 16 & \textsl{tempo di vita},
507 ha lo stesso significato di
508 \textit{hop limit}, vedi tab.~\ref{tab:IP_ipv6field}\\
509 \textit{protocol} & 8 & \textsl{protocollo}
510 identifica il tipo di pacchetto che segue
511 l'intestazione di IPv4\\
512 \textit{header checksum} & 16 & \textsl{checksum di intestazione},
513 somma di controllo per l'intestazione\\
514 \textit{source IP} & 32 & \textsl{indirizzo di origine}\\
515 \textit{destination IP} & 32 & \textsl{indirizzo di destinazione}\\
518 \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv4}
519 \label{tab:IP_ipv4field}
523 Oltre alle differenze precedenti, relative ai singoli campi nell'intestazione,
524 ulteriori caratteristiche che diversificano il comportamento di IPv4 da
525 quello di IPv6 sono le seguenti:
528 \item il broadcasting non è previsto in IPv6, le applicazioni che lo usano
529 dovono essere reimplementate usando il multicasting (vedi
530 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}), che da opzionale diventa obbligatorio.
531 \item è stato introdotto un nuovo tipo di indirizzi, gli \textit{anycast}.
532 \item i router non possono più frammentare i pacchetti lungo il cammino, la
533 frammentazione di pacchetti troppo grandi potrà essere gestita solo ai
534 capi della comunicazione (usando un'apposita estensione vedi
535 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}).
536 \item IPv6 richiede il supporto per il \textit{path MTU discovery} (cioè il
537 protocollo per la selezione della massima lunghezza del pacchetto); seppure
538 questo sia in teoria opzionale, senza di esso non sarà possibile inviare
539 pacchetti più larghi della dimensione minima (576 byte).
542 \subsection{Gli indirizzi di IPv6}
543 \label{sec:IP_ipv6_addr}
545 Come già abbondantemente anticipato la principale novità di IPv6 è
546 costituita dall'ampliamento dello spazio degli indirizzi, che consente di avere
547 indirizzi disponibili in un numero dell'ordine di quello degli atomi che
548 costituiscono la terra.
550 In realtà l'allocazione di questi indirizzi deve tenere conto della
551 necessità di costruire delle gerarchie che consentano un instradamento
552 rapido ed efficiente dei pacchetti, e flessibilità nel dispiegamento delle
553 reti, il che comporta una riduzione drastica dei numeri utilizzabili; uno
554 studio sull'efficienza dei vari sistemi di allocazione usati in altre
555 architetture (come i sistemi telefonici) è comunque giunto alla conclusione
556 che anche nella peggiore delle ipotesi IPv6 dovrebbe essere in grado di
557 fornire più di un migliaio di indirizzi per ogni metro quadro della
558 superficie terrestre.
561 \subsection{La notazione}
562 \label{sec:IP_ipv6_notation}
563 Con un numero di bit quadruplicato non è più possibile usare la notazione
564 coi numeri decimali di IPv4 per rappresentare un numero IP. Per questo gli
565 indirizzi di IPv6 sono in genere scritti come sequenze di otto numeri
566 esadecimali di 4 cifre (cioè a gruppi di 16 bit) usando i due punti come
567 separatore; cioè qualcosa del tipo
568 \texttt{5f1b:df00:ce3e:e200:0020:0800:2078:e3e3}.
571 Visto che la notazione resta comunque piuttosto pesante esistono alcune
572 abbreviazioni; si può evitare di scrivere gli zeri iniziali per cui si
573 può scrivere \texttt{1080:0:0:0:8:800:ba98:2078:e3e3}; se poi un intero è
574 zero si può omettere del tutto, così come un insieme di zeri (ma questo
575 solo una volta per non generare ambiguità) per cui il precedente indirizzo
576 si può scrivere anche come \texttt{1080::8:800:ba98:2078:e3e3}.
578 Infine per scrivere un indirizzo IPv4 all'interno di un indirizzo IPv6 si
579 può usare la vecchia notazione con i punti, per esempio
580 \texttt{::192.84.145.138}.
585 \begin{tabular}{|l|l|l|}
587 \centering \textbf{Tipo di indirizzo}
588 & \centering \textbf{Prefisso} & {\centering \textbf{Frazione}} \\
591 riservato & \texttt{0000 0000} & 1/256 \\
592 non assegnato & \texttt{0000 0001} & 1/256 \\
594 riservato per NSAP & \texttt{0000 001} & 1/128\\
595 riservato per IPX & \texttt{0000 010} & 1/128\\
597 non assegnato & \texttt{0000 011} & 1/128 \\
598 non assegnato & \texttt{0000 1} & 1/32 \\
599 non assegnato & \texttt{0001} & 1/16 \\
601 provider-based & \texttt{001} & 1/8\\
603 non assegnato & \texttt{010} & 1/8 \\
604 non assegnato & \texttt{011} & 1/8 \\
605 geografic-based& \texttt{100} & 1/8 \\
606 non assegnato & \texttt{101} & 1/8 \\
607 non assegnato & \texttt{110} & 1/8 \\
608 non assegnato & \texttt{1110} & 1/16 \\
609 non assegnato & \texttt{1111 0} & 1/32 \\
610 non assegnato & \texttt{1111 10} & 1/64 \\
611 non assegnato & \texttt{1111 110} & 1/128 \\
612 non assegnato & \texttt{1111 1110 0} & 1/512 \\
614 unicast link-local & \texttt{1111 1110 10} & 1/1024 \\
615 unicast site-local & \texttt{1111 1110 11} & 1/1024 \\
618 multicast & \texttt{1111 1111} & 1/256 \\
621 \caption{Classificazione degli indirizzi IPv6 a seconda dei bit più
623 \label{tab:IP_ipv6addr}
627 \subsection{La architettura degli indirizzi di IPv6}
628 \label{sec:IP_ipv6_addr_arch}
630 Come per IPv4 gli indirizzi sono identificatori per una singola (indirizzi
631 \textit{unicast}) o per un insieme (indirizzi \textit{multicast} e
632 \textit{anycast}) di interfacce di rete.
