Nets2010 (1131259), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

История нового протокола восходит к концу 1992 года. Именно тогда IETF (Internet Engineering Task Force — рабочая группа по технической поддержке Интернет) приступила к анализу данных, необходимых для разработки нового протокола IP. К концу 1994 года был утвержден рекомендательный стандарт и разработаны все необходимые для реализации протокола вспомогательные стандарты и документы.

IPv6 является новой версией старого протокола, разработанной таким образом, чтобы обеспечить совместимость и «мягкий» переход, не приуроченный к конкретной дате и не требующий одновременных действий всех участников. По некоторым прогнозам, совместное существование двух протоколов будет продолжаться до десяти и более лет. Учитывая то обстоятельство, что среди выделенных типов адресов IPv6 имеется специальный тип адреса, эмулирующий адрес IPv4, можно ожидать относительно спокойного перехода, не сопровождающегося крупными неудобствами и неприятностями. Фактически на одном компьютере могут работать оба протокола, каждый из которых подключается по мере необходимости.

Рисунок 5-56. Provider-Based Unicast Address - адресация единственного абонента, основанная на адресе провайдера

Однако использование старых адресов не является выходом из положения, поэтому протокол IPv6 предусматривает специальные возможности по присвоению новых адресов и их замене без вмешательства (или при минимальном вмешательстве) персонала. Для этого предусмотрена привязка к компьютеру не IP-адреса, а интерфейса. Сам же интерфейс может иметь несколько адресов, принадлежащих к трем категориям: действительный, прошлый, недействительный. При замене адреса «на лету» новый адрес становится действительным, а старый — прошлым. Все вновь осуществляемые соединения производятся при помощи действительного адреса, но уже имеющиеся продолжаются по прошлому адресу. Через некоторое время, которое может быть выбрано достаточно большим, чтобы гарантировать полный разрыв всех соединений по прошлому адресу, он переходит в категорию недействительных. Таким образом, практически гарантируется автоматическая замена адреса без участия персонала. Для полностью гарантированной автоматической замены адреса потребовалось бы внесение изменений в протоколы TCP и UDP, которые не входят в состав IP.

Замена адресов осуществляется двумя способами — явным и неявным. Явный способ использует соответствующим образом доработанный протокол DHCP. Неявный способ не требует наличия сервера DHCP, а использует адрес подсети, получаемый от соседей и мостов. В качестве адреса хоста используется просто MAC-адрес хоста, т.е. адрес, используемый на канальном уровне. Этот способ, при всем своем изяществе, по понятным причинам не может присваивать адреса, совместимые с IPv4, и поэтому в переходный период его применение будет ограничено. К сожалению, механизм выделения новых адресов не затрагивает таких аспектов, как обновление базы данных DNS, адресов серверов DNS, конфигурации маршрутизаторов и фильтров, а также тех приложений «клиент-сервер», которые используют привязку к адресу, что делает полную замену адресов локальной сети не менее трудоемким мероприятием, чем при применении IPv4.

Протокол IPv6 предполагает также значительные улучшения при работе в локальной сети. Единый протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol - протокол распознавания соседей) заменяет используемые в IPv4 протоколы ARP, ICMP и значительно расширяет их функциональные возможности. Вместо широковещательных пакетов канального уровня протокола ARP используются групповые сообщения (multicast), то есть адресованные всем членам подсети, причем не на канальном, а на сетевом уровне, что должно значительно снизить широковещательный трафик, являющийся бичом локальных сетей Ethernet. Усовершенствованы функции протокола ICMP, что облегчает работу разных подсетей в одном физическом сегменте. Включен механизм распознавания неисправных маршрутизаторов, что позволяет повысить устойчивость к сбоям оборудования. В дополнение к имевшимся ранее двум типам адресации - Unicast и Multicast (доставке уникальному получателю или группе получателей) - добавлен третий, Anycast, при котором осуществляется доставка любому получателю из группы.

Существенное отличие нового протокола от старого заключается в том, что длина адресной части составляет 128 бит — в четыре раза больше, чем 32 бита у IPv4. Из заголовка пакета IP изъяты как некоторые неиспользуемые поля, что позволило сократить издержки, связанные с их обработкой, и уменьшить размер заголовка (он длиннее, чем у IPv4, всего в два раза, несмотря на учетверенный размер адресной части).

