Difference between revisions of "MOOC:Compagnon Act24-s7"

From Livre IPv6

(→‎Test d'adjacence)
(→‎Pour aller plus loin)
 
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Le routage IPv6 est quasiment identique au routage IPv4 sous CIDR (Classless Inter-Domain Routing, routage inter-domaine sans classe). La seule différence est la taille des adresses qui sont de 128 bits dans IPv6 au lieu de 32 bits dans IPv4. Beaucoup d’équipements proposent en standard l’intégration du routage statique, et d’autres plus évolués ou avec des extensions, il devient possible d'utiliser des algorithmes de routage dynamique comme OSPF, RIP et IS-IS.
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__NOTOC__
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= Activité 24 : La taille des paquets IPv6=
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<!-- = Activité 24 : Gestion de la taille des paquets IPv6= -->
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<!-- {{Decouverte}} -->
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==Introduction ==
  
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En IPv6, cela ne diffère pas tellement de l’IPv4. La syntaxe est globalement la même, à la différence qu’en IPv6 nous n’avons pas d’adresse “réseau”. C’est donc ce qu’on appelle le Préfixe IPv6 qui servira de référence pour notre table de routage.
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La notion de datagramme, sur laquelle repose le protocole IP, implique un découpage des données provenant de la couche transport afin que ces données puissent être transportées. En effet, un paquet est une unité de transfert de taille variable et limitée. Les paquets ainsi constitués sont ensuite encapsulés dans des trames avant d’être transmis sur le support physique. Aussi, les datagrammes sont transmis dans des systèmes de transmissions mettant en œuvre des supports physiques qui peuvent être de natures différentes. Ces systèmes ont une taille de trame de valeur maximale variable. La gestion de la taille du paquet sur le chemin est donc nécessaire pour permettre le transfert des données de manière indépendante du support d'un bout à l'autre de l'Internet. Ce problème de la taille du paquet à transférer existe tout aussi bien en IPv4 qu'en IPv6. La solution pour régler le problème est différente entre IPv4 et IPv6 <ref>Huston, G. (2016), January. Blog of APNIC. [http://blog.apnic.net/2016/01/28/evaluating-ipv4-and-ipv6-packet-frangmentation/ Evaluating IPv4 and IPv6 packet fragmentation].</ref>.
  
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Cette activité a pour objectif de montrer l'impact d'IPv6 sur les protocoles de routage. Il ne sera pas détaillé ici le fonctionnement de tel ou tel protocole, mais plutôt les changements qui ont été nécessaires afin de prendre en compte la technologie IPv6 dans les protocoles de routage existants pour IPv4. Ces changements sont essentiellement liés à la prise en compte du nouveau format de l'adresse IPv6 ainsi qu'à l'ajout d'une nouvelle table de routage dédiée à IPv6.  
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Dans cette activité vous étudierez les éléments qui vont définir la taille du paquet IPv6 pour un transfert de données. Vous allez  commencer par définir  les notions de MTU et PMTU qui posent  les contraintes de la taille maximale du paquet. Vous verrez comment, en IPv6, découvrir la taille maximale du paquet pour un transfert. Le protocole IPv6 gère aussi la fragmentation. Vous aurez les explications du "quand" et du "comment" la fragmentation est mise en œuvre. Enfin, la notion de paquet IPv6 jumbogramme sera présentée.
  
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Les différents types de routage sont passés en revue : routage statique, routage interne et routage externe. A l'issue du chapitre, on constatera qu’IPv6 est maintenant bien intégré dans ces protocoles et que cette évolution a eu un impact très faible pour l'utilisateur final.
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== MTU et PMTU ==
  
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Les algorithmes de routage n'ont pas changé avec IPv6. Les travaux en cours consistent principalement à les adapter au nouveau format de l'adresse IP. Ces protocoles de routage profitent des propriétés maintenant incluses dans la nouvelle version du protocole IPv6 comme l'authentification ou le multicast.
 
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Une conséquence de l'apparition du routage IPv6 est que les équipements doivent alors prendre en compte les deux piles de protocoles, IPv4 et IPv6. Cela doit être pris en considération lors de l'activation des protocoles de routage. En particulier, il faut prêter attention à la congruence des topologies IPv4 et IPv6.
 
  
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La couche de réseau doit placer les messages provenant de la couche de transport dans des paquets. Un message de transport se définit  comme un bloc de données provenant de l'application complété par un en-tête de transport. Les paquets ainsi constitués sont ensuite encapsulés dans des trames  adaptées au support physique utilisé.  Cette combinaison de format de trame et de support physique constitue ce que l'on pourra qualifier de système de transmission. Chaque système de transmission définit une taille maximale du champ de données de la trame.
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Cette taille du champ de données de la trame limite la taille maximale du paquet et par conséquent des données que peut contenir un paquet. 
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La taille maximale du champ de données de la trame est appelée '''MTU''' (''Maximum Transmission Unit'').
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Comme exemple, on peut citer les systèmes de transmission  Ethernet avec une MTU de 1500 octets, ou Wifi avec une MTU de 2304 octets.
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La figure 1 illustre les encapsulations successives qui se produisent pour la transmission de données sur Ethernet. Ce qu'il faut retenir de la notion de MTU, c'est qu'elle donne la taille maximale du paquet IP pouvant être transmis par un hôte sur le lien sur lequel il est raccordé.
  
