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  11
  12 \chapter{Il livello di rete}
  13 \label{cha:network_layer}
  14
  15 In questa appendice prenderemo in esame i vari protocolli disponibili a
  16 livello di rete.\footnote{per la spiegazione della suddivisione in livelli dei
  17   protocolli di rete, si faccia riferimento a quanto illustrato in
  18   sez.~\ref{sec:net_protocols}.} Per ciascuno di essi forniremo una descrizione
  19 generica delle principali caratteristiche, del formato di dati usato e quanto
  20 possa essere necessario per capirne meglio il funzionamento dal punto di vista
  21 della programmazione.
  22
  23 Data la loro prevalenza il capitolo sarà sostanzialmente incentrato sui due
  24 protocolli principali esistenti su questo livello: il protocollo IP, sigla che
  25 sta per \textit{Internet Protocol}, (ma che più propriamente si dovrebbe
  26 chiamare IPv4) ed la nuova versione di questo stesso protocollo, denominata
  27 IPv6. Tratteremo comunque anche il protocollo ICMP e la sua versione
  28 modificata per IPv6 (cioè ICMPv6).
  29
  30
  31 \section{Il protocollo IP}
  32 \label{sec:ip_protocol}
  33
  34 L'attuale \textit{Internet Protocol} (IPv4) viene standardizzato nel 1981
  35 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc791.txt}{RFC~791}; esso nasce per
  36 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
  37 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
  38 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
  39 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc.).
  40
  41
  42 \subsection{Introduzione}
  43 \label{sec:IP_intro}
  44
  45 Il compito principale di IP è quello di trasmettere i pacchetti da un computer
  46 all'altro della rete; le caratteristiche essenziali con cui questo viene
  47 realizzato in IPv4 sono due:
  48 \begin{itemize}
  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
  55   dati, né sull'ordine in cui vengono consegnati.
  56 \end{itemize}
  57
  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
  64 rete.
  65
  66 Per garantire l'unicità dell'indirizzo Internet esiste un'autorità centrale
  67 (la IANA, \textit{Internet Assigned Number Authority}) che assegna i numeri di
  68 rete alle organizzazioni che ne fanno richiesta; è poi compito di quest'ultime
  69 assegnare i numeri dei singoli host all'interno della propria rete.
  70
  71 Per venire incontro alle richieste dei vari enti e organizzazioni che volevano
  72 utilizzare questo protocollo di comunicazione, originariamente gli indirizzi
  73 di rete erano stati suddivisi all'interno delle cosiddette \textit{classi},
  74 (rappresentate in tab.~\ref{tab:IP_ipv4class}), in modo da consentire
  75 dispiegamenti di reti di varie dimensioni a seconda delle diverse esigenze.
  76
  77 \begin{table}[htb]
  78   \centering
  79   \footnotesize
  80   \begin{usepicture}
  81   \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\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       p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
  90     \omit&\omit& \multicolumn{7}{c}{7 bit}&\multicolumn{24}{c}{24 bit} \\
  91     \cline{2-33}
  92     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
  93     classe A &\centering 0&
  94     \multicolumn{7}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{21mm}{\centering net Id}} &
  95     \multicolumn{24}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{72mm}{\centering host Id}} \\
  96     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
  97     \cline{2-33}
  98     \multicolumn{33}{c}{ } \\
  99     \omit&\omit&\omit&
 100     \multicolumn{14}{c}{14 bit}&\multicolumn{16}{c}{16 bit} \\
 101     \cline{2-33}
 102     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 103     classe B&\centering 1&\centering 0&
 104     \multicolumn{14}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{42mm}{\centering net Id}} &
 105     \multicolumn{16}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{48mm}{\centering host Id}} \\
 106     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 107     \cline{2-33}
 108
 109     \multicolumn{33}{c}{ } \\
 110     \omit&\omit&\omit&
 111     \multicolumn{21}{c}{21 bit}&\multicolumn{8}{c}{8 bit} \\
 112     \cline{2-33}
 113     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 114     classe C&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
 115     \multicolumn{21}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering net Id}} &
 116     \multicolumn{8}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{24mm}{\centering host Id}} \\
 117     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 118     \cline{2-33}
 119
 120
 121     \multicolumn{33}{c}{ } \\
 122     \omit&\omit&\omit&\omit&
 123     \multicolumn{28}{c}{28 bit} \\
 124     \cline{2-33}
 125     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 126     classe D&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
 127     \multicolumn{28}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{63mm}{\centering
 128         multicast group Id}} \\
 129     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 130     \cline{2-33}
 131
 132     \multicolumn{33}{c}{ } \\
 133     \omit&\omit&\omit&\omit&\omit&
 134     \multicolumn{27}{c}{27 bit} \\
 135     \cline{2-33}
 136     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 137     classe E&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 1&\centering 0&
 138     \multicolumn{27}{@{}c@{\vrule}}{\parbox{59mm}{\centering
 139         reserved for future use}} \\
 140     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 141     \cline{2-33}
 142
 143   \end{tabular}
 144   \end{usepicture}
 145 \caption{Le classi di indirizzi secondo IPv4.}
 146 \label{tab:IP_ipv4class}
 147 \end{table}
 148
 149 Le classi di indirizzi usate per il dispiegamento delle reti su quella che
 150 comunemente viene chiamata \textit{Internet} sono le prime tre; la classe D è
 151 destinata al \itindex{multicast} \textit{multicast} mentre la classe E è
 152 riservata per usi sperimentali e non viene impiegata.
 153
 154 Come si può notare però la suddivisione riportata in
 155 tab.~\ref{tab:IP_ipv4class} è largamente inefficiente in quanto se ad un
 156 utente necessita anche solo un indirizzo in più dei 256 disponibili con una
 157 classe A occorre passare a una classe B, che ne prevede 65536,\footnote{in
 158   realtà i valori esatti sarebbero 254 e 65534, una rete con a disposizione
 159   $N$ bit dell'indirizzo IP, ha disponibili per le singole macchine soltanto
 160   $@^N-2$ numeri, dato che uno deve essere utilizzato come indirizzo di rete e
 161   uno per l'indirizzo di \itindex{broadcast} \textit{broadcast}.} con un
 162 conseguente spreco di numeri.
 163
 164 Inoltre, in particolare per le reti di classe C, la presenza di tanti
 165 indirizzi di rete diversi comporta una crescita enorme delle tabelle di
 166 instradamento che ciascun router dovrebbe tenere in memoria per sapere dove
 167 inviare il pacchetto, con conseguente crescita dei tempi di elaborazione da
 168 parte di questi ultimi ed inefficienza nel trasporto.
 169
 170 \begin{table}[htb]
 171   \centering
 172   \footnotesize
 173   \begin{usepicture}
 174   \begin{tabular} {c@{\hspace{1mm}\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}
 180       p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
 181       p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}
 182       p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}p{3mm}@{\vrule}}
 183     \omit&
 184     \multicolumn{12}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{20}{c}{$32-n$ bit} \\
 185     \cline{2-33}
 186     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 187     CIDR &
 188     \multicolumn{12}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{36mm}{\centering net Id}} &
 189     \multicolumn{20}{@{}c@{\vrule}}{\parbox[c]{60mm}{\centering host Id}} \\
 190     \omit\hfill\vrule &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& &&&&&&&& \\
 191     \cline{2-33}
 192   \end{tabular}
 193   \end{usepicture}
 194 \caption{Uno esempio di indirizzamento CIDR.}
 195 \label{tab:IP_ipv4cidr}
 196 \end{table}
 197
 198 Per questo nel 1992 è stato introdotto un indirizzamento senza classi (il
 199 CIDR, \textit{Classless Inter-Domain Routing}) in cui il limite fra i bit
 200 destinati a indicare il numero di rete e quello destinati a indicare l'host
 201 finale può essere piazzato in qualunque punto (vedi
 202 tab.~\ref{tab:IP_ipv4cidr}), permettendo di accorpare più classi A su un'unica
 203 rete o suddividere una classe B e diminuendo al contempo il numero di
 204 indirizzi di rete da inserire nelle tabelle di instradamento dei router.
 205
 206
 207 \subsection{L'intestazione di IP}
 208 \label{sec:IP_header}
 209
 210 Come illustrato in fig.~\ref{fig:net_tcpip_data_flux} (si ricordi quanto detto
 211 in sez.~\ref{sec:net_tcpip_overview} riguardo al funzionamento generale del
 212 TCP/IP), per eseguire il suo compito il protocollo IP inserisce (come
 213 praticamente ogni protocollo di rete) una opportuna intestazione in cima ai
 214 dati che deve trasmettere, la cui schematizzazione è riportata in
 215 fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}.
 216
 217 \begin{figure}[!htb]
 218   \centering
 219   \includegraphics[width=10cm]{img/ipv4_head}
 220   \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv4.}
 221   \label{fig:IP_ipv4_head}
 222 \end{figure}
 223
 224 Ciascuno dei campi illustrati in fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head} ha un suo preciso
 225 scopo e significato, che si è riportato brevemente in
 226 tab.~\ref{tab:IP_ipv4field}; si noti come l'intestazione riporti sempre due
 227 indirizzi IP, quello \textsl{sorgente}, che indica l'IP da cui è partito il
 228 pacchetto (cioè l'indirizzo assegnato alla macchina che lo spedisce) e quello
 229 \textsl{destinazione} che indica l'indirizzo a cui deve essere inviato il
 230 pacchetto (cioè l'indirizzo assegnato alla macchina che lo riceverà).