634 Gli indirizzi sono sempre assegnati all'interfaccia, non al nodo che la
635 ospita; dato che ogni interfaccia appartiene ad un nodo quest'ultimo può
636 essere identificato attraverso uno qualunque degli indirizzi unicast delle sue
637 interfacce. A una interfaccia possono essere associati anche più indirizzi.
639 IPv6 presenta tre tipi diversi di indirizzi: due di questi, gli indirizzi
640 \textit{unicast} e \textit{multicast} hanno le stesse caratteristiche che in
641 IPv4, un terzo tipo, gli indirizzi \textit{anycast} è completamente nuovo.
642 In IPv6 non esistono più gli indirizzi \textit{broadcast}, la funzione di
643 questi ultimi deve essere reimplementata con gli indirizzi \textit{multicast}.
645 Gli indirizzi \textit{unicast} identificano una singola interfaccia: i
646 pacchetti mandati ad un tale indirizzo verranno inviati a quella interfaccia,
647 gli indirizzi \textit{anycast} identificano un gruppo di interfacce tale che
648 un pacchetto mandato a uno di questi indirizzi viene inviato alla più vicina
649 (nel senso di distanza di routing) delle interfacce del gruppo, gli indirizzi
650 \textit{multicast} identificano un gruppo di interfacce tale che un pacchetto
651 mandato a uno di questi indirizzi viene inviato a tutte le interfacce del
654 In IPv6 non ci sono più le classi ma i bit più significativi indicano il tipo
655 di indirizzo; in tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} sono riportati i valori di detti
656 bit e il tipo di indirizzo che loro corrispondente. I bit più significativi
657 costituiscono quello che viene chiamato il \textit{format prefix} ed è sulla
658 base di questo che i vari tipi di indirizzi vengono identificati. Come si
659 vede questa architettura di allocazione supporta l'allocazione di indirizzi
660 per i provider, per uso locale e per il multicast; inoltre è stato riservato
661 lo spazio per indirizzi NSAP, IPX e per le connessioni; gran parte dello
662 spazio (più del 70\%) è riservato per usi futuri.
664 Si noti infine che gli indirizzi \textit{anycast} non sono riportati in
665 tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} in quanto allocati al di fuori dello spazio di
666 allocazione degli indirizzi unicast.
668 \subsection{Indirizzi unicast \textit{provider-based}}
669 \label{sec:IP_ipv6_unicast}
671 Gli indirizzi \textit{provider-based} sono gli indirizzi usati per le
672 comunicazioni globali, questi sono definiti
673 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2073.txt}{RFC~2073} e sono gli
674 equivalenti degli attuali indirizzi delle classi da A a C.
676 L'autorità che presiede all'allocazione di questi indirizzi è la IANA; per
677 evitare i problemi di crescita delle tabelle di instradamento e una procedura
678 efficiente di allocazione la struttura di questi indirizzi è organizzata fin
679 dall'inizio in maniera gerarchica; pertanto lo spazio di questi indirizzi è
680 stato suddiviso in una serie di campi secondo lo schema riportato in
681 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_unicast}.
686 \begin{tabular} {@{\vrule}p{6mm}
687 @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{24mm}
688 @{\vrule}p{30mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
689 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
690 \multicolumn{1}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{1}{c}{$56-n$ bit}&
691 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
693 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm} & & &\omit\hspace{76mm}\hfill\vrule\\
695 \centering \textsl{Registry Id}&
696 \centering \textsl{Provider Id}&
697 \centering \textsl{Subscriber Id}&
698 \textsl{Intra-Subscriber} \\
699 \omit\vrule\hfill\vrule& & & &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
702 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based}.}
703 \label{tab:IP_ipv6_unicast}
706 Al livello più alto la IANA può delegare l'allocazione a delle autorità
707 regionali (i Regional Register) assegnando ad esse dei blocchi di indirizzi; a
708 queste autorità regionali è assegnato un Registry Id che deve seguire
709 immediatamente il prefisso di formato. Al momento sono definite tre registri
710 regionali (INTERNIC, RIPE NCC e APNIC), inoltre la IANA si è riservata la
711 possibilità di allocare indirizzi su base regionale; pertanto sono previsti
712 i seguenti possibili valori per il \textsl{Registry Id};
713 gli altri valori restano riservati per la IANA.
717 \begin{tabular}{|l|l|l|}
719 \textbf{Regione} & \textbf{Registro} & \textbf{Id} \\
722 Nord America &INTERNIC & \texttt{11000} \\
723 Europa & RIPE NCC & \texttt{01000} \\
724 Asia & APNIC & \texttt{00100} \\
725 Multi-regionale & IANA &\texttt{10000} \\
728 \caption{Valori dell'identificativo dei
729 Regional Register allocati ad oggi.}
730 \label{tab:IP_ipv6_regid}
733 L'organizzazione degli indirizzi prevede poi che i due livelli successivi, di
734 suddivisione fra \textit{Provider Id}, che identifica i grandi fornitori di
735 servizi, e \textit{Subscriber Id}, che identifica i fruitori, sia gestita dai
736 singoli registri regionali. Questi ultimi dovranno definire come dividere lo
737 spazio di indirizzi assegnato a questi due campi (che ammonta a un totale di
738 56~bit), definendo lo spazio da assegnare al \textit{Provider Id} e
739 al \textit{Subscriber Id}, ad essi spetterà inoltre anche l'allocazione dei
740 numeri di \textit{Provider Id} ai singoli fornitori, ai quali sarà delegata
741 l'autorità di allocare i \textit{Subscriber Id} al loro interno.
