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7.1 : Pourquoi IPv6 ?
Les faiblesses d’IPv4Tout devient connectéComment faciliter les configurations ?
2014Eric Levy-Abégnoli (Cisco)Stéphane Frati (Unice)
Ce document ne peut être reproduit sans l’autorisation de [email protected] et [email protected]
Les faiblesses d’IPv4
Historique
D’où vient ce protocole IP: Internet Protocol ?
Qu’utilise-t-on aujourd’hui pour faire communiquer deux équipements connectés ? IPv4 ?
IPv6 sans le savoir ?
Comment attribue-t-on une adresse IP sur un équipement ?
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Un peu d’histoire Internet…
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• 1957: The USSR launches Sputnik, the first artificial earth satellite. In response, the UnitedStates forms the Advanced Research Projects Agency (ARPA) within the Department of
Defense (DoD) to establish a U.S. lead in science and technology.• 1962: Paul Baran publishes the paper “On Distributed Communications Networks,” a
predecessor to the concept of packet-switching networks.• 1969: ARPANET is commissioned by the DoD for research into networking. The first node
(a mainframe computer) is at the University of California Los Angeles (UCLA) NetworkMeasurements Center. The next three nodes consisted of Stanford Research Institute
(SRI), the University of California Santa Barbara (UCSB), and the University of Utah. The first router is an Information Message Processor (IMP), a Honeywell 516mini-computer with 12K of memory developed by Bolt Beranek and Newman, Inc. (BBN).
• 1969: The first Request for Comments (RFC) is written: “Host Software,” by Steve Crocker.• 1971: Fifteen nodes (23 hosts) are on the ARPANET: UCLA, SRI, UCSB, University of Utah,
BBN, Massachusetts Institute of Technology (MIT), RAND Corporation, System Development Corporation (SDC), Harvard University, MIT’s Lincoln Lab, Stanford University, University of Illinois at Urbana-Champaign, Case Western Reserve University,Carnegie-Mellon University, and NASA/Ames Research Center.
• 1971: Ray Tomlinson of BBN invents an email program to send messages across adistributed network.
• 1973: Bob Metcalfe’s Harvard Ph.D. thesis outlines the idea for Ethernet.
RFC 2235: Hobbes Internet Timeline
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• 1973: The File Transfer Protocol (FTP) specification is written (RFC 454).• 1974: Vint Cerf and Bob Kahn publish the paper “A Protocol for Packet Network
Intercommunication,” which specified in detail the design for Transmission ControlProtocol (TCP).
• 1982: ARPA establishes TCP/IP as the protocol suite for the ARPANET. This leads to one ofthe first definitions of an “Internet” as a connected set of networks that use TCP/IP.
• 1982: The External Gateway Protocol (RFC 827) specification is written. EGP is used as therouting protocol between networks and is later replaced by Border Gateway Protocol
(BGP) in 1994 (RFC 1656).• 1983: The Internet transitions from Network Control Protocol (NCP) to TCP/IP on January 1.• 1984: The Domain Name System (DNS) is introduced with RFC 920.• 1984: The number of hosts on the Internet breaks 1000.• 1986: The National Science Foundation Network (NSFNET) initiates operations with a
backbone speed of 56 kbps.• 1987: The number of hosts on the Internet breaks 10,000.• 1988: The NSFNET backbone is upgraded to T1 (1.544 Mbps).• 1988: Internet Relay Chat (IRC) is developed by Jarkko Oikarinen.
RFC 2235: Hobbes Internet Timeline
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• 1988: The NSFNET backbone is upgraded to T1 (1.544 Mbps).• 1989: The number of hosts on the Internet breaks 100,000.• 1991: The World Wide Web (WWW) is released by CERN; it was developed by
Tim Berners-Lee.• 1991: The NSFNET backbone is upgraded to T3 (44.736 Mbps).• 1992: The number of hosts on the Internet breaks 1,000,000.• 1992: The term “surfing the Internet” is coined by Jean Armour Polly..• 1994: Shopping on the Internet begins.• 1995: WWW surpasses FTP as the service with the greatest amount of traffic on the
Internet.• 1995: Online dialup providers Compuserve, America Online, and Prodigy begin to provide
Internet access.• 1995: The Vatican comes online.• 1996: MCI upgrades its Internet backbone, bringing the effective speed from 155 Mbps
to 622 Mbps.• 1996: The WWW browser war, fought primarily between Netscape and Microsoft,
rushes in a new age in software development, whereby new releases are made quarterly with the help of Internet users eager to test upcoming (beta) versions.
