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M1 Informatique

Réseaux

Cours 5 – Le Futur d’Internet - IPv6

Notes de Cours

DEPUIS PRES DE VINGT ANS, LA VERSION AMELIOREE DU PROTOCOLE IP A ETE standardi-sée. Le déploiement de cet Internet version 6 est en cours. Cependant, sa diffusion est

loin d’être complète, et par un "effet réseau" bien connu, de nombreuses entités préfèrentattendre que tout le monde ait basculé avant de le faire elles-mêmes.

1 Introduction

1.a "Vous êtes Ici"

TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model

1.b Limitations de IPv4

Malgré le succès d’internet, certains problèmes demeurent— sécurité

E. Godard http://pageperso.lis-lab.fr/~emmanuel.godard/m1 reseaux/

https://pageperso.lis-lab.fr/emmanuel.godard/enseignement/m1 reseaux/

Réseaux : Cours 5 RÉSEAUX M1 Informatique

— trop peu d’adresses (épuisées chez l’IANA depuis 2011, au RIPE prévu pour le 5 no-vembre 2019)

— => adresses privées et NAT=> rupture du pair-à-pair

1.c Réalité de l’épuisement des adresses IPv4

Alerte de l’ARCEP en septembre 2019 :

1.d Rappel : NAT/PAT

Problème du nombre limité d’adresses=> adresse privée + NAT (Network Adresse Translation)

2


1

2

3

4

5

6

7NAT box/firewall

PC Leased line

Packet after translation

Packet before translationCompany

LAN

Company router

Server

ISP's router

10.0.0.1 198.60.42.12

Boundary of company premises

translation d’adresses (NAT) un nombre limité d’adresse est partagé par un ensemble destationsle routeur NAT modifie l’adresse de source (pour y mettre une des IP publique parta-gée). Pour les paquets entrants, la modification inverse est effectuée.

translation de port (PAT) une seule adresse est partagée par un ensemble de stations.Les connexions sont distinguées au niveau Transport par utilisation de numéro deports spécifiques pour chaque station. Cette association peut être dynamique.

1.e Inconvénients du NAT

On appelle en général (et incorrectement) NAT les deux techniques.

1. Casse la structure pair-à-pair d’InternetTrès problématique pour certaines applications (VoIP, ...)

2. Donne une fausse impression de sécurité :Certaines attaques sont possibles même dans cette configuration.

3. Semble être une des (mauvaises) raisons du ralentissement de passage à IPv6

4. Carrier-grade NAT (CGN) : l’internet mobile est principalement proposé par les opé-rateurs sous ce mode dégradé.

2 Protocole IPv6

2.a Historique IPv6

— dès les années 90, la pénurie d’adresses menace

3


— 1993 début d’un groupe de travail IETF— 1995 première version IPv6 (RFC 1883)— 1998 finalisation (RFC 2460)

2.b IPv6 en (Très) Bref

1. IPv6 (RFC 2373 et 2460) : pourquoi?

— attribuer plus d’adresses128 bits au lieu de 32 en IPv4— => meilleure organisation => routage facilité

— sécurité

— mobilité

— transition?...

2. Points clefs :— adresses et allocation des préfixes (id interface)— découverte des voisins (attribution d’adresse + routage)— format de datagramme simplifié

2.c Adressage : Espace de Noms IPv6

Beaucoup plus d’adresse disponibles : 2128

=> 667 millions de milliards d’adresses IP disponiblespar mm2 de la surface de la Terre ;

2.d Notation

Plus de notation pointée mais uniquement de l’hexadécimal

— exemple2001:0db8:0000:85a3:0000:0000:ac1f:8001

— possibilité de supprimer les 0 non significatifs par groupes de 1 à 32001:db8:0:85a3:0:0:ac1f:8001

— voire par blocs entiers de 42001:db8:0:85a3::ac1f:8001

2.e Particularités

— Cohabitation avec les ports de TCP/UDP— http://[2002:400:2A41:378::34A2:36]:8080

4


2.f Notation CIDR

On conserve la notation CIDR :

— adresse/taille<=> préfixe de l’ensemble d’adresses considérées

— exemple 2001:db8:1f89::/48

— en salle de TP : 2001:660:5402:100::/64

2.g Type d’adresses IPv6

Préfixe Description::/8 Adresses réservées

2000::/3 Adresses unicast routables sur Internetfc00::/7 Adresses locales uniquesfe80::/10 Adresses liens locauxff00::/8 Adresses multicast

2.h Adresses Réservées

— :: adresse non spécifiée (début de configuration...)— ::1/128 adresse localhost (comme 127.0.0.1 en IPv4)— adresses permanentes 2001::/16

— adresses réservables par blocs /12 à /23 depuis 1999.