743 L'ultimo livello è quello \textit{Intra-subscriber} che è lasciato alla
744 gestione dei singoli fruitori finali, gli indirizzi \textit{provider-based}
745 lasciano normalmente gli ultimi 64~bit a disposizione per questo livello, la
746 modalità più immediata è quella di usare uno schema del tipo mostrato in
747 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninterf} dove l'\textit{Interface Id} è dato dal
748 MAC-address a 48~bit dello standard Ethernet, scritto in genere nell'hardware
749 delle scheda di rete, e si usano i restanti 16~bit per indicare la sottorete.
754 \begin{tabular} {@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
755 \multicolumn{1}{c}{64 bit}&\multicolumn{1}{c}{16 bit}&
756 \multicolumn{1}{c}{48 bit}\\
758 \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm}&\omit\hspace{48mm}\hfill\vrule\\
759 \centering \textsl{Subscriber Prefix}&
760 \centering \textsl{Subnet Id}&
761 \textsl{Interface Id}\\
762 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
765 \caption{Formato del campo \textit{Intra-subscriber} per un indirizzo unicast
766 \textit{provider-based}.}
767 \label{tab:IP_ipv6_uninterf}
770 Qualora si dovesse avere a che fare con una necessità di un numero più
771 elevato di sottoreti, il precedente schema andrebbe modificato, per evitare
772 l'enorme spreco dovuto all'uso dei MAC-address, a questo scopo si possono
773 usare le capacità di autoconfigurazione di IPv6 per assegnare indirizzi
774 generici con ulteriori gerarchie per sfruttare efficacemente tutto lo spazio
777 Un registro regionale può introdurre un ulteriore livello nella gerarchia
778 degli indirizzi, allocando dei blocchi per i quali delegare l'autorità a dei
779 registri nazionali, quest'ultimi poi avranno il compito di gestire la
780 attribuzione degli indirizzi per i fornitori di servizi nell'ambito del/i
781 paese coperto dal registro nazionale con le modalità viste in precedenza.
782 Una tale ripartizione andrà effettuata all'interno dei soliti 56~bit come
783 mostrato in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninaz}.
788 \begin{tabular} {@{\vrule}p{3mm}
789 @{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{12mm}@{\vrule}p{18mm}
790 @{\vrule}p{18mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
791 \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
792 \multicolumn{1}{c}{n bit}&\multicolumn{1}{c}{m bit}&
793 \multicolumn{1}{c}{56-n-m bit}&\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
795 \omit\vrule\hfill\vrule& & & & &\omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
796 \centering \texttt{3}&
797 \centering \textsl{Reg.}&
798 \centering \textsl{Naz.}&
799 \centering \textsl{Prov.}&
800 \centering \textsl{Subscr.}&
801 \textsl{Intra-Subscriber} \\
802 \omit\vrule\hfill\vrule &&&&&\\
805 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based} che prevede
806 un registro nazionale.}
807 \label{tab:IP_ipv6_uninaz}
811 \subsection{Indirizzi ad uso locale}
812 \label{sec:IP_ipv6_linksite}
814 Gli indirizzi ad uso locale sono indirizzi unicast che sono instradabili solo
815 localmente (all'interno di un sito o di una sottorete), e possono avere una
816 unicità locale o globale.
818 Questi indirizzi sono pensati per l'uso all'interno di un sito per mettere su
819 una comunicazione locale immediata, o durante le fasi di autoconfigurazione
820 prima di avere un indirizzo globale.
825 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{54mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
826 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{54 bit} &
827 \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
829 \omit\vrule\hfill\vrule & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
830 \centering \texttt{FE80}&
831 \centering\texttt{0000 . . . . . 0000} &
833 \omit\vrule\hfill\vrule & &\\
836 \caption{Formato di un indirizzo \textit{link-local}.}
837 \label{tab:IP_ipv6_linklocal}
840 Ci sono due tipi di indirizzi, \textit{link-local} e \textit{site-local}. Il
841 primo è usato per un singolo link; la struttura è mostrata in
842 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_linklocal}, questi indirizzi iniziano sempre con un
843 valore nell'intervallo \texttt{FE80}--\texttt{FEBF} e vengono in genere usati
844 per la configurazione automatica dell'indirizzo al bootstrap e per la ricerca
845 dei vicini (vedi \ref{sec:IP_ipv6_autoconf}); un pacchetto che abbia tale
846 indirizzo come sorgente o destinazione non deve venire ritrasmesso dai router.
848 Un indirizzo \textit{site-local} invece è usato per l'indirizzamento
849 all'interno di un sito che non necessita di un prefisso globale; la struttura
850 è mostrata in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_sitelocal}, questi indirizzi iniziano
851 sempre con un valore nell'intervallo \texttt{FEC0}--\texttt{FEFF} e non devono
852 venire ritrasmessi dai router all'esterno del sito stesso; sono in sostanza
853 gli equivalenti degli indirizzi riservati per reti private definiti su IPv4.
854 Per entrambi gli indirizzi il campo \textit{Interface Id} è un identificatore
855 che deve essere unico nel dominio in cui viene usato, un modo immediato per
856 costruirlo è quello di usare il MAC-address delle schede di rete.
