Теоретические сведения. Шестая версия протокола IP (IPv6) обеспечивает окончательное решение проблемы исчерпания адресов протокола IPv4 в глобальном адресном пространстве сети

Шестая версия протокола IP (IPv6) обеспечивает окончательное решение проблемы исчерпания адресов протокола IPv4 в глобальном адресном пространстве сети Интернет, используя 128-битовый адрес и предоставляя около 10³⁸ адресов по сравнению со всего лишь 4х10⁹ адресами в протоколе IPv4. Предстоящий переход на протокол IPv6 будет, вероятно, вызван потребностью в большем количестве адресов. Практически каждый мобильный телефон сегодня поддерживает передачу данных через Интернет, что требует использования IP-адреса, некоторые производители даже склоняются к мнению, что все их устройства должны иметь IР-функции.

Стратегия назначения адресов для протокола IPv6 проста и может быть обобщена в приведенных ниже положениях:

- открытые адреса IPv6 группируются (численно) по крупным географическим регионам;

- в каждом регионе пространство адресов подразделяется провайдерами ISP (Internet Service Provider) в данном регионе;

- для каждого провайдера ISP в регионе адресное пространство подразделяется для каждого клиента.

Назначением адресов протокола IPv6 занимаются те же организации, которые назна­чают адреса для протокола IPv4. Этим процессом управляет агентство Интернета по на­значению сетевых адресов (Internet Coiporation for Assigned Network Numbers — ICANN). Агентство ICANN выделяет один или более диапазонов ад­ресов региональным реестрам (Regional Internet Registry — RIR), которых насчитывается пять — они примерно покрывают Северную Амери­ку, Центральную/Южную Америку, Европу, Азию/Тихоокеанский регион и Африку. Эти регионы RIR далее подразделяют свои адресные пространства на меньшие части, назначая префиксы провайдерам ISP и регистрам меньшего размера (ранга). Провайде­ры ISP далее назначают меньшие диапазоны адресов своим пользователям.

Соглашения протокола IPv6 используют 32 шестнадцатеричных номера, которые для представления 128-битового адреса протокола IPv6 организованы в 8 квартетов по 4 шестнадцатеричные цифры, разделенные двоеточиями, например:

2340: 1111: АААА: 0001: 1234: 5678: 9АВС: 0001

Также существуют два соглашения, которые позволяют сократить запись IPv6-адреса:

- можно опустить все ведущие нули в любом квартете;

- можно представить один или более последовательных квартетов, которые состоят из полностью шестнадцатеричных нулей, двумя двоеточиями, однако только для одного такого вхождения в конкретном адресе.

Например, адрес FE00: 0000: 0000: 0001: 0000: 0000: 0000: 0056 может быть сокращен двумя способами, т.к имеются два места, в которых один или более квартетов содержат четыре шестнадцатеричных нуля:

- FE00:: 1: 0: 0: 56;

- FE00: 0: 0: 1:: 56.

Два последовательных двоеточия означают, что один или более октетов состоят только из нулей, однако такое сокращение не может использоваться дважды, поскольку такая запись была бы неоднозначной. Поэтому сокращение FE00:: 1:: 56 было бы недействительным.

Префиксы протокола IPv6 представляют собой диапазон или блок последовательных адресов IPv6. Число, которое представляет диапазон адресов, называемое префиксом, обычно можно увидеть в таблицах маршрутизации протокола IPv6, точно так же, как можно увидеть IP-номера подсетей в таблицах маршрутизации протокола IPv4. Префиксы протокола IPv6 записываются в виде некоторого значения, косой черты (/) и числовой длины префикса. Как и для префиксов протокола IPv4 (сокращенная запись маски подсети), последняя часть номера, исключая длину префикса, представляется бинарными нулями. Номера префиксов протокола IPv6 также могут сокращаться. Например:

2000: 1234: 5678: 9АВС: 1234: 5678: 9АВС: 1111/64

Это значение представляет собой полный 128-битовый IP-адрес без возможности его сокращения. Однако при записи или наборе префикса все биты, находящиеся за длиной префикса, равны бинарным нулям. Префикс, в котором находится адрес, выглядит следующим образом:

2000: 1234: 5678: 9АВС: 0000: 0000: 0000: 0000/64

В сокращенном виде он будет выглядеть так:

2000: 1234: 5678: 9АВС:: /64

Если длина префикса не кратна 16, то граница между префиксной частью адреса и частью, относящейся к узлу, проходит внутри квартета. В таких случаях значение префикса должно включать в себя все значения последнего октета в префиксной части. Например, если бы только что рассмотренный адрес с длиной префикса /64 имел вместо этого длину префикса /56, то префикс включал бы в себя все три первых квартета (всего — 48 бит), плюс 8 первых битов четвертого октета. Последние 8 бит (последние две шестнадцатеричные цифры) четвертого октета были бы бинарными нулями. В соответствии с соглашением оставшаяся часть четвертого октета после установки бинарных нулей выглядела бы следующим образом:

2000: 1234: 5678: 9А00:: /56

Ниже обобщены некоторые ключевые положения записи префиксов протокола IPv6:

- префикс имеет то же значение, что и адрес IP в группе первых битов, определяемой длиной префикса;

- все биты, находящиеся после битов, количество которых определяется длиной префикса, равны бинарным нулям;

- префикс может быть сокращен по тем же правилам, которые применяются к адресам IPv6;

- если длина префикса не соответствует границе квартета, то следует записать значение для всего квартета;

Все IPv6-адреса можно разделить на три категории:

1. Одноадресатные (Unicast). IP-адреса предназначены для отдельного интерфейса с тем, чтобы позволить одному узлу отправлять и получать данные.

