5-3IPv6 (Лекции по Сетевым технологиям), страница 2

Рис.2. Структура глобального агрегируемого уникального адреса

Адрес этот принадлежит поставщику услуг верхнего уровня, у которого все сети имеют префикс 20:0А/16. Он может выделить поставщику услуг второго уровня некоторый диапазон адресов с общим префиксом, образованным его собственным префиксом, а также частью поля NLA. Длина поля NLA, отводимая под префикс, определяется маской, которую поставщик услуг верхнего уровня также должен сообщить своему клиенту — поставщику услуг второго уровня. Пусть в данном примере маска состоит из 32 единиц в старших разрядах, а результирующий префикс поставщика услуг вто­рого уровня имеет вид:

20:0А:00:С9/32.

В распоряжении поставщика услуг второго уровня остается 16 разрядов поля NLA для нумерации сетей своих клиентов. В качестве клиентов могут выступать поставщи­ки услуг третьего и более низких уровней, а также конечные абоненты — предприятия и организации.

Пусть, например, следующий байт (01110100) в поле NLA поставщик услуг использовал для передачи поставщику услуг более низкого (третьего) уровня, а тот, в свою очередь, использовал последний байт поля NLA для назначения пула ад­ресов клиенту. Таким образом, с участием поставщиков услуг трех уровней был сфор­мирован префикс 20:0А:00:С9:74:05/48, который получил клиент.

Протокол IPv6 оставляет в полном распоряжении клиента 2 байта (поле SLA) для нумерации сетей и 8 байт (полем идентификатора интерфейса) для нумера­ции узлов. Имея такой огромный диапазон номеров подсетей, администратор может использовать его по-разному. Он может выбрать простую плоскую орга­низацию своей сети, назначая каждой имеющейся подсети определенное зна­чение из диапазона в 65 535 адресов, игнорируя оставшиеся. В крупных сетях более эффективным способом (сокращающим размеры таблиц корпоративных маршрутизаторов) может оказаться иерархическая структуризация сети на осно­ве агрегирования адресов. В этом случае используется та же технология CIDR, но уже не поставщиком услуг, а администратором корпоративной сети.

Помимо подробно рассмотренного выше глобального агрегируемого адреса, су­ществуют и другие разновидности индивидуального адреса.

- Адрес обратной петли 0:0:0:0:0:0:0:1 играет в версии IPv6 ту же роль, что и адрес 127.0.0.1 в версии IPv4.

- Неопределенный адрес, состоящий из одних нулей, является аналогом адре­са 0.0.0.0 протокола IPv4. Этот адрес может появляться в IP-пакетах только в качестве адреса источника, и это означает, что пакет послан до того, как узел изучил свой IP-адрес (например, до получения его от DHCP-сервера).

Предполагается, что довольно большое время будут сосуществовать островки Интернета, работающие по протоколу IPv6, и остальная часть Интернета, рабо­тающая на версии IPv4. Для того чтобы узлы, поддерживающие версию IPv6, могли использовать технику передачи пакетов IPv6 через сеть IPv4 в автомати­ческом режиме, разработан специальный подтип адресов, которые переносят IРv4-адрес в младших 4-х байтах IРv6-адреса, а в старших 12 байтах адреса со­держат нули (рис. 3). Такие индивидуальные адреса делают очень простой процедуру преобразования адресов между двумя версиями протокола IP и называются IPv4-совместимыми IPv6-адресами.

IPv6 - адрес (4 байта)

Исходный IPv6 –адрес (16 байт)

(IPv4 – совместимый IPv6 – адрес)

Рис. 3. Преобразование IPv6 в IPv4

Для решения обратной задачи — передачи IРv4-пакетов через части Интернета, работающие по протоколу IPv6, — предназначен IРv4-отображенный IPv6-адрес. Этот тип адреса по-прежнему содержит в 4-х младших байтах IРv4-адрес, в старших 10-ти байтах — нули, а в 5-м и 6-м байтах IРv6-адреса — единицы, которые показывают, что узел поддерживает только 4-ю версию протокола IP (рис. 4).

Работа по детализации подтипов IРv6-адресов еще далека от завершения. Сего­дня определено назначение только 15 % адресного пространства Ipv6, а остав­шаяся часть адресов еще ждет своей очереди, чтобы найти применение для реше­ния одной из многочисленных проблем Интернета.

