2/20/2013

1

IP Networking Part 4‐Fundamentals of IPv6 

“A webinar to help you prepare for the CBNE™ Certification” 

Wayne M. Pecena, CPBE, CBNE

T A&M I f i T h lTexas A&M Information TechnologyEducational Broadcast Services

IP Networking Part 4‐ Fundamentals of IPv6 “A webinar to help you prepare for the CBNE™ Certification” 

Advertised Presentation Scope:

This webinar builds upon the brief introduction to IPv6 terminology presented in the third webinar of the series held in January 2013. Just as IPv4 addressing can be challenging when managing limited IP address space, IPv6 brings new challenges g g g g p g gwhen working with enormous IP address space. A new mindset is required to effectively understand and implement IPv6 in your network. New IPv6 features and capabilities also bring challenges to the broadcast network engineer.

My Goals & Deliverables for This Afternoon:

‐ Provide an Awareness of IPv6 Terminology‐ Provide an Understanding of IPv6 Technology Fundamentals & Implementation‐ Provide a Foundation for SBE CBNT & CBNE Certification Exams‐ Provide Reference Material & Resources  to Obtain Further Knowledge

2

2/20/2013

2

Agenda

• Introduction– IP Address Status

– Why IPv6?y

• IPv6 Fundamentals– IPv6 Address Space

– Address Format & Notation

– Understanding IP Address Types

– IPv6 Address Allocation

– IPv6 Enhancements

• When to Implement IPv6

• How to Implement IPv6

• Takeaway Summary – Q&A

• Reference Sources

3

A Poll ?:

My Interest in IPv6 is:

J W K U Wi h IP N ki T h l□ Just Want to Keep Up With IP Networking Technology□ Want to Understand If I Need to Implement□ Plan to Implement IPv6 □ Have Already Implemented IPv6 and Looking for More Knowledge

4

2/20/2013

3

IPv4 Address DepletionSource: http://www.potaroo.net/tools/ipv4/plotvar.png

• As of February 2011 ALL ICANN IPv4 Address Space Assigned!

• Regional Registries Now Have Their Last Allocation!

& S l d• APNIC & RIPE NCC IPv4 Space Now Depleted

5

IPv6 Technology Fundamentals 

IETF – Internet Engineering Task Force

• Request for Comments – RFC’s

The “Standards Bible” of the Internet– The “Standards Bible” of the Internet

– Used to Explain All Aspects of IP Networking

– Nomenclature “RFC xxxx”

• Requirement Levels:

– Required

– Recommended

– ElectiveElective

– Limited Use

– Not Recommended

6

www.rfc‐editor.org/rfc.html

2/20/2013

4

Why IPv6?RFC 2460

• IPv6 Provides Expanded IP Address Space

i h d d dd• But, IPv6 is More Than Expanded Address Space:– An Opportunity to Re‐Engineer IPv4

• Host Auto‐Configuration Capability

• Regain TCP End‐End Connectivity Model– Eliminates Need for Network Address Translation (NAT)

• Eliminates the Broadcast Address

• Improved Support• Improved Support:– Multicasting

– Security Built In

– Mobile Application Roaming Support

7

Hexadecimal Review

RFC 5952 recommends use of lower case hexadecimal characters

But,case insensitive!

Decimal (10) Hexadecimal (16) Binary (2)

0 0 0000

1 1 0001

2 2 0010

3 3 0011

4 4 01004 4 0100

5 5 0101

6 6 0110

7 7 0111

8 8 1000

9 9 1001

10 a 1010

8

11 b 1011

12 c 1100

13 d 1101

14 e 1110

15 f 1111

2/20/2013

5

IPv6 Address SpaceIETF ‐ RFC 2460

IP 6 P id E d d IP Add SIPv6 Provides Expanded IP Address Space

128 bit address

2128 =

340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456

(three hundred forty UNDECILLION addresses)3.4 x 1038

9

How Big is the IPv6 Address Space?340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 addresses