 231
 232 \begin{table}[!htb]
 233   \footnotesize
 234   \begin{center}
 235     \begin{tabular}{|l|c|p{10cm}|}
 236       \hline
 237       \textbf{Nome} & \textbf{Bit} & \textbf{Significato} \\
 238       \hline
 239       \hline
 240       \textit{version}       & 4& Numero di \textsl{versione}, nel caso
 241                                   specifico vale sempre 4.\\
 242       \textit{head length}   & 4& Lunghezza dell'intestazione,
 243                                   in multipli di 32 bit.\\
 244       \textit{type of service}&8& Il ``\textsl{tipo di servizio}'', è suddiviso
 245                                   in: 3 bit di precedenza, che nelle attuali
 246                                   implementazioni del protocollo non vengono
 247                                   comunque utilizzati; un bit riservato che
 248                                   deve essere mantenuto a 0; 4 bit che
 249                                   identificano il tipo di servizio
 250                                   richiesto, uno solo dei quali può essere
 251                                   attivo.\\
 252       \textit{total length}  &16& La \textsl{lunghezza totale}, indica
 253                                   la dimensione del carico di dati del
 254                                   pacchetto IP in byte.\\
 255       \textit{identification}&16& L'\textsl{identificazione}, assegnato alla
 256                                   creazione, è aumentato di uno all'origine
 257                                   della trasmissione di ciascun pacchetto, ma
 258                                   resta lo stesso per i pacchetti
 259                                   frammentati, consentendo così di
 260                                   identificare quelli che derivano dallo
 261                                   stesso pacchetto originario.\\
 262       \textit{flag}          & 3& I \textsl{flag} di controllo nell'ordine: il
 263                                   primo è riservato e sempre nullo, il secondo
 264                                   indica se il pacchetto non può essere
 265                                   frammentato, il terzo se ci sono ulteriori
 266                                   frammenti.\\
 267       \textit{fragmentation offset}&13& L'\textsl{offset di frammento}, indica
 268                                   la posizione del frammento rispetto al
 269                                   pacchetto originale.\\
 270       \textit{time to live}  &16& Il \textsl{tempo di vita}, è decrementato di
 271                                   uno ogni volta che un router ritrasmette il
 272                                   pacchetto, se arriva a zero il pacchetto
 273                                   viene scartato.\\
 274       \textit{protocol}      & 8& Il \textsl{protocollo}, identifica il tipo di
 275                                   pacchetto che segue l'intestazione di IPv4.\\
 276       \textit{header checksum}&16&La \textsl{checksum di intestazione}, somma
 277                                   di controllo per l'intestazione.\\
 278       \textit{source IP}     &32& L'\textsl{indirizzo di origine}.\\
 279       \textit{destination IP}&32& L'\textsl{indirizzo di destinazione}.\\
 280       \hline
 281     \end{tabular}
 282     \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv4}
 283     \label{tab:IP_ipv4field}
 284   \end{center}
 285 \end{table}
 286
 287
 288 Il campo TOS definisce il cosiddetto \textit{Type of Service}; questo permette
 289 di definire il tipo di traffico contenuto nei pacchetti, e può essere
 290 utilizzato dai router per dare diverse priorità in base al valore assunto da
 291 questo campo. Abbiamo già visto come il valore di questo campo può essere
 292 impostato sul singolo socket con l'opzione \const{IP\_TOS} (vedi
 293 sez.~\ref{sec:sock_ipv4_options}), esso inoltre può essere manipolato sia dal
 294 sistema del \textit{netfilter} di Linux con il comando \texttt{iptables} che
 295 dal sistema del routing avanzato del comando \texttt{ip route} per consentire
 296 un controllo più dettagliato dell'instradamento dei pacchetti e l'uso di
 297 priorità e politiche di distribuzione degli stessi.
 298
 299 \begin{table}[!htb]
 300   \centering
 301   \footnotesize
 302   \begin{tabular}{|l|l|p{8cm}|}
 303     \hline
 304     \multicolumn{2}{|c|}{\textbf{Valore}}&\textbf{Significato}\\
 305     \hline
 306     \hline
 307     \const{IPTOS\_LOWDELAY}     &\texttt{0x10}& Minimizza i ritardi
 308                                                 per rendere più veloce
 309                                                 possibile la ritrasmissione
 310                                                 dei pacchetti (usato per
 311                                                 traffico interattivo di
 312                                                 controllo come SSH).\\
 313     \const{IPTOS\_THROUGHPUT}   &\texttt{0x8} & Ottimizza la trasmissione
 314                                                 per rendere il più elevato
 315                                                 possibile il flusso netto di
 316                                                 dati (usato su traffico dati,
 317                                                 come quello di FTP).\\
 318     \const{IPTOS\_RELIABILITY}  &\texttt{0x4} & Ottimizza la trasmissione
 319                                                 per ridurre al massimo le
 320                                                 perdite di pacchetti (usato su
 321                                                 traffico soggetto a rischio di
 322                                                 perdita di pacchetti come TFTP
 323                                                 o DHCP).\\
 324    \const{IPTOS\_MINCOST}       &\texttt{0x2} & Indica i dati di riempimento,
 325                                                 dove non interessa se si ha
 326                                                 una bassa velocità di
 327                                                 trasmissione, da utilizzare
 328                                                 per i collegamenti con minor
 329                                                 costo (usato per i protocolli
 330                                                 di streaming).\\
 331     \textit{Normal-Service}&\texttt{0x0}      & Nessuna richiesta specifica.\\
 332     \hline
 333
 334     \hline
 335   \end{tabular}
 336   \caption{Le costanti che definiscono alcuni valori standard per il campo TOS
 337     da usare come argomento \param{optval} per l'opzione \const{IP\_TOS}.}
 338   \label{tab:IP_TOS_values}
 339 \end{table}
 340
 341 I possibili valori del campo TOS, insieme al relativo significato ed alle
 342 costanti numeriche ad esso associati, sono riportati in
 343 tab.~\ref{tab:IP_TOS_values}. Per il valore nullo, usato di default per tutti
 344 i pacchetti, e relativo al traffico normale, non esiste nessuna costante
 345 associata.
 346
 347 Il campo TTL, acromino di \textit{Time To Live}, viene utilizzato per
 348 stabilire una sorta di tempo di vita massimo dei pacchetti sulla rete. In
 349 realtà più che di un tempo, il campo serve a limitare il numero massimo di
 350 salti (i cosiddetti \textit{hop}) che un pacchetto IP può compiere nel passare
 351 da un router ad un altro nel suo attraversamento della rete verso la
 352 destinazione.
 353
 354 Il protocollo IP prevede infatti che il valore di questo campo venga
 355 decrementato di uno da ciascun router che ritrasmette il pacchetto verso la
 356 sua destinazione, e che quando questo diventa nullo il router lo debba
 357 scartare, inviando all'indirizzo sorgente un pacchetto ICMP di tipo
 358 \textit{time-exceeded} con un codice \textit{ttl-zero-during-transit} se
 359 questo avviene durante il transito sulla rete o
 360 \textit{ttl-zero-during-reassembly} se questo avviene alla destinazione finale
 361 (vedi sez.~\ref{sec:ICMP_protocol}).
 362
 363 In sostanza grazie all'uso di questo accorgimento un pacchetto non può
 364 continuare a vagare indefinitamente sulla rete, e viene comunque scartato dopo
 365 un certo tempo, o meglio, dopo che ha attraversato in certo numero di
 366 router. Nel caso di Linux il valore iniziale utilizzato normalmente è 64 (vedi
 367 sez.~\ref{sec:sock_ipv4_sysctl}).
 368
 369
 370
 371 \subsection{Le opzioni di IP}
 372 \label{sec:IP_options}
 373
 374 Da fare ...
 375
 376
 377 \section{Il protocollo IPv6}
 378 \label{sec:ipv6_protocol}
 379
 380 Negli anni '90 con la crescita del numero di macchine connesse su Internet si
 381 arrivò a temere l'esaurimento dello spazio degli indirizzi disponibili, specie
 382 in vista di una prospettiva (per ora rivelatasi prematura) in cui ogni
 383 apparecchio elettronico sarebbe stato inserito all'interno della rete.
 384
 385 Per questo motivo si iniziò a progettare una nuova versione del protocollo
 386
 387 L'attuale Internet Protocol (IPv4) viene standardizzato nel 1981
 388 dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc719.txt}{RFC~719}; esso nasce per
 389 disaccoppiare le applicazioni della struttura hardware delle reti di
 390 trasmissione, e creare una interfaccia di trasmissione dei dati indipendente
 391 dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con le tecnologie
 392 più disparate (Ethernet, Token Ring, FDDI, ecc.).
 393
 394
 395 \subsection{I motivi della transizione}
 396 \label{sec:IP_whyipv6}
 397
 398 Negli ultimi anni la crescita vertiginosa del numero di macchine connesse a
 399 internet ha iniziato a far emergere i vari limiti di IPv4; in particolare si
 400 è iniziata a delineare la possibilità di arrivare a una carenza di
 401 indirizzi disponibili.
 402
 403 In realtà il problema non è propriamente legato al numero di indirizzi
 404 disponibili; infatti con 32 bit si hanno $2^{32}$, cioè circa 4 miliardi,
 405 numeri diversi possibili, che sono molti di più dei computer attualmente
 406 esistenti.
 407
 408 Il punto è che la suddivisione di questi numeri nei due livelli rete/host e
 409 l'utilizzo delle classi di indirizzamento mostrate in precedenza, ha
 410 comportato che, nella sua evoluzione storica, il dispiegamento delle reti e
 411 l'allocazione degli indirizzi siano stati inefficienti; neanche l'uso del CIDR
 412 ha permesso di eliminare le inefficienze che si erano formate, dato che il
 413 ridispiegamento degli indirizzi comporta cambiamenti complessi a tutti i
 414 livelli e la riassegnazione di tutti gli indirizzi dei computer di ogni
 415 sottorete.
 416
 417 Diventava perciò necessario progettare un nuovo protocollo che permettesse
 418 di risolvere questi problemi, e garantisse flessibilità sufficiente per
 419 poter continuare a funzionare a lungo termine; in particolare necessitava un
 420 nuovo schema di indirizzamento che potesse rispondere alle seguenti
 421 necessità:
 422
 423 \begin{itemize}
 424 \item un maggior numero di numeri disponibili che consentisse di non restare
 425   più a corto di indirizzi
 426 \item un'organizzazione gerarchica più flessibile dell'attuale
 427 \item uno schema di assegnazione degli indirizzi in grado di minimizzare le
 428   dimensioni delle tabelle di instradamento
 429 \item uno spazio di indirizzi che consentisse un passaggio automatico dalle
 430   reti locali a internet
 431 \end{itemize}
 432
 433
 434 \subsection{Principali caratteristiche di IPv6}
 435 \label{sec:IP_ipv6over}
 436
 437 Per rispondere alle esigenze descritte in sez.~\ref{sec:IP_whyipv6} IPv6 nasce
 438 come evoluzione di IPv4, mantenendone inalterate le funzioni che si sono
 439 dimostrate valide, eliminando quelle inutili e aggiungendone poche altre
 440 ponendo al contempo una grande attenzione a mantenere il protocollo il più
 441 snello e veloce possibile.