861 \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{38mm}@{\vrule}p{16mm}
863 \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{38 bit} &
864 \multicolumn{1}{c}{16 bit} &\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
866 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
867 \centering \texttt{FEC0}&
868 \centering \texttt{0000 . . . 0000}&
869 \centering Subnet Id &
871 \omit\vrule\hfill\vrule& & &\\
874 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
875 \label{tab:IP_ipv6_sitelocal}
878 Gli indirizzi di uso locale consentono ad una organizzazione che non è
879 (ancora) connessa ad Internet di operare senza richiedere un prefisso globale,
880 una volta che in seguito l'organizzazione venisse connessa a Internet
881 potrebbe con4tinuare a usare la stessa suddivisione effettuata con gli
882 indirizzi \textit{site-local} utilizzando un prefisso globale e la
883 rinumerazione degli indirizzi delle singole macchine sarebbe automatica.
885 \subsection{Indirizzi riservati}
886 \label{sec:IP_ipv6_reserved}
888 Alcuni indirizzi sono riservati per scopi speciali, in particolare per scopi
891 Un primo tipo sono gli indirizzi \textit{IPv4 mappati su IPv6} (mostrati in
892 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_map}), questo sono indirizzi unicast che vengono usati
893 per consentire ad applicazioni IPv6 di comunicare con host capaci solo di
894 IPv4; questi sono ad esempio gli indirizzi generati da un DNS quando l'host
895 richiesto supporta solo IPv4; l'uso di un tale indirizzo in un socket IPv6
896 comporta la generazione di un pacchetto IPv4 (ovviamente occorre che sia IPv4
897 che IPv6 siano supportati sull'host di origine).
902 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
903 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
904 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
906 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
908 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
909 \centering\texttt{FFFF} &
911 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
914 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
915 \label{tab:IP_ipv6_map}
918 Un secondo tipo di indirizzi di compatibilità sono gli \textsl{IPv4
919 compatibili IPv6} (vedi tab.~\ref{tab:IP_ipv6_comp}) usati nella transizione
920 da IPv4 a IPv6: quando un nodo che supporta sia IPv6 che IPv4 non ha un router
921 IPv6 deve usare nel DNS un indirizzo di questo tipo, ogni pacchetto IPv6
922 inviato a un tale indirizzo verrà automaticamente incapsulato in IPv4.
927 \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{32mm}@{\vrule}}
928 \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
929 \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
931 \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
933 \texttt{0000 . . . . . . . . . . . . 0000} &
934 \centering\texttt{0000} &
935 \parbox{32mm}{\centering IPv4 address} \\
936 \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
939 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
940 \label{tab:IP_ipv6_comp}
943 Altri indirizzi speciali sono il \textit{loopback address}, costituito da 127
944 zeri ed un uno (cioè \texttt{::1}) e l'\textsl{indirizzo generico}
945 costituito da tutti zeri (scritto come \texttt{0::0} o ancora più
946 semplicemente come \texttt{:}) usato in genere quando si vuole indicare
947 l'accettazione di una connessione da qualunque host.
949 \subsection{Multicasting}
950 \label{sec:IP_ipv6_multicast}
952 Gli indirizzi \textit{multicast} sono usati per inviare un pacchetto a un
953 gruppo di interfacce; l'indirizzo identifica uno specifico gruppo di multicast
954 e il pacchetto viene inviato a tutte le interfacce di detto gruppo.
955 Un'interfaccia può appartenere ad un numero qualunque numero di gruppi di
956 multicast. Il formato degli indirizzi \textit{multicast} è riportato in
957 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multicast}:
962 \begin{tabular} {@{\vrule}p{12mm}
963 @{\vrule}p{6mm}@{\vrule}p{6mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
964 \multicolumn{1}{c}{8}&\multicolumn{1}{c}{4}&
965 \multicolumn{1}{c}{4}&\multicolumn{1}{c}{112 bit} \\
967 \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{104mm}\hfill\vrule\\
968 \centering\texttt{FF}&
972 \omit\vrule\hfill\vrule &&&\\
975 \caption{Formato di un indirizzo \textit{multicast}.}
976 \label{tab:IP_ipv6_multicast}
979 Il prefisso di formato per tutti gli indirizzi \textit{multicast} è
980 \texttt{FF}, ad esso seguono i due campi il cui significato è il seguente:
983 \item \textsl{flag}: un insieme di 4 bit, di cui i primi tre sono riservati e
984 posti a zero, l'ultimo è zero se l'indirizzo è permanente (cioè un
985 indirizzo noto, assegnato dalla IANA), ed è uno se invece l'indirizzo è
987 \item \textsl{scop} è un numero di quattro bit che indica il raggio di
988 validità dell'indirizzo, i valori assegnati per ora sono riportati in
989 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multiscope}.
997 \begin{tabular}[c]{|c|l|c|l|}
999 \multicolumn{4}{|c|}{\bf Gruppi di multicast} \\
1002 0 & riservato & 8 & organizzazione locale \\
1003 1 & nodo locale & 9 & non assegnato \\
1004 2 & collegamento locale & A & non assegnato \\
1005 3 & non assegnato & B & non assegnato \\
1006 4 & non assegnato & C & non assegnato \\
1007 5 & sito locale & D & non assegnato \\
1008 6 & non assegnato & E & globale \\
1009 7 & non assegnato & F & riservato \\
1012 \caption{Possibili valori del campo \textsl{scop} di un indirizzo multicast.}
1013 \label{tab:IP_ipv6_multiscope}
1016 Infine l'ultimo campo identifica il gruppo di multicast, sia permanente che
1017 transitorio, all'interno del raggio di validità del medesimo. Alcuni
1018 indirizzi multicast, riportati in tab.~\ref{tab:multiadd} sono già riservati
1019 per il funzionamento della rete.
