IPv6自動トンネル技術とその展開

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1 IPv6 自動トンネル技術とその展開 Tokyo6to4 プロジェクト 白畑 真

2 自己紹介 仕事 : 2000 年より ( 株 ) クララオンライン ホスティング事業者 CTO という雑用係 最近はサービス企画 バックボーンネットワークの設計 運用など 2008 年 10 月に Tokyo6to4 プロジェクトを設立 趣味 : ドライブ ( 日帰り温泉 :-)

3 すでにご存じだと思いますが IPv4 アドレス在庫の枯渇 2011 年末に JPNIC 在庫が枯渇 Source: IPv4 Address Report

4 IPv4 在庫枯渇問題への対応策 JPNIC IPv4 アドレス在庫枯渇問題に関する検討報告書 ( 第一次 ) より (0) 未利用アドレスの回収 再在庫化および再分配 (2) IPv4 プライベートアドレス +NAT の利用 (1) IPv4 アドレスの確保 ( 自網でのやりくりなど ) (3) IPv6 の導入

5 IPV6 の現実

6 トップ 100 万ドメイン名の状況 A レコード /AAAA レコードが設定されているドメイン数は? 1,000, , , , , , , , , ,000 0 ドメイン名 www. ドメイン名 ipv6. ドメイン名 IPv4 922, , ,696 IPv6 1,460 1,974 1,087 Source: Mike Leber "Global IPv6 Deployment Progress Report",

7 IPv6 の普及状況 : Autonomous System インターネットに広報されている AS 数 2010/2/6 現在 ( 括弧内は 2007/11/24) IPv4 単独 : (26158) IPv6 単独 : 58 (34) IPv4/IPv6 両方 : 1888(684) IPv4/IPv6 合計 : (26876) 徐々に増えてきてはいるが IPv6 単独 0.17% IPv4/IPv6 両方 5.60% IPv4 単独 Source: Mike Leber "Global IPv6 Deployment Progress Report", %

8 IX におけるトラフィック動向 :IPv6 Source: IPv6 普及度調査 (IAJ, Intec Netcore)

9 IX におけるトラフィック動向 :IPv4 Source: JaPan Internet exchange ( 上 ) NSPIXP-2 Traffic

10 IPV6 自動トンネル技術と 6TO4

11 なぜ IPv6 自動トンネルなのか 商用 IPv6 接続サービス 企業向けサービスが主であり 個人向けは少ない オプションサービスであるケースが多い サービスプロバイダの視点からは 需要がないとビジネスとして成立しにくい IPv6 自動トンネル技術 ISP との契約不要 ( 多くの場合 ) 設定不要 とりあえず個人が簡単に IPv6 を利用できる環境として適している

12 6to4 とは IPv4 ネットワーク上で IPv6 パケットを転送できるようにする自動トンネル技術の一種 IPv4 インターネットしかない環境からでも IPv6 インターネットに到達可能 IPv6 移行メカニズムとして設計 明示的なトンネル設定不要 6to4 とトランスレータとの違い 6to4 は IPv4 のみのホストと IPv6 のみのホストの通信を可能にするわけではない

13 IPv6 自動トンネリング技術 6to4 ISATAP 6rd Teredo IPv4 アドレス Anycast Unicast Unicast Unicast IPv6 アドレス Anycast Unicast Unicast Anycast NAT 越え 未対応 未対応 未対応 一部対応 (UDP/IPv4) Tokyo6to4 で 運用中 準備中

14 IP Anycast Unicast: グローバル IP アドレスはユニーク ( 唯一無二 ) 同じ IP アドレスを持つノードを複数設置 経路制御上最も近い地点にルーティング Internet / /24 Anycast 技術の利用例 : Root DNS/ccTLD DNS(.jp など ) 一部の CDN(Contents Delivery Network) 6to4/Teredo など IPv6 自動トンネル

15 IPv4 ノード to4 リレールータとは IPv4 Internet to4 Relay router 6to4 Relay router Tokyo6to4 Relay Router ::/16 IPv6 Internet 2002::/ ::/16 IPv6 ノード 2001:db8::1 2002:c000:022a::c000:022a IPv4 インターネット上の 6to4 ノードと IPv6 インターネット間の通信を相互に中継するルータ リレールータは世界各地に設置され 同じアドレスを共有

16 6to4 の動作 IPv4 ノード IPv4 Internet 送信元 : 2002:c000:022a:: to4 2002::/16 送信元 : 宛先 : 宛先 : :db8::1 Relay router 送信元 : 2002:c000:022a::1 宛先 : 2001:db8::1 ペイロード送信元 : 2001:db8::1 宛先 :2002:c000:022a::1 IPv6 Internet IPv6 ノード 2001:db8::1 送信元 : 2001:db8::1 宛先 :2002:c000:022a::1 ペイロード ペイロード ペイロード

