Μετάβαση μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων από IPv4 σε IPv6

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Μετάβαση μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων από IPv4 σε IPv6 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Παπαϊωάννου Δημήτριος ΑΜ: Τ02372 Μαζιώτης Αλέξανδρος ΑΜ:Τ02401 Επιβλέπων: Σαμαράς Νικόλαος, Καθηγητής, Διευθυντής Τομέα Μηχανικών Δικτύων, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΛΑΡΙΣΑ 2015

2 «Εγώ ο Παπαϊωάννου Δημήτριος και ο Μαζιώτης Αλέξανδρος, δηλώνουμε υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία με τίτλο: «Μετάβαση μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων από IPv4 σε IPv6» είναι δική μας και βεβαιώνουμε ότι: Σε όσες περιπτώσεις έχουμε συμβουλευτεί δημοσιευμένη εργασία τρίτων, αυτό ε- πισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Σε όσες περιπτώσεις μεταφέρουμε λόγια τρίτων, αυτό επισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Με εξαίρεση τέτοιες περιπτώσεις, το υπόλοιπο κείμενο της πτυχιακής αποτελεί δική μας δουλειά. Αναφέρουμε ρητά όλες τις πηγές βοήθειας που χρησιμοποιήσαμε. Σε περιπτώσεις που τμήματα της παρούσας πτυχιακής έγιναν από κοινού με τρίτους, αναφέρω ρητά ποια είναι η δική μας συνεισφορά και ποια των τρίτων. Γνωρίζουμε πως η λογοκλοπή αποτελεί σοβαρότατο παράπτωμα και είμαστε ενήμεροι για την επέλευση των νόμιμων συνεπειών». ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΜΑΖΙΩΤΗΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ

3 Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή Τόπος: Ημερομηνία: ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

4 Περίληψη Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα των ηλεκτρονικών υπολογιστών και ι- διαίτερα των δικτύων υπολογιστών, φανέρωσε την αδυναμία του υπάρχοντος πρωτοκόλλου δικτύου IPv4, να διαχειριστεί τον ολοένα αυξανόμενο αριθμό των χρηστών και των δικτύων που αποτελούν σήμερα το Internet, αλλά και να εκμεταλλευτεί τον μεγάλο όγκο των νέων εφαρμογών που συνεχώς εμφανίζονται με αυξανόμενες απαιτήσεις. Ένα νέο Πρωτόκολλο Δικτύου (IP), το IPv6 επικράτησε, για αντικατάσταση του ήδη υπάρχοντος και παγκοσμίως καθιερωμένου IPv4 (Bradner, Mankin, 1995) [1]. Η μετάβαση στο IPv6 πρωτόκολλο, θεωρείται εξαιρετικά δύσκολη και σίγουρα δεν μπορεί να συντελεστεί σε μικρό χρονικό διάστημα, αν αναλογιστεί κανείς τον τεράστιο αριθμό των χρηστών, το μέγεθος του Internet καθώς και το μικρό ποσοστό της ενημέρωσης και του μικρού βαθμού κατανόησης για το νέο πρωτόκολλο. Στόχος της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η επισκόπηση των πτυχών της μετάβασης του δικτύου μια επιχείρησης από IPv4 σε IPv6 πρωτόκολλο με τη βοήθεια εφαρμογής που σχεδιάστηκε για το λόγο αυτό. Αφού μελετήθηκαν τα οφέλη του IPv6, ο τρόπος λειτουργίας του και η διαδικασία μετάβασης από IPv4 σε IPv6 πρωτόκολλο εντοπίστηκε βιβλιογραφικά η διαδικασία που απαιτείται για την ομαλή μετάβαση των πρωτοκόλλων του δικτύου μιας επιχείρησης. Έπειτα σχεδιάστηκε εφαρμογή, φιλική προς το χρήστη διεπαφής, για την μετατροπή ενός δικτύου από IPv4 σε IPv6. Ο χρήστης της συγκεκριμένης εφαρμογής έχει τη δυνατότητα να εισάγει την διεύθυνση IPv4 και τα bits (θετικός ακέραιος αριθμός μικρότερος ή ίσος του 32) της δικτυακής μάσκας, σε μορφή: IPv4/bits (π.χ.: /24) και να παραλαμβάνει διευθύνσεις IPv6 σε πλήρη και συμπτυγμένη μορφή. Η εργασία περιλαμβάνει και υποθετικό παράδειγμα μετατροπής των διευθύνσεων μιας επιχείρησης από IPv4 σε IPv6. Το παράδειγμα αναφέρεται σε εταιρεία παροχής υπηρεσιών ασφαλείας, όπου έπειτα από έρευνα και εφαρμογή του προγράμματος μετάβασης που δημιουργήθηκε στο πλαίσιο αυτής της πτυχιακής εργασίας, επιτεύχθηκε εικονικά αλλαγή των IPv4 διευθύνσεων σε IPv6 διευθύνσεις σε όλα τα τερματικά. -i-

5 Ευχαριστίες Αισθανόμαστε την ανάγκη να εκφράσουμε την απέραντη ευγνωμοσύνη μας στις οικογένειές μας για όλα όσα μας έχουν προσφέρει στα μαθητικά και φοιτητικά μας χρόνια. Η αμέριστη υποστήριξη των δικών μας ανθρώπων σε κάθε μας επιλογή έχει αποτελέσει ορόσημο τόσο για την ολοκλήρωση των σπουδών μας, όσο και για την διαμόρφωση της προσωπικότητάς μας. Στη συνέχεια, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον επιβλέποντα καθηγητή μας κ. Σαμαρά Νικόλαο για την εμπιστοσύνη που μας έδειξε και δέχθηκε την πρότασή μας για συνεργασία. Τον ευχαριστούμε επίσης για την υπομονή και την αφιέρωση του χρόνου του ώστε να ολοκληρωθεί η εργασία αυτή. Τέλος, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε και όλους εκείνους (φίλους, συναδέλφους, κλπ.) που συνέβαλλαν, με το δικό του τρόπο ο καθένας, στην ολοκλήρωση της εργασίας και κατ επέκταση των σπουδών μας. Παπαϊωάννου Δημήτριος Μαζιώτης Αλέξανδρος 3/11/2015 -ii-

6 Περιεχόμενα Περίληψη... i Ευχαριστίες... ii Περιεχόμενα... iii 1. Εισαγωγή Το πρωτόκολλο IPv Χρήση του IPv Μηχανισμοί Μετάβασης Μηχανισμοί Dual Stack Μηχανισμοί Translation Μηχανισμοί Tunelling Ορολογία Είδη μηχανισμών tunneling Λειτουργία των μηχανισμών tunneling Μελέτη Μετάβασης Απαιτήσεις μετάβασης Διαδικασία μετάβασης Ανάλυση και συλλογή δεδομένων Σχεδιασμός μετάβασης Υλοποίηση μετάβασης Παραγωγή των διευθύνσεων IPv Παράδειγμα μετατροπής διευθύνσεων Διαμόρφωση της Υπηρεσίας Ονοματολογίας Εφαρμογή μετατροπής IPv4 δικτύων σε IPv iii-

7 5.1. Περιγραφή απαιτήσεων εφαρμογής Σχεδιασμός Εφαρμογής Μετατροπή IPv4 σε IPv Υπολογισμός της IPv4 δικτυακής μάσκας από τα bits Υπολογισμός του IPv4 υποδικτύου και των στοιχείων του Υλοποίηση Εφαρμογής Περιγραφή της IPv6Calculator Περιγραφή της IPv6Calculator Επίλογος - Συμπεράσματα Βιβλιογραφία Παράρτημα: Κώδικας iv-

8 1. Εισαγωγή Η ιλιγγιώδης εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα των ηλεκτρονικών υπολογιστών, και ιδιαίτερα των δικτύων υπολογιστών, που σιγά-σιγά αντικαθιστούν τις υπόλοιπες παραδοσιακές μορφές επικοινωνίας, φανέρωσε την αδυναμία του υπάρχοντος πρωτοκόλλου δικτύου IPv4, να διαχειριστεί τον ολοένα αυξανόμενο αριθμό των χρηστών και των δικτύων που αποτελούν σήμερα το Internet, αλλά και να εκμεταλλευτεί τον μεγάλο όγκο των νέων εφαρμογών που συνεχώς εμφανίζονται με αυξανόμενες απαιτήσεις. Για αυτόν τον λόγο, πριν 10 περίπου χρόνια (1995), η Internet Engineering Task Force (IETF) ανακοίνωσε ένα νέο Πρωτόκολλο Δικτύου (Internet Protocol), το IP νέας γενιάς (IPng) ή IPv6 όπως επικράτησε, για αντικατάσταση του ήδη υπάρχοντος και παγκοσμίως καθιερωμένου IPv4 (Bradner, Mankin, 1995) [1]. Το νέο αυτό πρωτόκολλο δίνει λύση σε πολλά από τα προβλήματα του προκατόχου του, εκμεταλλεύεται σε μεγάλο βαθμό τις νέες εφαρμογές και γενικά προσφέρει μια άλλη δυναμική στο Internet και στις δικτυακές επικοινωνίες γενικότερα. Εντούτοις η μετάβαση στο IPv6 είναι εξαιρετικά δύσκολη και σίγουρα δεν μπορεί να συντελεστεί σε μικρό χρονικό διάστημα, αν αναλογιστεί κανείς τον αριθμό των χρηστών και το μέγεθος του Internet καθώς και το μικρό ποσοστό της ενημέρωσης και του μικρού βαθμού κατανόησης για το νέο πρωτόκολλο. Το ήδη υπάρχον Πρωτόκολλο Internet IPv4 ( RFC 791, 1981) [2] αποδείχτηκε ένα σταθερό και δυνατό πρωτόκολλο, που κάλυψε σε πολύ μεγάλο βαθμό τις απαιτήσεις για τις οποίες είχε σχεδιαστεί και επικράτησε τελικά στο παγκόσμιο Internet. Εντούτοις, εδώ και μερικά χρόνια είχαν αρχίσει να διαφαίνονται σημαντικά προβλήματα στα οποία το συγκεκριμένο πρωτόκολλο αδυνατούσε να δώσει λύση. Μεγάλες εξελίξεις συντελέστηκαν στον τομέα των δικτυακών επικοινωνιών και νέες εφαρμογές ήρθαν στο προσκήνιο, τις οποίες όμως το IPv4 δεν μπορεί να υποστηρίξει και να εκμεταλλευτεί στον απαιτούμενο βαθμό. Δίνονται στη συνεχεία οι σημαντικότερες απαιτήσεις που κατέστησαν επιτακτική την ανάγκη για ένα νέο πρωτόκολλο δικτύου (Hagen, 2006: 438) [3]: 1