• 1997: The number of hosts on the Internet breaks 19,000,000.• 2012: The number of hosts on the Internet breaks 900,000,000
RFC 2235: Hobbes Internet Timeline
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7
Rappels: IP dans le modèle OSI
Network layer
Transport layer
Session layer
Presentation layer
Application layer
Data Link layer
Physical layer
3
4
5
6
7
2
1
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L’@dressage IP
Internet Protocol : actuellement en version 4
Adresse IP:
32 bits utilisés, écriture en 4 fois 8 bits.
11000000.10101000.00001010.10000010 =192.168.10.130
L’adressage d’une machine/d’un réseau =@ IP + masque sous-réseau
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L’adressage IP
1 réseau IP = 1 plage (un « range ») d’adresses IP constituée : d’une adresse définissant le réseau
(première adresse de la plage – e.g. 192.168.10.0)
d’une adresse définissant le broadcast réseau (la dernière adresse de la plage – e.g. 192.168.10.255)
d’adresses des hôtes uniques(toutes les autres adresses e.g. de 1 à 254)NB: en général, la première ou la dernière adresse est réservée à la passerelle par défaut (« default gateway »).
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Donc, en résumé, qu’est-ce qu’une “IP address” ?
Toute interface réseau connectée directement à l’Internet (ou à tout réseau IP) est identifiée par une adresse unique de 32 bits
L’adresse est divisée dans une partie qui adresse le réseau (netid) et une partie qui adresse la machine hôte (hostid)
Si l’on prend une adresse IP et, que l’on mette à 1 tous les bits de la partie réseau et à zéro tous les bits de la partie hôte, alors on obtient le masque du réseau
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Comment organiser tout celà: … et pourquoi pas des Classes ?
Traditionnellement, les réseaux IP furent d’abord organisés en classes dont la partie correspondant à l’adresse de réseau utilisait 8, 16 ou 24 bits.
IP addresses - net mask length Class A 1.0.0.0 - 126.255.255.255 255.0.0.0 = /8 Class B 128.0.0.0 - 191.255.255.255 255.255.0.0 = /16 Class C 192.0.0.0 - 223.255.255.255 255.255.255.0 = /24 Class D 224.0.0.0 - 239.255.255.255 (multicast) Class E (experimental)
Le premier bit mis à zéro en partant des bits de poids fort déciderait de l’appartenance à une classe
Les adresses IP n’appartenant pas à ces groupes sont réservées pour d’autres utilisations
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Address classes
Class A 0 netid hostid
Class C 1 netid hostid
Class D 1 Multicast group ID
Class E (reserved for future use)
Class B 1 netid hostid0
1 0
1 1 0
1 1 1 1
7 bits
14 bits
21 bits
28 bits
28 bits
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IP Address Classes and Class Characteristics and Uses
IP
Addr
ess
Class
Fraction of
Total IP
Address
Space
Number
Of
Network
ID Bits
Number
Of Host
ID Bits
Intended Use
Class
A1/2 8 24
Unicast addressing for very large
organizations with hundreds of
thousands or millions of hosts to
connect to the Internet.
Class
B1/4 16 16
Unicast addressing for medium-to-
large organizations with many
hundreds to thousands of hosts to
connect to the Internet.
Class
C1/8 24 8
Unicast addressing for smaller
organizations with no more than
about 250 hosts to connect to the
Internet.
Class
D1/16 n/a n/a IP multicasting.
Class
E1/16 n/a n/a Reserved for “experimental use”.
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Division of IPv4 Address Space Into Classes
« C’est de cette mauvaise distribution que viendra la pénurie »…
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Attention:Some reserved IP Addresses
First and last number in every subnet
127.0.0.0/8 The localhost network
10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 Unroutable, Internal Use only see following private%public
adresses and NAT sections
224.0.0.0/8 Multicast see following slide
255.0.0.0/8 Broadcast
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An Example of an IP Address
C0.80.17.CB or11000000100000000001011111001011
1100 0000.1000 0000.0001 0111.1100 1011 192.128.23.203
Class C Subnet 24 bits for the network 8 bits for the host
192.128.23.203
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TODO Scénario 1: A veut dialoguer avec B situé sur le même réseau
Internet
Host B
192.168.3.125
Host A
192.168.3.5
Adresse de réseau
192.168.3.0/24
de 192.168.3.0 à
192.168.3.255 (exclus)
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Host A want to contact Host B on same network
Internet
Host B
192.168.3.125
Host A
192.168.3.5
Network Address
192.168.3.0/24
between 192.168.3.0 and
192.168.3.255 (excluded)
ETH
IP
TCP/UDP
APPLI
How does Host A know Host B
is in the same network ?
