Fase 2 - Universidade do Porto

Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto
Estratégias de Transição de IPv4 para IPv6
Criação de um projecto piloto IPv6 na FEUPnet
Tito Carlos S. Vieira
29 Junho 2001
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
1
Sumário
 Evolução do protocolo IP
 Internet Protocol versão 6 (IPv6)
 Especificação IPv6
 Endereçamento IPv6
 Estratégias de transição de IPv4 para IPv6
 Dual Stack IP
 Túneis IPv6 em IPv4
 6over4
 Cenários de transição de IPv4 para IPv6




Computadores IPv6 isolados numa infra-estrutura IPv4
Uma empresa com ligações externas
Uma empresa que utiliza NAT
Aplicações dependentes de IPv4
 Desenvolvimento
 Teste e Avaliação
 Conclusões e Perspectivas futuras
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
2
Motivação para o IPng
 As principais restrições do IPv4 são:
 Número máximo de endereços disponíveis aquém do necessário
 Tamanho excessivo das tabelas de encaminhamento
 Aparecimento de novas tecnologias das quais o IPv4 dificilmente
tira partido
 Aparecimento de novos serviços e aplicações
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
3
Datagrama IPv6
Version
Indica a versão do protocolo
Priority
Indicador da prioridade de datagrama
Flow Label
Identificador de fluxo
Payload Length
Indica, em bytes, o tamanho total do datagrama IP excluindo o cabeçalho
Next header
Identifica o tipo do cabeçalho que se encontra imediatamente após o cabeçalho IPv6
Hop Limit
Indica o número máximo de nós intermédios que o pacote pode percorrer até alcançar o
destino
Source Address & Destination Address
Armazenam os endereços dos nó de origem e destino, respectivamente
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
4
Cabeçalhos de extensão IPv6
 Em muitos casos é necessário colocar
informação adicional no cabeçalho. Para
estas excepções o IPv6 providencia
cabeçalhos de extensão
 A sua presença é indicada pelo valor zero no
campo Next header do cabeçalho IPv6
Valor
Descrição
0
Hop-by-hop Options Header
43
Routing Header
44
Fragment Header
51
Autenthication Header
59
No Next header
60
Destination Options Header
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
5
Endereçamento IPv6
Endereços de 128 bitsaumento de um factor
de 296 face ao IPv4
Em IPv6 são definidos três tipos de endereços:
Unicast - Um identificador para uma única interface
Anycast - Um identificador para um conjunto de interfaces. Um pacote
enviado para um endereço anycast é entregue apenas a uma interface do conjunto
Multicast -
Um identificador para um conjunto de interfaces, tipicamente
pertencentes a nós diferentes. Um pacote enviado para um endereço multicast é
entregue a todas as interfaces do conjunto
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
6
Representação de endereços
1. A forma preferida é x:x:x:x:x:x:x:x onde os “x” são
valores hexadecimais
2. O endereço é formado por oito grupos de 16 bits
• Exemplo: FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
3. Supressão de zeros


Utiliza o símbolo “::” que representa múltiplos de grupos de 16
bits de zeros
O símbolo “::” só pode aparecer uma vez num endereço
3. Representação de um ambiente misto de endereços IPv4 e
IPv6

Sintaxe: x:x:x:x:x:x:d.d.d.d
• “x”  valores hexadecimais dos seis grupos de 16 bits de ordem mais alta
• “d”  valores decimais (endereço IPv4)
• Exemplo ::FFFF:129.144.52.38
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
7
Endereços Unicast
 O endereço unicast identifica apenas uma interface
Um pacote destinado a um endereço unicast é enviado directamente para a interface
especificada pelo endereço
 Os vários tipos de endereços unicast são:







Aggregatable Global Unicast
IPv4 compatible
NSAP
IPX
Link Local
Site Local
loopback
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
8
Aggregatable Global Unicast
 Estão organizados em três níveis hierárquicos
 Topologia pública (Public Topology) – um conjunto de
fornecedores que providenciam ou transportam serviços de Internet
 Topologia do site (Site Topology) – refere-se à topologia local
de uma organização, não providencia serviços de transporte para além da
organização
 Identificador da interface (Interface Identifier) – Identifica
as interfaces num link
Global
Tito Carlos S. Vieira
Site-Local
[email protected]
Link-local
9
Aggregatable Global Unicast
 Formato de Prefixo (FP – Format Prefix) - valor 001.