 442
 443 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti a
 444 grandi linee nei seguenti punti:
 445 \begin{itemize}
 446 \item l'espansione delle capacità di indirizzamento e instradamento, per
 447   supportare una gerarchia con più livelli di indirizzamento, un numero di
 448   nodi indirizzabili molto maggiore e una auto-configurazione degli indirizzi
 449 \item l'introduzione un nuovo tipo di indirizzamento, l'\textit{anycast} che
 450   si aggiungono agli usuali \textit{unicast} e \itindex{multicast}
 451   \textit{multicast}
 452 \item la semplificazione del formato dell'intestazione, eliminando o rendendo
 453   opzionali alcuni dei campi di IPv4, per eliminare la necessità di
 454   riprocessare la stessa da parte dei router e contenere l'aumento di
 455   dimensione dovuto ai nuovi indirizzi
 456 \item un supporto per le opzioni migliorato, per garantire una trasmissione
 457   più efficiente del traffico normale, limiti meno stringenti sulle
 458   dimensioni delle opzioni, e la flessibilità necessaria per introdurne di
 459   nuove in futuro
 460 \item il supporto per delle capacità di qualità di servizio (QoS) che
 461   permetta di identificare gruppi di dati per i quali si può provvedere un
 462   trattamento speciale (in vista dell'uso di internet per applicazioni
 463   multimediali e/o ``real-time'')
 464 \end{itemize}
 465
 466
 467 \subsection{L'intestazione di IPv6}
 468 \label{sec:IP_ipv6head}
 469
 470 Per capire le caratteristiche di IPv6 partiamo dall'intestazione usata dal
 471 protocollo per gestire la trasmissione dei pacchetti; in
 472 fig.~\ref{fig:IP_ipv6head} è riportato il formato dell'intestazione di IPv6 da
 473 confrontare con quella di IPv4 in fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}. La spiegazione
 474 del significato dei vari campi delle due intestazioni è riportato
 475 rispettivamente in tab.~\ref{tab:IP_ipv6field} e tab.~\ref{tab:IP_ipv4field})
 476
 477 % \begin{table}[htb]
 478 %   \footnotesize
 479 %   \begin{center}
 480 %     \begin{tabular}{@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
 481 %         @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}
 482 %         @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule} }
 483 %     \multicolumn{8}{@{}c@{}}{0\hfill 15 16\hfill 31}\\
 484 %     \hline
 485 %     \centering version&\centering priority&
 486 %     \multicolumn{6}{@{}p{96mm}@{\vrule}}{\centering flow label} \\
 487 %     \hline
 488 %     \multicolumn{4}{@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}}{\centering payload length} &
 489 %     \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering next header} &
 490 %     \multicolumn{2}{@{}p{32mm}@{\vrule}}{\centering hop limit}\\
 491 %     \hline
 492 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
 493 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
 494 %       source} \\
 495 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
 496 %       IP address} \\
 497 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
 498 %     \hline
 499 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
 500 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
 501 %       destination} \\
 502 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{
 503 %      IP address} \\
 504 %     \multicolumn{8}{@{\vrule}c@{\vrule}}{} \\
 505 %     \hline
 506 %     \end{tabular}
 507 %     \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6}
 508 %     \label{tab:IP_ipv6head}
 509 %   \end{center}
 510 % \end{table}
 511
 512 \begin{figure}[!htb]
 513   \centering
 514   \includegraphics[width=10cm]{img/ipv6_head}
 515   \caption{L'intestazione o \textit{header} di IPv6.}
 516   \label{fig:IP_ipv6head}
 517 \end{figure}
 518
 519
 520 Come si può notare l'intestazione di IPv6 diventa di dimensione fissa, pari a
 521 40 byte, contro una dimensione (minima, in assenza di opzioni) di 20 byte per
 522 IPv4; un semplice raddoppio nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia
 523 quadruplicato, questo grazie a una notevole semplificazione che ha ridotto il
 524 numero dei campi da 12 a 8.
 525
 526 \begin{table}[htb]
 527   \begin{center}
 528   \footnotesize
 529     \begin{tabular}{|l|c|p{8cm}|}
 530       \hline
 531       \textbf{Nome} & \textbf{Bit} & \textbf{Significato} \\
 532       \hline
 533       \hline
 534       \textit{version}       & 4& La \textsl{versione}, nel caso specifico vale
 535                                   sempre 6.\\
 536       \textit{priority}      & 4& La \textsl{priorità}, vedi
 537                                   sez.~\ref{sec:IPv6_prio}.\\
 538       \textit{flow label}    &24& L'\textsl{etichetta di flusso}, vedi
 539                                   sez.~\ref{sec:IP_ipv6_flow}.\\
 540       \textit{payload length}&16& La \textsl{lunghezza del carico}, cioè del
 541                                   corpo dei dati che segue l'intestazione, in
 542                                   byte. \\
 543       \textit{next header}   & 8& L'\textsl{intestazione successiva},
 544                                   identifica il tipo di pacchetto che segue
 545                                   l'intestazione di IPv6, ed usa gli stessi
 546                                   valori del campo protocollo
 547                                   nell'intestazione di IPv4.\\
 548       \textit{hop limit}     & 8& Il \textsl{limite di salti}, ha lo stesso
 549                                   significato del \textit{time to live}
 550                                   nell'intestazione di IPv4.\\
 551       \textit{source IP}     &128&L'\textsl{indirizzo di origine}.\\
 552       \textit{destination IP}&128&L'\textsl{indirizzo di destinazione}.\\
 553       \hline
 554     \end{tabular}
 555     \caption{Legenda per il significato dei campi dell'intestazione di IPv6}
 556     \label{tab:IP_ipv6field}
 557   \end{center}
 558 \end{table}
 559
 560 Abbiamo già anticipato in sez.~\ref{sec:IP_ipv6over} uno dei criteri
 561 principali nella progettazione di IPv6 è stato quello di ridurre al minimo il
 562 tempo di elaborazione dei pacchetti da parte dei router, un confronto con
 563 l'intestazione di IPv4 (vedi fig.~\ref{fig:IP_ipv4_head}) mostra le seguenti
 564 differenze:
 565
 566 \begin{itemize}
 567 \item è stato eliminato il campo \textit{header length} in quanto le opzioni
 568   sono state tolte dall'intestazione che ha così dimensione fissa; ci possono
 569   essere più intestazioni opzionali (\textsl{intestazioni di estensione}, vedi
 570   sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}), ciascuna delle quali avrà un suo campo di
 571   lunghezza all'interno.
 572 \item l'intestazione e gli indirizzi sono allineati a 64 bit, questo rende più
 573   veloce il processo da parte di computer con processori a 64 bit.
 574 \item i campi per gestire la frammentazione (\textit{identification},
 575   \textit{flag} e \textit{fragment offset}) sono stati eliminati; questo
 576   perché la frammentazione è un'eccezione che non deve rallentare
 577   l'elaborazione dei pacchetti nel caso normale.
 578 \item è stato eliminato il campo \textit{checksum} in quanto tutti i
 579   protocolli di livello superiore (TCP, UDP e ICMPv6) hanno un campo di
 580   checksum che include, oltre alla loro intestazione e ai dati, pure i campi
 581   \textit{payload length}, \textit{next header}, e gli indirizzi di origine e
 582   di destinazione; una checksum esiste anche per la gran parte protocolli di
 583   livello inferiore (anche se quelli che non lo hanno, come SLIP, non possono
 584   essere usati con grande affidabilità); con questa scelta si è ridotto di
 585   molto il tempo di elaborazione dato che i router non hanno più la necessità
 586   di ricalcolare la checksum ad ogni passaggio di un pacchetto per il
 587   cambiamento del campo \textit{hop limit}.
 588 \item è stato eliminato il campo \textit{type of service}, che praticamente
 589   non è mai stato utilizzato; una parte delle funzionalità ad esso delegate
 590   sono state reimplementate (vedi il campo \textit{priority} al prossimo
 591   punto) con altri metodi.
 592 \item è stato introdotto un nuovo campo \textit{flow label}, che viene usato,
 593   insieme al campo \textit{priority} (che recupera i bit di precedenza del
 594   campo \textit{type of service}) per implementare la gestione di una
 595   ``\textsl{qualità di servizio}'' (vedi sez.~\ref{sec:IP_ipv6_qos}) che
 596   permette di identificare i pacchetti appartenenti a un ``\textsl{flusso}''
 597   di dati per i quali si può provvedere un trattamento speciale.
 598 \end{itemize}
 599
 600 Oltre alle differenze precedenti, relative ai singoli campi nell'intestazione,
 601 ulteriori caratteristiche che diversificano il comportamento di IPv4 da
 602 quello di IPv6 sono le seguenti:
 603
 604 \begin{itemize}
 605 \item il \itindex{broadcast} \textit{broadcasting} non è previsto in IPv6, le
 606   applicazioni che lo usano dovono essere reimplementate usando il
 607   \itindex{multicast} \textit{multicasting} (vedi
 608   sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}), che da opzionale diventa obbligatorio.
 609 \item è stato introdotto un nuovo tipo di indirizzi, gli \textit{anycast}.
 610 \item i router non possono più frammentare i pacchetti lungo il cammino, la
 611   frammentazione di pacchetti troppo grandi potrà essere gestita solo ai
 612   capi della comunicazione (usando un'apposita estensione vedi
 613   sez.~\ref{sec:IP_ipv6_extens}).
 614 \item IPv6 richiede il supporto per il \itindex{Maximum~Transfer~Unit~(MTU)}
 615   \textit{path MTU discovery} (cioè il protocollo per la selezione della
 616   massima lunghezza del pacchetto); seppure questo sia in teoria opzionale,
 617   senza di esso non sarà possibile inviare pacchetti più larghi della
 618   dimensione minima (576 byte).
 619 \end{itemize}
 620
 621 \subsection{Gli indirizzi di IPv6}
 622 \label{sec:IP_ipv6_addr}
 623
 624 Come già abbondantemente anticipato la principale novità di IPv6 è
 625 costituita dall'ampliamento dello spazio degli indirizzi, che consente di avere
 626 indirizzi disponibili in un numero dell'ordine di quello degli atomi che
 627 costituiscono la terra.
 628
 629 In realtà l'allocazione di questi indirizzi deve tenere conto della
 630 necessità di costruire delle gerarchie che consentano un instradamento
 631 rapido ed efficiente dei pacchetti, e flessibilità nel dispiegamento delle
 632 reti, il che comporta una riduzione drastica dei numeri utilizzabili; uno
 633 studio sull'efficienza dei vari sistemi di allocazione usati in altre
 634 architetture (come i sistemi telefonici) è comunque giunto alla conclusione
 635 che anche nella peggiore delle ipotesi IPv6 dovrebbe essere in grado di
 636 fornire più di un migliaio di indirizzi per ogni metro quadro della
 637 superficie terrestre.
 638
 639
 640 \subsection{La notazione}
 641 \label{sec:IP_ipv6_notation}
 642 Con un numero di bit quadruplicato non è più possibile usare la notazione
 643 coi numeri decimali di IPv4 per rappresentare un numero IP. Per questo gli
 644 indirizzi di IPv6 sono in genere scritti come sequenze di otto numeri
 645 esadecimali di 4 cifre (cioè a gruppi di 16 bit) usando i due punti come
 646 separatore; cioè qualcosa del tipo
 647 \texttt{5f1b:df00:ce3e:e200:0020:0800:2078:e3e3}.
 648
 649
 650 Visto che la notazione resta comunque piuttosto pesante esistono alcune
 651 abbreviazioni; si può evitare di scrivere gli zeri iniziali per cui si
 652 può scrivere \texttt{1080:0:0:0:8:800:ba98:2078:e3e3}; se poi un intero è
 653 zero si può omettere del tutto, così come un insieme di zeri (ma questo
 654 solo una volta per non generare ambiguità) per cui il precedente indirizzo
 655 si può scrivere anche come \texttt{1080::8:800:ba98:2078:e3e3}.
 656
 657 Infine per scrivere un indirizzo IPv4 all'interno di un indirizzo IPv6 si
 658 può usare la vecchia notazione con i punti, per esempio
 659 \texttt{::192.84.145.138}.