— 2001::/32 est utilisé pour le protocole de tunnel Teredo

— 2002::/16 est utilisé par 6to4

2.i Fonctionnement

"Rien de changé" (juste 96 bits de plus)— Entête simplifié

— taille fixe— routage et aggrégation de routes simplifié— auto-configuration simplifié (plusieurs adresses par interfaces)

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2.j Entête IPv6

32 Bits

Version Traffic class Flow label

Payload length Next header Hop limit

Source address (16 bytes)

Destination address (16 bytes)

2.k Entête IPv6

La signification des champs est la suivante :Version (4 bits) : fixé à la valeur du numéro de protocole internet, 6Traffic Class (8 bits) : utilisé dans la qualité de service.Flow Label (20 bits) : permet le marquage d’un flux pour un traitement différencié dans le

réseau.Payload length (16 bits) : taille de la charge utile en octets.Next Header (8 bits) : identifie le type de header qui suit immédiatement selon la même

convention qu’IPv4.Hop Limit (8 bits) : décrémenté de 1 par chaque routeur, le paquet est détruit si ce champ

atteint 0 en transit.Source Address (128 bits) : adresse sourceDestination Address (128 bits) : adresse destination.

pas de CRC

2.l Fragmentation

1. Problèmes de la fragmentation— coûteuse pour les routeurs

6


— limites les taux de transfert— problème de la perte d’un seul fragment

2. En IPv6, pas de fragmentation=> moins de travail pour les routeurs

— les routeurs intermédiaires renvoient un paquet ICMPv6 Packet Too Big— l’émetteur doit fragmenter lui même— utilisation du Path MTU discovery recommandé

2.m Taille des Paquets

— MTU minimale autorisée 1 280 octets(contre 68 pour l’IPv4)

— taille maximale d’un paquet (hors en-tête) 65535 octetscomme IPv4

— option jumbogram (RFC 2675)=> taille maximale d’un paquet 4 Go

2.n Neighbor Discovery Protocol.

Ce protocole agrège les propriétés de ARP et ICMP pour IPv4Permet de découvrir

1. les adresses MAC des hôtes voisins

2. les routeurs voisins pour une route donnée— automatiquement— redirection

3. des paramètres utiles comme le MTU

2.o ICMPv6

Toute la gestion est réalisé grâce à ce type de paquet.

— Destination Unreachable

— Packet Too Big

— Time Exceeded

— Echo Request

— Echo Reply

— Router Solicitation

— Router Advertisement

— Neighbor Solicitation

— Neighbor Advertisement

— Redirect

...

7


2.p Attribution des adresses IPv6

1. Manuellement— adresse + longueur du préfixe de sous-réseau— (facultatif) passerelle par défaut

2.q Attribution Automatique

1. Automatiquement !

— autoconfiguration sans état basée sur l’adresse MAC et NDP prefix64:adresseMAC=> problème de protection de la vie privée car le 64 derniers bits seront les mêmesmême en changeant de FAI...

— autoconfiguration avec tirage pseudo aléatoire (RFC 4941),=> vérification par Neighbor Solicitation pour savoir si l’adresse est déjà prise.

— utilisation d’adresses générées cryptographiquement à partir de la clef publiquedu client (RFC 3972),

— attribution par un serveur DHCPv6 (RFC 3315)

2.r Routage

Le routage est similaire à IPv4

— commutation de paquets

— => tables

— l’amélioration est l’automaticité pour certains paramétrages des hôtes

2.s Détails pour le Routage

1. Recherche de l’adresse Mac d’un voisin (RFC 4861)— requête paquet ICMPv6 Neighbour Solicitation— réponse paquet ICMPv6 Neighbour Advertisement— les adresses utilisées sont les adresses locales : fe80::/10 ou de multicast,

— comme ff00::1 pour l’ensemble des hôtes sur le réseau local— comme ff00::2 pour l’ensemble des routeurs sur le réseau local

2. Passerelle par défaut— un routeur peut publier les routes et ainsi permettre à un hôte de se configurer

automatiquement. RFC 4862— paquet ICMPv6 Router Solicitation et réponse

2.t Autoconfiguration vs DHCPv6

Lors de la rédaction du procotole IPv6, DHCP n’était pas aussi répandu (ni même com-plètement standardisé), par conséquent, le protocole SLAAC (RFC 4862) a été proposé.