• 50 octillion addresses per person

• 3.7 x 1021 addresses per square inch of earth3.7 x 10 addresses per square inch of earth

10Owen DeLong – Hurricane Electric

2/20/2013

6

IPv6 Address – Similar to IPv4, But DIFFERENT

• 128 bit vs 32 bit Address Length

• Hexadecimal vs Decimal Address Characters

• Colon vs Period Address Section Separators

• Hextet vs Octet Address Sections

IPv4 IPv6

Address Length (bits) 32 128

192.168.100.255 vs    2001:0:0:0:db8:8000:200c:417a

11

Address Length (bits) 32 128

Address Characters Decimal Hexadecimal

Address Section Separators . :    (or maybe ::)

Address Section Nomenclature Octet Hextet (chunk, Quartet, or quad)

The IPv6 Address

128‐Bit Address Binary Format:001001100000011110111000000000001111101010100000000000110010000110010101100110001000011110111100010010000010100011110001001001100000011110111000000000001111101010100000000000110010000110010101100110001000011110111100010010000010100011110001

Subdivide Into Eight (8) 16‐bit Groups:

0010011000000111   1011100000000000   0000111110101010   0000000000000011 0010000110010101   1001100010000111   1011110001001000   0010100011110001

Convert Each 16‐bit Binary Group to Hexadecimal:(separate Hextet(s) with a colon)

b f b f2607:b800:0faa:0003:2195:9887:bc48:28f1

12

2/20/2013

7

Representing an IPv6 AddressRFC 4291

X : X : X : X : X : X : X : X

Each IPv6 Address:

0000toFFFF

0000 0000 0000 0000

128 bits in length ‐Written as 32 hexadecimal digits 

Expressed as (8) 16 bit sections separated by a colon

Each 16 bit section or “Hextet” represented by 4 hexadecimal

13

0000 0000 0000 0000to to to to1111  1111 1111 1111

represented by 4 hexadecimal digits(also called Chunks, Quads, Quartets)

Preferred Address Format

0000:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0000

0000:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0001

2001:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0001

2001:0ccc:bbbb:0001: 0000:0000:0000:1234

14

2/20/2013

8

IPv6 Address Summarization Rules3 ‐ Rules of Address Notation Reduction

• Eliminate Leading Zero’sEliminate Leading Zero’s in Any Hextet:

0001 becomes 100f0 becomes f0

• Eliminate Hextet’s With All Zero’sDouble Colon Represents Continuous Hextet’s of All Zeros:

0000:0000:0000:0001 becomes ::0001Apply Rule #1 yields ::1

• Only One (1) Double Colon Allowed in an Address

15

Compressed Address FormatAddress Summarization

Preferred Format: Compressed Format:

0000:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0000 ::

0000:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0001 ::1

2001:0000:0000:0000: 0000:0000:0000:0001 2001::1

2001:0ccc:bbbb:0001: 0000:0000:0000:0234 2001:0ccc:bbbb:1::234

16

2/20/2013

9

A Quiz ?:

Address f123:0000:0000:abcd:00fe:0000:0000:9876

Can Be Condensed To:Can Be Condensed To:

F123::abcd:fe::9876

□ TRUE□ FALSE

17

Address Mask• An IPv6 Address is Divided Into Network Portion & Host Portion (just 

like IPv4)

• Mask Specifies the Division Betwwen Network & Host Portion of pAddress – Determines the Block Size To‐Be‐Routed

• CIDR Notation ALWAYS USED – No Explicit Mask

IANA Allocated Global Routing SLA

Provider Site

128 bits

Network Portion Host Portion

0x001IANA Allocated Global Routing

PrefixSLA

(Subnet ID)Interface ID

3 bits 45 bits 16 bits 64 bits

EXAMPLE: Global Unicast Address Format (Aggregatable & Routable)

18

2/20/2013

10

IPv6 Address Notation

Classless Inter‐Domain Routing “CIDR”Notation Always Utilized

CIDR Notation Represents An IP Address & Mask in a Shorthand FormCIDR Notation Represents An IP Address & Mask in a Shorthand Form:

IPv4: 165.95.240.136/n

IPv6: 2607:b800:faa::/n 

Where n represents the number of bits in the subnet mask

19

IPv6 Address Types

• Unicast – One Destination Single Interface– Global

– Link & Site Local

– Loopback

• Anycast – Allows Multiple Devices to Share the Same Address– Router Selects the Closest Host

• Typically Used for Host Replication 

• Multicast – One Source to Many “Subscribers”– NOTE – No Broadcast Address in IPv6

20

2/20/2013

11

Layered Address Access

Link – LocalFE8x:

SiteLocalFECx:

Global2xxx: or 3xxx:

21

IPv6 Addresses:

Link – Local Address – Used on a Single Subnet or Link – Never Routed to Another Subnet –Every IPv6 Host Interface Has A Link-local Address That is Assigned or Auto-Configured

Site Local Address – Routed Within the Organization – Never Routed to the Public Internet

Global Address – Routed to the Public Internet

The Global Unicast IPv6 Address in DetailApplying the “3 – 1 – 4” Rule

Global Routing Prefix Interface ID

Structure of an IPv6 Global Unicast Address

/64/48

Global Routing Prefix(assigned by IANA/provider)

Subnet IDInterface ID

(unique interface ID)

48

bits

16

bits 64

bits

/128

22

16 bits 16 bits16 bits16 bits 16 bits 16 bits 16 bits 16 bits

3 4

1

The “3 – 1 - 4” Rule Makes the IPv6 Address Easier to Decypher

2/20/2013

12

IPv6 Representation in a URL

• IPv6 Address in a URL:

I IP 4 htt //192 168 1 1 8080In IPv4:  https://192.168.1.1:8080

In IPv6: Address 2001::0DB8:8:200C:417AEntered URL within [Brackets]

as: https://[2001::0DB8:8:200C:417A]:8080https://[2001::0DB8:8:200C:417A]:8080

23

IPv6 EnhancementsRe‐Engineering Beyond Increased Address Space

• IP Header Format Simplification

• Improved Support for Extensions and Options

• Improved Flow Labeling Capability

• Improved Authentication and Privacy Capabilities

• Host Auto‐Configuration

• Mobility Incorporated

24

2/20/2013

13

The IPv6 Header

The “Next Header”UDPTCPICMP

OrAn Extension Header:Hop‐Hop OptionsDestination OptionsR ti H d

25

Routing HeaderFragment HeaderAuthentication HeaderESP Header

Host Auto‐Configuration

• Assigning the Link‐Local Interface ID:

– Stateful generally configured via DHCPv6

– Crypto RFC 3972 Secure Unique Interface ID

– Manual

– Auto‐Configuration (RFC 4291) :• No Additional Network Services Support Required

• Privacy Format Derived from RNG

• Modified IEEE EUI‐64 MAC Address Derived

26

2/20/2013

14

Auto ‐ ConfigurationInterface ID Derived from MAC Address

27

Mobility Incorporated

• Provides Roaming Service Without Interrupting Connectivity– Ability to Move Between Networks

– Maintains Home IP Address Regardless of Location

– Establishes Care‐Of IP Address When In a “Foreign” Network

• Similar in Concept to IPv4 Mobile IP

28

2/20/2013

15

IPv6 Implementation “Speed Bumps”?

– The “FUD” Principle

– “Does Not Apply to Me”Does Not Apply to Me• I Have Adequate IP Address Space Now

• I Do Not Anticipate Network Growth

• I Only Care About My Internal Network

– No IPv4 to IPv6 Interoperability

– Another IT Industry “Crying Wolf” Event

No Demand for IPv6 from My Users– No Demand for IPv6 from My Users

– Low Priority – No “ROI” Seen

29

A Poll ?:

I Consider My Organization to Be an Internet Content Provider:

Y□ Yes□ No□ Not Sure□ Expect to Be In The Future

30

2/20/2013

16

Viewing the “Broadcasters”Network

IPV6Only AudienceIs Growing

“ContentConsumer”

Is Growing

Your NetworkAs A

“Content Provider”

IPV6Only

31

I Am Ready to Implement IPv6“What’s Next?”