 660
 661 \begin{table}[htb]
 662   \centering
 663   \footnotesize
 664   \begin{tabular}{|l|l|l|}
 665     \hline
 666     \centering \textbf{Tipo di indirizzo}
 667     & \centering \textbf{Prefisso} & {\centering \textbf{Frazione}} \\
 668     \hline
 669     \hline
 670     riservato & \texttt{0000 0000} & 1/256 \\
 671     non assegnato  & \texttt{0000 0001} & 1/256 \\
 672     \hline
 673     riservato per NSAP & \texttt{0000 001} & 1/128\\
 674     riservato per IPX & \texttt{0000 010} & 1/128\\
 675     \hline
 676     non assegnato  & \texttt{0000 011} & 1/128 \\
 677     non assegnato  & \texttt{0000 1} & 1/32 \\
 678     non assegnato  & \texttt{0001} & 1/16 \\
 679     \hline
 680     provider-based & \texttt{001} & 1/8\\
 681     \hline
 682     non assegnato  & \texttt{010} & 1/8 \\
 683     non assegnato  & \texttt{011} & 1/8 \\
 684     geografic-based& \texttt{100} & 1/8 \\
 685     non assegnato  & \texttt{101} & 1/8 \\
 686     non assegnato  & \texttt{110} & 1/8 \\
 687     non assegnato  & \texttt{1110} & 1/16 \\
 688     non assegnato  & \texttt{1111 0} & 1/32 \\
 689     non assegnato  & \texttt{1111 10} & 1/64 \\
 690     non assegnato  & \texttt{1111 110} & 1/128 \\
 691     non assegnato  & \texttt{1111 1110 0} & 1/512 \\
 692     \hline
 693     unicast link-local & \texttt{1111 1110 10} & 1/1024 \\
 694     unicast site-local & \texttt{1111 1110 11} & 1/1024 \\
 695     \hline
 696     \hline
 697     \textit{multicast} & \texttt{1111 1111} & 1/256 \\
 698     \hline
 699   \end{tabular}
 700   \caption{Classificazione degli indirizzi IPv6 a seconda dei bit più
 701     significativi}
 702   \label{tab:IP_ipv6addr}
 703 \end{table}
 704
 705
 706 \subsection{La architettura degli indirizzi di IPv6}
 707 \label{sec:IP_ipv6_addr_arch}
 708
 709 Come per IPv4 gli indirizzi sono identificatori per una singola (indirizzi
 710 \textit{unicast}) o per un insieme (indirizzi \itindex{multicast}
 711 \textit{multicast} e \textit{anycast}) di interfacce di rete.
 712
 713 Gli indirizzi sono sempre assegnati all'interfaccia, non al nodo che la
 714 ospita; dato che ogni interfaccia appartiene ad un nodo quest'ultimo può
 715 essere identificato attraverso uno qualunque degli indirizzi unicast delle sue
 716 interfacce. A una interfaccia possono essere associati anche più indirizzi.
 717
 718 IPv6 presenta tre tipi diversi di indirizzi: due di questi, gli indirizzi
 719 \textit{unicast} e \itindex{multicast} \textit{multicast} hanno le stesse
 720 caratteristiche che in IPv4, un terzo tipo, gli indirizzi \textit{anycast} è
 721 completamente nuovo.  In IPv6 non esistono più gli indirizzi
 722 \itindex{broadcast} \textit{broadcast}, la funzione di questi ultimi deve
 723 essere reimplementata con gli indirizzi \itindex{multicast}
 724 \textit{multicast}.
 725
 726 Gli indirizzi \textit{unicast} identificano una singola interfaccia: i
 727 pacchetti mandati ad un tale indirizzo verranno inviati a quella interfaccia,
 728 gli indirizzi \textit{anycast} identificano un gruppo di interfacce tale che
 729 un pacchetto mandato a uno di questi indirizzi viene inviato alla più vicina
 730 (nel senso di distanza di routing) delle interfacce del gruppo, gli indirizzi
 731 \itindex{multicast} \textit{multicast} identificano un gruppo di interfacce
 732 tale che un pacchetto mandato a uno di questi indirizzi viene inviato a tutte
 733 le interfacce del gruppo.
 734
 735 In IPv6 non ci sono più le classi ma i bit più significativi indicano il tipo
 736 di indirizzo; in tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} sono riportati i valori di detti
 737 bit e il tipo di indirizzo che loro corrispondente.  I bit più significativi
 738 costituiscono quello che viene chiamato il \textit{format prefix} ed è sulla
 739 base di questo che i vari tipi di indirizzi vengono identificati.  Come si
 740 vede questa architettura di allocazione supporta l'allocazione di indirizzi
 741 per i provider, per uso locale e per il \itindex{multicast}
 742 \textit{multicast}; inoltre è stato riservato lo spazio per indirizzi NSAP,
 743 IPX e per le connessioni; gran parte dello spazio (più del 70\%) è riservato
 744 per usi futuri.
 745
 746 Si noti infine che gli indirizzi \textit{anycast} non sono riportati in
 747 tab.~\ref{tab:IP_ipv6addr} in quanto allocati al di fuori dello spazio di
 748 allocazione degli indirizzi unicast.
 749
 750 \subsection{Indirizzi unicast \textit{provider-based}}
 751 \label{sec:IP_ipv6_unicast}
 752
 753 Gli indirizzi \textit{provider-based} sono gli indirizzi usati per le
 754 comunicazioni globali, questi sono definiti
 755 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2073.txt}{RFC~2073} e sono gli
 756 equivalenti degli attuali indirizzi delle classi da A a C.
 757
 758 L'autorità che presiede all'allocazione di questi indirizzi è la IANA; per
 759 evitare i problemi di crescita delle tabelle di instradamento e una procedura
 760 efficiente di allocazione la struttura di questi indirizzi è organizzata fin
 761 dall'inizio in maniera gerarchica; pertanto lo spazio di questi indirizzi è
 762 stato suddiviso in una serie di campi secondo lo schema riportato in
 763 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_unicast}.
 764
 765 \begin{table}[htb]
 766   \centering
 767   \footnotesize
 768   \begin{tabular} {@{\vrule}p{6mm}
 769       @{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{24mm}
 770       @{\vrule}p{30mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
 771     \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
 772     \multicolumn{1}{c}{$n$ bit}&\multicolumn{1}{c}{$56-n$ bit}&
 773     \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
 774     \hline
 775     \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm} & & &\omit\hspace{76mm}\hfill\vrule\\
 776     \centering 010&
 777     \centering \textsl{Registry Id}&
 778     \centering \textsl{Provider Id}&
 779     \centering \textsl{Subscriber Id}&
 780     \textsl{Intra-Subscriber} \\
 781     \omit\vrule\hfill\vrule& & & &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
 782     \hline
 783   \end{tabular}
 784 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based}.}
 785 \label{tab:IP_ipv6_unicast}
 786 \end{table}
 787
 788 Al livello più alto la IANA può delegare l'allocazione a delle autorità
 789 regionali (i Regional Register) assegnando ad esse dei blocchi di indirizzi; a
 790 queste autorità regionali è assegnato un Registry Id che deve seguire
 791 immediatamente il prefisso di formato. Al momento sono definite tre registri
 792 regionali (INTERNIC, RIPE NCC e APNIC), inoltre la IANA si è riservata la
 793 possibilità di allocare indirizzi su base regionale; pertanto sono previsti
 794 i seguenti possibili valori per il \textsl{Registry Id};
 795 gli altri valori restano riservati per la IANA.
 796 \begin{table}[htb]
 797   \centering
 798   \footnotesize
 799     \begin{tabular}{|l|l|l|}
 800       \hline
 801       \textbf{Regione} & \textbf{Registro} & \textbf{Id} \\
 802       \hline
 803       \hline
 804       Nord America &INTERNIC & \texttt{11000} \\
 805       Europa & RIPE NCC & \texttt{01000} \\
 806       Asia & APNIC & \texttt{00100} \\
 807       Multi-regionale & IANA &\texttt{10000} \\
 808       \hline
 809     \end{tabular}
 810     \caption{Valori dell'identificativo dei
 811       Regional Register allocati ad oggi.}
 812     \label{tab:IP_ipv6_regid}
 813 \end{table}
 814
 815 L'organizzazione degli indirizzi prevede poi che i due livelli successivi, di
 816 suddivisione fra \textit{Provider Id}, che identifica i grandi fornitori di
 817 servizi, e \textit{Subscriber Id}, che identifica i fruitori, sia gestita dai
 818 singoli registri regionali. Questi ultimi dovranno definire come dividere lo
 819 spazio di indirizzi assegnato a questi due campi (che ammonta a un totale di
 820 56~bit), definendo lo spazio da assegnare al \textit{Provider Id} e
 821 al \textit{Subscriber Id}, ad essi spetterà inoltre anche l'allocazione dei
 822 numeri di \textit{Provider Id} ai singoli fornitori, ai quali sarà delegata
 823 l'autorità di allocare i \textit{Subscriber Id} al loro interno.
 824
 825 L'ultimo livello è quello \textit{Intra-subscriber} che è lasciato alla
 826 gestione dei singoli fruitori finali, gli indirizzi \textit{provider-based}
 827 lasciano normalmente gli ultimi 64~bit a disposizione per questo livello, la
 828 modalità più immediata è quella di usare uno schema del tipo mostrato in
 829 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninterf} dove l'\textit{Interface Id} è dato dal
 830 MAC-address a 48~bit dello standard Ethernet, scritto in genere nell'hardware
 831 delle scheda di rete, e si usano i restanti 16~bit per indicare la sottorete.
 832
 833 \begin{table}[htb]
 834   \centering
 835   \footnotesize
 836   \begin{tabular} {@{\vrule}p{64mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
 837     \multicolumn{1}{c}{64 bit}&\multicolumn{1}{c}{16 bit}&
 838     \multicolumn{1}{c}{48 bit}\\
 839     \hline
 840     \omit\vrule\hfill\vrule&\hspace{16mm}&\omit\hspace{48mm}\hfill\vrule\\
 841     \centering \textsl{Subscriber Prefix}&
 842     \centering \textsl{Subnet Id}&
 843     \textsl{Interface Id}\\
 844     \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{6mm}\hfill\vrule\\
 845     \hline
 846   \end{tabular}
 847 \caption{Formato del campo \textit{Intra-subscriber} per un indirizzo unicast
 848   \textit{provider-based}.}
 849 \label{tab:IP_ipv6_uninterf}
 850 \end{table}
 851
 852 Qualora si dovesse avere a che fare con una necessità di un numero più
 853 elevato di sotto-reti, il precedente schema andrebbe modificato, per evitare
 854 l'enorme spreco dovuto all'uso dei MAC-address, a questo scopo si possono
 855 usare le capacità di auto-configurazione di IPv6 per assegnare indirizzi
 856 generici con ulteriori gerarchie per sfruttare efficacemente tutto lo spazio
 857 di indirizzi.
 858
 859 Un registro regionale può introdurre un ulteriore livello nella gerarchia
 860 degli indirizzi, allocando dei blocchi per i quali delegare l'autorità a dei
 861 registri nazionali, quest'ultimi poi avranno il compito di gestire la
 862 attribuzione degli indirizzi per i fornitori di servizi nell'ambito del/i
 863 paese coperto dal registro nazionale con le modalità viste in precedenza.
 864 Una tale ripartizione andrà effettuata all'interno dei soliti 56~bit come
 865 mostrato in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_uninaz}.