17 6to4 アドレスの仕組み 2002::/16 特別なアドレスプレフィックス [RFC3056] グローバル IPv4 アドレス毎に /48 が利用可能 /64のサブネットを複数利用できる IPv4アドレスをIPv6アドレスにマッピング 例 : の場合 0~ bits 32bits 16bits 64bits 6TO4 プレフィックス IPv4 アドレス SLA ID インタフェース ID 2002 c000:022a ::c000:022a 下位 80bit については実装依存 Windows の場合 ::16 進数の IPv4 アドレス Linux では ::1

18 6to4 のパケットヘッダ フォーマット Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol 41 Header Checksum Source Address Destination Address ( ) Options IPv6 header and payload... Padding 19

19 6to4 リレールータと IPv4/IPv6 インターネット IPv4 ノード IPv4 Internet to4 Relay router 6to4 Relay router Tokyo6to4 Relay Router 2002::/16 IPv6 Internet 2002::/ ::/16 IPv6 ノード 2001:db8::1 2002:c000:022a::c000:022a /24 と 2002::/16 がぞれぞれ Anycast されている行きと帰りの経路が非対称となる場合も

20 接続方法 PC 直接接続 PC にグローバル IPv4 アドレスが割り当てられている場合 IPv4 Internet IPv6 Internet 6to4 リレールータ ブロードバンドルータ経由 ブロードバンドルータにグローバル IPv4 アドレスが割り当てられている場合 6to4 対応ブロードバンドルータが必要 PC 6to4 対応ブロードバンドルータ IPv4 Private+IP v6 IPv4 IPv6 6to4 リレールータ 21

21 直接接続による 6to4 接続 PC にグローバル IPv4 アドレスが割り当てられている環境で 6to4 を利用する方法 PC で 6to4 を終端 ダイヤルアップ接続 モバイル接続 ブロードバンドルータを使わない接続など IP プロトコル番号 41 がフィルタされていないこと PC :c000:022a::c000:022a IPv4 Internet 22 IPv6 Internet 6to4 リレールータ

22 ブロードバンドルータによる 6to4 接続 6to4 ブロードバンドルータを利用しており グローバル IPv4 アドレスがルータに割り当てられている場合 6to4 対応ブロードバンドルータが必要 ブロードバンドルータが 6to4 を終端 PC とブロードバンドルータ間は Native IPv6 ブロードバンドルータが RA を広報 家庭内 LAN 6to4 対応ブロードバンドルータ Apple 社 AirMac Extreme, TimeCapsule BUFFALO 社 WZR-AMPG300NH など PC IPv4 Private+ IPv :c000:022a:dead:beef:café: IPv IPv6 6to4 リレールータ

23 6to4 接続が利用される状況について サーバ側 IPv4 IPv4/IPv6 IPv6 標準で利用されるプロトコル IPv4 接続 6to4 による IPv6 接続 例 : (IPv4/IPv6 デュアルタック ) 6to4 が有効な場合でも IPv4 接続が利用される. (IPv6 シングルスタック ) 名前解決ができる場合 6to4 が利用される. クライアントのポリシーテーブルの設定を変更することで IPv4/IPv6 デュアルタック接続時に 6to4 の利用を強制できる詳細 : の利用方法

24 TEREDO

25 Teredo とは IPv4 自動トンネリング技術の一種 IPv6 を IPv4 の UDP パケット内にカプセル化 クライアントには /128 が割り当て 多くの種類の NAT を越えられる Cone NAT, Restricted NAT に対応 Microsoft 社により開発 Windows XP 以降で利用可能 オープンソース実装 (Miredo など ) も存在 Mac OS X, Linux, *BSD などで利用できる

26 Teredo の動作の概略 (Restricted NAT の場合 ) 準備 1. NAT のタイプを判別 Teredo クライアントが NAT 内部から Teredo サーバにパケット送信 2. Teredo クライアントが Teredo サーバ経由で IPv6 ホストにパケットを送信 3. IPv6 ホストが Teredo リレーにパケットを送信 Teredo リレーから Teredo サーバを経由してクライアントにパケットが届く この際 クライアントは Teredo リレーの情報を得る 4. Teredo クライアントが Teredo リレーと通信開始 Teredo による IPv6 通信 5. Teredo リレーとクライアントの通信開始