 Este campo é usado para identificar o tipo de endereços, por exemplo endereços
multicast ou diferentes tipos de endereços unicast.
 TLA ID (Top Level Aggregator) - Nível mais alto da hierarquia de routing. Na
6bone atribuído o valor 0x1FFE
 NLA ID - Next level aggregator - Representa os actuais fornecedores de topo na
6bone. São também designados por pTLA (pseudo TLA)
 SLA ID – Site level aggregator
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
10
Comparação entre IPv4 e IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
11
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
12
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
13
Estratégias de transição de IPv4
para IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
14
Objectivos para a transição

Consideram-se cinco grandes objectivos para a transição
1. Interfuncionamento entre nós que implementam IPv4 e nós que
implementam IPv6
2. Permitir que nós IPv6 sejam adicionados de forma incremental
3. Garantir que a transição seja tão fácil quanto possível para os utilizadores
finais, administradores de sistemas e operadores de rede
4. Assegurar um número mínimo de dependências de actualização
5. Garantir um baixo custo de implantação
 Mecanismos definidos para a transição de IPv4 para IPv6
 Dual Stack IP
 Túneis IPv6 em IPv4
 IPv6 over IPv4
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
15
Dual Stack IP
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
16
Túneis IPv6 em IPv4
 Objectivo: encapsular pacotes IPv6 em pacotes IPv4, de
forma a viabilizar a transmissão sobre a infra-estrutura IPv4
 Adicionar um cabeçalho especial IPv4 a um datagrama IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
17
Túneis IPv6 em IPv4
Túnel Configurado
O endereço do nó de saída do túnel é
determinado com base em informação
de configuração
Túnel Automático
O endereço do nó de saída do túnel
é determinado a partir do pacote
que vai ser encapsulado
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
18
IPv6 over IPv4
 O objectivo é permitir que nós IPv6 isolados consigam
comunicar com outros nós IPv6 utilizando um domínio
multicast IPv4 como o seu endereço link-local virtual
 Os pacotes IPv6 são transmitidos em pacotes IPv4 com o
valor 41 como tipo de protocolo
 O cabeçalho IPv4 contém os endereços de origem e destino
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
19
Cenários de Transição de IPv4 para IPv6
 Cenário 1 – Computadores IPv6 isolados numa
infra-estrutura IPv4 pretendem comunicar com
uma rede IPv6
 Cenário 2 – Uma empresa com ligações externas
 Cenário 3 – Uma pequena/média empresa que
utiliza NAT
 Cenário 4 – Aplicações dependentes de IPv4
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
20
Cenário 1
 Solução 1- Exige suporte
Descrição
2. Configuração do túnel
entre R1 e R2. Os pacotes
IPv6 são encapsulados e
enviados para R2.
de Multicast
Dual Stack
6over4
Configuração de túneis
Rede IPv4
Rede IPv6
Internet (IPv4)
6over4
túnel
Host
IPv4
IPv4/IPv6
1. Pacotes IPv6 encapsulados
em pacotes IPv4 multicast
enviados da interface 6over4
do host para a interface 6over4
do router(R1).