9 H εξάντληση των IPv4 διευθύνσεων λόγω του τεράστιου αριθμού των νέων διασυνδεδεμένων υπολογιστών και δικτύων, και γενικότερα η πέρα από κάθε αρχική προσδοκία επέκταση του Internet σήμερα. Το πρόβλημα είχε αρχίσει να διαφαίνεται πριν ακόμη το 1994, οπότε και άρχισε να παρατηρείται το φαινόμενο του διπλασιασμού των δικτύων από χρόνο σε χρόνο. Προτάθηκαν και υλοποιήθηκαν διάφορες λύσεις για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού όπως, η δρομολόγηση τύπου Classless (Classless Inter Domain Routing - CIDR), η οποία έδωσε κάποια παράταση ζωής στο IPv4, και ο μηχανισμός Network Address Translation (NAT), με δίκτυα ιδιωτικών διευθύνσεων κάτω από μια ή περισσότερες παγκόσμιες διευθύνσεις. Όμως, η τελευταία λύση προκάλεσε αλλά προβλήματα όπως μείωση της απόδοσης, αδυναμία peer-topeer επικοινωνίας και εκμετάλλευσης των σχετικών εφαρμογών, καθώς και προβλήματα ασφαλείας από άκρο σε άκρο (end-to-end security). Η ανάγκη για υποστήριξη εφαρμογών πολυμέσων (multimedia) και real-time μεταδόσεων δεδομένων με επιπλέον απαιτήσεις για ποιότητα υπηρεσίας (Quality of Service QoS). Αν και θεωρητικά υπάρχει το πεδίο TOS (Type of Service) στην IPv4 επικεφαλίδα αργότερα μετατράπηκε σε DS (Differentiated Services) -, πρακτικά δεν υλοποιείται και ουσιαστικά η όλη διαδικασία ελέγχου της ποιότητας υπηρεσίας έγκειται στον διαχωρισμό των UDP από τα TCP πακέτα, με τα προβλήματα που και αυτό επιφέρει (Layer Violation Problem) σπάταλη υπολογιστικής ισχύος στους δρομολογητές και αδυναμία για την πιο πάνω διάκριση αν χρησιμοποιείται κρυπτογράφηση. Η εξάπλωση των ασύρματων δικτύων, τα οποία συνεχώς αυξάνονται με γοργούς ρυθμούς. Στη περίπτωση αυτή, οι κινούμενοι χρηστές που υποστηρίζουν το IPv4 πρωτόκολλο δεν έχουν τη δυνατότητα να διατηρήσουν την συνοδό και την διεύθυνση τους, όταν περνούν από το ένα υποδίκτυο στο άλλο (πρόβλημα Mobility). Η αδυναμία των backbone routers να κρατήσουν στους πίνακες τους τον τεράστιο αριθμό δικτύων που υπάρχουν σήμερα στο Internet. Σε πολλούς σήμερα συνοριακούς δρομολογητές ο αριθμός των εγγραφών ξεπερνά τις 80 με και προβάλλει επιτακτικά η ανάγκη για καλύτερη διευθυνσιοδότηση και ιεράρχηση. 2

10 Η ανάγκη για απλούστερο configuration. Οι IPv4 διευθύνσεις πρέπει να ανατεθούν είτε με το χέρι (manual) από τον διαχειριστή, είτε να χρησιμοποιηθεί κάποιο stateful address configuration protocol, όπως το DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Το πρόβλημα αυτό γίνεται ολοένα και εντονότερο όσο οι υπολογιστές και οι υπόλοιπες συσκευές που χρησιμοποιούν το IP πρωτόκολλο αυξάνονται και τα δίκτυα μεγαλώνουν. Οι απαιτήσεις για ασφάλεια σε επίπεδο IP. Αν και υπάρχει ήδη το IPsec (Internet Protocol Security), εντούτοις η χρήση του παραμένει προαιρετική, καθώς δεν είναι ενσωματωμένο στο IPv4 πρωτόκολλο και επομένως υλοποιείται από ένα πολύ μικρό ποσοστό μηχανημάτων έπειτα από ενεργοποίησή του. Η εισαγωγή ευαίσθητων προσωπικών δεδομένων στο διαδίκτυο όμως, και γενικότερα η διαδεδομένη χρήση του ίντερνετ στις μέρες μας (εταιρίες, τράπεζες, διάφορα είδη συναλλαγών, έλεγχος συστημάτων ασφαλείας) επιβάλει την υποχρεωτική εφαρμογή του, ήδη από το στρώμα δικτύου. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής παρουσιάζεται η μελέτη της διαδικασίας και των εργαλείων που παρέχονται για την μετάβαση ενός οργανισμού από το IPv4 στο IPv6. Η δομή της υπόλοιπης εργασίας έχει ως εξής: Στο κεφάλαιο 2, θα παρουσιαστεί το πρωτόκολλο IPv6. Στο κεφάλαιο 3 θα παρουσιαστούν οι υφιστάμενοι μηχανισμοί μετάβασης από το IPv4 στο IPv6. Στο κεφάλαιο 4 θα παρουσιαστεί το πρότυπο για την μελέτη μετάβασης σε ένα οργανισμό. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση μιας εφαρμογής για την μετατροπή διευθύνσεων και υποδικτύων από IPv4 σε IPv6. 3

11 2. Το πρωτόκολλο IPv6 Λύση στα πιο πάνω προβλήματα έρχεται να δώσει το IPng (IP next generation) ή αλλιώς IPv6 Πρωτόκολλο Δικτύου, που καθορίστηκε το 1994 από την Internet Engineering Task Force (IETF) (Bradner, Mankin, 1995) [1]. Το νέο πρωτόκολλο επιλύει τα μεγάλα προβλήματα του IPv4 και εκμεταλλεύεται και υποστηρίζει τις νέες πιο απαιτητικές εφαρμογές. Συγκεκριμένα (Bradner, Mankin, 1995; Hagen, 2006: 438) [1][3]: Δίνει οριστική πλέον λύση στο πρόβλημα των διευθύνσεων. Το μέγεθος της IPv6 διεύθυνσης είναι 16 bytes (128 bit), το τετραπλάσιο δηλαδή της μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενης IPv4 διευθύνσεως, που με ένα αισιόδοξο υπολογισμό αντιστοιχίζει περίπου 6x10 20 διευθύνσεις σε κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης. Έτσι, πλέον ο κάθε χρηστής μπορεί να έχει πολλαπλές IP διευθύνσεις, εκτός από τους υπολογιστές του (κινητούς και σταθερούς), στα PDAs, στο κινητό τηλέφωνο, σε τηλεοράσεις, ραδιόφωνα και γενικά σε οποία ηλεκτρική οικιακή συσκευή επιθυμεί (αν η συσκευή βέβαια παρέχει αυτήν την δυνατότητα). Επιπλέον, δεν υπάρχει κανένας πλέον λόγος συνέχισης της χρήσης λύσεων τύπου NAT που χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό σήμερα. Η μορφή της unicast IPv6 διευθύνσεως (χαρακτηρίζεται από το format prefix 001) δίνεται πιο κάτω: όπου το TLA ID (Top-Level Aggregation IDentifier) καθορίζεται από κάποιον οργανισμό ο οποίος παρέχει συνδεσιμότητα δικτύου σε μεγάλη κλίμακα (public transit topology), το NLA ID (Next-Level Aggregation IDentifier) το οποίο καθορίζουν οι οργανισμοί αυτοί για τους ISPs, και τα υπόλοιπα (64+16) bit για ιεράρχηση και διευθυνσιοδότηση μέσα στο site. 4

12 Έτσι, όπως φαίνεται και από το πιο πάνω σχήμα, καθορίζεται μια πιο λειτουργική και ιεραρχική διευθυνσιοδότηση και δρομολόγηση στο IPv6, η οποία στηρίζεται στα πολλαπλά επίπεδα παροχών ISPs και οργανισμών, και που όπως υπολογίζεται θα μειώσει κατά ένα ποσοστό 75% το σημερινό μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης των δρομολογητών. To IPv6 προσφέρει καλύτερη υποστήριξη της Ποιότητας Υπηρεσίας (QoS) με τα πεδία Traffic Class και Flow Label που έχουν προστεθεί στην IPv6 επικεφαλίδα. Το πρώτο πεδίο, καθορίζει την προτεραιότητα για το κάθε πακέτο που δρομολογείται ενώ το δεύτερο πεδίο, Flow Label, εισάγει την έννοια της ροής πακέτων, (πακέτα από την ίδια προέλευση προς τον ίδιο προορισμό, που απαιτούν την ίδια επεξεργασία από τον δρομολογητή), και αναμένεται να χρησιμοποιηθεί για real-time μεταδόσεις, τόσο audio όσο και video streaming, μειώνοντας σημαντικά την καθυστέρηση (delay) στους ενδιάμεσους δρομολογητές. Αυτό οφείλεται, πρώτον στο ότι πλέον όλα τα δεδομένα που χρειάζεται ο δρομολογητής για την απαιτούμενη επεξεργασία και προώθηση του πακέτου υπάρχουν στην IPv6 επικεφαλίδα, χωρίς να χρειάζεται να παραβιάσει ανώτερα στρώματα, άρα και να σπαταλήσει περισσότερη υπολογιστική ισχύ, προσθέτοντας επιπλέον καθυστέρηση στο χρόνο μετάδοσης. Και το δεύτερο και σημαντικότερο, οι περισσότεροι δρομολογητές θα διατηρούν ένα είδος κρυφής μνήμης (cache) στην οποία θα κρατούν τις ενέργειες που απαιτούνται για πακέτα της ίδιας ροής, χωρίς να χρειάζεται πλέον η επεξεργασία του κάθε πακέτου ξεχωριστά, μειώνοντας και με αυτόν τον τρόπο σημαντικά την καθυστέρηση. Παράλληλα, στο IPv6 έχει εξ' αρχής γίνει σχεδιασμός με βάση την ασφάλεια. Το IPSec πρωτόκολλο ασφάλειας είναι ενσωματωμένο στο νέο πρωτόκολλο και αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του, παρέχοντας Πιστοποίηση Αυθεντικότητας και Ακεραιότητας και Κρυπτογράφηση. Υποστηρίζεται επίσης η IPv6 Mobility. Παρέχεται δηλαδή η δυνατότατα σε κινούμενους χρηστές να διατηρούν την σύνδεση τους, ενώ μετακινούνται από το ένα δίκτυο στο άλλο. Συγκεκριμένα, ο χρηστής διατηρεί την διεύθυνση του τοπικού του δικτύου (home address), και παράλληλα του αναθέτονται και οι διευθύνσεις των εκάστοτε δικτύων στα οποία εισέρχεται. Ένας δρομολογητής στο τοπικό δίκτυο, ο home agent, ενημερώνεται από τον χρηστή για τις εκάστοτε διευθύνσεις του, κάθε φορά που ο τελευταίος αλλάξει δίκτυο, και στην περίπτωση που κάποιος άλλος χρηστής προσπαθήσει να επικοινωνήσει με τον κινούμενο χρηστή μέσω της τοπικής του διευ- 5

13 θύνσεως, τα πακέτα φτάνουν στον home agent, ο οποίος τα ενθυλακώνει, και μέσω tunnel τα στέλνει στον κινούμενο χρηστή-προορισμό. Ακολούθως, ο ίδιος ο χρηστής ενημερώνει τον κόμβο προελεύσεως (ο κόμβος που του έστειλε τα πακέτα) για την προσωρινή διεύθυνση του και η επικοινωνία γίνεται κατευθείαν μεταξύ των δυο, χωρίς την μεσολάβηση του home agent. Ο κινούμενος χρηστής, κάθε φορά που αλλάζει διεύθυνση, εκτός από τον home agent ενημερώνει και τους υπόλοιπους χρηστές με τους οποίους είχε ή έχει επικοινωνία, αλλά παράλληλα διατηρεί και τις προηγούμενες του διευθύνσεις για να δέχεται και τα πακέτα που καταφτάνουν σε αυτές. Το IPv6 παρέχει την δυνατότητα τόσο για Stateful Address Configuration, με την παρουσία ενός DHCPv6 server, όσο και για Stateless Address Configuration, μόνο από τις διαφημίσεις του δρομολογητή (router advertisements). Συγκεκριμένα, οι διάφοροι κόμβοι του δικτύου καθορίζουν αρχικά τις link-local διευθύνσεις τους από το link-local πρόθεμα FE80::/64 και τον interface identifier που καθορίζουν οι ίδιοι, και με ένα μήνυμα Νeighbor Discovery, ελέγχουν την μοναδικότητα της διευθύνσεως τους (duplicate address detection). Ακολούθως, στην περίπτωση που δεν έχουν πάρει κάποιο μήνυμα router-advertisement, στέλνουν οι ίδιοι στον router μηνύματα routersolicitations, απαιτώντας router-advertisement. Αν δεν υπάρχει router, χρησιμοποιείται κάποιο stateful address autoconfiguration πρωτόκολλο. Στην αντίθετη περίπτωση (ύπαρξη δρομολογητή), ο δρομολογητής απαντά με κάποιο router-advertisement και από το πρόθεμα που διαφημίζεται, σχηματίζεται η παγκόσμια και η site-local διεύθυνση του κόμβου ενώ τίθενται οι παράμετροι hop limit, reachable time, retransmission time, MTU και καθορίζεται το default route προς τον δρομολογητή που έστειλε τις διαφημίσεις. Στο IPv6, η διαμόρφωση της επικεφαλίδας γίνεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να χρησιμοποιούνται τα αυστηρώς απαραίτητα πεδία, χωρίς να υπάρχει η επιβάρυνση αχρησιμοποίητων πεδίων, όπως το options της IPv4 επικεφαλίδας που δεν χρησιμοποιούνταν στις περισσότερες περιπτώσεις, αλλά ο δρομολογητής έπρεπε να το ελέγχει. Όλα τα επιπλέον πεδία συμπεριλαμβάνονται στις δευτερεύουσες επικεφαλίδες που ακολουθούν σαν προέκταση της πρώτης, και η ύπαρξη τους δηλώνεται στο πεδίο Next Header. Έτσι, η επικεφαλίδα του IPv6 πακέτου έχει μόλις το διπλάσιο μέγεθος της IPv4 επικεφαλίδας, αν και το μήκος της IPv6 διευθύνσεως είναι τετραπλάσιο από το μήκος της αντίστοιχης IPv4. Συγκεκριμένα, στην επικεφαλίδα υφίστανται μόνο τα πεδία (1) version, όπου καθορίζεται αν πρόκειται για IPv4 ή IPv6 πακέτο, (2) Traffic 6