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== Routage Statique ==
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[[Image:2021_10_14PMTU_2_v01.jpg|400px|thumb|center|Figure 1 : Les encapsulations.]]
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===Adresse locale ===
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Un paquet IP peut être amené à transiter par des systèmes de transmission de natures différentes, chacun imposant une MTU différente. Pour pouvoir parcourir son chemin jusqu'à sa destination, le paquet doit donc avoir une taille inférieure ou égale à la plus petite taille autorisée par l'ensemble des liens traversés (cf. figure 2). Cette taille est appelée '''PMTU''' (''Path Maximum Transmission Unit'') ou taille de la MTU sur la route entre deux hôtes. Littéralement, la PMTU c'est l'unité de transmission maximum sur le chemin. Elle indique la taille maximale du  paquet pour arriver à l'hôte de destination sans jamais excéder la MTU de chaque lien traversé. Ainsi, un paquet émis à la taille PMTU de sa route n'aura pas de problème d'acheminement lié à une impossibilité d'encapsuler ce paquet dans une trame quelque part sur sa route.
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Pour atteindre une destination la machine cherche à vérifier si l’adresse cible est accessible directement en utilisant les interfaces connectées, plusieurs cas sont possibles :
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* Interface de loopback, cas particulier d’une interface logique toujours connectée, une adresse peut y être affectée et donc elle sera perpétuellement accessible puisque cette interface est toujours active.
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* Interface physique, l’adresse qui y est affectée n’est accessible qu’à la condition où l’interface soit activée, et qu’elle soit correctement branchée pour fournir une connectivité.
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Si les interfaces sont connectées, et que des adresses IPv6 ont été affectées à ces interfaces en statique ou dynamiquement, alors elles apparaissent dans la table de routage, et de fait la machine dispose d’une connectivité vers les réseaux dont les préfixes ont étés affectés
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[[Image:2015_10_14_PMTU_v01.jpg|500px|thumb|center|Figure 2 : Path MTU.]]
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*choix interface de sortie vers un voisin
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Pour des considérations d'efficacité, il est généralement préférable que les informations échangées entre nœuds soient contenues dans des datagrammes de taille maximale. Les paquets de petite taille ont pour effet d'augmenter le coût des en-têtes par rapport aux données transportées, et d'augmenter le nombre de paquets à traiter dans les routeurs.
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** A<1--1>B
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** 2 postes A et B sont connectés sur le même réseau en local,
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** l'attribution des adresses IPv6 avec le même préfixe les autorisent à échanger directement entre elles après le test d'adjacence
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=== Test d'adjacence ===
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Toujours dans un souci d'efficacité, IPv6 impose une valeur minimale pour la MTU de 1280 octets (et donc pour la PMTU aussi). Cette valeur a pour objectif d'éviter qu'un lien imposant une MTU plus faible n'implique la transmission de petits paquets qui serait imposée à tous les chemins empruntant ce lien. Si un support de transmission utilise des trames de taille inférieure à 1280 octets, il est nécessaire de mettre en place une couche d'adaptation dans ce système afin que la MTU atteigne la valeur demandée. C'est le cas par exemple pour les réseaux personnels sans fil de type LR WPAN (''Low Rate Wireless Personal Area Network'') comme IEEE 802.15.4 qui véhicule des trames avec des blocs d'au maximum 81 octets. Dans ce cas, une couche d'adaptation a du être spécifiée au moyen du RFC 4944 afin de rendre cette technologie utilisable dans le contexte  IPv6 (6LowPAN). L'imposition d'une taille mimimale de MTU et de sa non fragmentation par IPv6 est une nouveauté en IPv6.
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Le test d’adjacence permet de vérifier si le destinataire partage un même réseau qui est accessible directement en utilisant les interfaces directement connectées :
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* Pour cela la machine va comparer le préfixe de la destination avec les préfixes des réseaux directement connectés, si cela est vérifié la machine peut réaliser un routage direct. Le dispositif ICMPv6 découverte des voisins va permettre aux machines connectées sur le même réseau de se découvrir l'un et l'autre et de déterminer l'adresse physique d'un équipement à partir de son adresse IPv6. (Plus de détails sur cette fonction en Séquence n°3).
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* Dans le cas présenté ci-dessous, les deux postes A et B, peuvent directement communiquer car ils sont connectés sur le même réseau à l’aide d’un commutateur, qui relaient de manière transparente les trames au niveau 2.  Le préfixe IPv6 2001:db8:0001::/64 est paramétré sur chaque machine, donc les échanges sont possibles directement :
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[[image:2015_10_13_ipv6-routage_001.jpg|thumb|center|600px|Routage statique direct]]
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== Découverte de la PMTU ==
  
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* Dans le cas contraire, un routage indirect s’impose, et la machine doit confier les paquets vers cette destination à une autre machine qui s’occupera de leurs acheminements, c’est le principe du routage indirect. Dans le cas présenté ci-dessous, le poste A peut atteindre les deux postes B et C, par contre B et C ne peuvent pas directement communiquer car ils sont connectés sur deux réseaux avec des préfixes IPv6 différents :
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La valeur de la PMTU n'est pas forcément connue à l'envoi d'un premier paquet vers une destination quelconque. L'émetteur du paquet fait alors la supposition que la taille maximale vers cette destination est égale à celle du support physique sur lequel il est connecté, c'est-à-dire la MTU du réseau d’accès.  
  
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[[image:2015_10_13_ipv6-routage_002.jpg|thumb|center|600px|Routage statique indirect]]
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L'acheminement du paquet IPv6 s'effectue normalement jusqu'au premier routeur rencontrant une incompatibilité entre la taille du paquet à transmettre et la taille maximale autorisée sur le système de transmission à utiliser en sortie ; autrement dit lorsque le paquet à transmettre est plus grand que la taille de la MTU offerte par le système de transmission. Comme le routeur en IPv6 n'est pas habilité à faire la fragmentation, le routeur est alors dans l'incapacité de traiter correctement le paquet. Le routeur supprime le paquet et en informe l'émetteur du paquet par un message de signalisation. Ce message repose sur le protocole ICMPv6 et sera décrit dans la séquence 3. L'objectif du message est d'informer du problème d'acheminement mais aussi d'indiquer la taille maximale à retenir pour que les paquets soient acheminés correctement. Cette procédure de découverte de la PMTU est spécifié dans le RFC 8201.
  