IPv6 (16 байт)

IPv4 - отображенный IPv6 - адрес

Исходный IPv4 –адрес (4 байта)

Рис. 4. Преобразование IPv4 в IPv6

Гибкий формат заголовка

Одной из основных целей изменения формата заголовка в IPv6 было снижение накладных расходов, то есть уменьшение объема служебной информации, пере­даваемой с каждым пакетом. Для этого в новом протоколе IP были введены понятия основного и дополнительного заголовков. Основной заголовок присут­ствует всегда, а дополнительные являются опциональными. Дополнительные заголовки могут содержать, например, информацию о фрагментации исходного пакета, полный маршрут следования пакета при маршрутизации от источника, информацию, необходимую для защиты передаваемых данных.

Основной заголовок имеет фиксированную длину в 40 байт, его формат показан на рис. 5.

Поле следующего заголовка соответствует по назначению полю протокола в вер­сии IPv4 и определяет тип заголовка, который следует за данным. Каждый сле­дующий дополнительный заголовок также содержит поле следующего заголовка. Если IP-пакет не содержит дополнительных заголовков, то в этом поле будет значение, закрепленное за протоколом TCP, UDP, RIP, OSPF или др., опре­деленным в стандарте IPv4.

В предложениях по поводу протокола IPv6 фигурируют следующие типы дополнительных заголовков:

- заголовок маршрутизации — указание полного маршрута при маршрутиза­ции от источника;

- заголовок фрагментации — информация, относящаяся к фрагментации IP-пакета (поле обрабатывается только в конечных узлах);

- заголовок аутентификации — информация, необходимая для аутентифика­ции конечных узлов и обеспечения целостности содержимого IP-пакетов;

- заголовок системы безопасности — информация, необходимая для обеспече­ния конфиденциальности передаваемых данных путем шифрования и де­шифрирования;

- специальные параметры — параметры, необходимые для последовательной обработки пакетов на каждом ретрансляционном участке;

• параметры получателя — дополнительная информация для узла назначения.

4 байта

Рис. 5. Формат основного заголовка

Таким образом, IP-пакет может иметь, например, формат, показанный на рис. 6.

Рис. 6. Структура IPv6-пакета

Поскольку для маршрутизации пакета обязательным является только основной заголовок (почти все дополнительные заголовки обрабатываются только в конечных узлах), это снижает нагрузку на маршрутизаторы. А возможность использования большого количества дополнительных параметров расширяет функциональность протокола IP и делает его открытым для внедре­ния новых механизмов.

Снижение нагрузки на маршрутизаторы

Для того чтобы повысить производительность маршрутизаторов Интернета в части выполнения их основной функции — продвижения пакетов, в версии IPv6 пред­принят ряд мер по освобождению маршрутизаторов от некоторых вспомогатель­ных задач.

• Перенесение функций фрагментации с маршрутизаторов на конечные узлы. Конечные узлы в версии IPv6 обязаны найти минимальное значение MTU вдоль всего пути, соединяющего исходный узел с узлом назначения (эта тех­ника под названием Path MTU Discovery уже используется в IPv4). Мар­шрутизаторы IPv6 не выполняют фрагментацию, а только посылают ICMP-сообщение «Слишком длинный пакет» конечному узлу, который должен уменьшить размер пакета.

• Агрегирование адресов, ведущее к уменьшению размера адресных таблиц мар­шрутизаторов, а значит, — к сокращению времени просмотра и обновления таблиц. При этом также сокращается служебный трафик, создаваемый прото­колами маршрутизации.

• Широкое использование маршрутизации от источника, при которой узел-ис­точник задает полный маршрут прохождения пакета через сети. Такая техни­ка освобождает маршрутизаторы от необходимости просмотра адресных таб­лиц при выборе следующего маршрутизатора.

• Отказ от обработки не обязательных параметров заголовка.

• Использование в качестве номера узла его МАС-адреса, что избавляет маршру­тизаторы от необходимости применять протокол ARP.

Новая версия протокола IP, являющаяся составной частью проекта IPv6, пред­лагает встроенные средства защиты данных. Размещение средств защиты на се­тевом уровне делает их прозрачными для приложений, так как между уровнем IP и приложением всегда будет работать протокол транспортного уровня. Приложе­ния переписывать при этом не придется. Новая версия протокола IP со встроен­ными средствами обеспечения безопасности называется IPSec (Security Internet Protocol — защищенный протокол IP). Переход от версии IPv4 к версии IPv6 только начинается. Сегодня уже сущест­вуют фрагменты Интернета, в которых маршрутизаторы поддерживают обе вер­сии протокола. Эти фрагменты объединены между собой через Интернет, обра­зуя так называемую магистраль 6Вопе.

6