Realizzazione e sperimentazione di un trial IPv6 con supporto della mobilità

Grazie al tipo di indirizzo assegnatoci, è stato possibile realizzare 3 sottoreti distinte, 
con prefissi di rete diversi, una con funzioni di backbone e due con funzioni di reti di 
accesso. 
In questo contesto, sono state analizzate le problematiche relative al cambiamento di 
rete di accesso di un nodo mobile.  
Il lavoro ha comportato: 
1. La ricompilazione dei kernel dei terminali per il supporto del protocollo IPv6. 
2. La configurazione di un PC (metropolis) rendendo così più semplice la 
gestione degli indirizzi all’interno della nostra rete locale e la creazione di un 
nostro dominio di rete (.ipv6.iet.unipi.it). 
3. L’aggiunta al kernel del modulo MIPv6 per il supporto della mobilità. 
4. L’acquisizione, tramite programmi appropriati (ethereal), dei pacchetti IPv6 
inviati dai vari nodi per poter gestire la mobilità (Router Advertisement, 
Neighbor Discovery,ecc.). 
5. Elaborazione dei messaggi scambiati fra i nodi coinvolti nel trial. 
 
 Capitolo 1 
 
IPv6 
 
1.1 Introduzione 
Con IPv6 o IPng si indica il protocollo Internet di livello 3 di nuova generazione 
progettato dall’IETF (Internet Engineering Task Force) agli inizi degli anni ‘90 e 
divenuto standard nel dicembre del 1994 con la pubblicazione dell’RFC 1752 “The 
Recommendation for the IP Next Generation Protocol”, che ne definisce in 
dettaglio le caratteristiche. Esso è un protocollo pensato e progettato per venire 
incontro alle esigenze dello sviluppo della rete Internet e per risolvere i limiti che 
presentava il vecchio protocollo IPv4, facendolo così diventare l’unico protocollo 
utilizzato nelle reti del nuovo millennio. Tra le nuove caratteristiche introdotte le 
più importanti sono: 
1) Una concezione estremamente semplice e razionale che permette di superare 
tutti i limiti di IPv4; 
2) Uno spazio d’indirizzamento praticamente infinito; 
3) La possibilità di autoconfigurare un host; 
4) Un supporto efficace per la sicurezza e la mobilità dei nodi; 
5) Una struttura maggiormente idonea al trasporto del traffico real-time. 
Tutto ciò realizzabile gradualmente e indolore, affermandosi come il protocollo in 
grado di eliminare la differenza tra le reti Internet e quelle Intranet. Il motivo per 
cui si è vista la necessità di creare questo nuovo protocollo risiede soprattutto 
 nell’importanza che sino ad oggi ha rivestito il protocollo IP sia nella rete Internet 
sia in quella Intranet. Esso, infatti, nasce per disaccoppiare le applicazioni dalla 
struttura hardware delle reti di trasmissione e creare un’interfaccia di trasmissione 
dei dati indipendente dal sottostante substrato di rete, che può essere realizzato con 
le più disparate tecnologie (Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.). 
In realtà IP realizza solo una parte di tutto questo e fa parte dello strato protocollare 
TCP/IP che, come tutti i protocolli di rete, è strutturato in una serie di livelli (nel 
caso specifico sono 5, sotto specificati), tra cui IP, responsabile del trasporto dei 
vari pacchetti tra le varie reti che compongono Internet.  
• Livello 5 Applicazione (FTP, TELNET, etc.); 
• Livello 4 Trasporto (TCP, UDP); 
• Livello 3 Rete (IP, ICMP); 
• Livello 2 Collegamento dati (Interfaccia di rete). 
• Livello 1 Fisico  
Tale architettura permette di far comunicare computer diversi sia dal punto di vista 
hardware che dal punto di vista software.   
Tali risultati sono conseguiti con il vecchio protocollo grazie a due sue 
caratteristiche fondamentali: 
-Indirizzamento universale: ogni interfaccia di rete IPv4 possiede un indirizzo 
univoco a livello mondiale su 32 bit; 
-Best-effort: IPv4 fa il possibile per consegnare un pacchetto al livello superiore ma 
non assicura che ciò sarà fatto. In esso non esiste il concetto di qualità del servizio 
(QoS: Quality of Service). 
Queste due caratteristiche, che sono state sino ad ora alla base di IPv4, rischiano 
ora di diventare i suoi principali limiti e spingono all’introduzione di IPv6. Primo 
motivo, già citato precedentemente, risiede proprio nella struttura di un indirizzo 
IPv4. Esso, infatti, è un indirizzo su 32 bit, che rendono possibili circa 4 miliardi 
 d’indirizzi (4 miliardi di calcolatori definibili con il loro indirizzo). Tale 
limitazione non si spiegherebbe, perché tutt’ora 4 miliardi di calcolatori non 
esistono, se non si ricerca la causa nella modalità di assegnazione di tali indirizzi. 
Gli indirizzi, infatti, non sono assegnati singolarmente ma a blocchi, che 
rappresentano le “reti”. Le reti possono appartenere a 5 classi diverse: 
I. Classe A: 128 reti disponibili, ciascuna grande circa 16 milioni di indirizzi; 
II. Classe B: circa 16000 reti disponibili ciascuna grande circa 65000 indirizzi; 
III. Classe C: circa 2 milioni di reti disponibili, ciascuna grande 254 indirizzi; 
IV. Classe D: circa 268 milioni di reti disponibili, usate per il multicast; 
V. Classe E: Riservata per usi sperimentali e mai usata.  
Già nel gennaio del 1996 risultavano assegnate 92 reti di classe A, 5655 reti di 
classe B e 87924 di classe C. Tali dati mettono in evidenza che la criticità 
principale è sulle reti di classe B, che, per la loro dimensione intermedia, sono le 
più idonee ad essere assegnate ad un’organizzazione. Il problema dell’esaurimento 
degli indirizzi viene compreso nel 1991 quando inizia a verificarsi una crescita 
delle domande di assegnazione degli stessi più veloce di ogni previsione (vedi 
figura 1).  
 