 866
 867 \begin{table}[htb]
 868   \centering
 869   \footnotesize
 870   \begin{tabular} {@{\vrule}p{3mm}
 871       @{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{12mm}@{\vrule}p{18mm}
 872       @{\vrule}p{18mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
 873     \multicolumn{1}{@{}c@{}}{3}&\multicolumn{1}{c}{5 bit}&
 874     \multicolumn{1}{c}{n bit}&\multicolumn{1}{c}{m bit}&
 875     \multicolumn{1}{c}{56-n-m bit}&\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
 876     \hline
 877     \omit\vrule\hfill\vrule& & & & &\omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
 878     \centering \texttt{3}&
 879     \centering \textsl{Reg.}&
 880     \centering \textsl{Naz.}&
 881     \centering \textsl{Prov.}&
 882     \centering \textsl{Subscr.}&
 883     \textsl{Intra-Subscriber} \\
 884     \omit\vrule\hfill\vrule &&&&&\\
 885     \hline
 886   \end{tabular}
 887 \caption{Formato di un indirizzo unicast \textit{provider-based} che prevede
 888       un registro nazionale.}
 889 \label{tab:IP_ipv6_uninaz}
 890 \end{table}
 891
 892
 893 \subsection{Indirizzi ad uso locale}
 894 \label{sec:IP_ipv6_linksite}
 895
 896 Gli indirizzi ad uso locale sono indirizzi unicast che sono instradabili solo
 897 localmente (all'interno di un sito o di una sottorete), e possono avere una
 898 unicità locale o globale.
 899
 900 Questi indirizzi sono pensati per l'uso all'interno di un sito per mettere su
 901 una comunicazione locale immediata, o durante le fasi di auto-configurazione
 902 prima di avere un indirizzo globale.
 903
 904 \begin{table}[htb]
 905   \centering
 906   \footnotesize
 907   \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{54mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
 908     \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{54 bit} &
 909     \multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
 910     \hline
 911     \omit\vrule\hfill\vrule & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
 912     \centering \texttt{FE80}&
 913     \centering\texttt{0000 .   .   .   .   . 0000} &
 914     Interface Id \\
 915     \omit\vrule\hfill\vrule & &\\
 916     \hline
 917 \end{tabular}
 918 \caption{Formato di un indirizzo \textit{link-local}.}
 919 \label{tab:IP_ipv6_linklocal}
 920 \end{table}
 921
 922 Ci sono due tipi di indirizzi, \textit{link-local} e \textit{site-local}. Il
 923 primo è usato per un singolo link; la struttura è mostrata in
 924 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_linklocal}, questi indirizzi iniziano sempre con un
 925 valore nell'intervallo \texttt{FE80}--\texttt{FEBF} e vengono in genere usati
 926 per la configurazione automatica dell'indirizzo al bootstrap e per la ricerca
 927 dei vicini (vedi \ref{sec:IP_ipv6_autoconf}); un pacchetto che abbia tale
 928 indirizzo come sorgente o destinazione non deve venire ritrasmesso dai router.
 929
 930 Un indirizzo \textit{site-local} invece è usato per l'indirizzamento
 931 all'interno di un sito che non necessita di un prefisso globale; la struttura
 932 è mostrata in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_sitelocal}, questi indirizzi iniziano
 933 sempre con un valore nell'intervallo \texttt{FEC0}--\texttt{FEFF} e non devono
 934 venire ritrasmessi dai router all'esterno del sito stesso; sono in sostanza
 935 gli equivalenti degli indirizzi riservati per reti private definiti su IPv4.
 936 Per entrambi gli indirizzi il campo \textit{Interface Id} è un identificatore
 937 che deve essere unico nel dominio in cui viene usato, un modo immediato per
 938 costruirlo è quello di usare il MAC-address delle schede di rete.
 939
 940 \begin{table}[!h]
 941   \centering
 942   \footnotesize
 943   \begin{tabular} {@{\vrule}p{10mm}@{\vrule}p{38mm}@{\vrule}p{16mm}
 944       @{\vrule}c@{\vrule}}
 945     \multicolumn{1}{c}{10} &\multicolumn{1}{c}{38 bit} &
 946     \multicolumn{1}{c}{16 bit} &\multicolumn{1}{c}{64 bit} \\
 947     \hline
 948     \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{64mm}\hfill\vrule\\
 949     \centering \texttt{FEC0}&
 950     \centering \texttt{0000 .   .   . 0000}&
 951     \centering Subnet Id &
 952     Interface Id\\
 953     \omit\vrule\hfill\vrule& & &\\
 954     \hline
 955 \end{tabular}
 956 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
 957 \label{tab:IP_ipv6_sitelocal}
 958 \end{table}
 959
 960 Gli indirizzi di uso locale consentono ad una organizzazione che non è
 961 (ancora) connessa ad Internet di operare senza richiedere un prefisso globale,
 962 una volta che in seguito l'organizzazione venisse connessa a Internet
 963 potrebbe continuare a usare la stessa suddivisione effettuata con gli
 964 indirizzi \textit{site-local} utilizzando un prefisso globale e la
 965 rinumerazione degli indirizzi delle singole macchine sarebbe automatica.
 966
 967 \subsection{Indirizzi riservati}
 968 \label{sec:IP_ipv6_reserved}
 969
 970 Alcuni indirizzi sono riservati per scopi speciali, in particolare per scopi
 971 di compatibilità.
 972
 973 Un primo tipo sono gli indirizzi \textit{IPv4 mappati su IPv6} (mostrati in
 974 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_map}), questo sono indirizzi unicast che vengono usati
 975 per consentire ad applicazioni IPv6 di comunicare con host capaci solo di
 976 IPv4; questi sono ad esempio gli indirizzi generati da un DNS quando l'host
 977 richiesto supporta solo IPv4; l'uso di un tale indirizzo in un socket IPv6
 978 comporta la generazione di un pacchetto IPv4 (ovviamente occorre che sia IPv4
 979 che IPv6 siano supportati sull'host di origine).
 980
 981 \begin{table}[!htb]
 982   \centering
 983   \footnotesize
 984   \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
 985     \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
 986     \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
 987     \hline
 988     \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
 989     \centering
 990     \texttt{0000 .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 0000} &
 991     \centering\texttt{FFFF} &
 992     IPv4 address \\
 993     \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
 994     \hline
 995 \end{tabular}
 996 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
 997 \label{tab:IP_ipv6_map}
 998 \end{table}
 999
1000 Un secondo tipo di indirizzi di compatibilità sono gli \textsl{IPv4
1001   compatibili IPv6} (vedi tab.~\ref{tab:IP_ipv6_comp}) usati nella transizione
1002 da IPv4 a IPv6: quando un nodo che supporta sia IPv6 che IPv4 non ha un router
1003 IPv6 deve usare nel DNS un indirizzo di questo tipo, ogni pacchetto IPv6
1004 inviato a un tale indirizzo verrà automaticamente incapsulato in IPv4.
1005
1006 \begin{table}[htb]
1007   \centering
1008   \footnotesize
1009   \begin{tabular} {@{\vrule}p{80mm}@{\vrule}p{16mm}@{\vrule}p{32mm}@{\vrule}}
1010     \multicolumn{1}{c}{80 bit} &\multicolumn{1}{c}{16 bit} &
1011     \multicolumn{1}{c}{32 bit} \\
1012     \hline
1013     \omit\vrule\hfill\vrule& &\omit\hspace{32mm}\hfill\vrule\\
1014     \centering
1015     \texttt{0000 .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   .   . 0000} &
1016     \centering\texttt{0000} &
1017     \parbox{32mm}{\centering IPv4 address} \\
1018     \omit\vrule\hfill\vrule& &\\
1019     \hline
1020 \end{tabular}
1021 \caption{Formato di un indirizzo IPV4 mappato su IPv6.}
1022 \label{tab:IP_ipv6_comp}
1023 \end{table}
1024
1025 Altri indirizzi speciali sono il \textit{loopback address}, costituito da 127
1026 zeri ed un uno (cioè \texttt{::1}) e l'\textsl{indirizzo generico}
1027 costituito da tutti zeri (scritto come \texttt{0::0} o ancora più
1028 semplicemente come \texttt{:}) usato in genere quando si vuole indicare
1029 l'accettazione di una connessione da qualunque host.
1030
1031 \subsection{Multicasting}
1032 \label{sec:IP_ipv6_multicast}
1033
1034 \itindbeg{multicast}
1035
1036 Gli indirizzi \textit{multicast} sono usati per inviare un pacchetto a un
1037 gruppo di interfacce; l'indirizzo identifica uno specifico gruppo di
1038 \textit{multicast} e il pacchetto viene inviato a tutte le interfacce di detto
1039 gruppo.  Un'interfaccia può appartenere ad un numero qualunque numero di
1040 gruppi di \textit{multicast}. Il formato degli indirizzi \textit{multicast} è
1041 riportato in tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multicast}:
1042
1043 \begin{table}[htb]
1044   \centering
1045   \footnotesize
1046   \begin{tabular} {@{\vrule}p{12mm}
1047       @{\vrule}p{6mm}@{\vrule}p{6mm}@{\vrule}c@{\vrule}}
1048     \multicolumn{1}{c}{8}&\multicolumn{1}{c}{4}&
1049     \multicolumn{1}{c}{4}&\multicolumn{1}{c}{112 bit} \\
1050     \hline
1051     \omit\vrule\hfill\vrule& & & \omit\hspace{104mm}\hfill\vrule\\
1052     \centering\texttt{FF}&
1053     \centering flag &
1054     \centering scop&
1055     Group Id\\
1056     \omit\vrule\hfill\vrule &&&\\
1057     \hline
1058   \end{tabular}
1059 \caption{Formato di un indirizzo \textit{multicast}.}
1060 \label{tab:IP_ipv6_multicast}
1061 \end{table}
1062
1063 Il prefisso di formato per tutti gli indirizzi \textit{multicast} è
1064 \texttt{FF}, ad esso seguono i due campi il cui significato è il seguente:
1065
1066 \begin{itemize}
1067 \item \textsl{flag}: un insieme di 4 bit, di cui i primi tre sono riservati e
1068   posti a zero, l'ultimo è zero se l'indirizzo è permanente (cioè un
1069   indirizzo noto, assegnato dalla IANA), ed è uno se invece l'indirizzo è
1070   transitorio.
1071 \item \textsl{scop} è un numero di quattro bit che indica il raggio di
1072   validità dell'indirizzo, i valori assegnati per ora sono riportati in
1073   tab.~\ref{tab:IP_ipv6_multiscope}.
1074 \end{itemize}
1075
1076
1077
1078 \begin{table}[!htb]
1079   \centering
1080   \footnotesize
1081   \begin{tabular}[c]{|c|l|c|l|}
1082     \hline
1083     \multicolumn{4}{|c|}{\bf Gruppi di multicast} \\
1084     \hline
1085     \hline
1086     0 & riservato & 8 & organizzazione locale \\
1087     1 & nodo locale & 9 & non assegnato \\
1088     2 & collegamento locale & A & non assegnato \\
1089     3 & non assegnato & B & non assegnato \\
1090     4 & non assegnato & C & non assegnato \\
1091     5 & sito locale & D & non assegnato \\
1092     6 & non assegnato & E & globale \\
1093     7 & non assegnato & F & riservato \\
1094     \hline
1095   \end{tabular}
1096 \caption{Possibili valori del campo \textsl{scop} di un indirizzo
1097   \textit{multicast}.}
1098 \label{tab:IP_ipv6_multiscope}
1099 \end{table}
1100
1101 Infine l'ultimo campo identifica il gruppo di \textit{multicast}, sia
1102 permanente che transitorio, all'interno del raggio di validità del medesimo.
1103 Alcuni indirizzi \textit{multicast}, riportati in tab.~\ref{tab:multiadd} sono
1104 già riservati per il funzionamento della rete.