Router
IPv4 (R1)
Router
IPv4/IPv6
(R1)
Router IPv4/IPv6 (R2)
Banco Agência
Host
IPv6
Banco Central
 Exigências:
Solução
2 – Não requer
Multicast • Os nós IPv6 do Banco central precisam de comunicar com todos os
outros nós da rede da agência
Dual Stack
• Não
é permitida a utilização de tradutores para garantir a utilização
Configuração
de túneis
Rede IPv4 de segurança e procedimentos de autenticação,
das funcionalidades
Rede IPv6
Internet (IPv4)
disponíveis no IPv6
Túnel Host—R2
• Não são permitidas alterações
na rede central do Banco
Host
Host
IPv4/IPv6
IPv4
Router IPv4 (R1)
Router IPv4/IPv6 (R2)
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
Host
IPv6
21
Cenário 2
 Requisitos da migração
 Hipóteses
 Site 1 é o principal
 Sites 2 e 3 já implementam
Dual stack IP
 Algumas aplicações
funcionam apenas em IPv4
 Necessidade de comunicar
com nós apenas IPv6
 Necessidade de comunicar
com nós apenas IPv4
 Minimizar o tráfego IPv4
Site 2
Rede IPv4/IPv6
Site 1
Escritório principal
Rede apenas IPv4
Rede IPv4
Site 3
Rede IPv4/IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
22
Descrição do cenário 2
 Site 1 (Principal)
 5 domínios: 4 Ethernet; 1 Token
Ring
 2 anéis FDDI
 A rede não suporta multicasting
 Os nós do Domínio 5 executam
aplicações dependentes de IPv4
 Todos os domínios contêm:
• Um router que interliga as várias
subredes de cada domínio e o
backbone
• Serviços de DHCP, DNS, Mail e
servidores de ficheiros
R1
FDDI-01
Domínio 6
Domínio novo
R2
R3
R8
Domínio 5
Contém aplicações
dependentes de IPv4
FDDI-02
R9
R4
ET
H
1
ET
H
3
ETH 2
R5
ET
H
4
ET
H
6
ETH 5
R7
R6
ET
H
7
ET
H
8
ETH 8
TR-02
TR-03
TR-01
Domínio 1
Domínio 2
Domínio 3
Domínio 4
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
23
Transição faseada
IPv6
R1
Fase 1 - Routers do backbone
Fase 2 - Domínio 1
FDDI-01
Fase 3 - Domínios 2, 3 e 4
Domínio 6
Domínio novo
IPv6
Fase 4 - Domínio 5
IPv6
R2
R3
R8
R8
Fase 5 - Domínio 6
Domínio 5
Contém aplicações
dependentes
de IPv4
Solução
1- Dual
stack
FDDI-02
em
todos os equipamentos
R9
Solução 2- Dual stack
nosrouters
e Bump in the
R7
R7
Stack
IPv6
R5
R5
R4
ET
H
1
DNS
ET
H
3
DHCP
ET
ET
H
H
44
ET
ET
H
H
66
R6
R6
ET
ET
H
H
77
ETH
ETH 55
ETH 2
Mail/File Servers
Router
DNS
ET
ET
HH
88
ETH 8
ETH
DHCP
Mail/File Servers
Domínio 1
Routers
Fase 1
Domínio 1
Fase 2
Domínio 2
Domínios 2,3,4 Domínio 5
Fase 3
Fase 4
TR-02
TR-02
TR-03
TR-03
TR-01
TR-01
Domínio 3
Domínio 6
Domínio 4
Fase 5
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
24
Cenário 3
 Descrição
 Empresa que possui nove escritórios distribuídos
geograficamente em pontos estratégicos
 Cada escritório contém servidores de DHCP, DNS,
E-mail e routers que são utilizados entre escritórios
para optimizar o tráfego
 A rede utiliza um espaço de endereçamento não
global, cujos prefixos são 192.168/16 e cada
escritório usa um prefixo /24
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
25
Cenário 3
Router;
DNS;DHCP
Valença
Router
Ponte Lima
E-mail
DNS;DHCP
E-mail
Router
DNS;DHCP
Viana
Router
DNS;DHCP
E-mail
E-mail
Vila do Conde
Router
DNS;DHCP
E-mail
Router
Antas
(Porto)
Router
Areosa
(Porto)
DNS;DHCP
E-mail
DNS;DHCP
Router
E-mail
DNS;DHCP
Matosinhos
Sede
NAT;
DNS
Paranhos
(Porto)
Firewall
(Porto)
4 Mbps
Maia
(Porto)
Router
DNS;DHCP
Gaia
E-mail
(Porto)
E-mail
Internet
Router
DNS;DHCP
E-mail