14 Class και (3) Flow Label που εξηγούνται πιο πάνω, (4) Payload Length ανάλογο του IPv4 total length (5) Next Header, που υποδηλώνει αν κάποιες επιπλέον extension headers υπάρχουν μετά την επικεφαλίδα, (6) Hop Limit, που είναι το αντίστοιχο του TTL στο IPv4, δηλαδή μετά από πόσους ενδιάμεσους κόμβους θα απορριφθεί το πακέτο, (7) η διεύθυνση πηγής και (8) η διεύθυνση προορισμού. Πιο κάτω φαίνονται οι IPv4 και IPv6 επικεφαλίδες: Μορφή Επικεφαλίδας IPv6 Μορφή Επικεφαλίδας IPv4 Η εμπειρία που έχει αποκτηθεί από την πολύχρονη χρήση και βελτίωση του IPv4, οδήγησε στην απόρριψη χαρακτηριστικών που αποδείχτηκαν μη αποδοτικά ή δεν χρειάζονταν πλέον. Αυτές οι αλλαγές φαίνονται καθαρά στην καινούργια μορφή της επικεφαλίδας του IPv6, στα παραπάνω σχήματα. 7

15 Πεδία της επικεφαλίδας του IPv6 Συγκρίνοντας την επικεφαλίδα του IPv6 με την επικεφαλίδα του IPv4 στο σχήμα 2, αμέσως παρατηρούμε την απλοποίηση που έχει γίνει στην μορφή της επικεφαλίδας κρατώντας μόνο τις άκρως απαραίτητες πληροφορίες. Σαν αποτέλεσμα έ- χουμε διπλάσιο μήκος σε bit της επικεφαλίδας του IPv6 σε σχέση με το IPv4 παρόλο που το μέγεθος των διευθύνσεων έχει τετραπλασιαστεί. Η επιλογές πλέον προστίθενται σαν επιπλέον επικεφαλίδες που ακολουθούν την επικεφαλίδα του IPv6 όταν αυτές χρειάζονται. Οι σχεδιαστές, για να μειώσουν το χρόνο που ένας δρομολογητής χρειάζεται για να επεξεργαστεί ένα πακέτο, φρόντισαν ώστε: Οι δρομολογητές να χρειάζεται να επεξεργαστούν το πολύ μια επιπλέον επιλογή, ενώ οι υπόλοιπες να ελέγχονται μόνο από τον παραλήπτη του πακέτου. Το πακέτο να ξεκινάει από τον αποστολέα με κατάλληλο μέγεθος, ώστε να είναι δυνατή η μετάδοση του από όλες της τεχνολογίες δικτύου που πρόκειται να συναντήσει στην πορεία του, χρησιμοποιώντας την τεχνική αναζήτησης της μέγιστης δυνατής μονάδας πληροφορίας (Path MTU Discovery). 8

16 Εξάλλου, η δυνατότητα μεγάλων IP πακέτων (Jumbograms) που επιτρέπει το μεγέθους του IP πακέτου να ξεπεράσει το όριο των 65Kb που θέτει το IPv4 επιτρέπει την καλύτερη εκμετάλλευση των νέων τεχνολογιών δικτύων υψηλών ταχυτήτων όπως ATM, GigaBit Ethernet, κ.α. Τέλος, το IPv6 προσφέρει: Απλοποίηση της διαχείρισης και του configuration του IPv6 multicast, παρέχοντας επιπλέον και καλύτερη κλιμάκωση (scaling) με χρήση του Rendezvous Point (PR). Καλύτερες προϋποθέσεις για multihoming, λόγω των πολλαπλών unicast διευθύνσεων ανά Interface, της χρήσης των site-local διευθύνσεων εντός του site και των πλέον καθορισμένων και διαχωρισμένων TLAs για τον κάθε ISP Χρήση του IPv6 Το Σεπτέμβριο του 2013, το Διαδίκτυο πέρασε ένα σημαντικό ορόσημο στην παγκόσμια ανάπτυξη του IPv6: το ποσοστό των χρηστών που κάνουν χρήση των υπηρεσιών του Google πάνω από IPv6 πέρασε το όριο του 2%, σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία που δημοσιεύει τακτικά η Google ( IPv6 Deployment Hits 2%, 2003) [11]. Αυτό το ποσοστό είναι βέβαια ιδιαίτερα μικρό ακόμα, αλλά είναι σημαντικό ως μέτρο της αυξημένης χρήσης του IPv6 σε παγκόσμιο επίπεδο, αν λάβει κανείς υπόψη ότι η Google πέρασε το όριο του 1% στις 27 Οκτωβρίου του Συνεπώς μέσα σε ένα χρόνο διπλασιάστηκε η χρήση του IPv6 στον κόσμο. Τα στοιχεία αποτελούν καλό οιωνό για τη συνέχιση της ανάπτυξης του IPv6. Πρόσφατα πολλοί πάροχοι Internet σε όλο τον κόσμο άρχισαν να προσφέρουν συνδεσιμότητα IPv6 στους συνδρομητές τους. Πιο συγκεκριμένα ( IPv6 Deployment Hits 2%, 2003) [11]: Η Telefonica del Peru στη Νότια Αμερική χρησιμοποιεί το IPv6 σε μεγάλη κλίμακα Η Deutsche Telekom στη Γερμανία και η Swisscom στην Ελβετία επίσης ε- νεργοποιήσαν IPv6 για τους συνδρομητές τους 9

17 Η Time Warner Cable διασυνδέεται με άλλους παρόχους δικτύου στη Βόρεια Αμερική με IPv6 Δυο πάροχοι Δικτύου στη Σιγκαπούρη, οι StarHub and M1 ξεκίνησαν να προσφέρουν IPv6 στους τελικούς χρήστες τους Στην Ελλάδα, οι πάροχοι Internet δεν προσφέρουν συνδεσιμότητα IPv6 στους τελικούς χρήστες τους, με εξαίρεση κάποια Πανεπιστήμια και ερευνητικούς φορείς, όπως το δίκτυο του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και το Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο. 10

18 3. Μηχανισμοί Μετάβασης Η μετάβαση από το IPv4 πρωτόκολλο στο IPv6 δεν είναι εύκολη υπόθεση - ιδιαίτερα αν αναλογιστεί κανείς το μέγεθος του Internet σήμερα, τον τεράστιο αριθμό των χρηστών και δικτυακών ιστότοπων. Πολλές εταιρίες και οργανισμοί πλέον, στηρίζονται αποκλειστικά και μόνο στο Internet τόσο για την λειτουργία τους όσο και για τη συνεχόμενη παροχή υπηρεσιών. Το γεγονός αυτό καθιστά δύσκολη τη μετάβαση των συστημάτων τους σε IPv6 καθώς αυτό προϋποθέτει το προσωρινό κατέβασμα (των συστημάτων) προκειμένου να πραγματοποιηθεί η αναβάθμιση τους στο νέο (IPv6) πρωτόκολλο. Επιπλέον, η τεραστία επένδυση που έχει γίνει στο IPv4, και ιδιαίτερα σε μηχανήματα που δεν μπορούν να αναβαθμιστούν, όπως κινητά τηλεφωνά και δικτυακοί εκτυπωτές, στέκεται εμπόδιο στην άμεση μετάβαση. Τέλος, ίσως ο σημαντικότερος παράγοντας επιβράδυνσης της μετάβασης, είναι η μέχρι στιγμής μικρή κατανόηση του IPv6 πρωτοκόλλου, των δυνατοτήτων του, αλλά και των απαιτήσεων του. Η ανάγκη για μετάβαση στο νέο αυτό πρωτόκολλο, το οποίο θα λύσει πολλά από τα προβλήματα του προκατόχου του, δεν έχει γίνει κατανοητή από όλους. Όλα τα παραπάνω, δείχνουν ότι η μετάβαση δεν μπορεί να γίνει από τη μια στιγμή στην άλλη, ούτε υπάρχει κάποια μέρα-d μέχρι την οποία θα έχει γίνει η μετάβαση. Η μόνη λύση για το πέρασμα στο νέο πρωτόκολλο είναι η εύρεση μηχανισμών για σταδιακή και ανώδυνη μετάβαση (Carpenter, Moore, 2001) [4]. Το γεγονός αυτό λήφθηκε υπόψη από την IETF κατά τον σχεδιασμό του πρωτοκόλλου και έτσι το IPv6 είναι κατά πολύ μεγάλο μέρος συμβατό με το IPv4. Επιπλέον είχε συσταθεί μια ειδική ομάδα ερευνητών για να ασχοληθεί αποκλειστικά με τα θέματα της μετάβασης. Η έρευνα που επιτελούνταν στο θέμα της μετάβασης είχε ως τελικό σκοπό κάποιους μηχανισμούς που να προσφέρουν (Carpenter, Moore, 2001; Huitema, 2001) [4][5]: Δυνατότητα σταδιακής μετάβασης, έτσι ώστε οι IPv4 hosts και routers του κάθε δικτύου, να μπορούν να αναβαθμιστούν σε IPv6, ο καθένας ξεχωριστά, χωρίς την απαίτηση να έχουν και οι υπόλοιποι κόμβοι του δικτύου εγκαταστήσει το IPv6 πρωτόκολλο. 11

19 Ελάχιστες απαιτήσεις αναβάθμισης. Συγκεκριμένα το μόνο που απαιτείται για την αναβάθμιση, είναι ένας DNS server που να χειρίζεται IPv6 εγγραφές στην περίπτωση των hosts, και καμία απαίτηση στην περίπτωση των routers. Απλότητα διευθυνσιοδότησης, και συγκεκριμένα δυνατότητα να διατηρηθούν οι IPv4 διευθύνσεις που είχε το μηχάνημα πριν την αναβάθμιση παράλληλα με τις IPv6 διευθύνσεις, χωρίς την ανάγκη επαναπροσδιορισμού νέων διευθύνσεων. Καμία προεργασία εγκατάστασης να μην χρειάζεται για την αναβάθμιση από IPv4 σε IPv6. Για αυτούς τους λόγους, υλοποιήθηκε και ενσωματώθηκε στο νέο πρωτόκολλο ένα σύνολο μηχανισμών, το SIT (Simple Internet Transition), που περιλαμβάνει κάποιους κανόνες και πρωτόκολλα, για την διευκόλυνση της μετάβασης. Συγκεκριμένα, το SIT παρέχει (Savola, Patel, 2004; Gilligan, Nordmark, 2000) [6][7]: Μια δομή IPv6 διευθύνσεων που μπορεί να προκύψει από τις IPv4 διευθύνσεις. Οι διευθύνσεις αυτές είναι οι IPv6 IPv4-compatible διευθύνσεις της μορφής ::ww.xx.yy.zz όπου ww.xx.yy.zz η IPv4 διεύθυνση που είχε πριν την αναβάθμιση ο συγκεκριμένος κόμβος. Την δυνατότητα λειτουργίας των λειτουργικών συστημάτων με διπλή στοίβα πρωτοκόλλων (dual stack) ταυτόχρονα. Δηλαδή, το ένα πρωτόκολλο δεν ε- πεμβαίνει στην λειτουργία του αλλού, και το κάθε μηχάνημα, συνήθως αναλόγως του αποτελέσματος της αναζήτησης DNS, επιλέγει ποια από τις δυο στοίβες θα χρησιμοποιήσει για επικοινωνία. Τα στρωματά ανωτέρου επιπέδου συνεργάζονται και με τα δυο πρωτόκολλα. Ένα μηχανισμό για την ενθυλάκωση των IPv6 πακέτων μέσα σε IPv4 πακέτα (tunneling) για μετάδοση τους πάνω από σύννεφα IPv4. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι οι πλέον χρησιμοποιούμενοι σήμερα και θα αναλυθούν εκτενέστερα στις επόμενες ενότητες. Προαιρετικά, δυνατότητα μετατροπής του IPv6 πακέτου σε IPv4 και αντίστροφα. 12