Figura 1.1 Crescita del numero di terminali Internet 
  
  
E’ il “momento storico” in cui Internet sta diventando l’unica rete per tutti. 
Un’ulteriore svolta recentissima si è avuta anche con l’introduzione del “cable 
modem” per fornire a tutti gli utenti domestici un collegamento a Internet a velocità 
elevata (maggiore di 1 Mb/s) per la ricezione della televisione via cavo. Per tale 
motivo viene deciso dell’IETF (Internet Engineering Task Force), il comitato che 
prende le decisioni sull’assegnazione dell’indirizzi IP e su Internet, di assegnare 
non solo reti di classe B, ma anche reti contigue di classe C. Il problema di questa 
decisione, però, è da ricercarsi nelle regole d’instradamento dei router che in questo 
modo risultano essere molto più complesse. 
In tal modo, infatti, se si assegna ad un ente una sola rete di classe B i router 
dovranno avere una sola regola d’instradamento, mentre, se le classi che gli sì                    
assegnano sono classi C, quindi, più d’una, i router dovranno avere al loro interno 
un numero di regole pari al numero di classi assegnate tutte diverse. Per ovviare a 
tale problema viene introdotto il CIDR (Classless InterDomain Routing), 
eliminando in questo modo il concetto di “classe di rete” a livello di tabelle 
d’instradamento, cercando di migliorare la scalabilità del routing e l’uso dello 
spazio di indirizzamento su Internet. Esso, infatti, permette di annunciare un blocco 
di reti con indirizzi contigui (per esempio la 195.1.4.0, 195.1.5.0, 195.1.6.0) con 
una sola entry specificando quanti bit sono significativi (nel nostro caso 
195.1.4.0/22, cioè qualsiasi rete che ha i primi 22 bit pari a 195.1.4.0) 
Per rispondere alle esigenze appena descritte, IPV6 nasce come evoluzione di IPv4, 
mantenendo inalterate le caratteristiche che si sono dimostrate valide, eliminando 
quelle inutili, aggiungendone delle altre e ponendo al contempo una grande 
attenzione a mantenere il protocollo il più snello e il più veloce possibile. 
 I cambiamenti apportati sono comunque notevoli e possono essere riassunti in 
grandi linee nei seguenti punti: 
• Maggior numero di bit (128 bit), in modo che lo spazio d’indirizzamento 
non sia soggetto ad esaurimento, consentendo di dare alla rete una struttura 
 più flessibile ed efficiente di quella attuale, introducendo il concetto di 
autoconfigurazione degli indirizzi; 
• Organizzazione gerarchica degli indirizzi più flessibile che non usi il 
concetto di classi, ma meccanismi di tipo CIDR; 
• Schema di assegnazione degli indirizzi mirato a minimizzare le tabelle 
d’instradamento dei router ed aumentare l’efficienza del CIDR; 
• Indirizzi globali per Internet e locali per Intranet; 
• Introduzione di un nuovo tipo di indirizzamento, l’”anycast” che si 
aggiunge agli usuali unicast e multicast: 
• Semplificazione del formato dell’intestazione, per permettere una 
trasmissione più efficiente del traffico normale, limiti meno restrittivi sulle 
dimensioni delle opzioni e la flessibilità per poterne introdurre di nuove nel 
futuro. 
Con il protocollo IPv6 viene introdotto, inoltre, il concetto di QoS (Quality of 
Service) che in IPv4 era stato trascurato. Il protocollo IPv4, infatti, fornisce un 
servizio di tipo “Best Effort” che fa di tutto affinché i pacchetti trasmessi siano 
consegnati alla corretta destinazione, senza fornire comunque alcuna garanzia sul 
fatto che ciò avvenga e in quali tempi. Successivamente, è stato inserito il 
protocollo di segnalazione RSVP (Resource reSerVation Protocol), in grado di 
allocare risorse ai router per renderli idonei a garantire la QoS anche ad 
applicazioni basate su IPv4. Tutto ciò legato alla sua facilità di realizzazione e alla 
caratteristica di avere un overhead limitato e costante ha consentito al protocollo 
IPv4 di essere l’unico protocollo sopravvissuto a livello 3 delle nuove reti di 
telecomunicazione.  
Nonostante l’introduzione di RSVP, la nascita di nuove applicazioni, le quali 
generano molto spesso traffico real-time, cioè un tipo di traffico che è sensibile ai 
ritardi di accoramento e alle perdite, dovute per esempio, alla congestione della 
rete, ha portato ad avere la necessità di una QoS garantita, spingendo a cercare 
 nuovi meccanismi all’interno del protocollo stesso. L’estensione architetturale 
proposta dallo IETF mira su due elementi:  
• Il modello di servizio esteso, identificato dalla sigla IS (Integrated Services) 
• Una sua possibile struttura implementativi (Differentiaded Services). 
 