On a donc en général— SLAAC : passerelle par défaut mais pas de DNS

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— DHCPv6 : DNS mais pas de passerelle par défaut=> ajout RDNSS (Recursive DNS Solver) dans SLAAC. Il est clair que le DNS n’ap-

partient pas vraiment à la couche Réseau mais c’est un service indispensable à la coucheapplication, qui est en général configuré avec le réseau.

A noter :— SLAAC : sans état— DHCPv6 : avec état (conservation des durées de validité des attributions )

2.u Routage IPv6

Pas de changement de protocole.— OSPFv6— BGPv6

2.v Mobilité : Principes

Le but est de permettre à un hôte mobile de maintenir une connexion pendant ses dépla-cements de son réseau "initial" à un réseau "étranger".

— adresse maison (home address)

— adresse de mobilité (care of address)obtenue par la configuration automatique dans le réseau étranger.

Le réseau "maison"— maintient une correspondance entre l’adresse "maison" et l’adresse de mobilité,— reroute les paquets destinés à l’adresse "maison" vers l’adresse de mobilité.

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3 Déploiement

3.a Etendue du Déploiement

0

5000

10000

15000

20000

25000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Pre

fixe

s / A

S

Date

IPv6 prefixes and AS

ASPrefixes

à comparer aux 50000 AS sur l’internet IPv4 sans route par défaut

3.b Prise en charge d’IPv6 par le DNS

— pas de changement de l’espace de noms=> champs d’enregistrement supplémentaire www.ipv6.ripe.net. IN AAAA 2001:610:240:22::c100:68b

— Evolution

— 2004 : possibilité d’intégrer des serveurs de noms en IPv6

— 2008 : la moitié des serveurs racines ont une adresse IPv6

— 2010 : 228/283 des domaines de premier niveau ont un serveur en IPv6

— problème de la taille des paquets UDP (seulement 512 octets max pour le DNS)

3.c Double Pile et Résolution DNS

En cas de double pile, la connexion UDP pour la résolution DNS se fait engénéral en IPv4.

De plus, l’appel getaddrinfo() va retourner une liste d’adresses qui peut comporterdes adresses IPv4, mais en général les IPv6 sont en tête.

3.d Prise en Charge d’IPv6

— Système d’exploitationtous les systèmes disposent d’une double pile

— Logicielsla plupart des logiciels orientés Internet sont prêts

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3.e Et en France?...

1. Renater a commencé à expérimenter IPv6 depuis 1996— IPv6 effectif depuis 2002

2. FAI— mars 2003 nerim— décembre 2007 free— novembre 2008 FDN— 2009 SFR et Orange (pour les professionnels seulement) => depuis 2016 pour

l’ensemble de leurs clients— OVH : 2012

3.f Freins au Déploiement

— Bénéfices surévalués?

— Pas de contenus nouveaux sur Internetv6

— pas tout-à-fait vrai : l’accès en NAT pour les terminaux mobiles est limité

— Problème de l’accès en cas de double pile :

1. tentative en IPv6

2. échec ! car pas de connectivité IPv6 de bout-en-bout.

3. connexion en IPv4=> grande lenteur => désactivation d’IPv6

4 Sécurité

4.a Architectures Sécurisées

architecture fermées peu d’acteurs (banques) ou structure autonome (une entreprise)— chiffrement symétrique + distribution des clés “à la main”

=> Kerberos, IPSec

architecture hiérarchisée de nombreux acteurs avec des autorités de confiance peu nombreuses

=> PKI à base d’authentification X509 : IPSec, SSL

architecture décentralisée de nombreux acteurs certifiants leurs “connaissances” de procheen proche

=> PGP/GnuPG, réseau P2P/F2F crypté, ...

4.b Références IPSec

RFCs : 2401 (IPSec), 2402 (AH), 2403, 2404, 2405 (détails des algorithmes cryptogra-phiques d’IPSec), 2406 (ESP), 2408 (ISAKMP), 2409 (IKE).

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4.c Aperçu

IPSec est un ensemble de protocoles permettant de mettre en oeuvre une ou plusieursdes propriétés cryptographiques précédentes pour des datagrammes IP.

— AH : intégrité et authentification (sans confidentialité).— ESP : confidentialité (+authentification)

Ces mécanismes sont— compatibles IPv4— intégrés à IPv6

4.d Configurations d’Utilisation

4.e Mécanisme AH (Authentication Header)

Ce mécanisme a vocation d’authentifier un datagramme IP sans le chiffrer.