20 Βάση των πιο πάνω δυνατοτήτων που παρέχει το SIT, προέκυψαν σε αυτό το διάστημα συνύπαρξης των δυο πρωτοκόλλων αρκετοί μηχανισμοί μετάβασης, που μπορούν να ταξινομηθούν στις τρεις πιο κάτω κατηγορίες: Μηχανισμοί Dual Stack (διπλής στοίβας) Μηχανισμοί Tunneling Μηχανισμοί Translation 3.1. Μηχανισμοί Dual Stack O όρος "διπλή στοίβα" - "Dual stack" αναφέρεται συνήθως σε μια πλήρη επανάληψη/ επικάλυψη σε όλα τα επίπεδα της στοίβας πρωτοκόλλων, από το επίπεδο εφαρμογής μέχρι το επίπεδο δικτύου. Ένα παράδειγμα αυτού θα ήταν OSI και TCP / IP πρωτόκολλα που τρέχουν στον ίδιο υπολογιστή. Ωστόσο, στο πλαίσιο της μετάβασης IPv6, η χρήση διπλής στοίβας σημαίνει ότι η στοίβα πρωτοκόλλων ενός κόμβου περιέχει τόσο IPv4 όσο και IPv6, με τα υπόλοιπα πρωτόκολλα της στοίβας να είναι ταυτόσημα. Ως εκ τούτου, τα ίδια πρωτόκολλα μεταφοράς (TCP, UDP, και ούτω καθεξής) και οι ίδιες εφαρμογές είναι δυνατό να τρέχουν πάνω από IPv4 και IPv6 (Nordmark, Gilligan, 2005) [8]. Η εικόνα που ακολουθεί δείχνει τη διπλή στοίβα πρωτοκόλλων στη διαστρωμάτωση κατά OSI. 13

21 Οι μηχανισμοί αυτοί είναι απλοί στην υλοποίηση τους, η οποία έγκειται α- πλώς στην εγκατάσταση και των δυο πρωτοκόλλων στα λειτουργικά συστήματα των μηχανημάτων του δικτύου. Έτσι τα μηχανήματα στα οποία υπάρχει εγκατεστημένο και το IPv4 και το IPv6 πρωτόκολλο μπορούν να λάβουν και να προωθήσουν πακέτα και από τα δυο πρωτόκολλα. Η επιλογή της στοίβας η οποία θα χρησιμοποιηθεί γίνεται κυρίως βάση του αποτελέσματος της αναζήτησης DNS. Δηλαδή, αν ο κόμβος με τον οποίο θα γίνει επικοινωνία έχει καταγραμμένη μόνο IPv6 διεύθυνση, χρησιμοποιείται η IPv6 στοίβα, αν υπάρχει μόνο IPv4 διεύθυνση χρησιμοποιείται η IPv4 στοίβα και στην περίπτωση που υπάρχουν εγγραφές τόσο IPv4 όσο και IPv6 διευθύνσεων, η default συμπεριφορά είναι να χρησιμοποιηθούν οι IPv6 διευθύνσεις. Σε αυτό το σημείο πρέπει να τονιστεί ότι για να εγγράψει ο κόμβος την IPv6 σύνδεσή του, πρέπει με κάποιο τρόπο να του παρέχεται IPv6 συνδεσιμότητα (είτε native είτε μέσω tunnel), εκτός από το να έχει απλώς εγκαταστήσει το IPv6 πρωτόκολλο. Και αυτή ακριβώς είναι κυρίως η αδυναμία της συγκεκριμένης κατηγορίας μηχανισμών στον παρόν στάδιο μετάβασης. Δηλαδή, απομονωμένοι dual-stack κόμβοι στους οποίους δεν παρέχεται IPv6 σύνδεση, δεν μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και σε αυτές τις περιπτώσεις είναι απαραίτητη η συνεργασία της συγκεκριμένης κατηγορίας μηχανισμών με κάποιο άλλο μηχανισμό μετάβασης, όπως για παράδειγμα με τους μηχανισμούς tunneling, η οποία είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται κατά κόρον σήμερα. Σε προχωρημένα στάδια μετάβασης, αυτή η κατηγορία χρησιμοποιείται περισσότερο. Επίσης η κατηγορία αυτή χρησιμοποιείται στην περίπτωση κάποιου οργανισμού του οποίου ο πάροχος προσφέρει IPv6 συνδεσιμότητα Μηχανισμοί Translation Οι μηχανισμοί αυτοί επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ κόμβων που υποστηρίζουν μόνο IPv4 (IPv4-only) και κόμβων που υποστηρίζουν μόνο IPv6 (IPv6-only), και ουσιαστικά μεταφράζουν την κίνηση από το ένα πρωτόκολλο στο άλλο. Αναμένεται ότι θα χρησιμοποιηθούν αρκετά στα τελευταία στάδια μετάβασης, και κυρίως για τις περιπτώσεις μηχανημάτων που δεν μπορούν να αναβαθμιστούν στο IPv6. 14

22 Οι κυριότεροι μηχανισμοί αυτής της κατηγορίας είναι ο NAT-PT (Network Address Translation Protocol Translation) ο οποίος χρησιμοποιεί SIIT (Stateless IP ICMP Translation) αλγόριθμους για μετατροπή των IPv6 πακέτων σε IPv4 και αντίστροφα και οι BIS (Bump In The Stack) και BIA ( Bump in the API) οι οποίοι εκτελούν τις ίδιες διαδικασίες, αλλά ο ένας στο επίπεδο μεταφοράς και ο τελευταίος στο επίπεδο εφαρμογής (Gilligan, Nordmark, 2000) [7]. Ο ΝΑT-PT (Network Address Translation Protocol Translation) μηχανισμός, ο πλέον διαδεδομένος και καθιερωμένος της κατηγορίας των translation mechanisms, στηρίζεται σε λειτουργία παρόμοια με αυτή των κλασσικών NATs (Tsirtsis, Srisuresh, 2000) [9]. Υπάρχει o δρομολογητής στο σύνορο μεταξύ του IPv6 και του IPv4 δικτύου, στον οποίο εγκαθίσταται το NAT-PT, ο οποίος διατηρεί δυο δεξαμενές (pools) διευθύνσεων, μια με IPv6 διευθύνσεις και μια με IPv4, τις οποίες αντιστοιχεί δυναμικά για να δημιουργηθεί η συνοδός για επικοινωνία μεταξύ του IPv4 host με τον IPv6. Επιπλέον όμως, παράλληλα με την μετάφραση των διευθύνσεων, γίνεται και μετάφραση της IPv6 επικεφαλίδας σε IPv4 και αντίστροφα. Αυτό φυσικά, προσθέτει στο συγκεκριμένο μηχανισμό και το μειονέκτημα ότι κάποια services που προσφέρει το ένα πρωτόκολλο, αλλά όχι και το άλλο, είναι πιθανό να χαθούν κατά την μετάφραση αφού οι επικεφαλίδες των δυο πρωτοκόλλων δεν είναι ίδιες. Επιπλέον, οι μηχανισμοί αυτοί φέρουν και τα μειονεκτήματα των κλασικών NATs, λόγω της μετάφρασης διευθύνσεων και πρωτοκόλλου που εκτελείται. Και σε αυτή την περίπτωση ι- 15

23 σχύει η best effort προσέγγιση, και επιπλέον η απ άκρου σ άκρου ασφάλεια σε επίπεδο δικτύου είναι αδύνατη. Για αυτόν ακριβώς τον λόγο, οι συγκεκριμένοι μηχανισμοί πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο στην περίπτωση που υπάρχει ανάγκη επικοινωνίας IPv4-only και IPv6-only hosts, και όχι σε άλλες περιπτώσεις Μηχανισμοί Tunelling Για όσο διάστημα διευρύνεται η χρήση του IPv6, είναι χρήσιμο αλλά και αναγκαίο, τουλάχιστον στο μεταβατικό στάδιο, η IPv4 υποδομή να παραμείνει λειτουργική και να χρησιμοποιηθεί επίσης στην μετάδοση φορτίου. Η πιο διαδεδομένη τεχνική, με την οποία γίνεται η εκμετάλλευση της υποδομής IPv4 για την μεταφορά IPv6 πακέτων είναι οι μηχανισμοί tunneling, η τρίτη και σημαντικότερη κατηγορία των μηχανισμών μετάβασης. Το tunneling γενικότερα είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σήμερα και στηρίζεται στην ενθυλάκωση ενός πρωτοκόλλου ενός δικτύου σε πακέτα αλλού πρωτοκόλλου, για μετάδοση τους πάνω από άλλο δίκτυο (παραδείγματα το GRE και το PPTP πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται σήμερα σε μεγάλο βαθμό). Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται και στο μεταβατικό στάδιο από το IPv4 στο IPv6. Πιο συγκεκριμένα, IPv6 hosts και routers έχουν την δυνατότητα να ανταλλάσσουν IPv6 πακέτα, τα οποία ενθυλακώνουν μέσα σε IPv4 πακέτα, μεταδίδοντάς τα έτσι πάνω από το ήδη υπάρχον δίκτυο (Internet). Με αυτό τον τρόπο οι ενδιάμεσοι δρομολογητές, αν και δεν υποστηρίζουν το IPv6 πρωτόκολλο, προωθούν τα ενθυλακωμένα πακέτα σαν να πρόκειται για κανονικά IPv4 πακέτα. Για την λειτουργία των μηχανισμών tunneling πρέπει οι δυο κόμβοι στα άκρα του tunnel - οι κόμβοι που κάνουν την ενθυλάκωση και την απενθυλάκωση - να είναι dual-stack, να έχουν δηλαδή εγκατεστημένες και τις δυο στοίβες πρωτοκόλλων IPv4 και IPv6. Πιο κάτω φαίνεται η διάδοση των ενθυλακωμένων IPv6 πακέτων, κάτω από IPv4 επικεφαλίδα, πάνω από την IPv4 υποδομή, καθώς και η μορφή των πακέτων που μεταδίδονται Ορολογία IPv4-only node: Ένας κόμβος που υλοποιεί μόνο IPv4 και έχει μόνο IPv4 διεύθυνση. Ο κόμβος αυτός δεν υποστηρίζει IPv6. 16

24 IPv6-only node: Ένας κόμβος που υποστηρίζει μόνο IPv6 και μπορεί να επικοινωνήσει μόνο με IPv6 κόμβους και εφαρμογές. IPv6/IPv4 node: Κόμβος που υλοποιεί τόσο IPv6 όσο και IPv4. IPv4 node: Κόμβος που υλοποιεί IPv4 (στέλνει και λαμβάνει IPv4 πακέτα). Ο κόμβος αυτός μπορεί να είναι IPv4-only ή IPv6/IPv4 κόμβος. IPv6 node: Κόμβος που υλοποιεί IPv6 (στέλνει και λαμβάνει IPv6 πακέτα). Ο κόμβος αυτός μπορεί να είναι IPv6-only ή IPv6/IPv4 κόμβος. 17