27 Teredo の通信の概略 (Restricted NAT の場合 ) IPv4 ノード Teredo Server IPv4 Internet Teredo Relay router 2001::/32 IPv6 Internet IPv6 ノード 2001:db8::1 Teredo で NAT 越えに利用するパケットを バブル と呼ぶ通信が確立されるまで数秒程度かかる

28 Teredo のアドレス形式 2001::/32 Teredo 専用のプレフィックス [RFC4380] Teredo サーバのアドレス NAT 実装の種類 (cone NAT とそれ以外 ) UDP ポート番号と NAT 箱の IPv4 アドレス XOR により難読化例 : 3ffffdd2 xor ffffffff = c000022d. 10 進数では ~31 32~63 64~79 80~95 96~127 長さ 32bits 32bits 16bits 16bits 32bits 説明 Teredo プレフィックス Teredo サーバ IPv4 アドレス フラグ UDP ポート クライアントパブリック IPv4 アドレス 部分 2001: :e bf 3fff:fdd2 復元 出典 : Wikipedia; cone NAT

29 さまざまな NAT さまざまな NAT 実装 RFC3489 で主要な実装が整理されている いわゆる NAT 越え技術の中での議論 NAT は必ずしも Firewall の代わりにならない Full Cone NAT Restricted Cone NAT Port Restricted Cone NAT Symmetric NAT これらの NAT 実装に対する UDP の処理を説明 必ずしもこれらの分類に当てはまらない実装も

30 Full Cone NAT : : :25 NAT 外部 NAT 内部 転送対象 NAT 外部クライアント *:* : :1329 Full Cone NAT の動作 NAT 内部のクライアントがパケットを最初に送信した際に NAT ルータの外部のインタフェースのポート番号とクライアントのポート番号が 1:1 で割り当てられる NAT 外部に割り当てられた IP アドレス / ポート番号がパケットを受信した場合 任意の IP アドレス / ポート番号からのパケットを NAT 内部に転送

31 Restricted Cone NAT : : :25 NAT 外部 NAT 内部 転送対象 NAT 外部クライアント :* : :1329 Restricted Cone NAT の動作 NAT 内部のクライアントのポートと NAT ルータの外部のインタフェースのポート番号が 1:1 で割り当てられる NAT 外部に割り当てられた IP アドレス / ポート番号がパケットを受信した場合 NAT のエントリの相手先 IP アドレス ( クライアントが接続した相手先 IP アドレス ) からのパケットをポート番号にかかわらず NAT 内部のクライアントに転送

32 Port Restricted Cone NAT : :25 NAT 外部 NAT 内部 :1329 転送対象 NAT 外部クライアント : : :1329 Port Restricted Cone NAT の動作 NAT 内部のクライアントのポートと NAT ルータの外部のインタフェースのポート番号が 1:1 で割り当てられる NAT 外部に割り当てられた IP アドレス / ポート番号がパケットを受信した場合 NAT のエントリの相手先 IP アドレスとポート番号 ( クライアントが接続した相手先 IP アドレス ) からのパケットを NAT 内部のクライアントに転送 同じ送信元ポート番号を使って異なる宛先 IP アドレスに送った場合 NAT ルータの外部ポート番号は同じになる

33 Symmetric NAT 転送対象 NAT 外部クライアント : : : : : : : : :25 NAT 外部 NAT 内部 Symmetric NAT の動作 これまで説明した以外の NAT NAT 内部のクライアントのポートと NAT ルータの外部のインタフェースのポート番号はセッション毎に割り当てられる NAT 外部に割り当てられた IP アドレス / ポート番号がパケットを受信した場合 NAT のエントリの相手先 IP アドレスとポート番号 ( クライアントが接続した相手先 IP アドレス ) からのパケットを NAT 内部のクライアントに転送

34 TOKYO6TO4

35 Tokyo6to4 プロジェクトについて 目的 : 自動トンネリング技術による IPv6 インターネット接続性の提供を通じた IPv6 利用環境整備 商用 IPv6 接続サービスが広く普及するまでの つなぎ 若手技術者を中心としたボランティアによる任意団体 既存の組織に対して中立 メンバーの資材持ち寄りと各社様の協賛により運営 機材 現在 DIX-IE および JPIX に接続 IPv4/IPv6 ピアリングパートナー様募集中 Web サイト : 36

36 プロジェクトのモチベーション IPv4 ユーザ向けのお試し IPv6 環境づくり 手始めに実装が普及している 6to4 に着目 Windows, Mac OS X, Linux, *BSD, Solaris, Cisco IOS.. 次のステップとして Teredo を検討 IPv4/IPv6 共存技術の普及 設定 運用ノウハウの共有 設定や負荷状況などの情報公開

