Sistemi e Reti Anno 4 Modulo 2 Lezione 05 - IPv6 Header, Formato Indirizzi e Tipologie

Sistemi e Reti · Anno 4 · Modulo 2 · Lezione 05

✍ Autore: profgiagnotti · Materia: Sistemi e Reti

IPv6: Header, Formato Indirizzi e Tipologie

Dall'esaurimento di IPv4 al nuovo paradigma a 128 bit: header semplificato, regole di compressione, unicast, multicast, anycast e autoconfigurazione SLAAC con rete Dual Stack.

🎬 Video – Rete dual-stack IPv4 e IPv6 🧪 Lab – Esercizio IPv6.pkt 🧪 Lab – IPv6 dual-stack.pkt 🧪 Lab – Esercizio proposto IPv6 dual-stack.pkt 📄 Esercizi IPv6-a.pdf 📄 Esercizi IPv6-b.pdf 🧪 Simulatore online IPv6

// obiettivi di apprendimento

✓Capire perché IPv4 è in esaurimento e quali problemi risolve IPv6 rispetto a NAT.

✓Descrivere il formato dell'header IPv6 a 40 byte fissi, campi e vantaggi rispetto a IPv4.

✓Leggere e scrivere indirizzi IPv6 applicando correttamente le regole di compressione :: e zeri iniziali.

✓Distinguere le tipologie di indirizzi IPv6: Global Unicast, Link-Local, Unique Local, Multicast, Anycast.

✓Analizzare SLAAC/EUI-64 e le strategie di transizione e coesistenza Dual Stack, Tunneling, NAT64.

// Indice della lezione

1. Perché IPv6? Il problema dell'esaurimento degli indirizzi 2. L'header IPv6 – 40 byte fissi ed extension header 3. Formato degli indirizzi IPv6 e regole di compressione 4. Tipologie di indirizzi IPv6: Unicast, Multicast, Anycast 5. Autoconfigurazione: SLAAC e EUI-64 6. Coesistenza IPv4/IPv6: strategie di transizione 7. Verifica / Esercizio Dual Stack 8. Riepilogo e concetti chiave

1. Perché IPv6? Il problema dell'esaurimento degli indirizzi

IPv4 usa indirizzi a 32 bit: circa 4,3 miliardi di combinazioni possibili. Nel 1981, quando RFC 791 definiva IPv4, pareva uno spazio sterminato. Non lo era.

Il 5 febbraio 2011 IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ha assegnato gli ultimi blocchi /8 ai cinque RIR regionali. Gli indirizzi IPv4 erano ufficialmente esauriti. I RIR hanno continuato a distribuire gli spazi rimanenti fino al 2012–2019, secondo la regione.

💬 Tip del docente

NAT (Network Address Translation) ha "allungato la vita" di IPv4 mascherando intere reti private dietro un singolo IP pubblico. Funziona, ma rompe il modello end-to-end di Internet, complica VoIP, gaming, VPN e le applicazioni che richiedono connessioni inbound. NAT è un cerotto, non una soluzione strutturale.

IPv6, definito da RFC 8200 (2017), usa indirizzi a 128 bit: 3,4 × 10³⁸ indirizzi. Per dare un'idea: si potrebbero assegnare 100 indirizzi IPv6 a ogni atomo della superficie terrestre.

01 · IPv4

32 bit – 4,3 miliardi

Esaurito IANA 2011. NAT necessario per sopravvivere.

02 · IPv6

128 bit – 340 undecilioni

End-to-end ripristinato, no NAT necessario, autoconfigurazione nativa.

03 · Vantaggio

Header semplificato

Elaborazione più rapida nei router, QoS con Flow Label, IPsec nativo.

2. L'header IPv6 – 40 byte fissi ed extension header

📌 Definizione da ricordare

L'header base IPv6 è sempre lungo 40 byte: 8 campi fissi, niente opzioni variabili. Le opzioni sono spostate in extension header concatenati solo se necessari.

Una delle scelte di design più significative di IPv6 è l'header di dimensione fissa: 40 byte. L'header IPv4 era variabile (20–60 byte) per via delle opzioni. IPv6 sposta le opzioni negli extension header, inseriti tra l'header base e il payload solo quando necessari.