25 Είδη μηχανισμών tunneling Οι μηχανισμοί tunneling κατηγοριοποιούνται, ως προς τον μηχανισμό με τον οποίο ο κόμβος εισόδου, ο οποίος πραγματοποιεί την ενθυλάκωση, καθορίζει την διεύθυνση του κόμβου εξόδου (άλλο άκρο του τούνελ), σε μηχανισμούς configured tunneling και automatic tunneling (Nordmark, Gilligan, 2005) [8]. Στο configured tunneling, η IPv4 διεύθυνση του άκρου του τούνελ, καθορίζεται από τις configuration πληροφορίες που έχουν οριστεί εκ των προτέρων στον κόμβο στον οποίο γίνεται η ενθυλάκωση των πακέτων από τον διαχειριστή του. Για το κάθε τούνελ που υλοποιεί ο συγκεκριμένος κόμβος πρέπει να υπάρχει αποθηκευμένη η διεύθυνση του άλλου άκρου του τούνελ. Όταν ένα πακέτο μεταδίδεται μέσω του τούνελ, η διεύθυνση του άλλου άκρου άκρο εξόδου, η οποία έχει γίνει configure για το συγκεκριμένο τούνελ, τίθεται ως η διεύθυνση προορισμού στην IPv4 επικεφαλίδα που ενθυλακώνει το IPv6 πακέτο. Στο automatic tunneling η IPv4 διεύθυνση του άκρου του τούνελ, μπορεί να προκύψει από την IPv6 διεύθυνση προορισμού του πακέτου που πρόκειται να μεταδοθεί μέσω του τούνελ. Αυτή μπορεί να είναι είτε 6to4 διεύθυνση (επόμενη ενότητα 6to4 Μηχανισμός ) είτε IPv4-compatible διεύθυνση (0:0:0:0:0:0:IPv4 Address), είτε γενικά διεύθυνση στην οποία η IPv4 εμπεριέχεται με κάποιο τρόπο στην IPv6 διεύθυνση. Στην περίπτωση αυτή οι IPv6/IPv4 κόμβοι επικοινωνούν πάνω από την IPv4 υποδομή δρομολόγησης χωρίς να χρειάζεται να έχουν γίνει εκ των προτέρων configured τα τούνελ που θα χρησιμοποιηθούν. Στην πρώτη κατηγορία tunneling συγκαταλέγονται κυρίως οι περιπτώσεις επικοινωνίας: 18

26 όπου τα πακέτα προωθούνται σε ένα ενδιάμεσο δρομολογητή (router) όπου θα γίνει η απενθυλάκωση τους. Σε αυτή την περίπτωση η διεύθυνση του άκρου του τούνελ είναι διαφορετική από την τελική διεύθυνση προορισμού, άρα απαιτείται η χρήση configured tunneling, αφού η διεύθυνση του router (άκρο του τούνελ) δεν μπορεί να προκύψει από την διεύθυνση προορισμού του πακέτου. Εξαίρεση σε αυτό παρουσιάζει ο 6to4 μηχανισμός και γενικά οι μηχανισμοί όπου ο μεταβατικός μηχανισμός υλοποιείται στον συνοριακό δρομολογητή του site (από την διεύθυνση του οποίου καθορίζονται οι διευθύνσεις του site), οι οποίοι αν και συγκαταλέγονται στην Router-to-Router περίπτωση επικοινωνίας, μπορεί από την διεύθυνση προορισμού να υπολογιστεί η διεύθυνση του router που θα εκτελέσει την απενθυλάκωση, και έτσι οι μηχανισμοί αυτοί εντάσσονται στην κατηγορία των automatic tunneling. Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν οι περιπτώσεις: Host-to-Host: 19

27 Router-to-Host: όπου το πακέτο μεταδίδεται μέσω του τούνελ μέχρι τον τελικό προορισμό. Σε αυτή την περίπτωση, η διεύθυνση προορισμού του IPv6 πακέτου περιέχει με κάποιο τρόπο την IPv4 διεύθυνση προορισμού που θα χρησιμοποιηθεί στην εξωτερική IPv4 επικεφαλίδα. Έτσι, δεν χρειάζεται να έχει καθοριστεί εκ των πρότερων το άλλο άκρο του τούνελ, απλοποιώντας σημαντικά την διαδικασία υλοποίησης του τούνελ Λειτουργία των μηχανισμών tunneling Τα κύρια χαρακτηριστικά λειτουργίας των μηχανισμών είναι ίδια και για τις δυο κατηγορίες tunnels: Ο κόμβος εισόδου (ο κόμβος στον οποίο θα γίνει η ενθυλάκωση) δημιουργεί την IPv4 επικεφαλίδα με τιμή 41 στο πεδίο protocol, κάτω από την οποία ενθυλακώνει το IPv6 πακέτο, και ακολούθως δρομολογεί το πακέτο με κανονική IPv4 δρομολόγηση, θέτοντας ως διεύθυνση προορισμού την IPv4 διεύθυνση του κόμβου εξόδου, όπου θα γίνει η απενθυλάκωση. Στο άλλο άκρο του τούνελ, ο κόμβος εξόδου (ο κόμβος στον οποίο θα γίνει η απενθυλάκωση), παραλαμβάνει το ενθυλακωμένο πακέτο, το επανασυναρμολογεί αν προέκυψε κατατεμαχισμός του, και αφού δει την τιμή 41 στο πεδίο protocol αφαιρεί την IPv4 επικεφαλίδα. Ακολούθως, αν η διεύθυνση προορισμού του IPv6 πακέτου είναι διαφορετική από την δική του, προωθεί το πακέτο στον προορισμό με κανονική IPv6 δρομολόγηση. Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά την φάση της απενθυλάκωσης δεν μεταβάλλεται η IPv6 επικεφαλίδα και 20

28 απλώς μειώνεται το hop limit κατά ένα σε περίπτωση περαιτέρω προώθησης του πακέτου. Ίσως ο κόμβος εισόδου χρειάζεται να κρατά πληροφορίες για κάποιες παραμέτρους όπως το MTU (Maximum Transfer Unit - τo μέγεθος του μεγαλύτερου IPv6 πακέτου που μπορεί να δρομολογηθεί) και το Hop Limit (τo αντίστοιχο του TTL στο IPv4 πρωτόκολλο - ο αριθμός των ενδιάμεσων κόμβων από όπου θα περάσει το πακέτο μέχρι να απορριφθεί αν δεν έχει φτάσει στον προορισμό του), ούτως ώστε να προωθήσει τα IPv6 πακέτα μέσα στο tunnel. 21

29 4. Μελέτη Μετάβασης Δεδομένου ότι οι υπολογιστές και οι δρομολογητές έχουν αναβαθμιστεί ώστε να υ- ποστηρίζουν το IPv6, θα πρέπει να είναι σε θέση να διαλειτουργούν στο δίκτυο με τους κόμβους (hosts και routers) που υποστηρίζουν μόνο IPv4. Το κεφάλαιο αυτό παρέχει μια επισκόπηση της προσέγγισης και τις τυποποιημένες λύσεις για τη μετάβαση από το IPv4 στο IPv6. Το RFC 1933 επίσης παρέχει λεπτομερείς λύσεις για το πρόβλημα της μετάβασης. Στην μελέτη αυτή θα υποτεθεί ότι κάποιος οργανισμός καλείται να κάνει μετάβαση των υπηρεσιών του από IPv4 σε IPv6, υπό την προϋπόθεση ότι ο πάροχος του οργανισμού προσφέρει ήδη IP συνδεσιμότητα Απαιτήσεις μετάβασης Η μετάβαση από IPv4 σε IPv6 δεν απαιτεί κάποιον κεντρικό συντονισμό. Αντ 'αυτού, επιτρέπει στους παρόχους υπηρεσιών Διαδικτύου (ISP) και στα επιμέρους υποδίκτυα τη μετάβαση με το δικό τους ρυθμό. Επιπλέον, Έχει γίνει προσπάθεια να ελαχιστοποιηθεί ο αριθμός των εξαρτήσεων κατά τη διάρκεια της μετάβασης. Για παράδειγμα, η μετάβαση δεν απαιτεί οι δρομολογητές να έχουν αναβαθμιστεί με την υποστήριξη IPv6 πριν από την αναβάθμιση των host. Διαφορετικά δίκτυα έχουν διαφορετικούς περιορισμούς κατά την μετάβαση. Το RFC 1933 καθορίζει τα εργαλεία μετάβασης που διατίθενται σήμερα. Η κινητήρια δύναμη για τη μετάβαση είναι είτε η έλλειψη χώρου διευθύνσεων στο IPv4 ή α- παιτούμενη χρήση των νέων δυνατοτήτων του IPv6, ή και τα δύο. Η IPv6 προδιαγραφή απαιτεί 100% συμβατότητα για τα υπάρχοντα πρωτόκολλα και τις εφαρμογές κατά τη διάρκεια της μετάβασης. 22

30 4.2. Διαδικασία μετάβασης Σε γενικές γραμμές, η μελέτη μετάβασης του δικτύου ενός οργανισμού από IPv4 σε IPv6 αποτελείται από τα παρακάτω βήματα: Ανάλυση: Στο στάδιο αυτό πρέπει να γίνει περιγραφή της δικτυακής λειτουργίας της επιχείρησης και να καταγραφούν τα προϊόντα και υπηρεσίες. Συλλογή Δεδομένων: Στο στάδιο αυτό εξετάζεται οι φυσική και λογική τοπολογία του δικτύου της επιχείρησης. Εξετάζεται ποιες υπηρεσίες ή συστήματα χρησιμοποιούν εξοπλισμό που δεν υποστηρίζει IPv6. Σχεδιασμός: Στο στάδιο αυτό αναλύεται το μέγεθος και οι ανάγκες διευθυνσιοδότησης IPv6 και εξετάζονται τυχόν μελλοντικές απαιτήσεις επέκτασης. Επιλέγεται ο τρόπος με τον οποίο θα συνδεθούν οι συσκευές και οι υπηρεσίες που δεν υποστηρίζουν IPv6 στο νέο δίκτυο. Ο διαχειριστής πρέπει να αποφασίζει ποια μέθοδο από αυτές που αναφέρθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, θα χρησιμοποιήσει: o Μηχανισμοί Dual Stack (διπλής στοίβας) o Μηχανισμοί Tunneling o Μηχανισμοί Translation Η διευθυνσιοδότηση μπορεί να αποδοθεί στο δίκτυό μας με τους εξής τρόπους: o Static: δηλαδή να πάμε στατικά σε κάθε ένα από τα μηχανήματα μας και να δώσουμε την IPv6 της αρεσκείας μας (βέβαια κάτι τέτοιο δεν είναι εύκολο σε μεγάλα δίκτυα) o Dhcpv6: μια εύκολη τεχνική πολύ πιο γρήγορη από τον στατικό τρόπο. Ρυθμίζουμε μέσα στο δίκτυο μας έναν σέρβερ που μέσα από ένα pool διευθύνσεων μοιράζει IPv6 στα συμβαλλόμενα μηχανήματα o EUI-64: Μια τεχνική, ιδιαίτερα εύκολη στην χρήση. Δίνοντας μια εντολή στο interface του δικτύου, τα τερματικά παίρνουν σαν IPv6 μια IP που προέρχεται από την mac address του τερματικού. 23