1024 \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
1026 \textbf{Uso}& \textbf{Indirizzi riservati} & \textbf{Definizione}\\
1029 all-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:1} &
1030 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1031 all-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:2} &
1032 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1033 all-rip-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:9} &
1034 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2080.txt}{RFC~2080} \\
1035 all-cbt-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:10} & \\
1036 reserved & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:0} & IANA \\
1037 link-name & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:1} & \\
1038 all-dhcp-agents & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:2} & \\
1039 all-dhcp-servers& \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:3} & \\
1040 all-dhcp-relays & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:4} & \\
1041 solicited-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:1:0:0} &
1042 \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1045 \caption{Gruppi multicast predefiniti.}
1046 \label{tab:multiadd}
1049 L'utilizzo del campo di \textit{scope} e di questi indirizzi predefiniti serve
1050 a recuperare le funzionalità del broadcasting (ad esempio inviando un
1051 pacchetto all'indirizzo \texttt{FF02:0:0:0:0:0:0:1} si raggiungono tutti i
1055 \subsection{Indirizzi \textit{anycast}}
1056 \label{sec:IP_anycast}
1058 Gli indirizzi \textit{anycast} sono indirizzi che vengono assegnati ad un
1059 gruppo di interfacce: un pacchetto indirizzato a questo tipo di indirizzo
1060 viene inviato al componente del gruppo più ``\textsl{vicino}'' secondo la
1061 distanza di instradamento calcolata dai router.
1063 Questi indirizzi sono allocati nello stesso spazio degli indirizzi unicast,
1064 usando uno dei formati disponibili, e per questo, sono da essi assolutamente
1065 indistinguibili. Quando un indirizzo unicast viene assegnato a più interfacce
1066 (trasformandolo in un anycast) il computer su cui è l'interfaccia deve essere
1067 configurato per tener conto del fatto.
1069 Gli indirizzi anycast consentono a un nodo sorgente di inviare pacchetti a una
1070 destinazione su un gruppo di possibili interfacce selezionate. La sorgente non
1071 deve curarsi di come scegliere l'interfaccia più vicina, compito che tocca al
1072 sistema di instradamento (in sostanza la sorgente non ha nessun controllo
1075 Gli indirizzi anycast, quando vengono usati come parte di una sequenza di
1076 instradamento, consentono ad esempio ad un nodo di scegliere quale fornitore
1077 vuole usare (configurando gli indirizzi anycast per identificare i router di
1078 uno stesso provider).
1080 Questi indirizzi pertanto possono essere usati come indirizzi intermedi in una
1081 intestazione di instradamento o per identificare insiemi di router connessi a
1082 una particolare sottorete, o che forniscono l'accesso a un certo sotto
1085 L'idea alla base degli indirizzi anycast è perciò quella di utilizzarli per
1086 poter raggiungere il fornitore di servizio più vicino; ma restano aperte tutta
1087 una serie di problematiche, visto che una connessione con uno di questi
1088 indirizzi non è possibile, dato che per una variazione delle distanze di
1089 routing non è detto che due pacchetti successivi finiscano alla stessa
1092 La materia è pertanto ancora controversa e in via di definizione.
1095 \subsection{Le estensioni}
1096 \label{sec:IP_ipv6_extens}
1098 Come già detto in precedenza IPv6 ha completamente cambiato il trattamento
1099 delle opzioni; queste ultime infatti sono state tolte dall'intestazione del
1100 pacchetto, e poste in apposite \textsl{intestazioni di estensione} (o
1101 \textit{extension header}) poste fra l'intestazione di IPv6 e l'intestazione
1102 del protocollo di trasporto.
1104 Per aumentare la velocità di processo, sia dei dati del livello seguente che
1105 di ulteriori opzioni, ciascuna estensione deve avere una lunghezza multipla di
1106 8 byte per mantenere l'allineamento a 64~bit di tutti le intestazioni
1109 Dato che la maggior parte di queste estensioni non sono esaminate dai router
1110 durante l'instradamento e la trasmissione dei pacchetti, ma solo all'arrivo
1111 alla destinazione finale, questa scelta ha consentito un miglioramento delle
1112 prestazioni rispetto a IPv4 dove la presenza di un'opzione comportava l'esame
1115 Un secondo miglioramento è che rispetto a IPv4 le opzioni possono essere di
1116 lunghezza arbitraria e non limitate a 40 byte; questo, insieme al modo in cui
1117 vengono trattate, consente di utilizzarle per scopi come l'autenticazione e la
1118 sicurezza, improponibili con IPv4.
1120 Le estensioni definite al momento sono le seguenti:
1122 \item \textbf{Hop by hop} devono seguire immediatamente l'intestazione
1123 principale; indicano le opzioni che devono venire processate ad ogni
1124 passaggio da un router, fra di esse è da menzionare la \textit{jumbo
1125 payload} che segnala la presenza di un pacchetto di dati di dimensione
1126 superiore a 65535 byte.
1127 \item \textbf{Destination options} opzioni che devono venire esaminate al nodo
1128 di ricevimento, nessuna di esse è tuttora definita.
1129 \item \textbf{Routing} definisce una \textit{source route} (come la analoga
1130 opzione di IPv4) cioè una lista di indirizzi IP di nodi per i quali il
1131 pacchetto deve passare.
1132 \item \textbf{Fragmentation} viene generato automaticamente quando un host
1133 vuole frammentare un pacchetto, ed è riprocessato automaticamente alla
1134 destinazione che riassembla i frammenti.