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How does Host A know Host B is in the same network ?
A wants to talk to B: Is B in the same network ? @B 192.168.3.125
& 255.255.255.0
= 192.168.3.0
Operation & « Logical AND » with subnet mask and IP@ A compares its own result
@A 192.168.3.5& 255.255.255.0
= 192.168.3.0
If results are identical, A and B belongs to the same subnet
NB: Remains the need to get its MAC address ARP protocol
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Host A want to contact Host B on same network : building the eth frame
Internet
Host B
192.168.3.125
Host A
192.168.3.5
DST MAC
@MAC(B)
SRC MAC
@MAC(A)
ETH
IP
TCP/UDP
APPLI
After ARP request from A/reply from B, Host A sends that frame on the wire :
SRC IP
@IP(A)
DST IP
@IP(B)
SRC TCP
…
DST TCP
…
… …
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Host A want to contact Host B but NOT on same segment
Internet
Host B
212.20.3.125
Host A
192.168.3.5
Router R (DGW) Address
192.168.3.1
ETH
IP
TCP/UDP
APPLI
How does Host A know Host B
is in a different network ?
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Host A want to contact Host B but NOT on same segment
Internet
Host B
212.20.3.125
Host A
192.168.3.5
ETH
IP
TCP/UDP
APPLI
DST MAC
@MAC(R1)
SRC MAC
@MAC(A)
After ARP request from A/reply from R, Host A sends that frame on the wire :
SRC IP
@IP(A)
DST IP
@IP(B)
SRC TCP
…
DST TCP
…
… …
Router R1
(DGW) Address
R1=192.168.3.1
R1
What if need additional hop(s) ?
Host B
212.20.3.125
Host A
192.168.3.5
ETH
IP
TCP/UDP
APPLI
After ARP request from A/reply from R1i, Host A sends that frame on the wire :
Router R1int
R1i= 192.168.3.1
Router R1ext
R1e= 134.59.22.21
Router R2int
R2i= 212.20.3.1
Router R2ext
R2e= 134.59.22.22
1
DST MAC
@MAC(R1i)
SRC MAC
@MAC(A)
SRC IP
@IP(A)
DST IP
@IP(B)
SRC TCP
…
DST TCP
…
… …1
2 3
DST MAC
@MAC(R2e)
SRC MAC
@MAC(R1e)
SRC IP
@IP(A)
DST IP
@IP(B)
SRC TCP
…
DST TCP
…
… …2
DST MAC
@MAC(B)
SRC MAC
@MAC(R2i)
SRC IP
@IP(A)
DST IP
@IP(B)
SRC TCP
…
DST TCP
…
… …3
reply …
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Au fait, seules les adresses publiques sont routables sur Internet…
RFC1918: Use of Network Address Translation
Mapping/swap of addresses (done by a router/firewall)
Some Basic Uses of NAT
Coping with the shortage of external (public) IPv4 addresses
Hiding internal addresses scheme
Providing external services with hosts in internal networks when there are private IP addresses
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Exemple de ce qui se passe dans votre CrétinBox…
Dynamic Source IP Address Translation
Internal network External network
192.89.38.200192.168.1.101192.168.100.101
Translated packet
SRC: 192.89.38.200: 80
DST: 192.168.1.101: 9057
4
Reply packet
SRC: 192.89.38.200: 80
DST: 212.20.1.50: 9345
3
Translated packet
SRC: 212.20.1.50: 9345
DST: 192.89.38.200: 80
2
Source packet
SRC: 192.168.1.101: 9057
DST: 192.89.38.200: 80
1
Translation back
into source IP
Dynamic source NAT
@ doivent être uniques pour être routables @ réutilisables mais NON-routables
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Back to: the IPv4 Address
• 32 bits, 232 possible addresses
• 4,294,967,296 hosts
• But in reality, it’s a lot less …
• Must understand address pool allocation scheme
• Or in reality, is it a lot more?