• You Gotta Have a Plan!

• Evaluate Network– CoreCore

– DMZ

– Internal

– External Provider(s)

• Inventory & Evaluate Applications

• Inventory & Evaluate Server Op Systems– Focus on Outward Facing Services First

– Then Address Internal Networks

• Establish Organization Wide Address Plang

• Training & Study

• Implement a Pilot!

32

2/20/2013

17

IPv6 Implementation“Overcoming the IPv4 Mindset”

• Address Plan – “May Be the Most Difficult Aspect”M t O IP 4 Add C ti R fl– Must Overcome IPv4 Address Conservation Reflex

– No More “VLSM”

– Address Assignment by Subnet Rather Than Host

– IPv6 Addresses Are Assigned to Interfaces(Hosts are likely to have multiple IPv6 addresses)

– Stick With /64 Subnet Size

– Assign to Simplify Network Management and Configuration

33

ARIN IPv6 Address Allocation Policies

• End‐User / Enterprise Network

– Qualify by Meeting IPv4 Qualifications

– /48 Minimum Allocated

65 536 /64 b t• 65,536 /64 subnets

• Qualify for Larger Blocks by Justification of Proposed Use

– Allocation Guideline – Large Sites: /48

– Allocation Guideline – Small Sites: /56

• Home End‐User Network

– /64 Minimum Allocated

8 6 0 3 09 2 000 h– 18,446,744,073,709,552,000 hosts

34

IP Address Conservation Is No Longer a ConcernAbandon IPv4 Allocation Mindset

2/20/2013

18

ARIN IPv6 Address Allocation Policies

• Service Provider: /32 232  /64 subnets

• Large End User: /48 65,536 /64 subnets

• Small End User: /56 256 /64 subnets

• SOHO: /64 1 /64 subnets

CIDR Notation = Number of subnet bits

A /64 IPv6 subnet = 18,446,744,073,709,552,000 hosts

35

IPv6 Implementation Techniques

• Native– Separate IPv4 and IPv6 NetworksSeparate IPv4 and IPv6 Networks

• Dual ‐ Stack– Simultaneous IPv4 and IPv6

• Tunnel– IPv4 Network Used as Transport for IPv6

• Translation BasedM l i l L NAT LSN CGN– Multiple Layer NAT or LSN or CGN

– NAT64

– NAT44

36

Preference

2/20/2013

19

Implementation Options

37

Migration Techniques“Dual‐Stack”

Hosts Run IPv4 and IPv6 Simultaneously, But Independently

Advantages:Gradual IPv6 Host ImplementationNo Translation Devices – No Added Latency

38

2/20/2013

20

IPv4 – IPv6 “Dual – Stack”

39

Migration Techniques“Tunnel”

40

2/20/2013

21

IPv6 – IPv4 Tunnel Approach

41

The Typical IPv4 Based ISP Today!

42

2/20/2013

22

Migration Techniques“Translation”

43

Migration Techniques “6 to 4” Translation

44

2/20/2013

23

Interoperability Between IPv4 and IPv6 Hosts

45

Translation Adds Latency – Detrimental for Real‐Time MediaBreaks Some Applications

IPv6 Device Support Today

• Desktop & Server OS:

– Microsoft XP & Server 2003 (manual enable)

– Microsoft Vista, 7, 8, & Server 2008/10

– MAC OS X 10.4+ (no DHCPv6 support) Default Enabled

– MAC LION DHCPv6 Supported

– LINUX (2.6 kernal)

• Ethernet Switches: (NOTE ‐ Layer 2 devices 

are not generally concerned with a Layer 3 address)Don’t Forget the Management Interface!