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* Donc dans la table de routage de B il faudra introduire une entrée vers le préfixe distant 2001:db8:0002::/64, en précisant l’adresse 2001:db8:0001::1/64 qui elle est directement accessible par B. Les paquets émis depuis B vers C seront dès lors retransmis.
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[[Image:2015_10_14_PMTU_3_v01.jpg|600px|thumb|center|Figure 3 : Négociation pour la Path MTU Discovery.]]
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[[image:2015_10_13_ipv6-routage_003.jpg|thumb|center|600px|Routage statique indirect]]
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La couche réseau de l'émetteur, à la réception de ce message, enregistre la valeur recommandée de la taille de paquet (cf. Figure 3). Cette valeur est la PMTU pour tous les prochains paquets vers cette même destination. Pour ce qui concerne les données perdues avec le paquet trop grand supprimé par le routeur, il est du ressort de la couche de transport comme TCP de gérer la fiabilité de la communication en retransmettant si nécessaire, ou de l'application de s'adapter à la perte.
  
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* Ensuite il convient de ne pas omettre la même opération dans la table de routage de C, sans quoi aucune réponse vers B ne sera possible. Il faudra introduire une entrée vers le préfixe distant 2001:db8:0001::/64, en précisant l’adresse de A 2001:db8:0002::1/64 qui elle est directement accessible par C. Les paquets émis depuis C vers B seront dès lors retransmis par A.
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Plusieurs itérations peuvent être nécessaires avant d'obtenir la PMTU, notamment si d'autres systèmes de transmission imposent des MTU encore inférieures.  
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L'émetteur enregistrera les valeurs recommandées successives jusqu'à arriver à la taille maximale autorisée sur le chemin. Les paquets suivants qui respecteront cette taille seront alors acheminés sans problème. En tout état de cause, le protocole IPv6 garantit que la MTU de tout lien ne peut descendre en dessous de 1 280 octets, valeur qui constitue ainsi une borne inférieure pour la PMTU.  
  
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=== Entrées d'une table de routage statique ===
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{{HorsTexte|Segmentation ou Fragmentation|Dans le cas de TCP, le terme approprié est segmentation car l'unité de protocole de TCP se nomme segment. Ainsi, la fragmentation forme des fragments et, donc, la segmentation des segments !}}
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La constitution d’une table de routage statique impose une configuration manuelle, afin de déterminer vers quelle passerelle l’équipement pourra se délester des paquets des destinations non directement connectées.
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L'exploitation de l'information de PMTU se fait de plusieurs façons suivant la couche en charge de la fragmentation des données. Si un protocole de type TCP est utilisé, celui-ci assurera la segmentation des données de façon transparente pour les applications, en fonction des informations de PMTU que pourra lui communiquer la couche IPv6.  
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* Cas simple, une passerelle par défaut est spécifiée, et tous les paquets qui visent des destinations externes lui seront retransmis. En quelque sorte on fait confiance aux capacités et à la connectivité de cette passerelle. Une entrée de ce type est visible dans la table de routage de l’équipement, l'exemple suivant montre comment configurer une route statique par défaut sur un routeur IPv6:
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Si un protocole de type UDP est utilisé, alors cette fragmentation devra être assurée par une couche supérieure, éventuellement par l'application elle-même. Si l'application n'est pas en mesure d'assurer cette fragmentation, alors il revient à la couche IPv6 de faire cette fragmentation. C'est ce que nous allons voir dans la section suivante.
  
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[[image:2015_10_13_ipv6-routage_004.jpg|thumb|center|600px|Routage par défaut]]
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'''''NOTA : Attention au filtrage d'ICMPv6 !''''' ''Contrairement à une pratique couramment répandue en IPv4,'' '''''il ne faut jamais filtrer l'ensemble des messages ICMPv6 en entrée d'un réseau (en particulier le message "Paquet trop grand").''''' ''Le filtrage peut introduire des effets néfastes sur le fonctionnement du réseau.''
  
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* Sur les postes de travail, il est donc simple de confier tous les paquets à destination de réseaux distants à la passerelle par défaut représentée par le routeur connecté à un fournisseur d’accès Internet. Une simple route par défaut est ajoutée à chaque poste de travail :
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== Fragmentation IPv6 ==
  
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[[image:2015_10_13_ipv6-routage_005.jpg|thumb|center|600px|Routage par défaut]]
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Il existe des cas où les données passées à la couche de réseau ne sont pas adaptées à la PMTU. C'est le cas par exemple des messages transportés sur UDP pour le système de fichiers NFS. Ces messages peuvent avoir une taille supérieure à celle autorisée sur le système de transmission. Comme on ne veut pas modifier ces applications, la couche réseau d'IPv6 doit aussi être capable de gérer la fragmentation.
  
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* Des routes spécifiques peuvent être définies, dès lors que l’on dispose d’une connectivité bien adaptée pour certains préfixes. Dance ce cas une configuration par des commandes de ce type sera nécessaire,
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La couche de réseau de l'hôte va alors adapter la taille du paquet pour son transfert. Elle va procéder à une fragmentation du paquet. Le principe de la fragmentation est de découper le paquet IPv6 en fragments pour constituer des paquets respectant la taille maximale autorisée. Ces paquets (ou fragments) sont émis et acheminés vers la destination comme n'importe quel autre paquet IP. La figure 4 illustre ce principe. Le paquet IPv6 original est découpé en fragment. Le premier fragment avec l'en-tête IPv6 est complété par l'extension de fragmentation. Les fragments suivants reprennent l'en-tête du paquet original et sont complétés avec l'extension de fragmentation. L'hôte destinataire se charge alors de rassembler les fragments et de reconstituer le paquet IP original pour le traiter comme s'il avait été transféré sans fragmentation.
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ipv6 route fd00:cafe:/48 fd00:2000::1
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* Les routes les plus spécifiques c’est-à-dire celles avec un long préfixe seront traitées en premier, puis les routes moins spécifiques ensuite, et enfin la route par défaut en dernier ressort.
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[[image:2015_10_14_PMTU_4_v02.jpg|thumb|center|400px|Figure 4 : Principe de la fragmentation en IPv6.]]
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== Routage dynamique ==
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Lorsqu'il y a une fragmentation, se pose alors les problèmes de l'identification d'un fragment et de la position relative du fragment.  L'identification du fragment vise à répondre à la question que peut se poser la destination : à quel paquet appartient-il ? Ce sont ce genre d'informations qui seront mises dans l'extension de fragmentation de l'en-tête IPv6. Cette extension est identifiée par le code d'en-tête 44. Le format de l'extension de fragmentation est présenté par la figure 5. Elle comporte trois champs de contrôle :
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*le champ <tt>Fragment offset</tt> indique, lors du réassemblage, où placer le fragment dans le datagramme initial. Ce champ est sur 13 bits. L'unité de comptage est 8 octets. Aussi, la taille de tous les fragments, sauf le dernier, doit être multiple de 8 octets.
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*le bit <tt>M</tt> (''More Fragments'') vaut 1 lorsqu'il indique qu'il y aura d'autres fragments. Seul le dernier fragment aura ce bit à zéro.
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*le champ <tt>identification</tt> est utilisé pour identifier tous les fragments d'un même paquet initial. La valeur est différente pour chaque paquet et elle est recopiée dans chacun des fragments d'un paquet.
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Cette extension est codée sur un seul mot de 64 bits et le premier mot n'est pas compté dans le calcul de longueur des extensions. Aussi, il est nécessaire d'avoir un champ longueur de l'extension.
  