• Must understand address “true” meaning and
mechanisms built around it
IPv4
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Pool allocation System (“Par qui et comment sont allouées les tranches d’addresses ?”)
• IANA allocates to RIR (/8)– RIR maintains a pool of addresses
– Attempts to maximize aggregation within pool•Short-term reservations
•Sparse allocation
• RIRs allocate to LIRs/ISPs (/16)– When pool runs low, RIR receives more from IANA
– Subsequent allocations to existing ISPs cannot be aggregated
• ISP allocate to enterprise (/24) or residential (individual addresses)
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Pool Allocation Scheme in IPv4
Registries
Level FourEnterprise
IANA
ISP Org
31
APNICRIPENCCARINLACNICAFRINIC
/8
/16
/24
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Pool Allocation Scheme
Registries
Level FourEnterprise
IANA
ISP Org
IPv4Pool Empty
IPv4 Pools Running Out
32
APNICRIPENCCARINLACNICAFRINIC
/8
/16
/24
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It’s a lot less(than 4 billions to allocate)
• It’s not really addresses which are allocated, it’s prefixes
• Lots of holes
• Lots of waste
• Lots of unused
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Pool Allocation SchemeStatus
IANA Unallocated Address Pool Exhaustion: 03-Feb-2011
Projected RIR Address Pool Exhaustion Dates:
RIR Projected Exhaustion Date Remaining Addresses in RIR Pool (/8s)
APNIC: 19-Apr-2011 (actual) 0.8650 RIPE NCC: 14-Sep-2012 (actual) 0.9004 ARIN: 20-Apr-2014 2.3146 LACNIC: 29-Aug-2014 2.4774 AFRINIC: 14-Aug-2020 3.7242
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RIRs Status
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It’s also a lot more(than 4 billions addressable hosts)
− An address is both an identifier and a locator
− The locator can be shared among many identifiers.
− Separating locator and identifier provides a multiplier factor (NAT, PAT, Tunnels, LISP, etc.)
− Addresses also only need to be known or routable within a particular context.
− Separating contexts provides another multiplier factor: (VPN, Intranet, Specific applications, etc.)
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Mais “Tout devient connecté !...”
L’échange de données prédomine maintenant sur l’ensemble des communications
On se débrouille même pour faire passer de la voix (commutation de circuit) sur un réseau de données (à commutations de paquets)…
Et l’on « a besoin » de tout interconnecté:
« t’es pas connecté: t’es mort » (économiquement parlant…)
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Internet Growth Chartsource: www.isc.org
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So, do We Really Need a Larger Address Space?
Internet Users or PC~1Billion Emerging population/geopolitical and Address space
Mobile phonesAlready 1 billion mobile phones delivered by the industry
Transportation1 billion automobiles
Internet access in Planes
Consumer devicesBillions of Home and Industrial Appliances
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Everything Becomes Connected
2004 20092005 2006 2007 2008 2011 2012 20132010
300 Million Devices
50 Billion
Source: Forrester Research, Cisco
Evolution of the internet
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The Industrialization of the Internet…Internet of Things
1%
5%
2%
3%
4%
1997 20072005200320011999
Pro
duct
ivit
y
Business
Phase 1
Consumer
Phase 2
The Network as the
Platform
Collaboration
Video
Virtualization/Data Center
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The Industrialization of the Internet…Internet of Things
2011 20132009
1%
5%
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3%
4%
1997 20072005200320011999
Pro
duct
ivit
y
Business
Phase 1
Consumer
Phase 2
The Network as the
Platform
Collaboration
Video
Virtualization/Data Center
Industrial
Phase 3
Internet of Things
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Sensor/Control Networks are / will be everywhere …with a vast scope of applications
Enable New Knowledge
Improve Productivity
Food & H20 Quality
Energy Saving (I2E)
Predictive maintenance
Enhance Safety & Security
Health
Smart Home
Healthcare
Defense
High-Confidence Transport and assets tracking
Intelligent Building
Smart Grid
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Smarter cities
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An Industry in Transition
ELEC. CO.
Utility HQ
Premise Residential & Commercial
Distribution Automation (DA)
Substation Automation (SA)
Generation
AMI
123412341234
Electric Vehicle Renewable Generation
Real Time Grid Operations
Customer Engagement Diversified Energy Supply
Next Generation Workforce & Facilities
Data Center
Solar
EDF / ERDF
35 Million 732’000
4’000
1.5 Billion Smart Meters worldwide
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Comment faciliter les configurations
Tous ces équipements devront posséder une configuration (adresse/masque/passerelle par défaut/DNS…): comment vont-ils l’obtenir (« automagiquement ») sans erreur ?...