HEADER IPv6 · ASCII DIAGRAM – RFC 8200

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| Traffic Class |           Flow Label                  |  ← 4 byte
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |  ← 4 byte
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
|                    Source Address (128 bit)                   |  ← 16 byte
|                                                               |
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|                                                               |
|                  Destination Address (128 bit)                |  ← 16 byte
|                                                               |
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Campo	Bit	Descrizione
Version	4	Sempre `0110` (6) per IPv6
Traffic Class	8	Equivalente di DSCP+ECN in IPv4. Priorità del traffico (QoS)
Flow Label	20	Identifica un flusso tra sorgente e destinazione. Permette QoS senza esaminare il payload. Novità rispetto a IPv4.
Payload Length	16	Lunghezza in byte del payload (escluso header base). Max 65535 byte; con Jumbo Payload extension header si superano i 4 GB.
Next Header	8	Tipo del prossimo header: protocollo superiore (58=ICMPv6, 6=TCP, 17=UDP) oppure tipo di extension header.
Hop Limit	8	Equivalente del TTL di IPv4. Decrementato di 1 a ogni hop. Pacchetto scartato quando raggiunge 0.
Source Address	128	Indirizzo IPv6 del mittente
Destination Address	128	Indirizzo IPv6 del destinatario

🎯 Cosa è scomparso rispetto a IPv4

In IPv6 sono stati eliminati: Header Checksum (demandato ai livelli superiori e al data link), Header Length (header fisso, non serve), Identification/Flags/Fragment Offset (la frammentazione avviene solo al sorgente, non ai router intermedi), Options (sostituite dagli extension header). Risultato: i router elaborano i pacchetti molto più velocemente.

Extension Header

Gli extension header vengono inseriti tra header base e payload solo quando servono, formando una catena: ogni header punta al successivo tramite il campo Next Header.

Tipo	Next Header value	Uso
Hop-by-Hop Options	0	Esaminato da ogni router sul percorso (es. Jumbo Payload)
Routing	43	Source routing: specifica lista di hop intermedi
Fragment	44	Frammentazione (solo il mittente può farlo in IPv6)
ESP / AH	50/51	Sicurezza IPsec integrata nello stack IPv6
Destination Options	60	Opzioni esaminate solo dalla destinazione finale

3. Formato degli indirizzi IPv6 e regole di compressione

📌 Definizione da ricordare

Un indirizzo IPv6 è 128 bit = 8 gruppi di 4 cifre esadecimali separati da : . Ogni gruppo rappresenta 16 bit (2 byte). Si scrive compresso con due regole standard.

Forma completa esempio:

IPv6 · Forma completa

2001:0DB8:0000:0000:0000:FF00:0042:8329

Regole di compressione

Scrivere sempre 32 cifre esadecimali è scomodo. Si applicano due regole:

REGOLA 1 · ZERI INIZIALI

Ometti gli 0 iniziali di ogni gruppo

0DB8 → DB8
0000 → 0
FF00 → FF00 (invariato)

REGOLA 2 · SEQUENZA DI ZERI

Una sola sequenza :: per gruppi zero contigui

Sostituisce una sola sequenza contigua di gruppi tutti-zero con ::. Usabile una sola volta altrimenti ambiguo.

COMPRESSIONE · Esempio progressivo

2001:0DB8:0000:0000:0000:FF00:0042:8329   (forma completa)
↓ Regola 1: omissione zeri iniziali
2001:DB8:0:0:0:FF00:42:8329
↓ Regola 2: :: sostituisce i tre gruppi :0:0:0:
2001:DB8::FF00:42:8329                    (forma compressa)

⚠️ Errore comune

Non si può usare :: due volte. L'indirizzo 2001::42::1 è ambiguo: non si sa quanti zeri sostituisce ciascun ::. Il tool ping6 e i parser lo rifiutano. Regola d'oro in verifica: :: una sola volta, mai due.

Indirizzi speciali

Indirizzo	Significato
`::1`	Loopback (equivalente di 127.0.0.1 in IPv4)
`::`	Indirizzo non specificato (equivalente di 0.0.0.0)
`2001:DB8::/32`	Range riservato alla documentazione e agli esempi (RFC 3849) – usa sempre questo nei laboratori

4. Tipologie di indirizzi IPv6: Unicast, Multicast, Anycast

IPv6 introduce una distinzione fondamentale rispetto a IPv4: non esiste il broadcast. Al suo posto si usa il multicast (e il meccanismo anycast per alcuni servizi). Questo riduce il traffico non necessario su tutti i nodi della rete.