1135 \item \textbf{Authentication} gestisce l'autenticazione e il controllo di
1136 integrità dei pacchetti; è documentato
1137 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1826.txt}{RFC~1826}.
1138 \item \textbf{Encapsulation} serve a gestire la segretezza del contenuto
1139 trasmesso; è documentato
1140 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1827.txt}{RFC~1827}.
1143 La presenza di opzioni è rilevata dal valore del campo \textit{next header}
1144 che indica qual è l'intestazione successiva a quella di IPv6; in assenza di
1145 opzioni questa sarà l'intestazione di un protocollo di trasporto del livello
1146 superiore, per cui il campo assumerà lo stesso valore del campo
1147 \textit{protocol} di IPv4, altrimenti assumerà il valore dell'opzione
1148 presente; i valori possibili sono riportati in
1149 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_nexthead}.
1154 \begin{tabular}{|c|l|l|}
1156 \textbf{Valore} & \textbf{Keyword} & \textbf{Tipo di protocollo} \\
1160 & HBH & Hop by Hop \\
1161 1 & ICMP & Internet Control Message (IPv4 o IPv6) \\
1162 2 & ICMP & Internet Group Management (IPv4) \\
1163 3 & GGP & Gateway-to-Gateway \\
1164 4 & IP & IP in IP (IPv4 encapsulation) \\
1166 6 & TCP & Trasmission Control \\
1167 17 & UDP & User Datagram \\
1168 43 & RH & Routing Header (IPv6) \\
1169 44 & FH & Fragment Header (IPv6) \\
1170 45 & IDRP & Inter Domain Routing \\
1171 51 & AH & Authentication Header (IPv6) \\
1172 52 & ESP & Encrypted Security Payload (IPv6) \\
1173 59 & Null & No next header (IPv6) \\
1174 88 & IGRP & Internet Group Routing \\
1175 89 & OSPF & Open Short Path First \\
1179 \caption{Tipi di protocolli e intestazioni di estensione}
1180 \label{tab:IP_ipv6_nexthead}
1184 Questo meccanismo permette la presenza di più opzioni in successione prima
1185 del pacchetto del protocollo di trasporto; l'ordine raccomandato per le
1186 estensioni è quello riportato nell'elenco precedente con la sola differenza
1187 che le opzioni di destinazione sono inserite nella posizione ivi indicata solo
1188 se, come per il tunnelling, devono essere esaminate dai router, quelle che
1189 devono essere esaminate solo alla destinazione finale vanno in coda.
1192 \subsection{Qualità di servizio}
1193 \label{sec:IP_ipv6_qos}
1195 Una delle caratteristiche innovative di IPv6 è quella di avere introdotto un
1196 supporto per la qualità di servizio che è importante per applicazioni come
1197 quelle multimediali o ``real-time'' che richiedono un qualche grado di
1198 controllo sulla stabilità della banda di trasmissione, sui ritardi o la
1199 dispersione dei temporale del flusso dei pacchetti.
1202 \subsection{Etichette di flusso}
1203 \label{sec:IP_ipv6_flow}
1204 L'introduzione del campo \textit{flow label} può essere usata dall'origine
1205 della comunicazione per etichettare quei pacchetti per i quali si vuole un
1206 trattamento speciale da parte dei router come un una garanzia di banda minima
1207 assicurata o un tempo minimo di instradamento/trasmissione garantito.
1209 Questo aspetto di IPv6 è ancora sperimentale per cui i router che non
1210 supportino queste funzioni devono porre a zero il \textit{flow label} per i
1211 pacchetti da loro originanti e lasciare invariato il campo per quelli in
1214 Un flusso è una sequenza di pacchetti da una particolare origine a una
1215 particolare destinazione per il quale l'origine desidera un trattamento
1216 speciale da parte dei router che lo manipolano; la natura di questo
1217 trattamento può essere comunicata ai router in vari modi (come un protocollo
1218 di controllo o con opzioni del tipo \textit{hop-by-hop}).
1220 Ci possono essere più flussi attivi fra un'origine e una destinazione, come
1221 del traffico non assegnato a nessun flusso, un flusso viene identificato
1222 univocamente dagli indirizzi di origine e destinazione e da una etichetta di
1223 flusso diversa da zero, il traffico normale deve avere l'etichetta di flusso
1226 L'etichetta di flusso è assegnata dal nodo di origine, i valori devono
1227 essere scelti in maniera (pseudo)casuale nel range fra 1 e FFFFFF in modo da
1228 rendere utilizzabile un qualunque sottoinsieme dei bit come chiavi di hash per
1231 \subsection{Priorità}
1234 Il campo di priorità consente di indicare il livello di priorità dei
1235 pacchetti relativamente agli altri pacchetti provenienti dalla stessa
1236 sorgente. I valori sono divisi in due intervalli, i valori da 0 a 7 sono usati
1237 per specificare la priorità del traffico per il quale la sorgente provvede
1238 un controllo di congestione cioè per il traffico che può essere ``tirato
1239 indietro'' in caso di congestione come quello di TCP, i valori da 8 a 15 sono
1240 usati per i pacchetti che non hanno questa caratteristica, come i pacchetti
1241 ``real-time'' inviati a ritmo costante.
