ebook img

Third Generation Internet Revealed: Reinventing Computer Networks With IPv6 PDF

428 Pages·2022·15.122 MB·English
Save to my drive
Quick download
Download
Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.

Preview Third Generation Internet Revealed: Reinventing Computer Networks With IPv6

Third Generation Internet Revealed Reinventing Computer Networks with IPv6 — Lawrence E. Hughes Foreword by Latif Ladid, President of the Global IPv6 Forum Third Generation Internet Revealed Reinventing Computer Networks with IPv6 Lawrence E. Hughes Foreword by Latif Ladid, President of the Global IPv6 Forum Third Generation Internet Revealed: Reinventing Computer Networks with IPv6 Lawrence E. Hughes Frisco, TX, USA ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-8602-9 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-8603-6 https://doi.org/10.1007/978-1-4842-8603-6 Copyright © 2022 by Lawrence E. Hughes This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Trademarked names, logos, and images may appear in this book. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights. While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein. Managing Director, Apress Media LLC: Welmoed Spahr Acquisitions Editor: Joan Murray Development Editor: Laura Berendson Coordinating Editor: Jill Balzano Cover designed by eStudioCalamar Cover image designed by Freepik (www.freepik.com) Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, 1 New York Plaza, Suite 4600, New York, NY 10004-1562, USA. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail orders-ny@ springer-sbm.com, or visit www.springeronline.com. Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc). SSBM Finance Inc is a Delaware corporation. For information on translations, please e-mail [email protected]; for reprint, paperback, or audio rights, please e-mail [email protected]. Apress titles may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use. eBook versions and licenses are also available for most titles. For more information, reference our Print and eBook Bulk Sales web page at http://www.apress.com/bulk-sales. Any source code or other supplementary material referenced by the author in this book is available to readers on GitHub (https://github.com/Apress). For more detailed information, please visit http://www. apress.com/source- code. Printed on acid-free paper This book is dedicated to my beautiful wife of 28 years, Remy Hughes. She has been through thick and thin with me, and we have raised three children. She has been very supportive of me in my career, including spending tons of time on this book (as well as my book on AD Certificate Services, also from Apress). I have had to travel a great deal teaching PKI and IPv6, in addition to speaking at international IPv6 summits. We are both very proud of our grown kids, both of whom passed the IPv6 Certified Network Engineer course and are now working in IT in Texas. Here’s hoping for many more years together as the world transitions to the Third Internet! Table of Contents About the Author �����������������������������������������������������������������������������������������������������xv About the Technical Reviewer �������������������������������������������������������������������������������xvii Acknowledgments ��������������������������������������������������������������������������������������������������xix Foreword ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������xxi Introduction ����������������������������������������������������������������������������������������������������������xxiii Chapter 1: Introduction���������������������������������������������������������������������������������������������1 History of This Work and the Term “Third Internet” ����������������������������������������������������������������������1 Why IPv6 Is Important �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������6 Wait� How Can the Internet Grow to 75 Billion Nodes? �����������������������������������������������������������8 Why Was 2011 a Significant Year for the Second Internet?�����������������������������������������������������9 An Analogy: The Amazing Growing Telephone Number ���������������������������������������������������������10 So Just What Is It That We Are Running Out Of? ��������������������������������������������������������������������11 But You Said There Were 4�3 Billion IPv4 Addresses? �����������������������������������������������������������13 Is IPv6 Just an Asian Thing? ��������������������������������������������������������������������������������������������������14 So Exactly What Is This “Third Internet”? �����������������������������������������������������������������������������������15 Is It the Next-Generation Network (NGN) That Telcos Talk About? �����������������������������������������16 Is It Internet2 or National LambdaRail? ���������������������������������������������������������������������������������20 Is It Web 2.0? �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������22 Whatever Happened to IPv5? ������������������������������������������������������������������������������������������������������26 Let’s Eliminate the Middleman ����������������������������������������������������������������������������������������������������28 Why Am I the One Writing This Book? Just Who Do I Think I Am, Anyway? ��������������������������������29 Summary�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������29 v Table of ConTenTs Chapter 2: History of Computer Networks Up to IPv4 ��������������������������������������������31 Real Computer Networking ���������������������������������������������������������������������������������������������������������32 Ethernet and Token Ring ��������������������������������������������������������������������������������������������������������32 Network Software ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������33 The Beginnings of the Internet (ARPANET) ����������������������������������������������������������������������������������34 UNIX ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������36 Open System Interconnection (OSI) ���������������������������������������������������������������������������������������37 Email Standardization������������������������������������������������������������������������������������������������������������38 Evolution of the World Wide Web �������������������������������������������������������������������������������������������38 And That Brings Us Up to Today ��������������������������������������������������������������������������������������������������39 Summary and a Look Ahead �������������������������������������������������������������������������������������������������������40 Chapter 3: Review of IPv4 ��������������������������������������������������������������������������������������41 Network Hardware ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������41 RFCs: The Internet Standards Process ����������������������������������������������������������������������������������������45 IPv4 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������47 Four-Layer (“DoD”) IPv4 Architectural Model ������������������������������������������������������������������������48 IPv4: The Internet Protocol, Version 4������������������������������������������������������������������������������������������51 Relevant Standards for IPv4 ��������������������������������������������������������������������������������������������������52 IPv4 Packet Header Structure ������������������������������������������������������������������������������������������������53 IPv4 Addressing Model ����������������������������������������������������������������������������������������������������������57 Network Ports ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������57 IPv4 Subnetting ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������59 MAC Addresses ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������62 Mapping from IPv4 Addresses to Link Layer Addresses ��������������������������������������������������������63 Address Resolution Protocol (ARP) ����������������������������������������������������������������������������������������63 Inverse ARP (InARP) ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������65 Types of IPv4 Packet Transmissions �������������������������������������������������������������������������������������������66 IPv4 Broadcast�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������66 IPv4 Multicast ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������67 Relevant Standards for IPv4 Multicast ����������������������������������������������������������������������������������70 Internet Group Management Protocol (IGMP) ������������������������������������������������������������������������72 vi Table of ConTenTs ICMPv4: Internet Control Message Protocol for IPv4 �������������������������������������������������������������������73 IPv4 Routing ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������76 Relevant Standard for IPv4 Routing ���������������������������������������������������������������������������������������78 Network Address Translation (NAT) ���������������������������������������������������������������������������������������������82 Relevant Standard for IPv4 NAT ���������������������������������������������������������������������������������������������83 Connection Without NAT (Inside the LAN) ������������������������������������������������������������������������������86 Connection Through Hide-Mode NAT �������������������������������������������������������������������������������������87 BINAT (One-to-One NAT) ��������������������������������������������������������������������������������������������������������89 Ramifications of Using NAT ���������������������������������������������������������������������������������������������������90 Basic IPv4 Routing ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������93 TCP: The Transmission Control Protocol ��������������������������������������������������������������������������������������94 Standards Relevant to TCP ����������������������������������������������������������������������������������������������������94 TCP Packet Header ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������97 UDP: The User Datagram Protocol ���������������������������������������������������������������������������������������������101 Standards Relevant to UDP ��������������������������������������������������������������������������������������������������102 UDP Packet Header ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������103 DHCPv4: Dynamic Host Configuration Protocol for IPv4 ������������������������������������������������������������104 The DHCPv4 �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������106 Useful Commands Related to DHCPv4 ���������������������������������������������������������������������������������108 IPv4 Network Configuration �������������������������������������������������������������������������������������������������109 Manual Network Configuration �������������������������������������������������������������������������������������������������110 Auto Network Configuration Using DHCPv4 ������������������������������������������������������������������������������111 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������116 Chapter 4: The Depletion of the IPv4 Address Space �������������������������������������������119 OECD IPv6 Report, March 2008 �������������������������������������������������������������������������������������������������120 OECD Follow-Up Report on IPv6, April 2010 ������������������������������������������������������������������������������125 OECD Second Follow-Up Report on IPv6, November 2014 ��������������������������������������������������������127 How IPv4 Addresses Were Allocated in the Early Days �������������������������������������������������������������131 Original “Classful” Allocation Blocks �����������������������������������������������������������������������������������131 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ��������������������������������������������������������������������������������135 vii Table of ConTenTs Problems Introduced by Customer Premises Equipment NAT (CPE NAT) ����������������������������������137 Implementing NAT at the Carrier: Carrier-Grade NAT (CGN) ������������������������������������������������������141 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������146 Chapter 5: IPv6 Deployment Progress ������������������������������������������������������������������147 Google Statistics �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������152 Predictions for Future Years ������������������������������������������������������������������������������������������������������155 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������156 Chapter 6: IPv6 Core Protocols �����������������������������������������������������������������������������157 Network Hardware ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������157 RFCs: A Whole Raft of New Standards for IPv6 �������������������������������������������������������������������������162 IPv6 �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������164 Four-Layer IPv6 Architectural Model �����������������������������������������������������������������������������������173 Link Layer Issues with IPv6 �������������������������������������������������������������������������������������������������175 IPv6: The Internet Protocol, Version 6����������������������������������������������������������������������������������������176 IPv6 Packet Header Structure ����������������������������������������������������������������������������������������������176 IPv6 Addressing Model ��������������������������������������������������������������������������������������������������������181 IPv6 Packet Transmission Types ������������������������������������������������������������������������������������������182 IPv6 Address Scopes �����������������������������������������������������������������������������������������������������������183 IPv6 Address Types ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������184 Automatically Generated Interface Identifiers Based on EUI-64 ������������������������������������������194 Randomized