1105
1106 \begin{table}[!htb]
1107   \centering
1108   \footnotesize
1109   \begin{tabular}[c]{|l|l|l|}
1110     \hline
1111     \textbf{Uso}& \textbf{Indirizzi riservati} & \textbf{Definizione}\\
1112     \hline
1113     \hline
1114     all-nodes       & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:1}  &
1115                       \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1116     all-routers     & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:2}  &
1117                       \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1118     all-rip-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:9}  &
1119                       \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2080.txt}{RFC~2080} \\
1120     all-cbt-routers & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:0:10} & \\
1121     reserved        & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:0}  & IANA \\
1122     link-name       & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:1}  &  \\
1123     all-dhcp-agents & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:2}  & \\
1124     all-dhcp-servers& \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:3}  & \\
1125     all-dhcp-relays & \texttt{FFxx:0:0:0:0:0:1:4}  & \\
1126     solicited-nodes & \texttt{FFxx:0:0:0:0:1:0:0}  &
1127                       \href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1970.txt}{RFC~1970} \\
1128     \hline
1129   \end{tabular}
1130 \caption{Gruppi di \textit{multicast} predefiniti.}
1131 \label{tab:multiadd}
1132 \end{table}
1133
1134 L'utilizzo del campo di \textit{scope} e di questi indirizzi predefiniti serve
1135 a recuperare le funzionalità del \itindex{broadcast} \textit{broadcasting} (ad
1136 esempio inviando un pacchetto all'indirizzo \texttt{FF02:0:0:0:0:0:0:1} si
1137 raggiungono tutti i nodi locali).
1138
1139 \itindend{multicast}
1140
1141 \subsection{Indirizzi \textit{anycast}}
1142 \label{sec:IP_anycast}
1143
1144 Gli indirizzi \textit{anycast} sono indirizzi che vengono assegnati ad un
1145 gruppo di interfacce: un pacchetto indirizzato a questo tipo di indirizzo
1146 viene inviato al componente del gruppo più ``\textsl{vicino}'' secondo la
1147 distanza di instradamento calcolata dai router.
1148
1149 Questi indirizzi sono allocati nello stesso spazio degli indirizzi unicast,
1150 usando uno dei formati disponibili, e per questo, sono da essi assolutamente
1151 indistinguibili. Quando un indirizzo unicast viene assegnato a più interfacce
1152 (trasformandolo in un anycast) il computer su cui è l'interfaccia deve essere
1153 configurato per tener conto del fatto.
1154
1155 Gli indirizzi anycast consentono a un nodo sorgente di inviare pacchetti a una
1156 destinazione su un gruppo di possibili interfacce selezionate. La sorgente non
1157 deve curarsi di come scegliere l'interfaccia più vicina, compito che tocca al
1158 sistema di instradamento (in sostanza la sorgente non ha nessun controllo
1159 sulla selezione).
1160
1161 Gli indirizzi anycast, quando vengono usati come parte di una sequenza di
1162 instradamento, consentono ad esempio ad un nodo di scegliere quale fornitore
1163 vuole usare (configurando gli indirizzi anycast per identificare i router di
1164 uno stesso provider).
1165
1166 Questi indirizzi pertanto possono essere usati come indirizzi intermedi in una
1167 intestazione di instradamento o per identificare insiemi di router connessi a
1168 una particolare sottorete, o che forniscono l'accesso a un certo sotto
1169 dominio.
1170
1171 L'idea alla base degli indirizzi anycast è perciò quella di utilizzarli per
1172 poter raggiungere il fornitore di servizio più vicino; ma restano aperte tutta
1173 una serie di problematiche, visto che una connessione con uno di questi
1174 indirizzi non è possibile, dato che per una variazione delle distanze di
1175 routing non è detto che due pacchetti successivi finiscano alla stessa
1176 interfaccia.
1177
1178 La materia è pertanto ancora controversa e in via di definizione.
1179
1180
1181 \subsection{Le estensioni}
1182 \label{sec:IP_ipv6_extens}
1183
1184 Come già detto in precedenza IPv6 ha completamente cambiato il trattamento
1185 delle opzioni; queste ultime infatti sono state tolte dall'intestazione del
1186 pacchetto, e poste in apposite \textsl{intestazioni di estensione} (o
1187 \textit{extension header}) poste fra l'intestazione di IPv6 e l'intestazione
1188 del protocollo di trasporto.
1189
1190 Per aumentare la velocità di elaborazione, sia dei dati del livello seguente
1191 che di ulteriori opzioni, ciascuna estensione deve avere una lunghezza
1192 multipla di 8 byte per mantenere l'allineamento a 64~bit di tutti le
1193 intestazioni seguenti.
1194
1195 Dato che la maggior parte di queste estensioni non sono esaminate dai router
1196 durante l'instradamento e la trasmissione dei pacchetti, ma solo all'arrivo
1197 alla destinazione finale, questa scelta ha consentito un miglioramento delle
1198 prestazioni rispetto a IPv4 dove la presenza di un'opzione comportava l'esame
1199 di tutte quante.
1200
1201 Un secondo miglioramento è che rispetto a IPv4 le opzioni possono essere di
1202 lunghezza arbitraria e non limitate a 40 byte; questo, insieme al modo in cui
1203 vengono trattate, consente di utilizzarle per scopi come l'autenticazione e la
1204 sicurezza, improponibili con IPv4.
1205
1206 Le estensioni definite al momento sono le seguenti:
1207 \begin{itemize}
1208 \item \textbf{Hop by hop} devono seguire immediatamente l'intestazione
1209   principale; indicano le opzioni che devono venire processate ad ogni
1210   passaggio da un router, fra di esse è da menzionare la \textit{jumbo
1211     payload} che segnala la presenza di un pacchetto di dati di dimensione
1212   superiore a 65535 byte.
1213 \item \textbf{Destination options} opzioni che devono venire esaminate al nodo
1214   di ricevimento, nessuna di esse è tuttora definita.
1215 \item \textbf{Routing} definisce una \textit{source route} (come la analoga
1216   opzione di IPv4) cioè una lista di indirizzi IP di nodi per i quali il
1217   pacchetto deve passare.
1218 \item \textbf{Fragmentation} viene generato automaticamente quando un host
1219   vuole frammentare un pacchetto, ed è riprocessato automaticamente alla
1220   destinazione che riassembla i frammenti.
1221 \item \textbf{Authentication} gestisce l'autenticazione e il controllo di
1222   integrità dei pacchetti; è documentato
1223   dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1826.txt}{RFC~1826}.
1224 \item \textbf{Encapsulation} serve a gestire la segretezza del contenuto
1225   trasmesso; è documentato
1226   dall'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc1827.txt}{RFC~1827}.
1227 \end{itemize}
1228
1229 La presenza di opzioni è rilevata dal valore del campo \textit{next header}
1230 che indica qual è l'intestazione successiva a quella di IPv6; in assenza di
1231 opzioni questa sarà l'intestazione di un protocollo di trasporto del livello
1232 superiore, per cui il campo assumerà lo stesso valore del campo
1233 \textit{protocol} di IPv4, altrimenti assumerà il valore dell'opzione
1234 presente; i valori possibili sono riportati in
1235 tab.~\ref{tab:IP_ipv6_nexthead}.
1236
1237 \begin{table}[htb]
1238   \begin{center}
1239     \footnotesize
1240     \begin{tabular}{|c|l|l|}
1241       \hline
1242       \textbf{Valore} & \textbf{Keyword} & \textbf{Tipo di protocollo} \\
1243       \hline
1244       \hline
1245       0  &      & Riservato.\\
1246          & HBH  & Hop by Hop.\\
1247       1  & ICMP & Internet Control Message (IPv4 o IPv6).\\
1248       2  & IGMP & Internet Group Management (IPv4).\\
1249       3  & GGP  & Gateway-to-Gateway.\\
1250       4  & IP   & IP in IP (IPv4 encapsulation).\\
1251       5  & ST   & Stream.\\
1252       6  & TCP  & Trasmission Control.\\
1253       17 & UDP  & User Datagram.\\
1254       43 & RH   & Routing Header (IPv6).\\
1255       44 & FH   & Fragment Header (IPv6).\\
1256       45 & IDRP & Inter Domain Routing.\\
1257       51 & AH   & Authentication Header (IPv6).\\
1258       52 & ESP  & Encrypted Security Payload (IPv6).\\
1259       59 & Null & No next header (IPv6).\\
1260       88 & IGRP & Internet Group Routing.\\
1261       89 & OSPF & Open Short Path First.\\
1262       255&      & Riservato.\\
1263     \hline
1264     \end{tabular}
1265     \caption{Tipi di protocolli e intestazioni di estensione}
1266     \label{tab:IP_ipv6_nexthead}
1267   \end{center}
1268 \end{table}
1269
1270 Questo meccanismo permette la presenza di più opzioni in successione prima
1271 del pacchetto del protocollo di trasporto; l'ordine raccomandato per le
1272 estensioni è quello riportato nell'elenco precedente con la sola differenza
1273 che le opzioni di destinazione sono inserite nella posizione ivi indicata solo
1274 se, come per il tunnelling, devono essere esaminate dai router, quelle che
1275 devono essere esaminate solo alla destinazione finale vanno in coda.
1276
1277
1278 \subsection{Qualità di servizio}
1279 \label{sec:IP_ipv6_qos}
1280
1281 Una delle caratteristiche innovative di IPv6 è quella di avere introdotto un
1282 supporto per la qualità di servizio che è importante per applicazioni come
1283 quelle multimediali o ``real-time'' che richiedono un qualche grado di
1284 controllo sulla stabilità della banda di trasmissione, sui ritardi o la
1285 dispersione dei temporale del flusso dei pacchetti.
1286
1287
1288 \subsection{Etichette di flusso}
1289 \label{sec:IP_ipv6_flow}
1290 L'introduzione del campo \textit{flow label} può essere usata dall'origine
1291 della comunicazione per etichettare quei pacchetti per i quali si vuole un
1292 trattamento speciale da parte dei router come un una garanzia di banda minima
1293 assicurata o un tempo minimo di instradamento/trasmissione garantito.
1294
1295 Questo aspetto di IPv6 è ancora sperimentale per cui i router che non
1296 supportino queste funzioni devono porre a zero il \textit{flow label} per i
1297 pacchetti da loro originanti e lasciare invariato il campo per quelli in
1298 transito.
1299
1300 Un flusso è una sequenza di pacchetti da una particolare origine a una
1301 particolare destinazione per il quale l'origine desidera un trattamento
1302 speciale da parte dei router che lo manipolano; la natura di questo
1303 trattamento può essere comunicata ai router in vari modi (come un protocollo
1304 di controllo o con opzioni del tipo \textit{hop-by-hop}).
1305
1306 Ci possono essere più flussi attivi fra un'origine e una destinazione, come
1307 del traffico non assegnato a nessun flusso, un flusso viene identificato
1308 univocamente dagli indirizzi di origine e destinazione e da una etichetta di
1309 flusso diversa da zero, il traffico normale deve avere l'etichetta di flusso
1310 posta a zero.
1311
1312 L'etichetta di flusso è assegnata dal nodo di origine, i valori devono
1313 essere scelti in maniera (pseudo)casuale nel range fra 1 e FFFFFF in modo da
1314 rendere utilizzabile un qualunque sottoinsieme dei bit come chiavi di hash per
1315 i router.