1243 Per il traffico con controllo di congestione sono raccomandati i seguenti
1244 valori di priorità a seconda del tipo di applicazione:
1249 \begin{tabular}{|c|l|}
1251 \textbf{Valore} & \textbf{Tipo di traffico} \\
1254 0 & traffico generico \\
1255 1 & traffico di riempimento (es. news) \\
1256 2 & trasferimento dati non interattivo (es. e-mail)\\
1258 4 & trasferimento dati interattivo (es. FTP, HTTP, NFS) \\
1262 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
1263 \label{tab:priority}
1266 Per il traffico senza controllo di congestione la priorità più bassa
1267 dovrebbe essere usata per quei pacchetti che si preferisce siano scartati
1268 più facilmente in caso di congestione.
1271 \subsection{Sicurezza a livello IP}
1272 \label{sec:security}
1274 La attuale implementazione di Internet presenta numerosi problemi di
1275 sicurezza, in particolare i dati presenti nelle intestazioni dei vari
1276 protocolli sono assunti essere corretti, il che da adito alla possibilità di
1277 varie tipologie di attacco forgiando pacchetti false, inoltre tutti questi
1278 dati passano in chiaro sulla rete e sono esposti all'osservazione di chiunque
1281 Con IPv4 non è possibile realizzare un meccanismo di autenticazione e
1282 riservatezza a un livello inferiore al primo (quello di applicazione), con
1283 IPv6 è stato progettata la possibilità di intervenire al livello di rete (il
1284 terzo) prevedendo due apposite estensioni che possono essere usate per fornire
1285 livelli di sicurezza a seconda degli utenti. La codifica generale di questa
1286 architettura è riportata
1287 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2401.txt}{RFC~2401}.
1289 Il meccanismo in sostanza si basa su due estensioni:
1291 \item una intestazione di sicurezza (\textit{authentication header}) che
1292 garantisce al destinatario l'autenticità del pacchetto
1293 \item un carico di sicurezza (\textit{Encrypted Security Payload}) che
1294 assicura che solo il legittimo ricevente può leggere il pacchetto.
1297 Perché tutto questo funzioni le stazioni sorgente e destinazione devono
1298 usare una stessa chiave crittografica e gli stessi algoritmi, l'insieme degli
1299 accordi fra le due stazioni per concordare chiavi e algoritmi usati va sotto
1300 il nome di associazione di sicurezza.
1302 I pacchetti autenticati e crittografati portano un indice dei parametri di
1303 sicurezza (SPI, \textit{Security Parameter Index}) che viene negoziato prima
1304 di ogni comunicazione ed è definito dalla stazione sorgente. Nel caso di
1305 multicast dovrà essere lo stesso per tutte le stazioni del gruppo.
1307 \subsection{Autenticazione}
1310 Il primo meccanismo di sicurezza è quello dell'intestazione di autenticazione
1311 (\textit{authentication header}) che fornisce l'autenticazione e il controllo
1312 di integrità (ma senza riservatezza) dei pacchetti IP.
1314 L'intestazione di autenticazione ha il formato descritto in
1315 fig.~\ref{fig:autent_estens}: il campo \textit{Next Header} indica
1316 l'intestazione successiva, con gli stessi valori del campo omonimo
1317 nell'intestazione principale di IPv6, il campo \textit{Length} indica la
1318 lunghezza dell'intestazione di autenticazione in numero di parole a 32 bit, il
1319 campo riservato deve essere posto a zero, seguono poi l'indice di sicurezza,
1320 stabilito nella associazione di sicurezza, e un numero di sequenza che la
1321 stazione sorgente deve incrementare di pacchetto in pacchetto.
1323 Completano l'intestazione i dati di autenticazione che contengono un valore di
1324 controllo di integrità (ICV, \textit{Integrity Check Value}), che deve essere
1325 di dimensione pari a un multiplo intero di 32 bit e può contenere un padding
1326 per allineare l'intestazione a 64 bit. Tutti gli algoritmi di autenticazione
1327 devono provvedere questa capacità.
1329 \begin{figure}[!htb]
1331 \includegraphics[width=10cm]{img/ah_option}
1332 \caption{Formato dell'intestazione dell'estensione di autenticazione.}
1333 \label{fig:autent_estens}
1336 L'intestazione di autenticazione può essere impiegata in due modi diverse
1337 modalità: modalità trasporto e modalità tunnel.
1339 La modalità trasporto è utilizzabile solo per comunicazioni fra stazioni
1340 singole che supportino l'autenticazione. In questo caso l'intestazione di
1341 autenticazione è inserita dopo tutte le altre intestazioni di estensione
1342 eccezion fatta per la \textit{Destination Option} che può comparire sia
1345 \begin{figure}[!htb]
1347 \includegraphics[width=10cm]{img/IP_AH_packet}
1348 \caption{Formato di un pacchetto IPv6 che usa l'opzione di autenticazione.}
1349 \label{fig:AH_autent_head}
1352 La modalità tunnel può essere utilizzata sia per comunicazioni fra stazioni
1353 singole che con un gateway di sicurezza; in questa modalità ...
1356 L'intestazione di autenticazione è una intestazione di estensione inserita
1357 dopo l'intestazione principale e prima del carico dei dati. La sua presenza
1358 non ha perciò alcuna influenza sui livelli superiori dei protocolli di
1359 trasmissione come il TCP.
1362 La procedura di autenticazione cerca di garantire l'autenticità del pacchetto
1363 nella massima estensione possibile, ma dato che alcuni campi dell'intestazione
1364 di IP possono variare in maniera impredicibile alla sorgente, il loro valore
1365 non può essere protetto dall'autenticazione.
1367 Il calcolo dei dati di autenticazione viene effettuato alla sorgente su una
1368 versione speciale del pacchetto in cui il numero di salti nell'intestazione
1369 principale è impostato a zero, così come le opzioni che possono essere
1370 modificate nella trasmissione, e l'intestazione di routing (se usata) è posta
1371 ai valori che deve avere all'arrivo.