37 モチベーション for Users IPv6 を簡単に試せる環境づくり 6to4, Teredo, ISATAP 等の自動トンネル技術で 多くの IPv4 インターネットユーザに IPv6 に触れていただける環境をつくりたい Windows XP, Vista や一部のルータ (AirMac Extreme 等 ) では 6to4 を利用可能 6to4 はあくまで IPv6 導入初期のお試し環境 プロジェクト開始時点では 6to4 リレールータは海外にしかなかった KDDI 研究所の 6to4 リレールータ ( の運用は 2006 年 3 月で終了

38 モチベーション for Network Operators IPv4/IPv6 共存技術としての自動トンネリング技術の導入 多くのネットワークで 6o4 リレールータが運用されるように ひいてはネイティブ IPv6 が導入されるようになってほしい 今回は PC ルータ (DELL PowerEdge Quagga) を利用 ノウハウの共有 構築 運用を行ううえで必要な情報共有 ハードウェア構成 ソフトウェア設定例 トラフィック パフォーマンス情報 etc.. パスワード等を除き積極的に公開予定

39 2008 年当時に考えていた運用 期間限定での運用 (1~2 年程度を予定 ) スケーラビリティ等のノウハウ蓄積と公開 ISP の商用 IPv6 サービスとのすみわけ 6to4 はあくまでパブリックサービスであり ビジネスモデルを構築しにくい KDDI 研究所の 6to4.jp との違い IPv4 Anycast アドレスでの運用 ( /24)

40 プロジェクトのあらまし : 2008 年の活動 9 月終盤 : プロジェクトを構想 設立 10 月 21 日 : キックオフテレコン 10 月 25 日 ~26 日未明 : 慶応大学湘南藤沢キャンパスにてインストール大会 10 月 31 日 : NSPIXP ミーティングで 6to4 リレーの運用をアナウンス 11 月 : さくらインターネットさんで性能試験 11 月 6 日 : AS 番号 (AS38646) 取得 12 月 2 日 : KDDI 大手町ビル内のラックにマウント 12 月 6 日 : WIDE インターネットに対して IPv6 の 6to4 プレフィックス (2002::/16) を広報開始 12 月 26 日 : 公式にリレールータの運用を開始

41 プロジェクトのあらまし : 2009 年の活動 1 月 20 日 : DIX-IE 上で ISP 様とピアリング開始 /24 を広報 6 月 29 日 : Cisco 3825 を Cisco さんよりお借りする 7 月 16 日 : 慶応大学三田キャンパスで Cisco 箱のセットアップとテストを行う 7 月 31 日 : JPIX に接続 8 月 7 日 : JPIX 上で ISP 様とピアリング開始 12 月 24 日 : IPv4 のプロバイダ独立アドレスを取得

42 6to4利用時の課題 6to4 リレールータ IPv4 IPv6 6to4 リレールータ 日本国内のユーザが6to4を利用すると アメリカあるいはヨー ロッパの6to4リレールータを経由 RTTの増大 スループットの低下 最寄りの6to4リレールータ確認方法: IPv4 IPv6: traceroute IPv6 IPv4: traceroute6 2002:c058:6301::

43 6to4 relay anycast address Origin ASN list (1/2) Europe: Denmark: 1835 FSK Net Estonia: 3327 Linxtelecom Finland: 1741 FUNET Germany: 286 kpn.de 5430 Freenet 8767 m-net.de mwn IP Exchange Titan IABG Teleport kms.de Source: Kevin Day, Italy: itgate.net Netherlands: 1101 SURFNet 8954 InTouch Your.Org Computel Portugal: 1930 FCCN Spain: Abared Sweden: 1257 Tele GlobalTransit Switzerland: 559 switch.ch United Kingdom: 5400 BT

44 6to4 relay anycast address Origin ASN list (2/2) Oceania/Asia: Australia: Korea: 1221 Telstra NISA 日本国内に無かった Tokyo6to4 プロジェクトで日本国内にリレールータを! North America: US: 59 University of Wisconsin 109 Cisco 1239 Sprint 3344 Kewlio 5050 Pittsburgh Supercomputing Center 6175 Sprint 7019 NTT Ottawa Internet Exchange Your.Org Indiana University ARP Networks Source: Kevin Day,

45 Tokyo6to4 プロジェクト使用後 6to4 リレールータ IPv4 IPv6 6to4 リレールータ Tokyo6to4 日本に6to4のリレールータを設置することで 6to4経由でIPv6を利用する場合の品質向上 RTTの短縮 スループットの向上 IPv6が普及するまでの間 つなぎ としてIPv6接続性を提供 48