31 Υλοποίηση: Στο στάδιο αυτό, γίνεται η ενεργοποίηση της στοίβας IPv6 στις συσκευές που το υποστηρίζουν, γίνεται η αλλαγή των διευθύνσεων στην υπηρεσία ονοματολογίας και υλοποιείται ο μηχανισμός μετάβασης. Στη συνέχεια αναλύονται περαιτέρω τα παραπάνω βήματα, εξετάζοντας την μελέτη περίπτωσης ενός οργανισμού/επιχείρησης που καλείται να κάνει μετάβαση των υπηρεσιών του από IPv4 σε IPv6, υπό την προϋπόθεση ότι ο πάροχος του οργανισμού προσφέρει ήδη IP συνδεσιμότητα Ανάλυση και συλλογή δεδομένων Αρχικά, γίνεται περιγραφή της δικτυακής λειτουργίας της επιχείρησης και καταγραφή των προϊόντων και των υπηρεσιών της. Στη συνέχεια διερευνάται η φυσική και λογική τοπολογία του δικτύου της ε- πιχείρησης. Εξετάζεται ποιες υπηρεσίες ή συστήματα χρησιμοποιούν εξοπλισμό που δεν υποστηρίζει IPv6. Οι δικτυακές συσκευές και κόμβοι του δικτύου του οργανισμού μπορεί να α- νήκουν σε κάποια από τις ακόλουθες κατηγορίες: IPv4 κόμβος: Ένας κόμβος ή δρομολογητής που υλοποιεί μόνο IPv4. Πρόκειται για κόμβο που υποστηρίζει μονάχα IPv4 και δεν καταλαβαίνει πακέτα τύπου IPv6. Η εγκατεστημένη βάση του IPv4 φιλοξενεί και δρομολογητές που υπήρχαν πριν αρχίσει η μετάβαση είναι IPv4-μόνο κόμβους. IPv6/IPv4 κόμβος - Ένας κόμβος ή router που υλοποιεί τόσο IPv4 και όσο IPv6, επίσης γνωστή και ως συσκευή διπλής στοίβας (dual stack). IPv6-μόνο κόμβος - Ένας κόμβος ή router που υλοποιεί μονάχα IPv6, και δεν εφαρμόζει το IPv4. Η περίπτωση αυτή είναι σπάνια, καθώς οι περισσότερα σύγχρονα λειτουργικά συστήματα είναι dual stack. 24

32 Αφού ολοκληρωθεί η καταγραφή των συσκευών και των υπηρεσιών της επιχείρησης, εξακριβώνεται ποιες από αυτές υποστηρίζουν IPv6 πρωτόκολλο και ακολουθεί ο σχεδιασμός της μετάβασης Σχεδιασμός μετάβασης Το RFC 1933 ορίζει τους εξής μηχανισμούς μετάβασης: Όταν γίνεται αναβάθμιση των κόμβων και δρομολογητών ώστε να υποστηρίζουν το IPv6, διατηρούν τη λειτουργικότητά τους σε IPv4, ώστε να παρέχουν συμβατότητα για όλα τα IPv4 πρωτόκολλα και εφαρμογές. Οι κόμβοι και οι δρομολογητές είναι όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα συσκευές διπλής στοίβας. Γίνεται χρήση της υπηρεσίας ονοματολογίας (DNS) για τη μεταφορά της πληροφορίας σχετικά με το ποιοι κόμβοι είναι IPv6. Παράγονται από τις διευθύνσεις IPv4 οι αντίστοιχες IPv6 διευθύνσεις. Μπορεί να γίνει χρήση IPv6 tunneling ως μέσο διέλευσης των πακέτων σε δρομολογητές που δεν έχουν αναβαθμιστεί στο IPv6. Για τις ανάγκες της παρούσας εργασίας, θεωρείται ότι ένας οργανισμός καλείται να κάνει μετάβαση των υπηρεσιών του από IPv4 σε IPv6, υπό την προϋπόθεση ότι ο πάροχος του οργανισμού προσφέρει ήδη IP συνδεσιμότητα. Επίσης θεωρείται δεδομένο ότι οι κόμβοι του οργανισμού είναι, είτε dual-stack, είτε IPv4. Η πλειοψηφία των σύγχρονων λειτουργικών συστημάτων υποστηρίζει IPv6 συνδεσιμότητα. Υπάρχει όμως περίπτωση η εταιρία να έχει κάποια παλιά (legacy) συστήματα που δεν μπορούν να αναβαθμιστούν (μέχρι να αντικατασταθούν πλήρως) και τα οποία υποστηρίζουν μονάχα IPv4. Ακόμη και αν ένας κόμβος έχει αναβαθμιστεί και υποστηρίζει το IPv6, η χρήση του πρωτοκόλλου αυτού εξαρτάται από τις εφαρμογές που θα εκτελεί. Υπάρχει, για παράδειγμα περίπτωση, κάποια εφαρμογή να μην έχει σχεδιαστεί για να χρησιμοποιήσει networking API συμβατό με το IPv6. Στην περίπτωση αυτή ο κόμβος στέλνει και λαμβάνει μόνο IPv4 πακέτα σαν κόμβος IPv4, παρόλο που υποστηρίζει IPv6. 25

33 Πιο αναλυτικά, μια εφαρμογή μπορεί να ανήκει σε κάποια από τις ακόλουθες κατηγορίες: IPv6-unaware: Αυτή η εφαρμογή δεν μπορεί να χειριστεί διευθύνσεις IPv6, συνεπώς, δεν μπορεί να επικοινωνήσει με κόμβους που δεν έχουν διεύθυνση IPv4. IPv6-aware: Αυτή η εφαρμογή μπορεί να επικοινωνήσει με κόμβους που δεν έχουν διεύθυνση IPv4. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο τύπος της IP διεύθυνσης μπορεί να είναι διαφανής για την εφαρμογή, για παράδειγμα, όταν το ΑΡΙ κρύβει το περιεχόμενο και τη μορφή της πραγματικής διεύθυνσης. IPv6-enabled: Αυτή η εφαρμογή, εκτός του ότι είναι ο IPv6-aware, μπορεί να επωφεληθεί από κάποιο συγκεκριμένο χαρακτηριστικό του IPv6, όπως τις ετικέτες ροής (flow labels). Οι IPv6-enabled εφαρμογές μπορεί να λειτουργούν και πάνω από το IPv4, αλλά έχουν μειωμένη απόδοση. IPv6-required: Αυτή η εφαρμογή απαιτεί κάποια ιδιαιτερότητα του IPv6 και δεν μπορεί να λειτουργήσει πάνω από IPv Υλοποίηση μετάβασης Το στάδιο αυτό αποτελείται από δυο βήματα: Παραγωγή των διευθύνσεων IPv6 Διαμόρφωση της Υπηρεσίας Ονοματολογίας 26

34 Παραγωγή των διευθύνσεων IPv6 Υπάρχουν διάφορες τεχνικές μεταφοράς των υπαρχουσών διευθύνσεων IPv4 σε IPv6. Ως γνωστό, οι IPv4 έχουν μέγεθος 32 bit, ενώ οι IPv6 έχουν μέγεθος 128 bit. Από το σύνολο των συνδυασμών που είναι οι πιθανές IPv6 διευθύνσεις, έχουν αποδοθεί τα εξής: Το τμήμα "2000::/16" αποδόθηκε πριν την επίσημη ενεργοποίηση του IPv6 το Το τμήμα "2001::/16" αποδόθηκε μετά το Το τμήμα "2002::/16" χρησιμοποιείται για τη δρομολόγηση από IPv6 σε IPv4 στο δίκτυο με τη χρήση 6to4 tunneling. Αν γίνεται χρήση 6to4 tunneling, τότε μια διεύθυνση IPv4 μετατρέπεται σε IPv6 με την ακόλουθη διαδικασία: Η IPv6 αποτελείται από 8 τμήματα: Α:Β:C:D:E:F:G:H. Τα δυο τελευταία τμήματα προκύπτουν από την IPv4 διεύθυνση X.Y.Z.W ως εξής: Κάθε τμήμα (δεκαδικό νούμερο) της IPv4 μετατρέπεται στο αντίστοιχο δεκαεξαδικό νούμερο. Τα δεκαεξαδικά ZW τοποθετούνται στο τμήμα Η και τα ΧΥ στο τμήμα G. Το Α παίρνει την τιμή Για παράδειγμα, έστω η διεύθυνση Τότε ισχύει: 155(10) = 9b(16) 142(10)= 8e(16) 10(10) = 0a(16) 1(10)=1(16) Οπότε, η διεύθυνση IPv6 που προκύπτει είναι η 2002:0:0:0:0:0:9b8e:a01 Αν δε γίνεται χρήση 6to4 tunneling και ο πάροχος έχει πραγματική IPv6 συνδεσιμότητα, τότε θα έχει εκχωρήσει ένα υποδίκτυο της μορφής 2001:B:C:D/64 στον οργανισμό. Στην περίπτωση αυτή, η δημιουργία των διευθύνσεων IPv6 είναι ελεύθε- 27

35 ρη, αν και ο διαχειριστής μπορεί για ευκολία να ακολουθήσει την ίδια σύμβαση με προηγουμένως Παράδειγμα μετατροπής διευθύνσεων Ακολουθεί ένα υποθετικό παράδειγμα μετατροπής διευθύνσεων μιας επιχείρησης από IPv4 σε IPv6. Το παράδειγμα αναφέρεται σε εταιρεία παροχής υπηρεσιών ασφαλείας με την επωνυμία SPARTAN SECURITY. Πρόκειται για μια μικρή επιχείρηση σε ένα τετραώροφο κτίριο και με ικανοποιητικό δυναμικό υπολογιστών, IPphones, εκτυπωτές, server κ.ά. Διαθέτει δηλαδή τερματικά που χρήζουν IP διευθυνσιοδότησης. Η εταιρία προς διευκόλυνσή της έχει χωρίσει τα δίκτυα της (υποθετικό private network x.0/24), σε τέσσερα virtual lan τα οποία αντιστοιχούν ένα σε κάθε όροφο. 1. Στο ισόγειο έχει δοθεί το private network /24 και αφορά τα τερματικά που χειρίζεται η γραμματεία. 2. Στον πρώτο όροφο έχει δοθεί το private network /24 και αφορά τα τερματικά που χειρίζεται το τμήμα πωλήσεων. 3. Στον δεύτερο όροφο έχει δοθεί το private network /24 και αφορά τα τερματικά αλλά και τον έλεγχο όλου του δικτύου, Καθώς στον όροφο αυτό βρίσκεται η ομάδα των μηχανικών δικτύου της εταιρίας. 4. Στον τρίτο όροφο έχει δοθεί το private network /24 και αφορά τα τερματικά και τα IPphone του κεντρικού σταθμού. Στο συγκεκριμένο υποθετικό παράδειγμα μετατροπής, αρχικά ελέγχεται το χρονοδιάγραμμα σχετικά με την ικανότητα του εξοπλισμού που έχει η εταιρία και Ερευνάται αν ο συγκεκριμένος εξοπλισμός της επιχείρησης μπορεί να μεταβεί στην τεχνολογία IPv6 χωρίς κανένα πρόβλημα συνδεσιμότητας. Παρατηρείται μικρός ό- γκος τερματικών στην επιχείρηση και επιλέγεται η στατική τεχνική για απόδοση διευθύνσεων IPv6 στο δίκτυο. Στην απόδοση των διευθύνσεων θα χρησιμοποιηθεί το πρόγραμμα μετατροπής διευθύνσεων IP που σχεδιάστηκε σε java για τις ανάγκες αυ- 28