1373 L'estensione è indipendente dall'algoritmo particolare, e il protocollo è
1374 ancora in fase di definizione; attualmente è stato suggerito l'uso di una
1375 modifica dell'MD5 chiamata \textit{keyed MD5} che combina alla codifica anche
1376 una chiave che viene inserita all'inizio e alla fine degli altri campi.
1379 \subsection{Riservatezza}
1382 Per garantire una trasmissione riservata dei dati, è stata previsto la
1383 possibilità di trasmettere pacchetti con i dati criptati: il cosiddetto ESP,
1384 \textit{Encripted Security Payload}. Questo viene realizzato usando con una
1385 apposita opzione che deve essere sempre l'ultima delle intestazioni di
1386 estensione; ad essa segue il carico del pacchetto che viene criptato.
1388 Un pacchetto crittografato pertanto viene ad avere una struttura del tipo di
1389 quella mostrata in fig.~\ref{fig:ESP_criptopack}, tutti i campi sono in chiaro
1390 fino al vettore di inizializzazione, il resto è crittografato.
1394 \begin{figure}[!htb]
1396 \includegraphics[width=10cm]{img/esp_option}
1397 \caption{Schema di pacchetto crittografato.}
1398 \label{fig:ESP_criptopack}
1403 \subsection{Autoconfigurazione}
1404 \label{sec:IP_ipv6_autoconf}
1406 Una delle caratteristiche salienti di IPv6 è quella dell'autoconfigurazione,
1407 il protocollo infatti fornisce la possibilità ad un nodo di scoprire
1408 automaticamente il suo indirizzo acquisendo i parametri necessari per potersi
1409 connettere a internet.
1411 L'autoconfigurazione sfrutta gli indirizzi link-local; qualora sul nodo sia
1412 presente una scheda di rete che supporta lo standard IEEE802 (ethernet) questo
1413 garantisce la presenza di un indirizzo fisico a 48 bit unico; pertanto il nodo
1414 può assumere automaticamente senza pericoli di collisione l'indirizzo
1415 link-local \texttt{FE80::xxxx:xxxx:xxxx} dove \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} è
1416 l'indirizzo hardware della scheda di rete.
1418 Nel caso in cui non sia presente una scheda che supporta lo standard IEEE802
1419 allora il nodo assumerà ugualmente un indirizzo link-local della forma
1420 precedente, ma il valore di \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} sarà generato
1421 casualmente; in questo caso la probabilità di collisione è di 1 su 300
1422 milioni. In ogni caso per prevenire questo rischio il nodo invierà un
1423 messaggio ICMP \textit{Solicitation} all'indirizzo scelto attendendo un certo
1424 lasso di tempo; in caso di risposta l'indirizzo è duplicato e il
1425 procedimento dovrà essere ripetuto con un nuovo indirizzo (o interrotto
1426 richiedendo assistenza).
1428 Una volta ottenuto un indirizzo locale valido diventa possibile per il nodo
1429 comunicare con la rete locale; sono pertanto previste due modalità di
1430 autoconfigurazione, descritte nelle seguenti sezioni. In ogni caso
1431 l'indirizzo link-local resta valido.
1433 \subsection{Autoconfigurazione stateless}
1434 \label{sec:stateless}
1436 Questa è la forma più semplice di autoconfigurazione, possibile quando
1437 l'indirizzo globale può essere ricavato dall'indirizzo link-local cambiando
1438 semplicemente il prefisso a quello assegnato dal provider per ottenere un
1441 La procedura di configurazione è la seguente: all'avvio tutti i nodi IPv6
1442 iniziano si devono aggregare al gruppo multicast \textit{all-nodes}
1443 programmando la propria interfaccia per ricevere i messaggi dall'indirizzo
1444 multicast \texttt{FF02::1} (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}); a questo
1445 punto devono inviare un messaggio ICMP \textit{Router solicitation} a tutti i
1446 router locali usando l'indirizzo multicast \texttt{FF02::2} usando come
1447 sorgente il proprio indirizzo link-local.
1449 Il router risponderà con un messaggio ICMP \textit{Router Advertisement} che
1450 fornisce il prefisso e la validità nel tempo del medesimo, questo tipo di
1451 messaggio può essere trasmesso anche a intervalli regolari. Il messaggio
1452 contiene anche l'informazione che autorizza un nodo a autocostruire
1453 l'indirizzo, nel qual caso, se il prefisso unito all'indirizzo link-local non
1454 supera i 128 bit, la stazione ottiene automaticamente il suo indirizzo
1457 \subsection{Autoconfigurazione stateful}
1458 \label{sec:stateful}
1460 Benché estremamente semplice l'autoconfigurazione stateless presenta alcuni
1461 problemi; il primo è che l'uso degli indirizzi delle schede di rete è
1462 molto inefficiente; nel caso in cui ci siano esigenze di creare una gerarchia
1463 strutturata su parecchi livelli possono non restare 48~bit per l'indirizzo
1464 della singola stazione; il secondo problema è di sicurezza, dato che basta
1465 introdurre in una rete una stazione autoconfigurante per ottenere un accesso
1468 Per questi motivi è previsto anche un protocollo stateful basato su un
1469 server che offra una versione IPv6 del DHCP; un apposito gruppo di multicast
1470 \texttt{FF02::1:0} è stato riservato per questi server; in questo caso il
1471 nodo interrogherà il server su questo indirizzo di multicast con l'indirizzo
1472 link-local e riceverà un indirizzo unicast globale.
1476 %%% Local Variables:
1478 %%% TeX-master: "gapil"