Рисунок 5-59. Заголовок пакета IPv6

Первым идет четырехбитное поле Version (Версия), его значение равно 6. Следующее поле - Priority (Приоритет) - длиной 8 бит используется для установки приоритета пакета. Приоритет увеличивается с ростом значения этого поля. Значения 0...7 используются для пакетов, время доставки которых не лимитировано, например, значение 1 рекомендуется использовать для новостей, 2 — для почты, 7 — для служебного трафика (SNMP, маршрутизирующие протоколы). Значения 8...15 используются для пакетов, задержка доставки которых нежелательна, например аудио и видео в реальном времени. Далее следует поле Traffic Class, первоначально называвшееся «Flow Label», длиной 20 бит. Оно служит для идентификации последовательности пакетов. Его значение присваивается при помощи генератора случайных чисел и имеет одинаковую величину у всех пакетов данной последовательности. Следующее поле - Payload Length - содержит размер данных, следующих за заголовком, в байтах и имеет длину 16 бит. Следом расположено поле Next Header, идентичное по назначению полю Protocol протокола IPv4 и использующее те же значения. Восьмибитное поле Hop Limit аналогично по назначению полю Time to Live. Оно устанавливается источником согласно разумным предположениям о длине маршрута, а затем уменьшается на 1 при каждом прохождении через маршрутизатор. При снижении значения поля до нуля пакет снимается, как «заблудившийся». Последними идут поля адресов источника и приемника длиной 128 бит (16 байт) каждое. Адреса в стандарте IPv6 имеют более сложную структуру, чем в предыдущем, при этом используются префиксы разной длины.

Специальные типы адресов предназначаются для более гибкого использования. Provider-Based Unicast Address (Выделяемый провайдером уникальный адрес) служит для глобальной связи. Он состоит из префикса 010, Registry Id, идентифицирующего организацию, зарегистрировавшую провайдера; Provider Id, идентифицирующего провайдера; Subscriber Id, идентифицирующего организацию-клиента, и собственно адреса. Адреса для локального использования (Link Local Use и Site Local Use) предназначены для применения внутри одного сегмента или одной организации, т.е. пакеты с такими адресами не маршрутизируются за границы текущего сегмента или локальной сети соответственно. Они могут быть использованы, например, при автоматическом присвоении адресов. Для выхода в глобальную сеть может быть использована подстановка адресов по типу NAT. Если под заполнители-нули выделено достаточно места, то организация, ранее не имевшая соединения с Интернетом, может легко провести замену адресов на глобальные путем конкатенации REGISTRY.

Рисунок 5-60. Адресация группы абонентов (Multicast Address)

ID + PROVIDER ID + SUBSCRIBER ID и локального адреса. К специальным типам адресов также относятся адреса, совместимые с IPv4. Первый тип относится к «совместимым» адресам, которые предназначены для туннелирования пакетов IPv6 через существующую инфраструктуру IPv4. Второй тип адресов отображает на IPv6 подмножество адресов IPv4 для тех устройств, которые не поддерживают новый протокол.

Широковещательный адрес благодаря использованию полей Flags и Scope может также использоваться более гибко. В четырехбитном поле Flags пока используется только младший бит для указания, является ли данный адрес постоянным и выделенным соответствующими организациями, ответственными за выдачу адресов, или используется единовременно. Поле Scope используется для ограничения области распространения широковещательных пакетов. Значения этого поля приведены в таблице 2.

Таблица 2.

0 Зарезервировано

1 Внутри узла

2 Внутри сегмента

5 Внутри локальной сети

8 Внутри организации

0Eh Глобальная

0Fh Зарезервировано

При рассмотрении возможностей, предоставляемых новым протоколом, может возникнуть вопрос, а зачем он все-таки нужен? Большинство функций либо уже имеются в IPv4, либо могут быть реализованы путем доработки соответствующих протоколов. Так, автоматическое выделение адресов производится при помощи протокола DHCP, адресный барьер преодолевается при помощи протокола NAT и т.д. и т.п. Однако разработка всех необходимых заплаток для протокола IPv4 потребовала бы не меньших (а то и больших) усилий, чем создание нового протокола «с чистого листа». Разумеется, лист был не совсем чистым, поскольку вопросы совместимости и совместной работы обоих протоколов имелись в виду с самого начала проектирования. В конце концов, Интернет все равно пришел бы к кризису дефицита адресов, так что заблаговременная разработка и постепенное внедрение протокола IPv6 были более чем уместны.

Для реализации перехода на новый протокол образовалась неформальная некоммерческая организация «6bone», включающая в себя более 100 организаций, в основном, сетевых провайдеров и университетов. Главная задача организации - создание инфраструктуры, позволяющей транспортировать пакеты стандарта IPv6 по всей сети Интернет. Как и существующая сегодня инфраструктура IPv4, она будет состоять из большого количества провайдеров и локальных сетей, объединенных в единую Сеть. В настоящее время в состав 6bone входят представители 41 страны, от США, Англии и Японии до Камеруна и Казахстана.