2. Многоадресатные (Multicast). IP-адреса, которые представляют динамическую группу узлов, с целью отправки пакетов всем текущим членам данной группы.

3. Одноадресатный резервный адрес (Anycast). При выборе такого типа адреса серверы, которые поддерживают одну и ту же функцию, могут использовать один и тот же одноадресатный IP-адрес; при этом пакеты, посылаемые клиентами, пересылаются на ближайший сервер, что позволяет балансировать нагрузку между различными серверами.

В IPv6-адресации также существуют канальные локальные адреса. Протокол IPv6 использует эти адреса при отправке пакетов по локальной подсети; маршрутизаторы не пересылают пакеты, получателями которых являются канальные локальные адреса, в другие подсети. Канальные локальные адреса могут быть полезными для функций, выполнение которых не требует передачи пакетов в другие подсети, например, в процессе начальной загрузки и настройки узел может автоматически получить собственный канальный локальный IP-адрес без отправки пакета за пределы подсети. Узел получает свой адрес IPv6, который можно использовать для первых служебных сообщений. Канальные локальные адреса происходят из диапазона FE80:: /10, т.е. под ними подразумеваются все адреса, которые начинаются со значений FE80, FE90, FEA0 и FEB0. При этом не требуется какого-либо специального конфигурирования, потому что узел формирует эти адреса, используя первые 10 бит шестнадцатеричного значения FE80 (двоичное значение 1111111010), дополняет их 54 бинарными нулями, а последние 64 бит являются идентификатором интерфейса узла.

Как и в технологии IPv4, большинство протоколов маршрутизации технологии IPv6 являются протоколами внутреннего шлюза (IGP), а протокол граничного шлюза (BGP) является единственным протоколом внешнего шлюза (EGP). Все протоколы IGP и протокол BGP были обновлены для поддержки IPv6, а также получили новые названия – RIPng (Протокол RIP следующего поколения), OSPFv3 (OSPF третьей версии), MP-BGP4 (Многопротокольный BGP-4), EIGRP IPv6 (EIGRP для IPv6).

В каждый из указанных протоколов маршрутизации пришлось внести изменения для поддержки протокола IPv6. В частности, были изменены сообщения, используемые для отправки и получения информации о маршрутизации; в них используются заголовки IPv6 вместо заголовков IPv4, и в этих заголовках используются адреса протокола IPv6. Тем не менее протоколы маршрутизации по-прежнему сохраняют многие из своих внутренних функций. Например, протокол RIPng, основанный на протоколе RIP-2, остается дистанционно-векторным протоколом, использующим в качестве метрики количество переходов, а максимальным допустимым количеством переходов остается 15. Протокол OSPFv3, созданный специально для поддержки протокола IPv6, остается протоколом с учетом состояния канала, использующим стоимость в качестве метрики, однако многие внутренние детали в нем изменены, в частности типы анонсов состояния канала (LSA).

Мгновенный переход от протокола IPv4 к протоколу IPv6 невозможен. На переход от IPv4 к IPv6 может потребоваться несколько лет, если не десятилетий. Однако уже сейчас существует несколько способов перехода к полному или частичному использованию IPv6:

- Двойной стек (dual stack): узел или маршрутизатор использует одновременно оба протокола — IPv4 и IPv6. Для узла это означает, что с каждой его платой сетевого интерфейса связаны как адрес IPv4, так и адрес IPv6, что позволяет узлу пересылать пакеты IPv4 другим узлам этого протокола, и узел может отправлять пакеты IPv6 другим узлам IPv6. Для маршрутизаторов такая настройка означает, что в дополнение к обычным IP-адресам и протоколам маршрутизации IPv4 в них сконфигурированы адреса и протоколы маршрутизации IPv6.

- Туннелирование: инкапсуляция пакета IPv6 в пакет протокола IPv4. После этого пакет IPv4 может пересылаться по уже существующей объединенной сети IPv4, а другое устройство удаляет заголовок IPv4 и извлекает из него первоначальный пакет IPv6.

- Трансляция между протоколами IPv4 и IPv6 с использованием службы NAT-PT (Network Address Translation-Protocol Translation).

Примечание. Описание процессов моделирования для этой лабораторной работы можно найти в справке Packet Tracer: Справка Þ Содержимое Þ раздел «Моделирование» Þ Лаб. работа №12.