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.

Adresses de test

Les expérimentations d'IPv6 sur un réseau devaient commencer avant que les règles d'attribution des préfixes soient complètement finalisées. La valeur 0x1FFE a été attribué par l'IANA au 6bone dans le plan d'adressage agrégé pour les expérimentations (RFC 3701). Il correspond au préfixe 3FFE::/16 pour l'ensemble du 6bone.

Figure 3-4 Adresse de test du plan agrégé

Les 48 bits restant avant le champ Subnet ID recréent les niveaux hiérarchiques d'un réseau IPv6 défini dans le RFC 3587, d'où le terme pseudo accolé au nom du champ. La taille réduite n'étant pas un facteur limitant dans la phase expérimentale. Des pseudo-TLA d'une taille initialement de 8, mais portées à 12 bits par la suite, sont attribués à des opérateurs voulant expérimenter le protocole. Les 24 ou 20 bits suivants sont utilisés pour numéroter les sites.

Les pseudo-TLA ont été alloués jusqu'en décembre 2003 aux opérateurs qui en faisaient la demande. La liste complète est disponible sur le serveur Web http://www.6bone.net/6bone_pTLA_list.html. Le tableau Pseudo TLA attribués par le groupe ngtrans reprend quelques unes de ces valeurs.

L'expérimentation lié au 6bone s'est terminée récemment; la date d'arrêt a été symboliquement choisie le mardi 6 juin 2006 RFC 3701. En effet, si ce réseau a servi palier à l'absence d'opérateurs officiels au début de l'introduction d'IPv6, il a vite montré ses limites. L'utilisation de tunnels pour créer la connectivité a conduit à un trop fort maillage, à des routes relativement longues et par conséquence à une faible qualité de service.

Selection du type d'identifiant d'interface

Si l'on sélectionne correctement le type d'identifiant d'interface, la gestion de l'adressage IPv6 est aussi facile (voire plus simple) qu'en IPv6. Ainsi, il est préférable de donner aux serveurs des identifiants d'inteface construit manuellement. Il sera ainsi beaucoup plus facile de se rappeler de leur adresse. De plus si l'équipement est remplacé et par conséquent que la carte réseau est différente, l'adresse IPv6 restera stable. Pour les clients, il est plus simple d'utiliser l'identifiant d'interface construit à partir de l'adresse MAC.

Les adresses site-local sont des adresses dont la validité était restreinte à un site. Par exemple, un site qui n'est pas encore connecté à l'Internet pouvait utiliser ces adresses, ce qui le dispensait de demander ou d'emprunter un préfixe. Ce système généralisait le concept d'adresse privée d'IPv4 (comme le réseau 10.x.y.z). Un autre intérêt apparent des adresses site-local est qu'elles ne sont pas modifiées lors d'un changement de fournisseur de connectivité, qui ne perturbe donc pas les communications locales.

Une adresse site-local était construite en concaténant le préfixe FEC0::/48, un champ de 16 bits qui permet de définir plusieurs sous-réseaux, et les 64 bits de l'identifiant d'interface.

Figure 3-6 Adresse Site_Local

Malgré ces propriétés, les adresses site-local n'ont pas réussi à s'imposer durant la phase de standardisation d'IPv6. Suivant les règles de l'IETF, elle doivent donc être retirées des documents pour la version finale du RFC décrivant IPv6. Le RFC 3879 décrit les problèmes liés à l'utilisation des adresses site-local. Contrairement à un lien facilement délimité par le support physique, la frontière du site est beaucoup plus vague. Il s'en suit des ambiguïtés qui rendent difficile l'utilisation de ce concept. En particulier, si un utilisateur est connecté à deux sites de deux companies différentes, l'adressage à plat offert par les adresses site-local rendent le routage difficile. Si le site dispose aussi d'adresses globales, l'ajout systématique d'adresses site-local rend également plus difficile le choix des adresses source et destination ainsi que la réponse aux requêtes DNS qui dépendent de la position de l'équipement demandeur.

De plus si le réseau de deux companies fusionnent, comme l'adressage des sous-réseaux ne se fait que dans la partie Subnet ID, il y a de fortes chances de trouver des collisions dans les valeurs choisies.

Dans un premier temps, des adresses du type site-local dans l'espace FEC0::/10 avaient été définies par l'IETF, mais elles ont été retirées dans les dernières versions des standards.

Les adresses site-local sont des adresses dont la validité était restreinte à un site. Par exemple, un site qui n'est pas encore connecté à l'Internet pouvait utiliser ces adresses, ce qui le dispensait de demander ou d'emprunter un préfixe. Ce système généralisait le concept d'adresse privée d'IPv4 (comme le réseau 10.x.y.z). Un autre intérêt apparent des adresses site-local est qu'elles ne sont pas modifiées lors d'un changement de fournisseur de connectivité, qui ne perturbe donc pas les communications locales.

Une adresse site-local était construite en concaténant le préfixe FEC0::/48, un champ de 16 bits qui permet de définir plusieurs sous-réseaux, et les 64 bits de l'identifiant d'interface.

Figure 3-6 Adresse Site_Local

Malgré ces propriétés, les adresses site-local n'ont pas réussi à s'imposer durant la phase de standardisation d'IPv6. Suivant les règles de l'IETF, elle doivent donc être retirées des documents pour la version finale du RFC décrivant IPv6. Le RFC 3879 décrit les problèmes liés à l'utilisation des adresses site-local. Contrairement à un lien facilement délimité par le support physique, la frontière du site est beaucoup plus vague. Il s'en suit des ambiguïtés qui rendent difficile l'utilisation de ce concept. En particulier, si un utilisateur est connecté à deux sites de deux companies différentes, l'adressage à plat offert par les adresses site-local rendent le routage difficile. Si le site dispose aussi d'adresses globales, l'ajout systématique d'adresses site-local rend également plus difficile le choix des adresses source et destination ainsi que la réponse aux requêtes DNS qui dépendent de la position de l'équipement demandeur.

De plus si le réseau de deux companies fusionnent, comme l'adressage des sous-réseaux ne se fait que dans la partie Subnet ID, il y a de fortes chances de trouver des collisions dans les valeurs choisies.