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Comme dans IPv4, il faut faire la distinction entre deux grandes familles de protocoles de routage : les protocoles de routage internes (IGP : Interior Gateway Protocols) et externes (EGP : Exterior Gateway Protocols). C'est la notion de système autonome qui permet de faire la différence en définissant la portée des échanges d'informations de routage effectuée par ces protocoles de routage. Ainsi, la propagation des préfixes internes à un AS se fait par un IGP, alors que les annonces de préfixes entre AS se fait par un EGP.  
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Note : la fragmentation est permise en IPv4 au niveau des routeurs intermédiaires, leur donnant ainsi la possibilité de transmettre un paquet, même s'il est de taille supérieure à la MTU du lien suivant. Mais, dans ce cas, le mécanisme est jugé inefficace car il augmente la tâche des routeurs. En IPv6, avec la découverte de la PMTU, les routeurs intermédiaires n'ont plus besoin de fragmenter les paquets. Si la fragmentation est toujours nécessaire, elle est réservée aux hôtes.
  
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Pour connecter un site à l'Internet, il faut donc mettre oeuvre des protocoles de routage internes et des protocoles de routage externes. Ce chapitre traite les trois protocoles IGP suivants : RIPng (équivalent de RIPv2 pour IPv4), ISIS et OSPFv3 (équivalent d’OSPFv2 pour IPv4), ainsi que du protocole de routage externe BGP.  
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[[image:2015_10_14_PMTU_5_v02.jpg|thumb|center|400px|Figure 5 : Format de l'extension de fragmentation.]]
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Les protocoles de routage internes permettent une configuration automatique des tables de routage des routeurs à l'intérieur d'un même système autonome. Les routeurs déterminent le plus court chemin pour atteindre un réseau distant. Les protocoles de routage internes nécessitent une configuration minimale du routeur notamment en ce qui concerne les annonces de routes initiées par ce routeur (ex. réseaux directement accessibles par une interface du routeur, annonces statiques ...).
 
  
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Deux types de protocole de routage interne existent : les protocoles à état de lien ("link state" en anglais) et les protocoles à vecteur de distance ("distance vector" en anglais). Les premiers calculent le chemin le plus court en comptant le nombre de sauts pour atteindre le préfixe de destination, tandis que les seconds attribuent un coût à chaque lien en fonction de divers paramètres (type du lien...).  
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D'un point de vue opérationnel, la fragmentation en IPv6, et plus généralement l'ajout d'une extension d'en-tête, fragilise le transfert du paquet dans l'Internet. Le risque qu'il n'arrive pas à destination est augmenté. C'est ce que rapporte en substance le RFC 7872. Ce dernier essaie de quantifier l'ampleur exacte du problème. Trop de nœuds intermédiaires ne respectent pas le principe de "bout en bout" et les paquets ''inhabituels'' sont supprimés en cours de route. Devant un tel paquet, ces nœuds se permettent de supprimer le paquet. Cela peut être le résultat d'une politique délibérée (pare-feu appliquant le principe « dans le doute, on jette ») ou bien, souvent, de mises en œuvre incomplète de spécifications décrites dans les RFC.
  
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=== RIPng ou RIP IPv6 ===
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La procédure de découverte de la PMTU et la fragmentation IPv6 ont des effets de bord indésirables. Le RFC 6946 présente les risques associés au fragment atomique. Le fragment atomique est un paquet IPv6 avec un en-tête de fragmentation sans être fragmenté du tout. Il n'a aucun intérêt pratique mais est engendré par certains systèmes lorsqu'ils reçoivent un message ICMP Packet too big indiquant une MTU inférieure à 1280 octets (la taille minimale pour une MTU IPv6). Le problème est que les fragments atomiques sont ensuite traités par bien des systèmes comme de vrais fragments, permettant ainsi certaines attaques subtiles. Le RFC 8021 estime qu'ils ne servent à rien et sont dangereux. Ce RFC demande d'abandonner la génération et le traitement des fragments atomiques. Pour cela, les hôtes doivent désormais ignorer les messages ''ICMP Packet Too Big'' lorsqu'ils indiquent une MTU inférieure à 1 280 octets.
  
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Dans l'article<ref>Huston, G (2021). Blog of APNIC. [https://blog.apnic.net/2021/04/23/ipv6-fragmentation-loss-in-2021/ IPv6 fragmentation loss in 2021]</ref>, l'auteur indique que le traitement de l'en-tête de fragmentation est une cause de problèmes dans le déploiement opérationnel d'IPv6. Les paquets avec cet en-tête sont traités avec du retard dans les routeurs et peuvent subir un taux de perte plus important.
  