Faut-il être neticien pour : Connecter une CrétinBox à l’Internet via ADSL ? Poster des photos compromettantes sur Facebook ? Installer un téléviseur ? Passer un coup de téléphone ? Trouver une place de parking libre dans Nice ? Brancher son frigo ou son four micro-onde ? Conduire une voiture ?
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IPv6 == on veut plus d’adresses et d’automatisation de la configuration
On part d’IPv4 On corrige les lacunes d’IPv4…
… avec compléments d’IPv4 et de nouvelles idées… On rajoute des fonctionnalités manquantes…
On veut de « l’automagique » !
Voyons sur quelques exemples d’où l’on vient: (Pour le nombre d’adresses possibles: déjà vu) Pour la distribution d’@IP
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En IPv4: Comment A et B ont-ils obtenu leurs configurations ?
Internet
Host B
Host A
Comment chaque station détermine:• Son adresse (qui doit être unique…)• Son masque de sous-réseau• La passerelle par défaut• Le DNS• …
Solution manuelle• Nécessite certaine expertise et rigueur
pour éviter les doublons…Solution automatique• Serveur DHCP (logiciel ou matériel suppl.)• APIPA
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What is DHCP (for IPv4)?
“Dynamic Host Configuration Protocol”
RFC 2131
Automatically assigns IP addresses to devices (i.e. hosts) on your network
Prevents having to manually enter data
Prevents typos that can cause connectivity problems or disrupt the network (e.g., exchanging IP address and gateway address)
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DHCP
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DHCP Results
Servers should provide address,
netmask,
DNS servers,
Domain name,
and gateway
(and perhaps other options, e.g.: WINS, TFTP,…)
Client will be allowed to use the address for a period of time called a Lease (FR:bail)
…But if no DHCP servers exist on your subnet ?
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APIPA pour IPv4
But if no DHCP servers exist on your subnet ?
One host’s additional feature has gone through several name changes : AutoNet, Auto-IP Configuration, IP-Auto Configuration, and Automatic Private IP Addressing (APIPA)
Idea To provide an automagically generated IP address that at
least allows local subnet traffic between hosts on the same segment
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DHCP is the default config
DHCP automatically
assigns IP Addresses
and other configuration
information to DHCP
clients: default gateway
DNS
…
But what if no DHCP
server’s answer ?...
new TAB
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Configuring TCP/IP to obtain an IP address automatically
Assign IP address
of 192.168.120.133
DHCP Client DHCP Server
Request for IP address
Automatic Private IP Addressing enables the configuration
of IP addresses without using static IP addresses or
installing the DHCP Server service
Automatic Private IP Addressing
generates IP Address
If No IP Address Returned
OR
Where does APIPA come from ?
IPv4 Link-Local Addresses
RFC 3927 – “Dynamic Configuration of IPv4 Link-Local Addresses”
If DHCP fails to provide an IP address
interfaces with Link-Local configurations will auto-assign an address
in the 169.254.0.0/16 range
The client will then send an ARP packet asking for the MAC address thatcorresponds to the randomly-generated IPv4 address.
If any other machine is using that address, the client will generate another randomaddress and try again.
Link-Local is on by default on all interfaces on all Windows platforms, including wireless interfaces
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Donc on s’attend à retrouver dans IPv6 (« le sauveur »)
Une grande plage d’adresse (« découpable » sans trop de pertes) pour adresser plusieurs dizaines ou centaines de machines au m²
Un grand degré d’automatisation car il faut que cela « ça tombe en marche » au moins pour des communications locales
Une limitation des trafics de broadcasts (pas supportable sur un grand réseau)
Une simplification et une plus grande flexibilité du protocole si on le peut
Plus de robustesse pour plus de sécurité dans ce monde actuels de « hackers »
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Introduction terminée..
Nous allons voir dans l’étude du protocole IPv6 (chapitre suivant) si ces objectifs ont été atteints en intégrant toutes ces évolutions de protocoles complémentaires à IPv4 et les nouveaux besoins …
Ensuite nous verrons comment IPv4 et IPv6 coexistent sur des réseaux partagés…