46 わかりやすい効果 6to4 を経由した への RTT 約 190ms から 10ms 以下に 49

47 リレールータの確認方法 Tokyo6to4 のリレールータを利用しているかを確認する方法は? 6to4 ノードで traceroute6 を実行する 1st ホップが 2001:200:0:b000:192:88:99:1 だった場合 トラフィックは Tokyo6to4 のリレールータを経由している 異なる IPv6 アドレスの場合 他の 6to4 リレールータを経由している 50

48 ネットワーク構成 IPv4/IPv6 Internet WIDE IPv4/IPv6 Transit DIX-IE IPv4/IPv6 Peer IPv4/IPv6 Peer WIDE IPv4/IPv6 Transit kotemachi01 Linux Box (DELL PowerEdge 1850) kotemachi02 Cisco

49 6to4 リレールータの設定 : Linux ( 抜粋 ) Debian 系 /etc/network/interfaces auto tun6to4 iface tun6to4 inet6 v4tunnel endpoint any local up ip -6 route add 2002::/16 dev tun6to4 mtu 1472 ttl 128 コマンドで書くと /sbin/ip tunnel add tun6to4 mode sit ttl 128 remote any local /sbin/iplink set dev tun6to4 up /sbin/ip -4 addr add /32 dev tun6to4 /sbin/ip -6 route add 2002::/16 dev tun6to4 別途 この箱に /24 と 2002::/16 が来るようにルーティングの設定が必要

50 6to4 リレールータの設定 : Cisco IOS ( 抜粋 ) interface Loopback0 ip address secondary ip address secondary 通常の IOS の 6to4 リレーの設定では Secondary IP アドレスは 1 つで良いため 本来この行は不要 Tokyo6to4 の特殊事情 ( 次スライド ) で設定 ip address no ipredirects no ip proxy-arp ipv6 address 2002:CBB2:9404::1/128 ipv6 mtu 1480 no ipv6 redirects interface Tunnel0 description 6to4 relay no ip address no ip redirects no ip proxy-arp ipv6 address 2002:C058:6301::/128 anycast ipv6 unnumbered Loopback0 no ipv6 redirects tunnel source Loopback0 tunnel mode ipv6ip 6to4 tunnel path-mtu-discovery 別途 この箱に /24 と 2002::/16 が来るようにルーティングの設定が必要

51 実際にやってみて Quagga MD5 問題 2 台の 6to4 relay の source IPv4 アドレスが同じで 1 自分の IP アドレス ( ) が src のときは廃棄 Src: Dst: x.y.z.w でカプセル化

52 DIX-IE トラフィック JPIX 55

53 今後の活動予定 JPNAP で Teredo リレー はじめます!(2010 年 3 月予定 ) JPNAP ユーザの ISP さん ピアしましょう 現在検証 試験運用中 インターネットマルチフィードさん NTT PF 研さんありがとうございます! Teredo とは : Microsoft 社が開発した IPv6 自動トンネリング技術の一種 NAT を越えて接続できるのが特徴 56

54 Teredo 検証中 57

55 IPv6 自動トンネルの意義と課題 IPv6 普及期における IPv6 自動トンネル技術 既存の設備を大幅に改修せず IPv6 サービスを提供可能 ネイティブに比べた場合のオーバーヘッドは存在 パブリックサービス (Tokyo6to4 の領域 ): 6to4, Teredo 不特定多数を対象としたボランタリなサービス IP トランジットのコスト負担に課題 Anycast のため品質保証が難しい : 特に 6to4 は双方向で Anycast 世界中で最低一社がサービスを提供していれば ( 一応は ) 利用できる 商用 (ISP, 企業 ): 6rd, ISATAP 顧客を対象 利用できる範囲を制限できるためコスト負担も明確

56 今後の予定 非商用の実験的サービスから商用サービスへ Tokyo6to4 を含む 6to4/Teredo リレールータの運営は IP トランジットサービスや他の資源を寄付に依存 持続可能な IPv6 接続モデルが必要 商用サービスこそが持続可能なサービスモデル 商用サービス ( 特に消費者向け ) が広く普及した段階で Tokyo6to4 プロジェクトはサービス終了へ プロジェクトの運用期間 プロジェクト開始時には完了を 2010 年末に設定 NGN サービス上で商用 IPv6 接続サービスの開始の遅れ (2011 年 4 月予定 ) から 2011 年夏 ~ 秋ごろまで期間の延長を検討 ノウハウは共有させていただきますので お気軽にお声かけください! 59

57 ご静聴ありがとうございました