Protocoles et services réseaux: IPV6

Cette leçon porte sur le protocole IPv6, une évolution majeure des protocoles réseau destinée à résoudre les limites d’IPv4. Elle s’inscrit dans un cours sur les protocoles et services réseaux, abordant les objectifs, l’adressage, la notation, ainsi que la structure des datagrammes IPv4 et IPv6.

Les objectifs principaux d’IPv6

IPv6 a été conçu pour répondre à plusieurs besoins essentiels dans le domaine des réseaux informatiques :

• Résoudre le problème de l’épuisement des adresses IPv4, dont la capacité est limitée à 32 bits.
• Réduire la taille des tables de routage afin d’améliorer la gestion des réseaux.
• Simplifier le protocole IP en allégeant l’en-tête, ce qui améliore l’efficacité des routeurs.
• Fournir plusieurs classes de service et permettre l’étiquetage des flux pour une meilleure gestion de la qualité de service.
• Améliorer la sécurité grâce à des mécanismes d’authentification et de confidentialité intégrés.
• Gérer la mobilité des hôtes via l’auto-configuration.
• Supporter nativement les opérations de diffusion multicast, avec l’intégration du protocole IGMP dans ICMPv6.
• Permettre une coexistence souple avec IPv4 pour faciliter la transition.

Limites de l’adressage IPv4

IPv4 utilise une adresse sur 32 bits, ce qui limite le nombre d’adresses disponibles. En 1995, il existait environ 50 000 réseaux IP dans 150 pays, avec 5 millions d’hôtes. La structure hiérarchique d’adressage (réseau, sous-réseau, hôte) oblige à avoir une entrée dans la table de routage pour chaque réseau, ce qui complique la gestion à grande échelle.

La capacité théorique d’IPv4 est de 4 milliards d’adresses, mais la capacité réelle est d’environ 2 milliards. L’épuisement des adresses, notamment de classe B, est un problème majeur, avec 65 % de ces adresses affectées en 2002. L’obtention d’adresses de classe C est possible, mais cela augmente la taille des tables de routage, un inconvénient partiellement compensé par le CIDR (Classless Inter-Domain Routing).

L’adressage IPv6

IPv6 utilise des adresses sur 128 bits, soit huit groupes de deux octets. Le masque de sous-réseau est généralement fixé à /64, appelé désormais préfixe de sous-réseau.

Il existe trois types d’adresses IPv6 :

• Unicast : adresse individuelle d’interface.
• Multicast : adresse de diffusion multidestinataire vers un groupe.
• Anycast : adresse de diffusion vers le premier hôte disponible dans un groupe.

Notation des adresses IPv6

Deux formats sont utilisés pour représenter les adresses IPv6 :

• Format complet (Preferred format) : adresse complète sans abréviation, par exemple :
  2b04:210:fe3e:0:402c:c185:e9ac:129f
• Format compressé : permet de remplacer une ou plusieurs séries consécutives de zéros par "::". Par exemple :
  2b04:210:fe3e::402c:c185:e9ac:129f

La compression ne peut être appliquée qu’une seule fois par adresse. Par exemple :

• ABCF:67B3:0000:0000:0000:34DE:0421:0012 peut s’écrire ABCF:67B3::34DE:421:12
• 0:0:0:0:0:0:192.52.74.64 peut s’écrire ::192.52.74.64 (adresse IPv4 compatible)
• 0:0:0:0:0:0:0:0 s’écrit :: (adresse indéterminée)
• 0:0:0:0:0:0:0:1 s’écrit ::1 (adresse de bouclage, équivalente à 127.0.0.1 en IPv4)

Préfixe d’adresse réseau IPv6

Le préfixe IPv6 est représenté de manière similaire à la notation CIDR en IPv4, sous la forme :

adresse IPv6 / longueur du préfixe (nombre de bits)

Par exemple, un préfixe de 60 bits peut s’écrire :

• 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000 / 60
• 12AB::CD30:0:0:0:0 / 60
• 12AB:0:0:CD30:: / 60

Une adresse d’hôte peut être combinée avec un préfixe réseau. Par exemple :

• Adresse d’hôte : 12AB:0:0:CD31:2345:6789:ABCD:EF00
• Adresse réseau : 12AB:0:0:CD30:: / 60
• Adresse combinée : 12AB:0:0:CD31:2345:6789:ABCD:EF00 / 60

Structure du datagramme IPv4

Le datagramme IPv4 comprend plusieurs champs importants :

• Version (4 bits) : indique la version du protocole, ici 4.
• Longueur de l’en-tête (IHL, 4 bits) : nombre de mots de 32 bits (4 octets).
• Type de service (ToS, 8 bits) : permet de distinguer différentes qualités de service.
• Longueur totale (16 bits) : taille totale du datagramme, en octets, en-tête comprise.
• Identification (16 bits) : numéro pour identifier les fragments d’un même paquet.
• Indicateurs (Flags, 3 bits) :
  • Premier bit : inutilisé.
  • DF (Don't Fragment) : si à 1, le paquet ne peut pas être fragmenté.
  • MF (More Fragments) : si à 1, indique que d’autres fragments suivent.
• Fragment offset (13 bits) : position du fragment dans le paquet d’origine, en mots de 8 octets.
• Durée de vie (TTL, 8 bits) : décrémentée à chaque saut de routeur, le paquet est abandonné si TTL = 0.
• Protocole (8 bits) : identifie le protocole de la couche supérieure (TCP=6, UDP=17, ICMP=1).
• Somme de contrôle de l’en-tête (16 bits) : vérification d’intégrité de l’en-tête.
• Adresse source (32 bits) : adresse IP de l’émetteur.
• Adresse destination (32 bits) : adresse IP du récepteur.
• Options (0 à 40 octets) : champ facultatif.
• Remplissage (Padding) : bits ajoutés pour que l’en-tête soit un multiple de 32 bits.

Structure du datagramme IPv6

Le datagramme IPv6 présente une structure simplifiée et optimisée :

• Version : valeur fixe égale à 6.
• Classe de trafic : permet de différencier les services.
• Identificateur de flux : utilisé pour le marquage de contexte des flux.
• Longueur de la charge utile : taille du paquet sans l’en-tête.
• En-tête suivant : identifie le prochain en-tête, similaire au champ Protocole d’IPv4.
• Nombre maximum de sauts (Nb_max_sauts) : décrémenté à chaque routeur traversé.
• Adresses source et destination : sur 128 bits chacune.

Points clés

• IPv6 répond aux limites d’IPv4 en offrant un espace d’adressage beaucoup plus grand (128 bits).
• La simplification de l’en-tête IPv6 améliore les performances des routeurs.
• IPv6 supporte nativement la mobilité, la sécurité et le multicast.
• La notation des adresses IPv6 utilise la compression pour faciliter la lecture.
• Le préfixe IPv6 fonctionne comme le CIDR en IPv4, combinant adresse d’hôte et réseau.
• Le datagramme IPv6 est plus simple et plus efficace que celui d’IPv4, avec des champs adaptés aux besoins modernes.