36 τής της εργασίας. Κατά τη διάρκεια της διερεύνησης της τοπολογίας του δικτύου, οι μηχανικοί δικτύου που έχουν αναλάβει τη μετατροπή, οφείλουν να συνεργάζονται με τους προγραμματιστές της εταιρίας έτσι ώστε να διασφαλιστεί ότι η κίνηση, εισερχόμενη ή εξερχόμενη, μπορεί να δουλέψει με την τεχνολογία του IPv6. Στην SPARTAN SECURITY, έπειτα από έρευνα βρέθηκε ότι χρησιμοποιείται το ίντερνετ (www), το SMTP-POP, δηλαδή εισερχόμενη και εξερχόμενη αλληλογραφία, ενώ το μοναδικό πρόγραμμα που διαχειρίζονται οι υπάλληλοί της είναι το «security». Οι προγραμματιστές της εταιρείας διαβεβαίωσαν ότι μπορούν να μετατρέψουν το πρόγραμμα αυτό, έτσι ώστε να δεχθεί IPv6 πρωτόκολλο. Τέλος Έπειτα από επικοινωνία με τον πάροχο ίντερνετ της εταιρίας έχει εξασφαλιστεί και η διάθεση IPv6 διευθύνσεων και επομένως μπορεί να ξεκινήσει η μετάβαση. Εισάγονται τα δεδομένα στο πρόγραμμα μετατροπής που σχεδιάστηκε και αυτομάτως αποδίδονται οι νέες IP στα τερματικά της επιχείρησης. Παρακάτω, παρουσιάζονται ενδεικτικά 3 ΙP για κάθε όροφο, μετά τη μετατροπή: Ισόγειο. Έστω οι υποθετικές IP , και Με την βοήθεια του προγράμματος μετατροπής, οι IP σε μορφή IPv6 που προκύπτουν, είναι: fe80:0:0:0:0:0:c0a8:a05 fe80:0:0:0:0:0:c0a8:a64 και fe80:0:0:0:0:0:c0a8:aca αντίστοιχα. Α όροφος. Έστω οι υποθετικές IP , και Οι IP μορφής IPv6, που προκύπτουν από το πρόγραμμα μετάβασης, είναι: fe80:0:0:0:0:0:c0a8:1405, fe80:0:0:0:0:0:c0a8:1464 και fe80:0:0:0:0:0:c0a8:14ca αντίστοιχα. Β όροφος. Οι IP , και μετατρέπονται σε fe80:0:0:0:0:0:c0a8:1e05, fe80:0:0:0:0:0:c0a8:1e64 και fe80:0:0:0:0:0:c0a8:1eca αντίστοιχα. Γ όροφος. Οι IP , και , θα γίνουν fe80:0:0:0:0:0:c0a8:2805 fe80:0:0:0:0:0:c0a8:2864 και fe80:0:0:0:0:0:c0a8:28ca αντίστοιχα. Ομοίως, με τη χρήση του προγράμματος μετάβασης που σχεδιάστηκε, μπορούν όλα τα τερματικά της επιχείρησης να αλλάξουν τις IPv4 διευθύνσεις τους σε 29

37 IPv6 διευθύνσεις, ενώ το πρόγραμμα αυτό προσφέρει τη δυνατότητα απόδοσης και νέων IP μορφής IPv6 εάν μελλοντικά προστεθούν και άλλα τερματικά. Ακολουθούν σε screenshots οι νέες IP που αναφέρθηκαν παραπάνω: Ισόγειο: 30

38 Α όροφος : 31

39 Β όροφος: 32

40 Γ όροφος: 33

41 Διαμόρφωση της Υπηρεσίας Ονοματολογίας Στην υλοποίηση της τεχνικής διπλής στοίβας εισέρχονται κάποια θέματα και προβλήματα, τα οποία πρέπει να διευκρινιστούν προκειμένου να γίνει η εφαρμογή της αποδοτική. Το πρώτο από αυτά είναι η Υπηρεσία Ονοματολογίας (DNS) και ο τρόπος με τον οποίο αυτή επηρεάζει την "προτίμηση" που θα έχουν οι dual stack σταθμοί προς το ένα ή το άλλο πρωτόκολλο. Επίσης σημαντική είναι η επίδραση της στην απόδοση του δικτύου. Για την υλοποίηση της Υπηρεσίας Ονοματολογίας, έτσι ώστε να υποστηρίζει το IPv6, Στο υποθετικό παράδειγμα μεταβασης των διευθύνσεων της SPARTAN SECURITY, έχει εισαχθεί και οριστεί ένα νέο είδος record για την βάση δεδομένων του DNS, το Α6 record το οποίο αποτελεί συνέχεια / εξέλιξη του ΑΑΑΑ record. Έ- τσι, προκειμένου ένας σταθμός να είναι ικανός να επικοινωνεί χρησιμοποιώντας και τα δύο πρωτόκολλα, πρέπει να διαθέτει τις απαιτούμενες βιβλιοθήκες, για να ρωτάει την Υπηρεσία Ονοματολογίας για την IP address σταθμών IPv4, IPv6 και IPv4/IPv6. Με άλλα λόγια, οι βιβλιοθήκες αυτές πρέπει να είναι ικανές να χειρίζονται τα Α records (IPv4) αλλά και τα ΑΑΑΑ/Α6 records (IPv6). Για την Υπηρεσία Ονοματολογίας κατά την διάρκεια της μετάβασης από IPv4 σε IPv6, έχει γίνει η εξής σύσταση προκειμένου να αποφευχθούν διάφορα δυσάρεστα φαινόμενα: Ένα ΑΑΑΑ/Α6 record για ένα host θα πρέπει να καταχωρείται στη DNS database μόνο όταν και οι τρεις παρακάτω προτάσεις είναι αληθείς. Η IPv6 διεύθυνση έχει αποδοθεί σε ένα interface του host H IPv6 διεύθυνση έχει γίνει configured στο interface του host To συγκεκριμένο interface έχει σύνδεση προς το IPv6 δίκτυο 34

42 Τα παραπάνω έχουν αντίστοιχη εφαρμογή κατά τα τελευταία στάδια της μετάβασης και πιο συγκεκριμένα για το πότε το record που αντιστοιχεί σε μια IPv4 διεύθυνση, η οποία έχει απενεργοποιηθεί από το Interface ενός σταθμού, αφαιρείται από την DNS βάση. 5. Εφαρμογή μετατροπής IPv4 δικτύων σε IPv6 Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η εφαρμογή μετατροπής IPv4 δικτύων σε IPv6 που σχεδιάστηκε για τις ανάγκες της παρούσας πτυχιακής εργασίας. Στα υποκεφάλαια αναλύονται οι απαιτήσεις της εφαρμογής, ο σχεδιασμός και η υλοποίησή της Περιγραφή απαιτήσεων εφαρμογής Στόχος της εργασίας, είναι η δημιουργία μιας εφαρμογής για την μετατροπή ενός δικτύου από IPv4 σε IPv6. Πιο συγκεκριμένα, ο χρήστης θα δίνει την διεύθυνση IPv4 και τα bits (θετικός ακέραιος αριθμός μικρότερος ή ίσος του 32) της δικτυακής μάσκας, δηλαδή η είσοδος στο πρόγραμμα θα είναι της μορφής: IPv4/bits. Παράδειγμα: /24. Αν η μάσκα είναι 32, τότε πρόκειται για μια διεύθυνση, και το πρόγραμμα θα πρέπει απλά να μετατρέπει την διεύθυνση από IPv4 σε IPv6. Αν η μάσκα είναι μικρότερη από 32, τότε πρόκειται για ένα υποδίκτυο, οπότε η εφαρμογή θα πρέπει αρχικά να υπολογίζει τα εξής: μάσκα σε μορφή IP διεύθυνσης ( ) υποδίκτυο σε μορφή IP διεύθυνσης αριθμός διευθύνσεων στο υποδίκτυο αριθμός διαθέσιμων διευθύνσεων στο υποδίκτυο Αρχική διεύθυνση Τελική διεύθυνση 35

43 Στη συνέχεια, θα επιστρέφονται από το πρόγραμμα οι αντίστοιχες τιμές για IPv6. Η εφαρμογή θα εμφανίζει τις διευθύνσεις IPv6 σε δυο μορφές: πλήρη μορφή συμπτυγμένη μορφή (condensed - αποκρύπτονται τα τμήματα της διεύθυνσης που είναι μηδενικά) Σχετικά με το περιβάλλον της συγκεκριμένης εφαρμογής, στόχος είναι η δημιουργία μιας φιλικής προς το χρήστη διεπαφής, η οποία να μην αποτρέπει τη χρήση του συστήματος και να βοηθά τους μη έμπειρους χρήστες. Η εφαρμογή πρέπει να έχει γραφικό περιβάλλον, και να ελέγχει ότι η είσοδος του χρήστη είναι έγκυρη. Προκειμένου η εφαρμογή να είναι δυνατόν να τρέξει σε διαφορετικές πλατφόρμες, θα υλοποιηθεί σε Java Σχεδιασμός Εφαρμογής Η εφαρμογή θα παίρνει ως είσοδο την διεύθυνση IPv4 και τα bits (θετικός ακέραιος αριθμός μικρότερος ή ίσος του 32) της δικτυακής μάσκας, και θα επιστρέφει τα στοιχεία του υποδικτύου σε IPv4 καθώς και τα αντίστοιχα σε IPv6. Στο σχεδιασμό της εφαρμογής Θα χρησιμοποιηθεί το σχήμα αντιστοίχισης που χρησιμοποιείται στο 6to4 routing. Η εφαρμογή αποτελείται από τα ακόλουθα λογικά βήματα: Μετατροπή IPv4 σε IPv6 Υπολογισμός της IPv4 δικτυακής μάσκας από τα bits Υπολογισμός του IPv4 υποδικτύου και των στοιχείων του (αρχική / τελική διεύθυνση, Broadcast, αριθμοί συνολικών και διαθέσιμων διευθύνσεων) Υπολογισμός των αντίστοιχων διευθύνσεων στο IPv6 36

44 Μετατροπή IPv4 σε IPv6 Από την IPv4 διεύθυνση X.Y.Z.W, κάθε τμήμα (δεκαδικό νούμερο) της IPv4 μετατρέπεται στο αντίστοιχο δεκαεξαδικό νούμερο. Τα δεκαεξαδικά ZW τοποθετούνται στο προτελευταίο τμήμα και τα ΧΥ στο τελευταίο τμήμα της IPv6. Έστω οι παρακάτω μεταβλητές: int[] tpartip4: πίνακας 4 θέσεων που έχει τα τμήματα της IPv4, προκύπτει παρσάροντας την IPv4 διεύθυνση που δίνεται String[] tparttxt: πίνακας 8 θέσεων, ένα για κάθε τμήμα της IPv6 διεύθυνσης, αρχικοποιείται με όλα τα τμήματά του στο "0" Τότε ο αλγόριθμος μετατροπής της διεύθυνσης είναι ο εξής: tparttxt[6] =Integer.toHexString( tpartip4[0]*256+tpartip4[1]*1); tparttxt[7]= Integer.toHexString(tpartip4[2]*256+tpartip4[3]*1); if ((0xE000<=tpart[6]) && (tpart[6]<0xf000)) tpart[0]=0xff00; // multicast 224.x.x.x 239.x.x.x else if ((0x7F00<=tpart[6]) && (tpart[6]<0x8000)) tpart[0]=0; // 127.x.x.x else if ((0x0A00<=tpart[6]) && (tpart[6]<0x0b00)) tpart[0]=0xfe80; // private class A else if ((0xAC10<=tpart[6]) && (tpart[6]<0xac20)) tpart[0]=0xfe80; // private class B else if (0xC0A8==tpart[6]) tpart[0]=0xfe80; // private class C else tpart[0]=0x2002; 37

45 Αν η διεύθυνση είναι ειδικού τύπου: multicast: το αρχικό τμήμα παίρνει τιμή 0xFF00 local:, το αρχικό τμήμα παίρνει τιμή 0 private class A: το αρχικό τμήμα παίρνει τιμή 0xFE80 private class B το αρχικό τμήμα παίρνει τιμή 0xFE80 private class C, το αρχικό τμήμα παίρνει τιμή 0xFE80 Διαφορετικά παίρνει την τιμή Υπολογισμός της IPv4 δικτυακής μάσκας από τα bits Ο αριθμός bits αντιστοιχίζεται σε IPv4 μάσκα ως εξής: Ο αριθμός των n bits αναφέρει πόσα από τα πρώτα 32 bit της μάσκας ισούνται με 1. Τα υπόλοιπα ισούνται με 0. Για παράδειγμα /24, σημαίνει ότι τα πρώτα 24 είναι 1, ενώ τα υπόλοιπα 8 είναι 0. Έστω οι παρακάτω μεταβλητές: int bits: η είσοδος από τον χρήστη String valbin: ένα αλφαριθμητικό που θα περιγράψει την ακολουθία 1, 0 της μάσκας σε δυαδική μορφή Τότε για τον αλγόριθμο εύρεσης της μάσκας, υπολογίζεται η δυαδική αναπαράσταση της μάσκας (π.χ ) for (int i=0; i<32; ++i) { if (i<nbbits) valbin =valbin+ "1"; else 38