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
26
Solução para Cenário 3
Fase 3- 4º
Valença
Valença
Fase 3- 3º
Ponte Lima
Lima
Ponte
FASE 1
IPv6 na SEDE
Fase 3- 2º
Viana
Viana
FASE 2
IPv6 nos escritórios do Porto
Fase 3- 1º
Vilado
do Conde
Vila
Conde
FASE 3
IPv6 nos restantes escritórios
Antas
FASE 1
Ordem:
2
Ordem:
•Router principal
•Servidores deSede
DHCP
Paranhos
PORTO
•Servidores
de
DNS
(Porto)
•Outros servidores: Mail;HTTP; FTP; etc...
etc..
•Postos de trabalho
FASE 4
(Porto)
Areosa
(Porto)
Matosinhos
(Porto)
4 Mbps
Maia
(Porto)
Desactivar IPv4 pela ordem inversa
Gaia
Internet
Sede
Escr. Porto
Rest. Escrit
Fase Final
Fase 3
Fase 4
(Porto)
Fase 1
Fase 2
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
27
Cenário 4
 A dependência de aplicações ao IPv4 poderá
inviabilizar uma solução totalmente IPv6
 Esta dependência não inviabilizará globalmente
a utilização de IPv6
 Soluções aconselhadas
 Reescrita das aplicações para suportar IPv6
 Existência de uma rede que suporte IPv4 e IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
28
Cenário 4
Solução Ideal: Reescrita das aplicações para
suportar IPv6
 Descrição do cenário
Solução possível (3 fases)
 Rede suporta IPv4/IPv6
 Nós apenas IPv4
IPv4/IPv6
IPv6
IPv4/IPv6
IPv6
FASE 1
Configurar Dual Stack
FASE 2
Tradutor (Bump in the Stack)
IPv4/IPv6
IPv6
IPv4/IPv6
IPv6
FASE 3
Eliminar o tráfego IPv4
IPv4/IPv6
IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
29
Desenvolvimento
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
30
Bancada de Testes
 Equipamento utilizado
• 1 router CISCO 2500
• 1 hub com 8 portas
• 4 Computadores
 Sistemas Operativos
• Linux RedHat 5.1
• MS Windows (NT e 2000)
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
31
1- Implementação de IPv6 no Router
 IOS versão 11.3
 Interface “Ethernet 0”
• Entradas “IPv6 address” e “IPv6 mtu”
• Apenas suporta IPv6 conforme indica
a entrada “no ip address”
• Prefixo “3FFE:31FF:0:3::/64”
 Interface “Ethernet 1”
• Existência do endereço IPv4 e
ausência de endereços IPv6
 Comunicações IPv6 pela interface
“Ethernet 0” e comunicações IPv4
pela interface “Ethernet 1”
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
32
2- Implementação de IPv6 em Linux
Utilização das recomendações de
Peter Bieringer
3- Implementação de IPv6
em Windows 2000 / NT 4
Utilização do protocolo “MSR
IPv6 Protocol”
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
33
Implementação de serviços e
protocolos sobre IPv6
 DNS





Criada a zona ipv6.fe.up.pt
Configurado no servidor Linux (tanenbaum)
Utilização de “bind” na versão 8.1.2
Campos “AAAA”
Configuração
• Configuração do ficheiro named.conf
• Configuração das zonas
• Configuração do reverse das zonas
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
34
Configuração das Zonas
Configuração do Reverse das Zonas
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
35
Implementação de HTTP
 Plataforma: Linux
 Servidor: Apache 1.3
 Browser: Chimera
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
36
Implementação de mecanismos
de transição de IPv4 para IPv6
 Cenários criados
 Primeiro: decorre da necessidade de comunicação
entre a ilha IPv6 e outros nós IPv4 do campus da
FEUP
 Segundo: baseia-se no propósito de integrar a ilha
IPv6 com outras plataformas de investigação IPv6 no
resto do mundo
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