Unicast — un mittente, un destinatario

Tipo	Prefisso	Descrizione
Global Unicast	`2000::/3`	Indirizzi instradabili su Internet (equivalente IP pubblico IPv4). Attualmente assegnati nel range `2000::`→`3FFF:FFFF:…`
Link-Local	`FE80::/10`	Validi solo sul link locale (stesso segmento). Assegnati automaticamente a ogni interfaccia. Non vengono instradati dai router. Essenziali per NDP e SLAAC.
Unique Local	`FC00::/7`	Equivalente degli indirizzi privati IPv4 (RFC 1918). Usati in reti private, non instradati su Internet. Prefisso tipico: `FD00::/8` con 40 bit pseudo-random.
Loopback	`::1/128`	Solo interfaccia loopback locale

Multicast — un mittente, molti destinatari

Il multicast IPv6 ha prefisso FF00::/8. Sostituisce completamente il broadcast IPv4.

Indirizzo	Scope	Uso
`FF02::1`	Link-local	All-nodes: tutti i nodi IPv6 sul segmento
`FF02::2`	Link-local	All-routers: tutti i router IPv6 sul segmento
`FF02::1:FFxx:xxxx`	Link-local	Solicited-node multicast: usato da NDP per risolvere indirizzi (vedi L06)
`FF05::101`	Site-local	NTP servers nel sito

Anycast — un mittente, il più vicino tra molti

Un indirizzo anycast è assegnato a più interfacce su nodi diversi. Il pacchetto viene consegnato all'interfaccia più vicina secondo la metrica di routing. Usato per DNS root server, CDN, servizi distribuiti. Non esiste un range specifico: un indirizzo unicast diventa anycast quando viene assegnato a più interfacce.

5. Autoconfigurazione: SLAAC e EUI-64

📌 Definizione da ricordare

SLAAC = Stateless Address Autoconfiguration (RFC 4862): un host IPv6 si configura da solo senza DHCP, combinando prefisso /64 annunciato dal router + Interface ID derivato dal MAC con EUI-64.

IPv6 include un meccanismo di autoconfigurazione stateless (SLAAC — Stateless Address Autoconfiguration, RFC 4862) che permette a un host di configurarsi autonomamente senza DHCP:

L'host genera un indirizzo link-local (FE80:: + identificatore interfaccia)
Verifica che non sia duplicato con DAD (Duplicate Address Detection)
Invia un Router Solicitation al multicast FF02::2
Il router risponde con Router Advertisement: prefisso di rete (/64) e altre info
L'host combina il prefisso ricevuto con il suo EUI-64 → indirizzo global unicast

🎯 Come si costruisce un indirizzo EUI-64

Dato un MAC address: 00:1A:2B:3C:4D:5E

Dividi a metà: 00:1A:2B | 3C:4D:5E
Inserisci FF:FE nel mezzo: 00:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E
Inverti il bit U/L (bit 7 del primo byte): 00 → 02
Risultato: 021A:2BFF:FE3C:4D5E

Con prefisso 2001:DB8:1::/64 → indirizzo completo: 2001:DB8:1::021A:2BFF:FE3C:4D5E (documentazione) → compresso 2001:DB8:1::21A:2BFF:FE3C:4D5E

CISCO / LINUX · Verifica IPv6 SLAAC

! Cisco – abilitare IPv6 unicast e SLAAC
ipv6 unicast-routing
interface g0/0
 ipv6 address 2001:DB8:1::1/64
 ipv6 enable
 ipv6 nd prefix 2001:DB8:1::/64
 no shutdown

# Linux – verifica indirizzi
ip -6 addr show
ip -6 route show
ping6 -c 3 FF02::1
# EUI-64 manuale
ip link show | grep ether

6. Coesistenza IPv4/IPv6: strategie di transizione

La migrazione a IPv6 non è flag-day: le due versioni devono coesistere a lungo. Le tre strategie standard sono:

Meccanismo	Come funziona	Uso tipico
Dual Stack	Il nodo ha sia un indirizzo IPv4 sia un IPv6. Comunica in v4 o v6 in base all'interlocutore.	Approccio preferito. Tutti i moderni SO lo supportano. Vedi video lab dual-stack.
Tunneling (6in4)	Pacchetti IPv6 incapsulati in datagrammi IPv4 per attraversare reti solo-IPv4.	Connettere isole IPv6 attraverso backbone IPv4.
NAT64 + DNS64	Traduce indirizzi IPv6 in IPv4 a livello di gateway. Permette a host solo-IPv6 di raggiungere server solo-IPv4.	Reti mobili 5G, reti "IPv6-only".