46 valbin=valbin+"0"; } Στη συνέχεια, επιλέγεται η δυαδική ακολουθία valibin ανά οκτάδες, (τέσσερις οκτάδες) και υπολογίζεται ο αντίστοιχος δεκαδικός αριθμός για κάθε οκτάδα. Έπειτα, ενώνονται οι δεκαδικοί αριθμοί σε ένα αλφαριθμητικό παρεμβάλλοντας την τελεία, και τέλος, προκύπτει η μάσκα. masktxt=""+integer.parseint(valbin.substring(0,8),2)+ '.'+Integer.parseInt(valbin.substring(8,16),2)+'.' +Integer.parseInt(valbin.substring(16,24),2)+ '.'+Integer.parseInt(valbin.substring(24,32),2); Στον παραπάνω κώδικα, η κλήση valbin.substring(0,8) επιστρέφει την πρώτη οκτάδα ως αλφαριθμητικό, ενώ η Integer.parseInt(Χ,2), μετατρέπει την δυαδική αναπαράσταση ενός αριθμού Χ σε ακέραιο αριθμό Υπολογισμός του IPv4 υποδικτύου και των στοιχείων του Το υποδίκτυο προκύπτει κάνοντας το λογικό AND, για κάθε bit της μάσκας με το α- ντίστοιχο bit της διεύθυνσης IPv4. Έστω οι μεταβλητές: int bits: η είσοδος bits από τον χρήστη 39

47 String maskbin: ένα αλφαριθμητικό που θα περιγράψει την ακολουθία 1, 0 της μάσκας σε δυαδική μορφή String valbin: ένα αλφαριθμητικό που θα περιγράψει την ακολουθία 1, 0 της διεύθυνσης IPv4 που έδωσε ο χρήστης σε δυαδική μορφή Τότε για τον αλγόριθμο εύρεσης του υποδικτύου, υπολογίζεται: for (int i=0; i<32; ++i) { if (maskbin.charat(i)=='0') subnetbin = subnetbin +'0'; else subnetbin = subnetbin + ipbin.charat(i); } subnettxt=""+ Integer.parseInt(subnetbin.substring(0,8),2)+'.'+Integer.parseInt(subnetbin.substring(8,16),2)+'.' +Integer.parseInt(subnetbin.substring(16,24),2)+'.'+Integer.parseInt(subnetbin.substri ng(24,32),2); Το υποδίκτυο προκύπτει από την δυαδική του αναπαράσταση με τον τρόπο που παρουσιάστηκε παραπάνω για τη μάσκα και την δυαδική της αναπαράσταση. Ο αριθμός των διευθύνσεων είναι 2 32-bits, ενώ οι διαθέσιμες είναι 2 λιγότερες, γιατί 2 (η πρώτη και τελευταία) χρησιμοποιούνται για το υποδίκτυο και τη broadcast. nbrips =(int) Math.pow(2, 32-bits); nbrhosts = nbrips-2; 40

48 Ο πρώτος διαθέσιμος κόμβος προέκυψε ως εξής: Στη δυαδική αναπαράσταση του υποδικτύου προστέθηκε μια μονάδα. Η διεύθυνση IPv4, παράχθηκε από την δυαδική αναπαράσταση του αποτελέσματος. Ο τελευταίος διαθέσιμος κόμβος προέκυψε ως εξής: Στη δυαδική αναπαράσταση του υποδικτύου προστέθηκε ο αριθμός των διαθέσιμων διευθύνσεων. Η διεύθυνση IPv4, παράχθηκε από την δυαδική αναπαράσταση του αποτελέσματος. long subnetbinlong = Long.parseLong(subnetbin, 2); long beginhostlong = subnetbinlong+1; long endhostlong = subnetbinlong+nbrhosts; String beginhostbin = Long.toBinaryString(beginHostLong); while(beginhostbin.length()<32) beginhostbin = "0" + beginhostbin; beginhost=""+ Integer.parseInt(beginHostbin.substring(0,8),2)+'.'+Integer.parseInt(beginHostbin.substrin g(8,16),2)+'.' +Integer.parseInt(beginHostbin.substring(16,24),2)+'.'+Integer.parseInt(beginHostbin. substring(24,32),2); 41

49 String endhostbin = Long.toBinaryString(endHostLong); while(endhostbin.length()<32) endhostbin = "0" + endhostbin; endhost=""+ Integer.parseInt(endHostbin.substring(0,8),2)+'.'+Integer.parseInt(endHostbin.substring(8, 16),2)+'.' +Integer.parseInt(endHostbin.substring(16,24),2)+'.'+Integer.parseInt(endHostbin.sub string(24,32),2); Αφού βρεθούν το υποδίκτυο, ο πρώτος και ο τελευταίος κόμβος του δικτύου, τότε εφαρμόζεται ο αλγόριθμος που περιγράφεται στην ενότητα για τον υπολογισμό της αντίστοιχης IPv6 διεύθυνσης Υλοποίηση Εφαρμογής Η υλοποίηση της εφαρμογής πραγματοποιήθηκε σε JAVA στο ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης Eclipse. Το πρόγραμμα αποτελείται από δυο αρχεία java: IPv6Calculator.java: Δημιουργεί το γραφικό περιβάλλον του προγράμματος. IPv4ToIpv6: Υλοποιεί τον μηχανισμό μετατροπής ενός υποδικτύου από IPv4 σε IPv6. Οι λειτουργίες των κλάσεων αυτών περιγράφονται στη συνέχεια. 42

50 Περιγραφή της IPv6Calculator Η κλάση αυτή έχει τα παρακάτω attributes: private JFrame frame; private JTextField IPv4TextField; private JTextField bitstextfield; private JSeparator separator; private JLabel lblnetmask; private JTextField netmasktextfield; private JLabel lblsubnet; private JTextField SubnetTextField; private JLabel lblbeginhost; private JTextField beginhosttextfield; private JLabel lblendhost; private JTextField endhosttextfield; private JLabel lblnumberofhosts; private JTextField HostNumberTextField; private JLabel lblips; private JTextField IPsTextField; private JSeparator separator_1; private JLabel lblipv_1; private JTextField IPv6TextField; private JLabel lblbits; private JTextField bitsv6textfield; private JLabel lblsubnet_1; private JTextField subnetv6textfield; private JLabel label_1; private JTextField beginhostv6textfield; private JLabel label_2; private JTextField endhostv6textfield; private JCheckBox condensedcheckbox; 43

51 Στην παρακάτω εικόνα εμφανίζονται τα πεδία στο γραφικό περιβάλλον της εφαρμογής: Η κλάση αυτή αποτελείται από τις παρακάτω μεθόδους: public static void main(): H main μέθοδος που τρέχει κατά την εκκίνηση του προγράμματος. public IPv6Calculator(): Ο κατασκευαστής της κλάσης που καλείται από την main. private void calculate(): Η μέθοδος αυτή καλεί την κλάση IPv4ToIpv6 και ε- νημερώνει τα πεδία του γραφικού, με βάση τα αποτελέσματα της μετατροπής. private void initialize(): Η μέθοδος αρχικοποιεί όλα τα πεδία της κλάσης και σχεδιάζει το γραφικό περιβάλλον Περιγραφή της IPv6Calculator Η κλάση αυτή έχει τα παρακάτω attributes: 44

52 public String ipv4=""; // the ipv4 address supplied by user public String ipv6=""; // the calculated ipv6 address public String subnet=""; // the ipv4 subnet public String broadcast=""; // the ipv4 broadcast address of the subnet public String beginhost=""; // the final host of the subnet public String endhost=""; // the first host of the subnet public String netmaskv4 =""; // the ipv4 network subnet mask public int bits=0; // the bits of the network mask public int bitsv6=0; // the bits of the ipv6 network mask public int nbrhosts=0; // number of available IPs for hosts in the subnet public int nbrips=0 ; // number of IPs in the subnet, including subnet and broadcast IP public String subnetv6=""; // the ipv6 subnet public String beginhostv6=""; // the first host of the ipv6 subnet public String endhostv6=""; // the final host of the ipv6 subnet private int[] tpart; //δομή που χρησιμοποιείται για την παραγωγή της IPv6 διεύθυνσης. To tpart είναι ένας πίνακας 6 ακεραίων, με κάθε ακέραιο να αντιστοιχή στην ακέραια τιμή του αντίστοιχου τμήματος της IPv6 διεύθυνσης private boolean condensed=false; //αν είναι true, οι IPv6 διευθύνσεις υπολογίζονται σε συμπτυγμένη μορφή (condensed) Η κλάση αυτή αποτελείται από τις παρακάτω μεθόδους: public IPv4ToIpv6(String ipv4,int bits, boolean condensed): Ο κατασκευαστής της κλάσης, ο οποίος δέχεται ως όρισμα μια διεύθυνση IPv4, τα bits της μάσκας του υποδικτύου (π.χ /24), και Boolean μεταβλητή που ορίζει αν οι διευθύνσεις IPv6 θα είναι σε συμπτυγμένη μορφή (condensed). void calculate(): Η μέθοδος που κάνει την μετατροπή του υποδικτύου σε IPv6. Καλεί τις παρακάτω μεθόδους για τον υπολογισμό των επιμέρους στοιχείων του IPv4 (μάσκα, υποδίκτυο, αρχική διεύθυνση, τελική διεύθυνση) και τον υπολογισμό των ισοδύναμών τους σε IPv6. 45

53 private String condense(string ipv6): Η μέθοδος αυτή λαμβάνει ένα αλφαριθμητικό που αντιστοιχεί σε μια IPv6 διεύθυνση και παράγει την συμπτυγμένη μορφή. private void prepareipconversion(string ipv4): Με βάση τη διεύθυνση IPv4, που δίνεται ως παράμετρος της μεθόδου, παράγεται ο πίνακας tpart. Ο tpart έχει πληροφορία για το αν η αρχική διεύθυνση είναι local, multicast, ή private class τύπου Α, B ή C. H μέθοδος αυτή καλείται πριν την transformip. private String transformip(boolean ipv4): Παράγει την IPv6 διεύθυνση από τον πίνακα tpart, μετατρέποντας κάθε ακέραιο στον πίνακα tpart στην δεκαεξαδική μορφή του. private void calculatemaskbits(boolean ipversionv4, int bits): Υπολογίζει τα bits της μάσκας της IPv6 διεύθυνσης και καλεί την calculatemaskipv4 για τον υπολογισμό της IPv4 μάσκας και ενημερώνει το netmaskv4 attribute της κλάσης. private String calculatemaskipv4(int nbbits). Υπολογίζει τη μάσκα με βάση τα bits που δίνονται. private void calculatenetwork(string ipv4,int nbbits): Υπολογίζει το υποδίκτυο με βάση την ipv4 διεύθυνση και τα bits της μάσκας. Παράλληλα υπολογίζει αρχικό και τελικό host, και τον αριθμό των διαθέσιμων διευθύνσεων στο υποδίκτυο. Ενημερώνει τα αντίστοιχα attributes της κλάσης. public boolean isvalid(): Ελέγχει αν τα attribute IPv4 και bits που αρχικοποιούνται από τον κατασκευαστή της κλάσης είναι έγκυρα. private boolean validip(): Χρησιμοποιείται από την προηγούμενη μέθοδο για να επιστρέψει αν το αλφαριθμητικό IPv4 είναι μια έγκυρη IPv4 διεύθυνση. Στη συνέχεια εμφανίζονται διάφορα στιγμιότυπα από τη λειτουργία του προγράμματος: 46

54 47