Interface Identifiers ����������������������������������������������������������������������������������������195 IPv6 Address Allocation �������������������������������������������������������������������������������������������������������196 Subnetting in IPv6 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������203 Link Layer Addresses ����������������������������������������������������������������������������������������������������������204 Neighbor Discovery (ND) Protocol ���������������������������������������������������������������������������������������������204 Router Discovery �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������207 Address Resolution (Mapping IPv6 Addresses to MAC Addresses) �������������������������������������208 Prefix Discovery �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������208 Duplicate Address Detection (DAD) �������������������������������������������������������������������������������������209 Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC) ���������������������������������������������������������������������210 viii Table of ConTenTs Next-Hop Determination ������������������������������������������������������������������������������������������������������212 Neighbor Unreachability Detection (NUD) ����������������������������������������������������������������������������213 Redirect �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������214 SEcure Network Discovery (SEND) ��������������������������������������������������������������������������������������������216 Types of IPv6 Packet Transmission �������������������������������������������������������������������������������������������216 IPv6 Broadcast���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������216 IPv6 Multicast ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������217 ICMPv6: Internet Control Message Protocol for IPv6 �����������������������������������������������������������������223 IPv6 Routing ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������232 Network Address Translation ����������������������������������������������������������������������������������������������������235 TCP: The Transmission Control Protocol in IPv6 ������������������������������������������������������������������������237 TCP Packet Header ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������238 UDP: The User Datagram Protocol in IPv6 ���������������������������������������������������������������������������������238 DHCPv6: Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 ������������������������������������������������������������238 Relevant RFCs for DHCPv6 ��������������������������������������������������������������������������������������������������240 The DHCPv6 �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������251 Useful Commands Related to DHCPv6 ���������������������������������������������������������������������������������253 IPv6 Network Configuration ������������������������������������������������������������������������������������������������������255 Manual Network Configuration for IPv6-Only ����������������������������������������������������������������������256 Auto Network Configuration Using Manually Specified (Static) IPv6 Address ���������������������258 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������260 Chapter 7: IPsec and IKEv2 ����������������������������������������������������������������������������������261 Internet Protocol Layer Security (IPsec) ������������������������������������������������������������������������������������262 Relevant Standards for IPsec ����������������������������������������������������������������������������������������������������264 Security Association, Security Association Database, and Security Parameter Index ���������270 IPsec Transport Mode and IPsec Tunnel Mode ��������������������������������������������������������������������270 IPsec over IPv6 ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������276 IPsec in Multicast Networks ������������������������������������������������������������������������������������������������277 Using IPsec to Secure L2TP Connections ����������������������������������������������������������������������������277 ix Table of ConTenTs Internet Key Exchange (IKE) ������������������������������������������������������������������������������������������������������277 Internet Key Exchange Version 2 (IKEv2) �����������������������������������������������������������������������������280 Kerberized Internet Negotiation of Keys: KINK ��������������������������������������������������������������������282 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������282 Chapter 8: Transition Mechanisms �����������������������������������������������������������������������285 Relevant Standards for Transition Mechanisms ������������������������������������������������������������������������286 Transition Mechanisms �������������������������������������������������������������������������������������������������������������289 Co-existence (Dual Stack and Dual-Stack Lite) �������������������������������������������������������������������290 Tunneling �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������291 Translation ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������292 Proxies (Application Layer Gateways) ���������������������������������������������������������������������������������294 Dual Stack ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������296 Tunneling�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������301 6i n4 Tunneling ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������304 6o ver4 Tunneling �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������307 6t o4 Tunneling ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������307 Teredo ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������309 6 rd: IPv6 Rapid Deployment ������������������������������������������������������������������������������������������������311 Intra-site Automatic Tunnel Addressing Protocol (ISATAP) ���������������������������������������������������311 Softwires (Includes Dual-Stack Lite, MAP-E, MAP-T, and 4in6) ������������������������������������������������312 Relevant Standards for Softwires ���������������������������������������������������������������������������������������������314 Dual-Stack Lite ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������316 PET (Prefixing, Encapsulation, and Translation) �������������������������������������������������������������������318 Translation ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������319 NAT64/DNS64 ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������320 IVI �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������321 Preferred Network Implementation Going Forward: IPv6-Only �������������������������������������������������322 Supporting IPv6 for Developers at Sixscape �����������������������������������������������������������������������������324 Summary�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������325 x

See more

The list of books you might like

Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.