1316
1317 \subsection{Priorità}
1318 \label{sec:IPv6_prio}
1319
1320 Il campo di priorità consente di indicare il livello di priorità dei
1321 pacchetti relativamente agli altri pacchetti provenienti dalla stessa
1322 sorgente. I valori sono divisi in due intervalli, i valori da 0 a 7 sono usati
1323 per specificare la priorità del traffico per il quale la sorgente provvede
1324 un controllo di congestione cioè per il traffico che può essere ``tirato
1325 indietro'' in caso di congestione come quello di TCP, i valori da 8 a 15 sono
1326 usati per i pacchetti che non hanno questa caratteristica, come i pacchetti
1327 ``real-time'' inviati a ritmo costante.
1328
1329 Per il traffico con controllo di congestione sono raccomandati i seguenti
1330 valori di priorità a seconda del tipo di applicazione:
1331
1332 \begin{table}[htb]
1333   \centering
1334   \footnotesize
1335   \begin{tabular}{|c|l|}
1336     \hline
1337     \textbf{Valore} & \textbf{Tipo di traffico} \\
1338     \hline
1339     \hline
1340     0 & Traffico generico.\\
1341     1 & Traffico di riempimento (es. news).\\
1342     2 & Trasferimento dati non interattivo (es. e-mail).\\
1343     3 & Riservato.\\
1344     4 & Trasferimento dati interattivo (es. FTP, HTTP, NFS).\\
1345     5 & Riservato.\\
1346     \hline
1347 \end{tabular}
1348 \caption{Formato di un indirizzo \textit{site-local}.}
1349 \label{tab:priority}
1350 \end{table}
1351
1352 Per il traffico senza controllo di congestione la priorità più bassa
1353 dovrebbe essere usata per quei pacchetti che si preferisce siano scartati
1354 più facilmente in caso di congestione.
1355
1356
1357 \subsection{Sicurezza a livello IP}
1358 \label{sec:security}
1359
1360 La attuale implementazione di Internet presenta numerosi problemi di
1361 sicurezza, in particolare i dati presenti nelle intestazioni dei vari
1362 protocolli sono assunti essere corretti, il che da adito alla possibilità di
1363 varie tipologie di attacco forgiando pacchetti false, inoltre tutti questi
1364 dati passano in chiaro sulla rete e sono esposti all'osservazione di chiunque
1365 si trovi in mezzo.
1366
1367 Con IPv4 non è possibile realizzare un meccanismo di autenticazione e
1368 riservatezza a un livello inferiore al primo (quello di applicazione), con
1369 IPv6 è stato progettata la possibilità di intervenire al livello di rete (il
1370 terzo) prevedendo due apposite estensioni che possono essere usate per fornire
1371 livelli di sicurezza a seconda degli utenti. La codifica generale di questa
1372 architettura è riportata
1373 nell'\href{http://www.ietf.org/rfc/rfc2401.txt}{RFC~2401}.
1374
1375 Il meccanismo in sostanza si basa su due estensioni:
1376 \begin{itemize}
1377 \item una intestazione di sicurezza (\textit{authentication header}) che
1378   garantisce al destinatario l'autenticità del pacchetto
1379 \item un carico di sicurezza (\textit{Encrypted Security Payload}) che
1380   assicura che solo il legittimo ricevente può leggere il pacchetto.
1381 \end{itemize}
1382
1383 Perché tutto questo funzioni le stazioni sorgente e destinazione devono
1384 usare una stessa chiave crittografica e gli stessi algoritmi, l'insieme degli
1385 accordi fra le due stazioni per concordare chiavi e algoritmi usati va sotto
1386 il nome di associazione di sicurezza.
1387
1388 I pacchetti autenticati e crittografati portano un indice dei parametri di
1389 sicurezza (SPI, \textit{Security Parameter Index}) che viene negoziato prima
1390 di ogni comunicazione ed è definito dalla stazione sorgente. Nel caso di
1391 \textit{multicast} dovrà essere lo stesso per tutte le stazioni del gruppo.
1392
1393 \subsection{Autenticazione}
1394 \label{sec:auth}
1395
1396 Il primo meccanismo di sicurezza è quello dell'intestazione di autenticazione
1397 (\textit{authentication header}) che fornisce l'autenticazione e il controllo
1398 di integrità (ma senza riservatezza) dei pacchetti IP.
1399
1400 L'intestazione di autenticazione ha il formato descritto in
1401 fig.~\ref{fig:autent_estens}: il campo \textit{Next Header} indica
1402 l'intestazione successiva, con gli stessi valori del campo omonimo
1403 nell'intestazione principale di IPv6, il campo \textit{Length} indica la
1404 lunghezza dell'intestazione di autenticazione in numero di parole a 32 bit, il
1405 campo riservato deve essere posto a zero, seguono poi l'indice di sicurezza,
1406 stabilito nella associazione di sicurezza, e un numero di sequenza che la
1407 stazione sorgente deve incrementare di pacchetto in pacchetto.
1408
1409 Completano l'intestazione i dati di autenticazione che contengono un valore di
1410 controllo di integrità (ICV, \textit{Integrity Check Value}), che deve essere
1411 di dimensione pari a un multiplo intero di 32 bit e può contenere un padding
1412 per allineare l'intestazione a 64 bit. Tutti gli algoritmi di autenticazione
1413 devono provvedere questa capacità.
1414
1415 \begin{figure}[!htb]
1416   \centering
1417   \includegraphics[width=10cm]{img/ah_option}
1418     \caption{Formato dell'intestazione dell'estensione di autenticazione.}
1419     \label{fig:autent_estens}
1420 \end{figure}
1421
1422 L'intestazione di autenticazione può essere impiegata in due modi diverse
1423 modalità: modalità trasporto e modalità tunnel.
1424
1425 La modalità trasporto è utilizzabile solo per comunicazioni fra stazioni
1426 singole che supportino l'autenticazione. In questo caso l'intestazione di
1427 autenticazione è inserita dopo tutte le altre intestazioni di estensione
1428 eccezion fatta per la \textit{Destination Option} che può comparire sia
1429 prima che dopo.
1430
1431 \begin{figure}[!htb]
1432   \centering
1433   \includegraphics[width=10cm]{img/IP_AH_packet}
1434   \caption{Formato di un pacchetto IPv6 che usa l'opzione di autenticazione.}
1435   \label{fig:AH_autent_head}
1436 \end{figure}
1437
1438 La modalità tunnel può essere utilizzata sia per comunicazioni fra stazioni
1439 singole che con un gateway di sicurezza; in questa modalità ...
1440
1441
1442 L'intestazione di autenticazione è una intestazione di estensione inserita
1443 dopo l'intestazione principale e prima del carico dei dati. La sua presenza
1444 non ha perciò alcuna influenza sui livelli superiori dei protocolli di
1445 trasmissione come il TCP.
1446
1447
1448 La procedura di autenticazione cerca di garantire l'autenticità del pacchetto
1449 nella massima estensione possibile, ma dato che alcuni campi dell'intestazione
1450 di IP possono variare in maniera impredicibile alla sorgente, il loro valore
1451 non può essere protetto dall'autenticazione.
1452
1453 Il calcolo dei dati di autenticazione viene effettuato alla sorgente su una
1454 versione speciale del pacchetto in cui il numero di salti nell'intestazione
1455 principale è impostato a zero, così come le opzioni che possono essere
1456 modificate nella trasmissione, e l'intestazione di routing (se usata) è posta
1457 ai valori che deve avere all'arrivo.
1458
1459 L'estensione è indipendente dall'algoritmo particolare, e il protocollo è
1460 ancora in fase di definizione; attualmente è stato suggerito l'uso di una
1461 modifica dell'MD5 chiamata \textit{keyed MD5} che combina alla codifica anche
1462 una chiave che viene inserita all'inizio e alla fine degli altri campi.
1463
1464
1465 \subsection{Riservatezza}
1466 \label{sec:ecry}
1467
1468 Per garantire una trasmissione riservata dei dati, è stata previsto la
1469 possibilità di trasmettere pacchetti con i dati criptati: il cosiddetto ESP,
1470 \textit{Encripted Security Payload}. Questo viene realizzato usando con una
1471 apposita opzione che deve essere sempre l'ultima delle intestazioni di
1472 estensione; ad essa segue il carico del pacchetto che viene criptato.
1473
1474 Un pacchetto crittografato pertanto viene ad avere una struttura del tipo di
1475 quella mostrata in fig.~\ref{fig:ESP_criptopack}, tutti i campi sono in chiaro
1476 fino al vettore di inizializzazione, il resto è crittografato.
1477
1478 \begin{figure}[!htb]
1479   \centering
1480   \includegraphics[width=10cm]{img/esp_option}
1481   \caption{Schema di pacchetto crittografato.}
1482   \label{fig:ESP_criptopack}
1483 \end{figure}
1484
1485
1486
1487 \subsection{Auto-configurazione}
1488 \label{sec:IP_ipv6_autoconf}
1489
1490 Una delle caratteristiche salienti di IPv6 è quella dell'auto-configurazione,
1491 il protocollo infatti fornisce la possibilità ad un nodo di scoprire
1492 automaticamente il suo indirizzo acquisendo i parametri necessari per potersi
1493 connettere a internet.
1494
1495 L'auto-configurazione sfrutta gli indirizzi link-local; qualora sul nodo sia
1496 presente una scheda di rete che supporta lo standard IEEE802 (ethernet) questo
1497 garantisce la presenza di un indirizzo fisico a 48 bit unico; pertanto il nodo
1498 può assumere automaticamente senza pericoli di collisione l'indirizzo
1499 link-local \texttt{FE80::xxxx:xxxx:xxxx} dove \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} è
1500 l'indirizzo hardware della scheda di rete.
1501
1502 Nel caso in cui non sia presente una scheda che supporta lo standard IEEE802
1503 allora il nodo assumerà ugualmente un indirizzo link-local della forma
1504 precedente, ma il valore di \texttt{xxxx:xxxx:xxxx} sarà generato
1505 casualmente; in questo caso la probabilità di collisione è di 1 su 300
1506 milioni. In ogni caso per prevenire questo rischio il nodo invierà un
1507 messaggio ICMP \textit{Solicitation} all'indirizzo scelto attendendo un certo
1508 lasso di tempo; in caso di risposta l'indirizzo è duplicato e il
1509 procedimento dovrà essere ripetuto con un nuovo indirizzo (o interrotto
1510 richiedendo assistenza).
1511
1512 Una volta ottenuto un indirizzo locale valido diventa possibile per il nodo
1513 comunicare con la rete locale; sono pertanto previste due modalità di
1514 auto-configurazione, descritte nelle seguenti sezioni. In ogni caso
1515 l'indirizzo link-local resta valido.
1516
1517 \subsection{Auto-configurazione stateless}
1518 \label{sec:stateless}
1519
1520 Questa è la forma più semplice di auto-configurazione, possibile quando
1521 l'indirizzo globale può essere ricavato dall'indirizzo link-local cambiando
1522 semplicemente il prefisso a quello assegnato dal provider per ottenere un
1523 indirizzo globale.