 
1.2 L’header dell’indirizzo IPv6  
L’header (intestazione) IPv6 (figura 1.2), a differenza di quello IPv4 che ha 
dimensione variabile e che, in assenza di opzioni, assume la dimensione di 20 byte 
(dei quali 8 byte per gli indirizzi IPv4), è di dimensione fissa pari a 40 byte. 
Pertanto la dimensione raddoppia nonostante lo spazio destinato agli indirizzi sia 
quadruplicato.Di tali byte, 32 sono utilizzati per gli indirizzi IPv6 e i rimanenti 8 
byte da 6 campi addizionali. Si vede da ciò che vi è stata una notevole 
semplificazione che ha ridotto il numero dei campi da 12 a 6. 
Importante è notare che le opzioni in IPv6 non sono più parte integrante dell’header 
IPv6, ma ciascuna viene memorizzata in un header separato (extension header) che 
si colloca tra l’header IPv6 e l’header del soprastate livello di trasporto (es. TCP, 
UDP).  
 
Figura 1.2: Header IPv6 
  
 
Figura 1.3: Header IPv4 
 
Nella tabella 1 è riportato il significato dei campi dell’header IPv6: 
Nome Lunghezza Significato 
Version 4 bit Versione, nel caso specifico vale sempre 6 
Priority 
4 bit 
Priorità 
Flow label 
24 bit 
Identificatore del flusso  
Payload- 
Leght       
 
16 bit 
lunghezza del payload , cioè dell’area dati che 
segue l'intestazione, in bytes. 
Next 
Header 
 
 
 
8 bit 
 
Intestazione successiva, identifica il tipo di 
pacchetto che segue la intestazione di IPv6, usa 
gli stessi valori del campo protocol 
nell’intestazione di IPv4 
Hop Limit 
 
 
 
 
 
 
 
8 bit 
 
 
 
limite di salti, stesso significato del time- to-live 
nell’intestazione di IPv4, è decrementato di uno 
ogni volta che un nodo ritrasmette il pacchetto, se 
arriva a zero il pacchetto viene scartato 
Source IP 
128 bit 
Indirizzo di origine 
Destination   
      IP     
128 bit 
Indirizzo di destinazione 
Tabella 1:Significato dei campi dell’header IPv6