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== Jumbogrammes ==
  
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*choix du prochain saut  
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Pour être complet sur la taille des paquets, il faut rappeler que IPv6 offre la notion de  "jumbogramme" pour des paquets ayant une charge utile jusqu'à 4 Gio. Ceci est possible avec un champ <tt>Payload Length</tt> codé sur 32 bits comme nous l'avons déjà indiqué dans l'activité "Le format de l’en-tête IPv6". Le jumbogramme est essentiellement prévu pour le transfert à haut débit entre deux nœuds.
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** C<2--2>A<1--1>B
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** sur A on ajoute une interface et une adresse IPv6, ce qui autorise A à échanger avec C sur un autre segment
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** C ne peut joindre B tant qu'une route n'est pas définie avec A en prochain saut
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** en C ajout ip route net1 A2, les paquets sont propulsés vers B grâce au relais A
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** en B ajout ip route net2 A1, les réponses aux paquets de B atteignent C grâce au relais A
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−
* le rôle de A est remplacé par un routeur dédié
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La mise en œuvre d'un  jumbogramme demande des modifications dans la mise en œuvre de la couche de transport. Par exemple, le protocole UDP utilise un champ de longueur 16 bits pour le codage de la longueur totale du message UDP. On voit bien qu'il va falloir faire des adaptations car la longueur maximum d'un message UDP n'est pas du même ordre de grandeur que celle du jumbogrammme. Ces adaptations sont détaillées dans le RFC 2675. Si les "jumbogrammes" sont intéressants sur des liens qui disposent d'une MTU supérieure à 65583 octets (plus de 65535 octets de charge utile, plus 40 octets pour la taille fixe de l'en-tête, plus 8 octets pour l'en-tête d'extension ''Hop-by-Hop''), il n'y a pas à ce jour de système de transmission utilisant des trames aussi importantes.
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** C<2--2>R<1--1>B
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** A<2--2>R
+
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** A est remplacé par un routeur R, les performances sont maistrisées
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** les tables de routage de A,B et C intègre maintenant R pour joindre le réseau
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−
*router vers internet
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Il a été proposé à l'IETF de changer le statut du RFC 2675
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** C<2--2>R<1--1>B
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<ref>Jones, T. (2019), May. IETF. [https://datatracker.ietf.org/doc/html/draft-jones-6man-historic-rfc2675-00.html  Change Status of RFC 2675 to Historic].</ref> à "historique".
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** A<2--2>R<3--3>Internet
+
−
** Le routeur R dispose maintenant d'une connexion Internet
+
−
** les tables de routage de A,B et C intègre maintenant une route par défaut
+
  
−
== Mise en oeuvre ==
 
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* config statique
 
−
** attribution d'adresse sur les interfaces
 
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*** prefixe masque
 
−
*** test de connectivité
 
−
*** afficher la table de routage
 
−
*** ajout d'une entrée dans la table
 
−
*** traceroute
 
  
−
* dynamique
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En effet, depuis plusieurs années, les jumbograms IPv6 n'ont pas été largement déployés, car dans les couches de transport communément utilisées, les champs longueur sont codés sur 16 bits, soit 65535 octets maximum.
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** besoin de souplesse et de réactivité vis à vis des incidents réseaux
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−
** mécanisme d'échanges d'informations de connectivité par des protocoles de routage dynamique
+
== Conclusion ==
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** Protocole internes RIPng, OSPFv3, ISIS, Protocole externes BGPv4
+
 
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Cette activité vous a présenté les différents éléments qui vont servir à définir la taille du paquet IPv6 à utiliser.
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Tout d'abord, IPv6 impose que tous les systèmes de transmission utilisés transfère un paquet jusqu'à 1280 octets sans qu'il soit besoin de le fragmenter au niveau d'IP. C'est la taille maximum d'un paquet pour être transféré sans fragmentation et sans problème lié à la taille. Au-delà de cette taille, il y a des risques de problème. Dans ce cas, la taille du paquet à transférer est conditionnée à la taille indiquée par la PMTU. Si la taille du paquet à envoyer est inférieure à cette taille, le paquet pourra être transmis vers sa destination sans problème. Si, par contre, la taille du paquet est plus grande que la valeur de PMTU, soit un ajustement de la taille du segment de données est nécessaire au niveau de la couche transport, soit la fragmentation par l'hôte est obligatoire.
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Dans l'article en ligne<ref>Bortzmeyer, S. (2010) [http://www.bortzmeyer.org/fragmentation-ip-1280.html Fragmentation IPv6 : se résigner à couper à 1280 octets ?]</ref>, l'auteur rapporte une autre idée : ne pas envoyer de paquets de plus de 1280 octets en dehors du réseau local. Ainsi, en transmettant des paquets à la taille minimale de la PMTU, il n'y a plus de besoin de fragmenter et donc d'utiliser la découverte de la PMTU. C'est une solution un peu extrême pour contourner la non mise en œuvre de la fragmentation et, lorsqu'elle est mise en œuvre, la fragmentation IPv6 peut avoir des effets néfastes<ref>Huston, G. (2018) The Internet Protocol Journal. Vol 21. N° 1. [https://ipj.dreamhosters.com/wp-content/uploads/2019/03/ipj211.pdf IPv6 and Packet Fragmentation]</ref>
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<ref>Huston, Geoff - Damas Joao (2021) The ISP Column. [https://www.potaroo.net/ispcol/2021-04/v6frag.html IPv6 Fragmentation Loss]</ref>du fait que certains nœuds jettent les fragments de paquet IPv6. Nous reviendrons sur le problème de la taille de la PMTU lors de la séquence suivante.
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Pour conclure, retenez que la bonne taille du paquet IPv6 dépend du protocole de transport. Pour TCP, la valeur de 1280 octets montre de bons résultats<ref>Huston, G. (2016), May. [http://blog.apnic.net/2016/05/19/fragmenting-ipv6/ Fragmenting IPv6].</ref>.
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== Références bibliographiques ==
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<references />
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== Pour aller plus loin ==
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Vous pouvez approfondir vos connaissances en consultant les liens suivants :
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* RFC 2675 : IPv6 Jumbograms
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* RFC 4821 : Packetization Layer Path MTU Discovery ([http://www.bortzmeyer.org/4821.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 4944 : Transmission of IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks
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* RFC 6946 : Processing of IPv6 "atomic" fragments ([http://www.bortzmeyer.org/6946.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 7872 : Observations on the Dropping of Packets with IPv6 Extension Headers in the Real World ([http://www.bortzmeyer.org/7872.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 8200 : IP version 6, [https://tools.ietf.org/html/rfc8200#section-4.5 Section 4.5] Fragment header ([http://www.bortzmeyer.org/8200.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 8021: Generation of IPv6 Atomic Fragments Considered Harmful  ([http://www.bortzmeyer.org/8021.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 8201 : Path MTU Discovery for IP version 6 ([http://www.bortzmeyer.org/8201.html Analyse par S.Bortzmeyer])
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* RFC 8899 : Packetization Layer Path MTU Discovery for Datagram Transports ([https://www.bortzmeyer.org/8899.html Analyse par S.Bortzmeyer])

Latest revision as of 13:51, 22 August 2022

Activité 24 : La taille des paquets IPv6

Introduction

La notion de datagramme, sur laquelle repose le protocole IP, implique un découpage des données provenant de la couche transport afin que ces données puissent être transportées. En effet, un paquet est une unité de transfert de taille variable et limitée. Les paquets ainsi constitués sont ensuite encapsulés dans des trames avant d’être transmis sur le support physique. Aussi, les datagrammes sont transmis dans des systèmes de transmissions mettant en œuvre des supports physiques qui peuvent être de natures différentes. Ces systèmes ont une taille de trame de valeur maximale variable. La gestion de la taille du paquet sur le chemin est donc nécessaire pour permettre le transfert des données de manière indépendante du support d'un bout à l'autre de l'Internet. Ce problème de la taille du paquet à transférer existe tout aussi bien en IPv4 qu'en IPv6. La solution pour régler le problème est différente entre IPv4 et IPv6 [1].

Dans cette activité vous étudierez les éléments qui vont définir la taille du paquet IPv6 pour un transfert de données. Vous allez commencer par définir les notions de MTU et PMTU qui posent les contraintes de la taille maximale du paquet. Vous verrez comment, en IPv6, découvrir la taille maximale du paquet pour un transfert. Le protocole IPv6 gère aussi la fragmentation. Vous aurez les explications du "quand" et du "comment" la fragmentation est mise en œuvre. Enfin, la notion de paquet IPv6 jumbogramme sera présentée.

MTU et PMTU

La couche de réseau doit placer les messages provenant de la couche de transport dans des paquets. Un message de transport se définit comme un bloc de données provenant de l'application complété par un en-tête de transport. Les paquets ainsi constitués sont ensuite encapsulés dans des trames adaptées au support physique utilisé. Cette combinaison de format de trame et de support physique constitue ce que l'on pourra qualifier de système de transmission. Chaque système de transmission définit une taille maximale du champ de données de la trame. Cette taille du champ de données de la trame limite la taille maximale du paquet et par conséquent des données que peut contenir un paquet. La taille maximale du champ de données de la trame est appelée MTU (Maximum Transmission Unit). Comme exemple, on peut citer les systèmes de transmission Ethernet avec une MTU de 1500 octets, ou Wifi avec une MTU de 2304 octets. La figure 1 illustre les encapsulations successives qui se produisent pour la transmission de données sur Ethernet. Ce qu'il faut retenir de la notion de MTU, c'est qu'elle donne la taille maximale du paquet IP pouvant être transmis par un hôte sur le lien sur lequel il est raccordé.

Figure 1 : Les encapsulations.

Un paquet IP peut être amené à transiter par des systèmes de transmission de natures différentes, chacun imposant une MTU différente. Pour pouvoir parcourir son chemin jusqu'à sa destination, le paquet doit donc avoir une taille inférieure ou égale à la plus petite taille autorisée par l'ensemble des liens traversés (cf. figure 2). Cette taille est appelée PMTU (Path Maximum Transmission Unit) ou taille de la MTU sur la route entre deux hôtes. Littéralement, la PMTU c'est l'unité de transmission maximum sur le chemin. Elle indique la taille maximale du paquet pour arriver à l'hôte de destination sans jamais excéder la MTU de chaque lien traversé. Ainsi, un paquet émis à la taille PMTU de sa route n'aura pas de problème d'acheminement lié à une impossibilité d'encapsuler ce paquet dans une trame quelque part sur sa route.

Figure 2 : Path MTU.

Pour des considérations d'efficacité, il est généralement préférable que les informations échangées entre nœuds soient contenues dans des datagrammes de taille maximale. Les paquets de petite taille ont pour effet d'augmenter le coût des en-têtes par rapport aux données transportées, et d'augmenter le nombre de paquets à traiter dans les routeurs.

Toujours dans un souci d'efficacité, IPv6 impose une valeur minimale pour la MTU de 1280 octets (et donc pour la PMTU aussi). Cette valeur a pour objectif d'éviter qu'un lien imposant une MTU plus faible n'implique la transmission de petits paquets qui serait imposée à tous les chemins empruntant ce lien. Si un support de transmission utilise des trames de taille inférieure à 1280 octets, il est nécessaire de mettre en place une couche d'adaptation dans ce système afin que la MTU atteigne la valeur demandée. C'est le cas par exemple pour les réseaux personnels sans fil de type LR WPAN (Low Rate Wireless Personal Area Network) comme IEEE 802.15.4 qui véhicule des trames avec des blocs d'au maximum 81 octets. Dans ce cas, une couche d'adaptation a du être spécifiée au moyen du RFC 4944 afin de rendre cette technologie utilisable dans le contexte IPv6 (6LowPAN). L'imposition d'une taille mimimale de MTU et de sa non fragmentation par IPv6 est une nouveauté en IPv6.

Découverte de la PMTU

La valeur de la PMTU n'est pas forcément connue à l'envoi d'un premier paquet vers une destination quelconque. L'émetteur du paquet fait alors la supposition que la taille maximale vers cette destination est égale à celle du support physique sur lequel il est connecté, c'est-à-dire la MTU du réseau d’accès.

L'acheminement du paquet IPv6 s'effectue normalement jusqu'au premier routeur rencontrant une incompatibilité entre la taille du paquet à transmettre et la taille maximale autorisée sur le système de transmission à utiliser en sortie ; autrement dit lorsque le paquet à transmettre est plus grand que la taille de la MTU offerte par le système de transmission. Comme le routeur en IPv6 n'est pas habilité à faire la fragmentation, le routeur est alors dans l'incapacité de traiter correctement le paquet. Le routeur supprime le paquet et en informe l'émetteur du paquet par un message de signalisation. Ce message repose sur le protocole ICMPv6 et sera décrit dans la séquence 3. L'objectif du message est d'informer du problème d'acheminement mais aussi d'indiquer la taille maximale à retenir pour que les paquets soient acheminés correctement. Cette procédure de découverte de la PMTU est spécifié dans le RFC 8201.

Figure 3 : Négociation pour la Path MTU Discovery.

La couche réseau de l'émetteur, à la réception de ce message, enregistre la valeur recommandée de la taille de paquet (cf. Figure 3). Cette valeur est la PMTU pour tous les prochains paquets vers cette même destination. Pour ce qui concerne les données perdues avec le paquet trop grand supprimé par le routeur, il est du ressort de la couche de transport comme TCP de gérer la fiabilité de la communication en retransmettant si nécessaire, ou de l'application de s'adapter à la perte.

Plusieurs itérations peuvent être nécessaires avant d'obtenir la PMTU, notamment si d'autres systèmes de transmission imposent des MTU encore inférieures. L'émetteur enregistrera les valeurs recommandées successives jusqu'à arriver à la taille maximale autorisée sur le chemin. Les paquets suivants qui respecteront cette taille seront alors acheminés sans problème. En tout état de cause, le protocole IPv6 garantit que la MTU de tout lien ne peut descendre en dessous de 1 280 octets, valeur qui constitue ainsi une borne inférieure pour la PMTU.

Segmentation ou Fragmentation

Dans le cas de TCP, le terme approprié est segmentation car l'unité de protocole de TCP se nomme segment. Ainsi, la fragmentation forme des fragments et, donc, la segmentation des segments !

L'exploitation de l'information de PMTU se fait de plusieurs façons suivant la couche en charge de la fragmentation des données. Si un protocole de type TCP est utilisé, celui-ci assurera la segmentation des données de façon transparente pour les applications, en fonction des informations de PMTU que pourra lui communiquer la couche IPv6. Si un protocole de type UDP est utilisé, alors cette fragmentation devra être assurée par une couche supérieure, éventuellement par l'application elle-même. Si l'application n'est pas en mesure d'assurer cette fragmentation, alors il revient à la couche IPv6 de faire cette fragmentation. C'est ce que nous allons voir dans la section suivante.

NOTA : Attention au filtrage d'ICMPv6 ! Contrairement à une pratique couramment répandue en IPv4, il ne faut jamais filtrer l'ensemble des messages ICMPv6 en entrée d'un réseau (en particulier le message "Paquet trop grand"). Le filtrage peut introduire des effets néfastes sur le fonctionnement du réseau.

Fragmentation IPv6

Il existe des cas où les données passées à la couche de réseau ne sont pas adaptées à la PMTU. C'est le cas par exemple des messages transportés sur UDP pour le système de fichiers NFS. Ces messages peuvent avoir une taille supérieure à celle autorisée sur le système de transmission. Comme on ne veut pas modifier ces applications, la couche réseau d'IPv6 doit aussi être capable de gérer la fragmentation.

La couche de réseau de l'hôte va alors adapter la taille du paquet pour son transfert. Elle va procéder à une fragmentation du paquet. Le principe de la fragmentation est de découper le paquet IPv6 en fragments pour constituer des paquets respectant la taille maximale autorisée. Ces paquets (ou fragments) sont émis et acheminés vers la destination comme n'importe quel autre paquet IP. La figure 4 illustre ce principe. Le paquet IPv6 original est découpé en fragment. Le premier fragment avec l'en-tête IPv6 est complété par l'extension de fragmentation. Les fragments suivants reprennent l'en-tête du paquet original et sont complétés avec l'extension de fragmentation. L'hôte destinataire se charge alors de rassembler les fragments et de reconstituer le paquet IP original pour le traiter comme s'il avait été transféré sans fragmentation.

Figure 4 : Principe de la fragmentation en IPv6.

Lorsqu'il y a une fragmentation, se pose alors les problèmes de l'identification d'un fragment et de la position relative du fragment. L'identification du fragment vise à répondre à la question que peut se poser la destination : à quel paquet appartient-il ? Ce sont ce genre d'informations qui seront mises dans l'extension de fragmentation de l'en-tête IPv6. Cette extension est identifiée par le code d'en-tête 44. Le format de l'extension de fragmentation est présenté par la figure 5. Elle comporte trois champs de contrôle :

  • le champ Fragment offset indique, lors du réassemblage, où placer le fragment dans le datagramme initial. Ce champ est sur 13 bits. L'unité de comptage est 8 octets. Aussi, la taille de tous les fragments, sauf le dernier, doit être multiple de 8 octets.
  • le bit M (More Fragments) vaut 1 lorsqu'il indique qu'il y aura d'autres fragments. Seul le dernier fragment aura ce bit à zéro.
  • le champ identification est utilisé pour identifier tous les fragments d'un même paquet initial. La valeur est différente pour chaque paquet et elle est recopiée dans chacun des fragments d'un paquet.

Cette extension est codée sur un seul mot de 64 bits et le premier mot n'est pas compté dans le calcul de longueur des extensions. Aussi, il est nécessaire d'avoir un champ longueur de l'extension.

Note : la fragmentation est permise en IPv4 au niveau des routeurs intermédiaires, leur donnant ainsi la possibilité de transmettre un paquet, même s'il est de taille supérieure à la MTU du lien suivant. Mais, dans ce cas, le mécanisme est jugé inefficace car il augmente la tâche des routeurs. En IPv6, avec la découverte de la PMTU, les routeurs intermédiaires n'ont plus besoin de fragmenter les paquets. Si la fragmentation est toujours nécessaire, elle est réservée aux hôtes.

Figure 5 : Format de l'extension de fragmentation.


D'un point de vue opérationnel, la fragmentation en IPv6, et plus généralement l'ajout d'une extension d'en-tête, fragilise le transfert du paquet dans l'Internet. Le risque qu'il n'arrive pas à destination est augmenté. C'est ce que rapporte en substance le RFC 7872. Ce dernier essaie de quantifier l'ampleur exacte du problème. Trop de nœuds intermédiaires ne respectent pas le principe de "bout en bout" et les paquets inhabituels sont supprimés en cours de route. Devant un tel paquet, ces nœuds se permettent de supprimer le paquet. Cela peut être le résultat d'une politique délibérée (pare-feu appliquant le principe « dans le doute, on jette ») ou bien, souvent, de mises en œuvre incomplète de spécifications décrites dans les RFC.

La procédure de découverte de la PMTU et la fragmentation IPv6 ont des effets de bord indésirables. Le RFC 6946 présente les risques associés au fragment atomique. Le fragment atomique est un paquet IPv6 avec un en-tête de fragmentation sans être fragmenté du tout. Il n'a aucun intérêt pratique mais est engendré par certains systèmes lorsqu'ils reçoivent un message ICMP Packet too big indiquant une MTU inférieure à 1280 octets (la taille minimale pour une MTU IPv6). Le problème est que les fragments atomiques sont ensuite traités par bien des systèmes comme de vrais fragments, permettant ainsi certaines attaques subtiles. Le RFC 8021 estime qu'ils ne servent à rien et sont dangereux. Ce RFC demande d'abandonner la génération et le traitement des fragments atomiques. Pour cela, les hôtes doivent désormais ignorer les messages ICMP Packet Too Big lorsqu'ils indiquent une MTU inférieure à 1 280 octets.

Dans l'article[2], l'auteur indique que le traitement de l'en-tête de fragmentation est une cause de problèmes dans le déploiement opérationnel d'IPv6. Les paquets avec cet en-tête sont traités avec du retard dans les routeurs et peuvent subir un taux de perte plus important.

Jumbogrammes

Pour être complet sur la taille des paquets, il faut rappeler que IPv6 offre la notion de "jumbogramme" pour des paquets ayant une charge utile jusqu'à 4 Gio. Ceci est possible avec un champ Payload Length codé sur 32 bits comme nous l'avons déjà indiqué dans l'activité "Le format de l’en-tête IPv6". Le jumbogramme est essentiellement prévu pour le transfert à haut débit entre deux nœuds.

La mise en œuvre d'un jumbogramme demande des modifications dans la mise en œuvre de la couche de transport. Par exemple, le protocole UDP utilise un champ de longueur 16 bits pour le codage de la longueur totale du message UDP. On voit bien qu'il va falloir faire des adaptations car la longueur maximum d'un message UDP n'est pas du même ordre de grandeur que celle du jumbogrammme. Ces adaptations sont détaillées dans le RFC 2675. Si les "jumbogrammes" sont intéressants sur des liens qui disposent d'une MTU supérieure à 65583 octets (plus de 65535 octets de charge utile, plus 40 octets pour la taille fixe de l'en-tête, plus 8 octets pour l'en-tête d'extension Hop-by-Hop), il n'y a pas à ce jour de système de transmission utilisant des trames aussi importantes.

Il a été proposé à l'IETF de changer le statut du RFC 2675 [3] à "historique".


En effet, depuis plusieurs années, les jumbograms IPv6 n'ont pas été largement déployés, car dans les couches de transport communément utilisées, les champs longueur sont codés sur 16 bits, soit 65535 octets maximum.

Conclusion

Cette activité vous a présenté les différents éléments qui vont servir à définir la taille du paquet IPv6 à utiliser. Tout d'abord, IPv6 impose que tous les systèmes de transmission utilisés transfère un paquet jusqu'à 1280 octets sans qu'il soit besoin de le fragmenter au niveau d'IP. C'est la taille maximum d'un paquet pour être transféré sans fragmentation et sans problème lié à la taille. Au-delà de cette taille, il y a des risques de problème. Dans ce cas, la taille du paquet à transférer est conditionnée à la taille indiquée par la PMTU. Si la taille du paquet à envoyer est inférieure à cette taille, le paquet pourra être transmis vers sa destination sans problème. Si, par contre, la taille du paquet est plus grande que la valeur de PMTU, soit un ajustement de la taille du segment de données est nécessaire au niveau de la couche transport, soit la fragmentation par l'hôte est obligatoire. Dans l'article en ligne[4], l'auteur rapporte une autre idée : ne pas envoyer de paquets de plus de 1280 octets en dehors du réseau local. Ainsi, en transmettant des paquets à la taille minimale de la PMTU, il n'y a plus de besoin de fragmenter et donc d'utiliser la découverte de la PMTU. C'est une solution un peu extrême pour contourner la non mise en œuvre de la fragmentation et, lorsqu'elle est mise en œuvre, la fragmentation IPv6 peut avoir des effets néfastes[5] [6]du fait que certains nœuds jettent les fragments de paquet IPv6. Nous reviendrons sur le problème de la taille de la PMTU lors de la séquence suivante.

Pour conclure, retenez que la bonne taille du paquet IPv6 dépend du protocole de transport. Pour TCP, la valeur de 1280 octets montre de bons résultats[7].

Références bibliographiques

  1. ↑ Huston, G. (2016), January. Blog of APNIC. Evaluating IPv4 and IPv6 packet fragmentation.
  2. ↑ Huston, G (2021). Blog of APNIC. IPv6 fragmentation loss in 2021
  3. ↑ Jones, T. (2019), May. IETF. Change Status of RFC 2675 to Historic.
  4. ↑ Bortzmeyer, S. (2010) Fragmentation IPv6 : se résigner à couper à 1280 octets ?
  5. ↑ Huston, G. (2018) The Internet Protocol Journal. Vol 21. N° 1. IPv6 and Packet Fragmentation
  6. ↑ Huston, Geoff - Damas Joao (2021) The ISP Column. IPv6 Fragmentation Loss
  7. ↑ Huston, G. (2016), May. Fragmenting IPv6.

Pour aller plus loin

Vous pouvez approfondir vos connaissances en consultant les liens suivants :

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