37
Cenário 1
 Implementação de Dual Stack
Ilha IPv6.fe.up.pt
ooloo
tanenbaum
tito
Hub
IPv6
IPv6
IPv4
Router
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
38
Cenário 2
 Ligação à 6bone
 Solicitação do prefixo IPv6 (3ffe:31ff:0:3::/64)
 Túnel com a FCCN
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
39
Teste e Avaliação
 Tráfego na ilha IPv6
 Implementação do software MRTG
 Análises
•
•
•
•
Anuais
Mensais
Semanais
Diárias
 Sistema de Monitorização
 Objectivo: analisar a qualidade da comunicação IPv6
existente na ilha IPv6 da FEUP e entre esta e outros
sítios IPv6, no resto do mundo
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
40
Interface “Ethernet 0”
MRTG
Interface “Ethernet 1”
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
Trafego Entrada
Trafego Saída
41
Sistema de Monitorização
 Observação das seguintes métricas
 conectividade
 taxa de perda de pacotes
• Nº de retransmissões
 tempos de resposta
• tempo de contacto com um determinado sistema remoto
 Utilização de ping para recolher os valores das
métricas referidas
 Verificação:Local; Regional; Nacional;
Internacional
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
42
Os processos de recolha de dados
 O sistema de monitorização iniciou a recolha de
dados em Agosto de 2000
 Os dados recolhidos exigiram a implementação de
um sistema de análise, de forma a poderem ser
lidos melhor e mais facilmente
 Criação de gráficos de barras que sintetizam a
informação das milhares de linhas registadas
 Criação de uma interface web para a apresentação
dos gráficos
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
43
A página com a informação
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
44
Resultados Obtidos
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
45
Conclusões da experimentação
 As comunicações baseadas em IPv6 são possíveis
 O IPv6 está disponível para implementação em routers de diversos
fabricantes e em diversos sistemas operativos
 O IPv6 está a criar junto da comunidade técnica uma ligação forte
com vista à sua implementação
 A transição para IPv6 pode fazer-se de forma incremental
 A utilização de IPv6 não obriga à descontinuação do IPv4
 A implementação de IPv6 numa organização não depende nem fica
condicionada pela utilização de IPv6 na infra-estrutura do seu ISP
 O endereçamento de nós IPv6 pode fazer-se automaticamente
 A organização e constituição dos endereços IPv6 é mais vantajosa e
eficiente do que a do seu antecessor IPv4
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
46
 Conclusões de âmbito global
 A adopção do IPv6 é (neste momento) irreversível
 Será desnecessário manter esforços no sentido de prolongar a
vida do IPv4
 O IPv6 não resolve apenas os problemas de endereçamento do
IPv4
 Perspectivas Futuras
 Estudar os aspectos relacionados com segurança, routing e
mobilidade em IPv6
 Averiguar a possibilidade de implementar IPv6 em algumas
salas de informática, da FEUPnet
 Publicar e editar um livro sobre IPv6
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
47
 “IPv6 on everything” – IPv6 Forum
 “IPv4 is in the same state as DOS/Windows
3.1!” – IPv6 Forum
US Summit 2000
 “Internet is for everyone, everywhere!”
 “If you think Internet is for everyone
everywhere you think IPv6!”
Terena 2000
Tito Carlos S. Vieira
[email protected]
48