IP header AH

32 Bits

Security parameters index

Next header Payload len (Reserved)

Sequence number

Authentication data (HMAC)

TCP header

Authenticated

Payload + padding

4.f Mécanisme ESP (Encapsulating Security Payload)

Ce mécanisme a vocation à chiffrer un datagramme IP.Deux modes :

— mode transport

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— mode tunnel (typiquement entre deux passerelles de sécurité)

ESP header

New IP header

Old IP header

TCP header

Authenticated

Payload + padding(b) Authentication (HMAC)

ESP header

IP header

TCP header Payload + padding(a) Authentication (HMAC)

Authenticated

Encrypted

Encrypted

5 Transition

5.a Avertissement

Les adresses IPv4 et IPv6 ne sont pas compatiblesToute transition technologique est délicate, la transition complète de IPv4 à IPv6 sera très

délicate.

5.b Technologies de transition

— technique de double pile pour pouvoir utiliser IPv4 et IPv6 simultanément— puisque IPv6 n’est souvent pas utilisable nativement => tunnels en IPv4

— statiques— automatiques

— passerelles applicativesIl est toujours préférable d’avoir un accès natif.

5.c Tunnels Statiques

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5.d Tunnels Automatiques : 6to4

6to4 est le principal protocole de tunnel sur IPv4 pour les IPs publiques IPv6.Le protocole 6to4 se situe au niveau 3 OSI (et possède le code 41).Une correspondance est établi entre adresses IPv4 et IPv6 :

5.e Adresses relais

l’adresse 192.88.99.1 est une adresse anycast— comme du multicast => ensemble d’adresses— mais la diffusion s’arrête dès qu’un membre de l’ensemble a reçu le message

5.f Un protocole de Transition

Le protocole 6to4 est un protocole de transition permettant à un hôte IPv6 de communi-quer à un autre hôte IPv6 via le nuage IPv4.

1. Assignation d’un bloc d’adresses IPv6 à tout hôte ou réseau qui dispose d’une adresseIPv4

2. Encapsulation des paquets IPv6 à l’intérieur de paquets IPv4Un entête IPv4 (avec protocole 41) est ajouté

3. Gère le transit du trafic entre 6to4 et les réseaux IPv6 « natifs »

5.g Tunnels Automatiques : 6to4

Pour permettre la communication vers des hôtes IPv6 « natifs », on utilise des routeursrelais. Ceux-ci apparaissent sur Internet v4 avec l’adresse anycast 192.88.99.1.

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Lorsqu’un hôte 6to4 envoie un paquet vers un hôte IPv6 « natif », celui-ci est d’abordrouté jusqu’au routeur 6to4. Puis

— soit la destination est une autre "île IPv6" dont l’adresse IPv4 est connue via le mé-canisme de correspondance. Alors le paquet est encapsulé en IPv4 puis transmis à cerouteur.

— soit la destination est dans Internet v6, alors le paquet est transmis en anycast jusqu’àun relai 6to4 d’adresse IPv4 192.88.99.1.

En sens inverse, un paquet peut ne pas utiliser le même relai. Dans tous les cas, la corres-pondance avec les octets 3 à 6 est utilisée pour router le paquet au travers d’IPv4.

5.h Des Limitations Certaines

On rencontre cependant quelques problèmes avec cette architecture :

— les adresses IPv4 doivent être publiques

— en terme de routage IPv6 : il est difficile de contrôler qui utilise un relai donné

— en terme de qualité d’accès : si le relai est loin du routeur 6to4 alors la qualité de laconnexion peut être très mauvaise.De même, sur le chemin retour.

— en terme de compatibilité avec d’éventuels parefeux avec une FAIbox typique.

5.i De 6to4 à 6rd

Il a effectivement été constaté en 2010 qu’environ 15% des connexions IPv6 qui échouentsont des connexions 6to4. Il a donc été proposé à l’IETF une extension le protocole 6rd (IPv6rapid deployment) sous l’impulsion du français Rémi Desprès. La principale, et importantedifférente, est que le relai se situe désormais nécessairement dans le réseau du fournisseurd’accès.

5.j Protocole 6rd

Dans 6rd (rapid deployment), les relais 6to4 se situent à proximité du routeur 6to4,chez le fournisseur d’accès. La correspondance s’effectue vers des adresses IPv6 appartenantbien à celui-ci (en général des réseaux /32, avec un encodage qui peut utiliser moins de 32bits car le routeur appartient nécessairement au réseau IPv4 du FAI).

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5.k Tunnels Automatiques et NAT : Teredo

La méthode précédente fonctionne mal avec les NATs : un autre protocole est proposé1. Teredo (vers) RFC 43802. un protocole utilisable dans un réseau d’adresses IPv4 privées, relié à Internet via un

routeur assurant une traduction d’adresses NAT.3. implémentation

— windows— UNIX : miredo

6 Crédits

— Figures Wikimedia Commons (c) CC-SA

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