Необходимость создания такой инфраструктуры объясняется прежде всего тем, что без широкомасштабного тестирования и готовой инфраструктуры (или ее подобия) коммерческие провайдеры (и потребители, занимающиеся, в отличие от университетов, не исследованиями, а бизнесом) вряд ли будут охотно внедрять новый протокол. Таким образом, задачей сети 6bone не является организация параллельной инфраструктуры, а, скорее, тестирование и отработка методик взаимодействия «клиент-провайдер».

58. Протоколы внутренней маршрутизации (RIP, OSPF).

OSPF - внутренний протокол маршрутизации шлюзов.

Интернет состоит из сетей, управляемых разными организациями. Каждая такая сеть использует внутри свои алгоритмы маршрутизации и управления и называется автономной системой. Наличие стандартов позволяет преодолеть различия во внутренней организации автономных систем и обеспечить их совместное функционирование. Алгоритмы маршрутизации, применяемые внутри АС, называются внутренними протоколами шлюзов. Алгоритмы маршрутизации, применяемые для маршрутизации между АС, называются внешними протоколами шлюзов.

Изначально в качестве внутреннего протокола шлюзов использовался протокол по вектору расстояния (RIP). Этот протокол работал хорошо, пока автономная система была небольшой. Однако по мере роста АС он начинал работать все хуже и хуже. Проблемы «счетчика до бесконечности» и медленная сходимость не получили удовлетворительного решения. В 1979 году он был замещен протоколом маршрутизации по состоянию каналов. В 1988 году инженерный комитет Internet принял решение о разработке нового алгоритма маршрутизации. Этот алгоритм, названный OSPF - Open Shortest Path First, стал стандартом в 1990 году.

На основе имеющегося опыта был составлен длинный список требований к протоколу:

1. Прежде всего, алгоритм должен быть опубликован в открытой литературе (отсюда «open»).

2. он не должен быть собственностью какой-либо компании.

3. он должен уметь работать с разными метриками: расстоянием, пропускной способностью, задержкой и т.п. Он должен быть динамическим, т.е. реагировать на изменении в топологии сети автоматически и быстро.

4. он должен поддерживать разные виды сервиса, поддерживать маршрутизацию для трафика в реальном времени одним способом, а для других типов трафика - другим. В IP-пакете есть поле Type of service, которое не использовалось существующими в то время протоколами.

5. он должен обеспечивать балансировку нагрузки и при необходимости разделять потоки по разным каналам. Все предыдущие протоколы использовали только один канал - наилучший.

6. он должен поддерживать иерархию. К 1988 году Интернет стал столь большим, что ни один маршрутизатор был уже не в состоянии хранить всю топологию. Поэтому новый протокол должен быть сконструирован так, чтобы по нему мог бы работать не один маршрутизатор.

7. должна быть усилена безопасность маршрутизаторов для защиты от злоумышленников. Наконец, надо было позаботиться о том, чтобы позволить маршрутизаторам общаться с помощью туннелирования.

OSPF поддерживает три вида соединений и сетей:

1. Точка-точка между двумя маршрутизаторами

2. Сети с множественным доступом и вещанием (большинство ЛВС)

3. Сети с множественным доступом без вещания (например, региональные сети с коммутацией пакетов)

На рисунке 5-50 (a) показаны все три вида сетей. Отметим, что хосты не играют никакой роли в OSPF. OSPF абстрагируется от конкретных сетей, маршрутизаторов и хостов в форме ориентированного графа, каждая дуга в котором имеет вес, представляющий собой задержку, расстояние и т.п. В этом графе находится кратчайший путь на основе весов дуг. Последовательный канал между узлами представляют две дуги, которые могут иметь разный вес. Сеть с множественным доступом представляет узел, соединенный с маршрутизаторами этой сети дугами с весом 0, часто опускаемыми на рисунках. На рисунке 5-50 (b) показан такой граф.

Рисунок 5-50. Три вида сетей в OSPF и их представление в виде графа

Многие АС сами по себе представляют большие сети. OSPF позволяет разбивать их на области, где каждая область - это либо сеть, либо последовательность сетей. Области не пересекаются. Есть маршрутизаторы, которые не принадлежат никакой области. Область - обобщение понятия подсети. Вне области ее топология не видна.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)