1524
1525 La procedura di configurazione è la seguente: all'avvio tutti i nodi IPv6
1526 iniziano si devono aggregare al gruppo di \itindex{multicast}
1527 \textit{multicast} \textit{all-nodes} programmando la propria interfaccia per
1528 ricevere i messaggi dall'indirizzo \textit{multicast} \texttt{FF02::1} (vedi
1529 sez.~\ref{sec:IP_ipv6_multicast}); a questo punto devono inviare un messaggio
1530 ICMP \textit{Router solicitation} a tutti i router locali usando l'indirizzo
1531 \itindex{multicast} \textit{multicast} \texttt{FF02::2} usando come sorgente
1532 il proprio indirizzo link-local.
1533
1534 Il router risponderà con un messaggio ICMP \textit{Router Advertisement} che
1535 fornisce il prefisso e la validità nel tempo del medesimo, questo tipo di
1536 messaggio può essere trasmesso anche a intervalli regolari. Il messaggio
1537 contiene anche l'informazione che autorizza un nodo a autocostruire
1538 l'indirizzo, nel qual caso, se il prefisso unito all'indirizzo link-local non
1539 supera i 128 bit, la stazione ottiene automaticamente il suo indirizzo
1540 globale.
1541
1542 \subsection{Auto-configurazione stateful}
1543 \label{sec:stateful}
1544
1545 Benché estremamente semplice l'auto-configurazione stateless presenta alcuni
1546 problemi; il primo è che l'uso degli indirizzi delle schede di rete è
1547 molto inefficiente; nel caso in cui ci siano esigenze di creare una gerarchia
1548 strutturata su parecchi livelli possono non restare 48~bit per l'indirizzo
1549 della singola stazione; il secondo problema è di sicurezza, dato che basta
1550 introdurre in una rete una stazione autoconfigurante per ottenere un accesso
1551 legale.
1552
1553 Per questi motivi è previsto anche un protocollo stateful basato su un server
1554 che offra una versione IPv6 del DHCP; un apposito gruppo di \textit{multicast}
1555 \texttt{FF02::1:0} è stato riservato per questi server; in questo caso il nodo
1556 interrogherà il server su questo indirizzo di \textit{multicast} con
1557 l'indirizzo link-local e riceverà un indirizzo unicast globale.
1558
1559
1560 \section{Il protocollo ICMP}
1561 \label{sec:ICMP_protocol}
1562
1563 Come già accennato nelle sezioni precedenti, l'\textit{Internet Control
1564   Message Protocol} è un protocollo di servizio fondamentale per il
1565 funzionamento del livello di rete. Il protocollo ICMP viene trasportato
1566 direttamente su IP, ma proprio per questa sua caratteristica di protocollo di
1567 servizio è da considerarsi a tutti gli effetti appartenente al livello di
1568 rete.
1569
1570 \subsection{L'intestazione di ICMP}
1571 \label{sec:ICMP_header}
1572
1573 Il protocollo ICMP è estremamente semplice, ed il suo unico scopo è quello di
1574 inviare messaggi di controllo; in fig.~\ref{fig:ICMP_header} si è riportata la
1575 struttura dell'intestazione di un pacchetto ICMP generico.
1576
1577 \begin{figure}[!htb]
1578   \centering \includegraphics[width=12cm]{img/icmp_head}
1579   \caption{L'intestazione del protocollo ICMP.}
1580   \label{fig:ICMP_header}
1581 \end{figure}
1582
1583 Ciascun pacchetto ICMP è contraddistinto dal valore del primo campo, il tipo,
1584 che indica appunto che tipo di messaggio di controllo viene veicolato dal
1585 pacchetto in questione; i valori possibili per questo campo, insieme al
1586 relativo significato, sono riportati in tab.~\ref{tab:ICMP_type}.
1587
1588 \begin{table}[!htb]
1589   \centering
1590   \footnotesize
1591   \begin{tabular}{|l|l|p{9.5cm}|}
1592     \hline
1593     \textbf{Valore}&\textbf{Tipo}&\textbf{Significato}\\
1594     \hline
1595     \hline
1596     \texttt{any} & -- & Seleziona tutti i possibili valori \\
1597     \hline
1598     \textit{echo-reply}             &0& Inviato in risposta ad un ICMP
1599                                         \textit{echo-request}.\\
1600     \textit{destination-unreachable}&3& Segnala una destinazione
1601                                         irraggiungibile, viene
1602                                         inviato all'IP sorgente di un
1603                                         pacchetto quando un router realizza
1604                                         che questo non può essere inviato a
1605                                         destinazione.\\
1606     \textit{source-quench}          &4& Inviato in caso di congestione della
1607                                         rete per indicare all'IP sorgente di
1608                                         diminuire il traffico inviato.\\
1609     \textit{redirect}               &5& Inviato per segnalare un errore di
1610                                         routing, richiede che la macchina
1611                                         sorgente rediriga il traffico ad un
1612                                         altro router da esso specificato.\\
1613     \textit{echo-request}           &8& Richiede l'invio in risposta di un
1614                                         \textit{echo-reply}.\\
1615 %    \textit{router-advertisement}   & & \\
1616 %    \textit{router-solicitation}    & & \\
1617     \textit{time-exceeded}          &11& Inviato quando il TTL di un pacchetto
1618                                          viene azzerato.\\
1619     \textit{parameter-problem}      &12& Inviato da un router che rileva dei
1620                                          problemi con l'intestazione di un
1621                                          pacchetto.\\
1622     \textit{timestamp-request}      &13& Richiede l'invio in risposta di un
1623                                          \textit{timestamp-reply}.\\
1624     \textit{timestamp-reply}        &14& Inviato in risposta di un
1625                                          \textit{timestamp-request}.\\
1626     \textit{info-request}           &15& Richiede l'invio in risposta di un
1627                                          \textit{info-reply}.\\
1628     \textit{info-reply}             &16& Inviato in risposta di un
1629                                          \textit{info-request}.\\
1630     \textit{address-mask-request}   &17& Richiede l'invio in risposta di un
1631                                          \textit{address-mask-reply}.\\
1632     \textit{address-mask-reply}     &18& Inviato in risposta di un
1633                                          \textit{address-mask-request}.\\
1634     \hline
1635   \end{tabular}
1636   \caption{I valori del \textsl{tipo} per i pacchetti ICMP.}
1637 \label{tab:ICMP_type}
1638 \end{table}
1639
1640 Per alcuni tipi di messaggi ICMP, esiste un secondo campo, detto codice, che
1641 specifica ulteriormente la natura del messaggio; i soli messaggi che
1642 utilizzano un valore per questo campo sono quelli di tipo
1643 \textit{destination-unreachable}, \textit{redirect}, \textit{time-exceeded} e
1644 \textit{parameter-problem}. I possibili valori del codice relativi a ciascuno
1645 di essi sono stati riportati nelle quattro sezioni in cui si è suddivisa
1646 tab.~\ref{tab:ICMP_code}, rispettivamente nell'ordine con cui sono appena
1647 elencati i tipi a cui essi fanno riferimento.
1648
1649 \begin{table}[!htb]
1650   \centering
1651   \footnotesize
1652   \begin{tabular}{|l|l|}
1653     \hline
1654     \textbf{Valore}&\textbf{Codice}\\
1655     \hline
1656     \hline
1657     \textit{network-unreachable}      &0\\
1658     \textit{host-unreachable}         &1\\
1659     \textit{protocol-unreachable}     &2\\
1660     \textit{port-unreachable}         &3 \\
1661     \textit{fragmentation-needed}     &4\\
1662     \textit{source-route-failed}      &5\\
1663     \textit{network-unknown}          &6\\
1664     \textit{host-unknown}             &7\\
1665     \textit{host-isolated}            &8\\
1666     \textit{network-prohibited}       &9\\
1667     \textit{host-prohibited}          &10 \\
1668     \textit{TOS-network-unreachable}  &11 \\
1669     \textit{TOS-host-unreachable}     &12 \\
1670     \textit{communication-prohibited} &13 \\
1671     \textit{host-precedence-violation}&14 \\
1672     \textit{precedence-cutoff}        &15 \\
1673     \hline
1674     \textit{network-redirect}         &0  \\
1675     \textit{host-redirect}            &1  \\
1676     \textit{TOS-network-redirect}     &2  \\
1677     \textit{TOS-host-redirect}        &3  \\
1678     \hline
1679     \textit{ttl-zero-during-transit}  &0 \\
1680     \textit{ttl-zero-during-reassembly}&1 \\
1681     \hline
1682     \textit{ip-header-bad}            &0 \\
1683     \textit{required-option-missing}  &1 \\
1684     \hline
1685   \end{tabular}
1686   \caption{Valori del campo \textsl{codice} per il protocollo ICMP.}
1687 \label{tab:ICMP_code}
1688 \end{table}
1689
1690
1691 % LocalWords:  sez Protocol IPv dall' RFC Ethernet Token FDDI Universal host of
1692 % LocalWords:  addressing Best effort l'host router IANA Assigned Number tab to
1693 % LocalWords:  Authority quest'ultime multicast group reserved for CIDR Domain
1694 % LocalWords:  Classless Routing TOS Type Service IPTOS LOWDELAY THROUGHPUT QoS
1695 % LocalWords:  RELIABILITY MINCOST optval anycast unicast fig header version FE
1696 % LocalWords:  priority flow label payload length next hop limit live source FF
1697 % LocalWords:  destination identification fragment checksum TCP UDP ICMPv type
1698 % LocalWords:  service head total fragmentation protocol broadcast broadcasting
1699 % LocalWords:  multicasting path MTU discovery NSAP IPX based geografic local
1700 % LocalWords:  routing format prefix Registry Subscriber Intra Regional SSH
1701 % LocalWords:  Register INTERNIC NCC APNIC subscriber Interface MAC address Reg
1702 % LocalWords:  Subnet Naz Prov Subscr FEBF bootstrap FEC FEFF DNS socket FFFF
1703 % LocalWords:  sull'host loopback scop all nodes routers rip cbt name dhcp HBH
1704 % LocalWords:  agents servers relays solicited extension options route Keyword
1705 % LocalWords:  Authentication Encapsulation ICMP Control Message GGP Gateway ST
1706 % LocalWords:  encapsulation Stream Trasmission Datagram RH FH IDRP ESP Null ip
1707 % LocalWords:  Encrypted Security IGRP OSPF Short First tunnelling FFFFFF hash
1708 % LocalWords:  news FTP NFS authentication Parameter Index ICV Integrity Value
1709 % LocalWords:  padding Option gateway dell'MD keyed Encripted IEEE ethernet any
1710 % LocalWords:  Solicitation netfilter iptables TFTP streaming Normal IGMP
1711 % LocalWords:  stateless solicitation Advertisement stateful Transfer Unit echo
1712 % LocalWords:  l'autoconfigurazione reply request unreachable all'IP quench TTL
1713 % LocalWords:  redirect exceeded parameter problem timestamp info mask port ttl
1714 % LocalWords:  needed failed unknown isolated prohibited communication cutoff
1715 % LocalWords:  precedence violation during reassembly bad required option
1716 % LocalWords:  missing
1717
1718
1719
1720 %%% Local Variables:
1721 %%% mode: latex
1722 %%% TeX-master: "gapil"
1723 %%% End: