La recherche et IPv6

A priori, la recherche autour d'IPv6 peut sembler dépasser car la nouvelle version du protocole IP arrive à maturité. Mais d'un autre côté, il ne faut surtout pas penser qu’IPv6 n’est qu’une recopie d’IPv4 avec des tailles d’adresses beaucoup plus grande pour faire face à la pénurie. Certaines industries ont bien compris l’importance de cette nouvelle version du protocole IP. Ainsi les travaux sur les réseaux de capteurs se font uniquement sur cette version du protocole. Zigbee a récemment annoncé que la pile protocolaire allait l’inclure. L’industrie automobile a également fait ce choix.....

L’utilisation que l'on fait actuellement d’IPv6 n’est évidemment pas la panacée et son usage ne doit pas être figé. En IPv4, l’espace d’adressage étant saturé, il est impossible d’inclure d’autres modes de fonctionnement que le routage hiérarchique. En IPv6 cette limitation saute et des pistes de recherche a plus ou moins long terme peuvent intéresser l’industrie des télécommunications ou des services:

• L’adressage peut se structurer différemment. Il peut prendre en compte d’autres paradigmes de routage, comme le routage géographique. Les réseaux de capteurs, les ITS, les applications militaires, auraient besoin de cette fonction pour non plus communiquer avec des équipements précis, mais un équipement quelconque se trouvant autour d’une position donnée.
• La généralisation des supports d’accès fait qu’un site ou un équipement sera connecté a plusieurs opérateurs qui offriront des services différents. Il n’existe à l’heure actuelle aucune solution satisfaisante pour gérer ce type d’architecture, même si des briques de base sont étudiées (SCTP, Shim6,...)
• La sécurité est évidemment un enjeux majeur qui est souvent mis en avant pour justifier une refonte de l’Internet. Il faut voir à quel niveau doit se faire cette refonte, est-il nécessaire de changer les protocoles de transmission de l’information (IP, TCP, UDP) ou architecturer différemment le réseau et utiliser les possibilités de l’adressage pour rendre le communications plus sûre. Les approches CGA et HBA sont des pistes intéressantes à suivre.

IPv6 va servir de pivot pour l’évolution a moyen et long terme du réseau. En effet, un langage commun a tous les équipements réseaux a été le facteur clé qui a permis à l’Internet actuel de se développer. Ce chapitre a pour but de présenter des travaux de recherche autour de l'adressage. Le premier chapitre décrit l'adressage actuel, l'évolution des tables de routage dans le coeur du réseau et les méthodes pour prévoir la date où l'espace d'adresse IPv4 sera épuisé.

Si la transition vers IPv6 a beaucoup tardée, celà est du en grande partie au fait que l'Internet v4 continue a fonctionner correctement même si des signes tangibles montre qu'une dégradation de la connectivité pourrait se produire. A titre d'exemple, certains travaux présenté au chapitre "Prolonger la vide d'IPv4" s'interessent au partage d'une adresse IPv4 entre plusieurs utilisateurs.

Structuration des adresses et agrégation

Un des problèmes majeurs d'IPv4 est la croissance incontrôlée des tables de routage. Ce phénomène est dû à une mauvaise agrégation des adresses dans les tables. Il faudrait être capable de router des ensembles de réseaux identifiés par un seul descripteur. CIDR apporte une amélioration, mais celle-ci est insuffisante en pratique : les adresses IPv4 sont trop courtes pour permettre une bonne structuration, et il faut surtout assumer le coût du passé avec les adresses déjà allouées.

Attribuer une adresse à un équipement est un processus complexe, basé sur un compromis entre la facilité d'attribution et la facilité de gestion. Idéalement, pour minimiser la taille de routage, le réseau devrait avoir une topologie en arbre, cela rendrait l'adressage hiérarchique très efficace. Dans la réalité pour des raisons économiques, techniques, géographiques ou de performances, le réseau est beaucoup plus complexe et peut être vu comme un graphe. Il faut introduire des exceptions dans les tables de routages pour refléter cette topologie. On voit que pour avoir l'adressage le plus efficace possible, il faut dans ce graphe trouver la représentation arborescente qui génère le moins d'exceptions possibles. Or s'il était possible aujourd'hui de trouver une représentation valide, elle ne le sera pas nécessairement demain. En conséquence, la définition du plan d'adressage doit être la plus souple possible pour permettre une évolution de nature imprévisible.

D'autant plus que l'agrégation pour IPv4 ne semble plus aussi efficace. La figure suivante donne l'évolution de table de routage dans le coeur de l'Internet, c'est-à-dire dans les réseaux des opérateurs où aucune route par défaut n'est définie.

Evolution de la taille des tables de routage
Source: http://www.cidr-report.org

En 2000, la progression linéaire de cette table a semblé compromise du fait :

• de la baisse du coût des liaisons longues distances, permettant une multi-domiciliation (multi-homing) des sites pour des raisons de fiabilité (en cas de panne d'un opérateur, le trafic pourra passer par un autre), de performances (aller directement sur le réseau avec lequel le site à un trafic important),
• le manque d'adresses IPv4 qui force les opérateurs à allouer des préfixes de plus en plus long.

Depuis, les opérateurs ont fortement aggrégé pour revenir à une progression linéaire de la table. Des études [BTC02] montrent que :

• la multi-domiciliation, c'est-à-dire la connexion d'un site à plusieurs opérateurs pour fiabiliser l'accès, ajoute un surcoût de 20 à 30 pourcent,
• le partage de charge, c'est-à-dire réduire l'agregation pour annoncer un sous-ensemble de préfixe à chaque opérateur, induit un surcoût de 20 à 25 pourcent,
• de mauvaises règles d'agrégation induisent une surcharge de 15 à 20 pourcent,
• la fragmentation de l'espace d'adressage liée à la gestion des préfixes avant CIDR, et à l'allocation séquencielle des blocks d'adresses contribue à plus de 75 pourcent de la taille de la table.

Actuellement, pour pouvoir assurer une bonne agrégation, les règles utilisées par CIDR pour IPv4 sont conservées. Mais la gestion des tables de routage dans le coeur du réseau s'en trouvera quand même améliorée car :

• dès le début le plan d'adressage est hiérarchique, éliminant les longs préfixes,
• les sites multi-domiciliés posséderont autant d'adresses que de fournisseurs, permettant ainsi de garantir une agrégation.
• des mécanismes de renumérotation automatiques permettent aux sites de changer facilement de préfixe quand cela est nécessaire.

Si un plan d'adressage hiérarchique semble actuellement le plus adapté, d'autres règles de numérotation pourraient être utilisées dans le futur, comme par exemple, les coordonnées géographiques de l'équipement. Ces techniques ne sont actuellement utilisées que dans quelques laboratoires de recherche pour des réseaux ad hoc, mais il reste assez de place dans l'espace d'adressage pour prendre en compte ces nouveaux types de réseaux si un jour ils se généralisent.

Le choix d'un plan d'adressage a fait l'objet de nombreux débats à l'IETF. Il a été beaucoup plus difficile à définir que le format du paquet IPv6 présenté au chapitre suivant. Plusieurs plans ont été proposés puis abandonnés. Ces divers plans d'adressages sont commentés dans le chapitre sur l'Historique de la standardisation d'IPv6. Le présent chapitre se contente de décrire les différents plans d'adressage actuellement utilisés.

Évolution de l'adressage

La distinction entre les notions d'annuaires, de noms, d'adresses et de routes est comprise depuis longtemps. Cependant, depuis quelques années, au sein de l'Internet, la compréhension du rôle d'une adresse réseau a évolué. Dans l'Internet, une adresse sert en fait à deux fonctions distinctes : identification et localisation.

• L'identification est utilisée pendant une connexion par chacun des intervenants pour reconnaître son interlocuteur. Cela permet entre autres de s'assurer de l'origine des paquets reçus.
  Cette vérification se fait dans les pseudo-en-têtes TCP ou dans les associations de sécurité d'IPsec. La durée de vie minimale d'un identificateur est celle d'une connexion TCP.
• La localisation est utilisée pour trouver un intermédiaire qui saura délivrer les paquets. La durée de vie de la fonction de localisation est assez grande. En fait, elle ne varie qu'en cas de changement de prestataire IP ou de réorganisation du site.
  En général la localisation est découpée en deux parties : localisation globale (identifiant le réseau) et locale, distinguant les machines sur un même réseau. La localisation est intrinsèquement liée aux fonctions de routage d'IP.

En IPv4, on confond identification et localisation en une seule entité, l'adresse IP, globalement unique dans l'Internet. Cette construction a un prix : lors de la renumérotation d'un site, ou lorsqu'un mobile se déplace, la localisation change. Avec l'approche IPv4, l'adresse IP change, et donc l'identification... Cela implique une perte ou au mieux une renégociation des communications en cours.

Lors des études initiales pour IPv6, il a été proposé de séparer ces deux fonctions pour pouvoir résoudre simplement les problèmes de renumérotation, mobilité, multi-domiciliation... Ceci est encore un sujet de recherche. Cette proposition n'a donc pas été retenue ; en IPv6 comme en IPv4, l'adresse sert à la fois pour l'identification et la localisation. En effet, le plan d'adressage choisi dans un premier temps est une extension des règles d'adressage hiérarchiques (CIDR) utilisées dans IPv4.

Un autre débat est de savoir si une adresse identifie une machine ou une interface. Cette distinction n'est pas très importante dans le cas d'une machine simple ne possédant qu'une seule interface ; elle le devient dans le cas où elle en possède plusieurs ou est multi-domiciliée. En effet pour essayer de simplifier les tables de routage dans le coeur de réseau, si un site est connecté à plusieurs fournisseur d'accès, il possèdera autant de préfixes IPv6 que de fournisseurs. Contrairement à IPv4, où l'on associe généralement qu'une seule adresse à une interface, une interface possède plusieurs adresses IPv6.

Gestion de la Multi-domiciliation

La gestion de la multi-domociliation (multi-homing) est encore un sujet de débat dans les groupes. Aucune solution n'est satisfaisante car le routage des paquets dans un domaine multi-domicilié se fait uniquement (comme dans tous l'Internet) sur l'adresse de la source. Si la machine choisit une adresse d'un fournisseur et que les paquets sont routés vers un autre, ce dernier va rejeter le paquet car l'adresse source ne correspond pas à une adresse qu'il a officiellement attribué.

Ce problème se résoud en IPv4 en attribuant aux sites multi-domiciliés des adresses PI (Provider Independant). Le site passe des accords avec ses fournisseurs pour qu'ils acceptent ces adresses. Les PI offrent aussi une très grande stabilité dans l'adressage puisque les adresses appartiennent à l'entreprie. En contre partie, les PI conduisent à une explosion des tables de routage dans le cœur du réseau.

IPv6 aurait IPv6 a essayé de résoudre le problème en offrant la possibilité d'affecter une adresse IPv6 par fournisseur de service. Malheureusement cette solution ne permet pas de résoudre le problème car elle bute sur le choix de l'adresse source en coordination avec le routage. Plusieurs alternatives sont en cours d'étude:

• utilisation des PI pour IPv6, mais avec le risque d'augmenter les tables de routage IPv6 dans le cœur du réseau. Comme, à court terme, il s'agit de la seule solution crédible, certaines autorités régionales offrent cette possibilité.
• le groupe RRG (Routing Research Group) de l'IRTF, réfléchit à l'utilisation de tunnel entre les sites pour séparer les fonctions d'indentificateur et de localisateur de l'adresse.

Prolonger la vie d'IPv4

Med: Trouver un autre titre que celui proposé par Laurent

Le ToC initialement proposé à Laurent:

1. Introduction

1.1 Contexte global

1.2 Contribution du chapitre

1.3 Structure

2. Partage d'@ IPv4

2.1 Introduction

2.2 Problèmes liés au partage d'@

3. L'approche CGN

3.1 Double NAT

3.2 L'approche DS-lite

4. L'approche A+P

4.1 Notion de Port Range

4.2 Utilisation de Port Range en environnement IPv6

4.2.1 Aperçu

4.2.2 Structure des préfixes/adresses IPv6

4.3 Mode opératoire

4.3.1 Mode binding

4.3.2 Mode sans état

5. La pénurie dans le monde mobile

5.1 Evolution des besoins d'adresses IP

5.2 Les solutions pour répondre à ces besoins

5.2.1 Ingénierie CGN

5.2.2 Ingénierie A+P

6. Conclusions et perspectives

7. Références

L'adressage géographique