💬 Tip del docente

In laboratorio Packet Tracer apri IPv6-dual-stack.pkt: verifica che ogni PC abbia sia IPv4 sia IPv6. Prova ping e ping6 verso il server, osserva ipconfig e show ipv6 interface brief. Dual Stack è la strategia consigliata per l'esame.

7. Verifica / Esercizio Dual Stack

🔬 Attività di laboratorio

Usa i file .pkt forniti e gli esercizi PDF. Obiettivo: configurare una piccola rete dual-stack e dimostrare la coesistenza.

Comprimi al massimo: 2001:0DB8:0000:013A:0000:0000:0000:0001 e FE80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 – indica dove applichi Regola 1 e Regola 2.
Da MAC AC:DE:48:12:34:56 ricava l'Interface ID EUI-64 e costruisci l'indirizzo link-local e global con prefisso 2001:DB8:CAFE::/64.
In Packet Tracer (IPv6-dual-stack.pkt) attiva ipv6 unicast-routing e assegna 2001:DB8:1::1/64 e 2001:DB8:2::1/64 sulle interfacce router. Verifica SLAAC sui PC e ping FF02::1.
Spiega differenza tra Global Unicast, Link-Local, Multicast FF02::1 e Anycast: quando useresti ciascuno?
Dual Stack vs NAT64: in quale scenario sceglieresti l'uno o l'altro? Collega alla tipologia di rete (enterprise, 5G, ISP legacy).

✅ Soluzione ragionata (traccia)

1) 2001:0DB8:0000:013A:0000:0000:0000:0001 → Regola1: 2001:DB8:0:13A:0:0:0:1 → Regola2 longest zero run: 2001:DB8:0:13A::1. FE80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 → FE80::1 (run di 6 zeri).
2) MAC AC:DE:48:12:34:56 → dividi AC:DE:48|12:34:56 → AC:DE:48:FF:FE:12:34:56 → inverti U/L bit: AC=10101100 → AE=10101110 → AEDE:48FF:FE12:3456. Link-local: FE80::AEDE:48FF:FE12:3456. Global: 2001:DB8:CAFE::AEDE:48FF:FE12:3456.
3) Vedi configurazione sopra + show ipv6 route, show ipv6 neighbors (sostituisce ARP).
4) Global instradabile Internet, Link-Local solo segmento e indispensabile per NDP/SLAAC, FF02::1 = tutti i nodi (no broadcast), Anycast = servizio più vicino (DNS/CDN).
5) Enterprise/misto → Dual Stack (compatibilità totale). Rete mobile greenfield IPv6-only o 5G → NAT64/DNS64 per raggiungere IPv4 legacy, meno indirizzi IPv4 pubblici necessari.

8. Riepilogo e concetti chiave

✓IPv4 esaurito IANA 2011: NAT è un palliativo, IPv6 a 128 bit è la soluzione strutturale end-to-end.

✓Header IPv6 fisso 40 byte: Version, Traffic Class, Flow Label, Payload Length, Next Header, Hop Limit, Source + Destination (128 bit). Nessun checksum, nessuna frammentazione ai router.

✓Indirizzi IPv6 = 8 gruppi esadecimali. Compressione: ometti zeri iniziali + una sola volta :: per run di zeri. Mai :: due volte.

✓Tipologie: Global Unicast 2000::/3 instradabile, Link-Local FE80::/10 solo segmento, Unique Local FC00::/7 privato, Multicast FF00::/8 sostituisce broadcast, Anycast = più vicino.

✓SLAAC + EUI-64 = autoconfigurazione stateless: Router Solicitation FF02::2 → Router Advertisement /64 + Interface ID da MAC con FF:FE e U/L flip.

✓Transizione raccomandata: Dual Stack (SO moderni), tunneling 6in4 per isole IPv6, NAT64+DNS64 per reti IPv6-only (5G).

📚 Prossimo passo - ARP, NDP e Default Gateway

Ora che sai scrivere un indirizzo IPv6 e cosa c'è nel suo header, nel prossimo modulo vedrai come si risolvono gli indirizzi su LAN: ARP in IPv4 e NDP in IPv6 con i multicast solicited-node. Avrai bisogno della tabella dei prefissi e di EUI-64.

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