• Enterprise Routers:

– Cisco (manual enable)– Cisco (manual enable)

– Juniper (manual enable)

• Consumer Routers:

– D‐Link

– Cisco – Linksys

– Netgear

46

Source: Stan Barber – Academ ConsultingJeff Carrell – Network Conversions

May Need Firmware Upgrade

2/20/2013

24

Routing Protocols for IPv6“Just Need the Proper Version”

• Interior Gateway Protocols – “IGP”– RIPng  (RFC 2080)

– OSPFv3  (RFC 5340)

– IS‐IS (RFC 5308)

– EIGRP for IPv6

• Exterior Gateway Protocols – “EGP”– BGP‐4

47

Takeaway Summary

• The Industry is IPv4 Based Today• IPv4 Demand Continues• IPv4 Availability Pool Rapidly Decreasing or Depleted• IPv4 Availability Pool Rapidly Decreasing or Depleted• IPv6 Provides the Future for Continued Growth• “IPv6 Only” End Users Rapidly Growing• IPv6 Implementation Does Not Happen Overnight – Plan Today!• Focus Implementation Upon External Users• IPv6 is NOT Backward Compatible With IPv4, Thus Expect IPv4 and IPv6 To 

Be Maintained for Many Years to Come• IPv6 Address Allocation Focuses Upon Subnet Allocation, NOT Address p ,

Allocation• Don’t Loose Sight of IPv6 Is Still IP.• IPv6 Is More Than Expanded IP Address Space.

48 48

2/20/2013

25

Familiar  TCP/IP  Tools

(Win XP Shown)

49

An Ipv6 Address You Can Remember

The IPv6 Loopback Addressp

::1Summarized from:0:0:0:0:0:0:0:1

Equivalent of the IPv4 Loopback Address: 127.0.0.1

50

2/20/2013

26

Some Final TriviaWhat Happened to Version 5 or IPv5 of the Internet Protocol?

“IP 5 Si l D N t E i t!“IPv5 Simply Does Not Exist!Version 5 was intentionally skipped to avoid confusion, or at least to rectify it. The problem with version 5 relates to an experimental TCP/IP protocol called the Internet Stream Protocol, Version 2, originally defined in RFC 1190. This protocol was originally seen by some as being a peer of IP at the Internet Layer in the TCP/IP architecture and these packets were assigned IP version 5 to differentiate them from “normal” IPv4 packets. This protocol never went anywhere, but to be absolutely sure that there would be no confusion, version 5 was skipped over in favor of version 6.”

51

Reference Sources:• IPv6 Reference Texts:

– IPv6 Fundamentals – Rick Graziani  

– Understanding IPv6 – Joseph Davies

– IPv6 Essentials – Silvia Hagen

– Deploying IPv6 Networks – Ciprian Popoviciu

– IP Address Management Principals & Practice – Timothy Rooney

– Migrating to IPv6 – Marc Blanchet

• IETF ‐ RFC Documents:  www.rfc‐editor.org

• IP Address Block Size Chart:  https://www.arin.net/knowledge/cidr.pdf 

• IPv4 Address Rundown Models:  http://www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html

• IPv6 Reference Websites:

– International IPv6 Forum: www.ipv6forum.com

– North American IPv6 Task Force: www.nav6tf.org

– IPv6 Portal: www.ipv6tf.org

52

2/20/2013

27

Recommended References

53

https://www.arin.net/knowledge/cidr.pdf

54

2/20/2013

28

Learn More:IPv6 Enable Your Network

But, My Provider is Not IPv6 Enabled!

Then “Tunnel” to an IPv6 Provider:

55

http://www.tunnelbroker.net/

IPv6 Test Web Sites

http://ipv6‐test.com/

http://v6.testmyipv6.com/

56

www.ARIN.net

2/20/2013

29

? Questions ?

Thank You for Attending!

Wayne M. PecenaTexas A&M Universityw‐pecena@tamu.edu979.845.5662

57