Коммуникационный протокол IPv6

Проблемы, с которыми в начале 90-х годов столкнулись разработчики и пользователи Интернета, базирующегося на протоколах TCP/IP, привели к осознанию необходимости разработки новой версии протокола IP – протокола IPv6, который должен обеспечить достижение следующих целей:

· создание масштабируемой системы адресации, обеспечивающей поддержку миллиардов хостов даже при неэффективном использовании адресного пространства;

· уменьшение таблиц маршрутизации и упрощение протокола для ускорения обработки пакетов маршрутизаторами;

· предоставление гарантий качества транспортных услуг при передаче неоднородного трафика, в частности, при передаче данных реального времени;

· более надёжное обеспечение безопасности - аутентификации и конфиденциальности;

· возможность сосуществования старого и нового протоколов;

· возможность развития протокола в будущем.

Основными особенностями протокола IPv6 являются следующие.

1. Длина IP-адреса увеличена до 16 байт, что предоставляет пользователям практически неограниченное адресное пространство

2. Упрощена структура заголовка, содержащего всего 7 полей (вместо 13 в протоколе Ipv4), что позволяет маршрутизаторам быстрее обрабатывать пакеты, то есть повышает их производительность.

3. Улучшена поддержка необязательных параметров, так как в новом заголовке требуемые прежде поля стали необязательными, а изменённый способ представления необязательных параметров ускоряет обработку пакетов в маршрутизаторах за счёт пропуска не относящихся к ним параметров.

4. Улучшена система безопасности.

5. Предусмотрена возможность расширения типов (классов) предоставляемых услуг, которые могут появиться в результате ожидаемого роста мультимедийного трафика.

Адресация в IPv6

Необходимость расширения адресного пространства в сетях TCP/IP была одной из основных целей перехода на новую версию протокола IP.

Для этого длина IP-адреса была увеличена до 16 байт или 128 бит, что предоставляет пользователям практически бесконечное адресное пространство – более чем 1038 адресов.

В протоколе IPv6 вместо двухуровневой (как в IPv4) иерархии адресов используется четырёхуровневая:

· 3 уровня используются для идентификации сетей;

· 1 уровень используется для идентификации узла сети.

Для записи 16-байтовых адресов используется шестнадцатеричная форма (вместо десятичной формы в протоколе IPv4), причём каждые 4 шестнадцатеричные цифры отделяются друг от друга двоеточием:

АВ25:164:0:Е12В:6:0:С2С4:1234

BDA5::3217:19:0:F084.

Как видно из представленных примеров, при записи адреса допускается ряд упрощений:

· вместо 4-х нулей записывается только один нуль: 0 вместо 0000;

· можно опускать незначащие нули в начале каждого четырёхсимвольного поля адреса: 164 вместо 0164 или 6 вместо 0006;

· если в адресе имеется длинная последовательность нулей, то запись можно сократить, заменив в ней все нули двоеточием, причём двоеточие может употребляться только один раз:

СF18: 35::67:5, что соответствует адресу СF18: 35:0:0:0:0:67:5;

· для сетей, использующих обе версии (IPv4 и IPv6) протокола разрешается использовать традиционную десятичную запись IPv4 в 4-х младших байтах, например: ::ВАС2:192.85.1.6.

В протоколе IPv6 предусмотрено 3 типа IP-адресов (рис.4.50):

· индивидуальный адрес (unicast), определяющий уникальный идентификатор отдельного интерфейса оконечного узла или маршрутизатора;

· групповой адрес (multicast), аналогичный групповому адресу IPv4, идентифицирует группу интерфейсов, относящихся, как правило, к разным узлам;

· адрес произвольной рассылки (anycast) – новый тип адреса, назначаемый только интерфейсам маршрутизатора и определяющий группу интерфейсов, к одному из которых доставляется пакет с таким адресом, как правило, «ближайшему» в соответствии с метрикой, используемой протоколами маршрутизации.

Индивидуальные IP-адреса могут быть трёх типов (рис.4.50):

· глобальный агрегируемый уникальный адрес, являющийся основным подтипом индивидуального адреса, основанные на агрегировании для упрощения маршрутизации;

· адрес обратной петли, играющий ту же роль, что и адрес 127.0.0.1 протокола IPv4 и имеющий вид: 0:0:0:0:0:0:0:1;

· неопределённый адрес, состоящий из одних нулей и являющийся аналогом адреса 0.0.0.0 протокола IPv4.

Рассмотрим структуру глобального агрегируемого уникального адреса (рис.4.51).

Поле FP (Format Prefix – префикс формата) определяет формат адреса и для рассматриваемого типа имеет значение 001.

Следующие поля описывают три уровня идентификации сетей:

· TLA (Top-Level Aggregation – агрегирование верхнего уровня) предназначено для нумерации сетей самых крупных поставщиков услуг; небольшое количество разрядов (13 двоичных разрядов) позволяют ограничить количество таких сетей числом 8196 и, следовательно, ограничить размер таблиц маршрутизации и ускорить работу магистральных маршрутизаторов; следующие 8 разрядов за полем TLA зарезервированы на будущее для его расширения;

· NLA – (Next-Level Aggregation – агрегирование следующего уровня) предназначено для нумерации средних и мелких поставщиков услуг;

· SLA – (Site-Level Aggregation – агрегирование местного уровня) предназначено для нумерации подсетей, находящихся в распоряжении одного администратора, который может формировать адреса, состоящие из идентификатора подсети SLA и идентификатора интерфейса IdInt, без согласования с поставщиком услуг.

Поле IdInt – идентификатор интерфейса является аналогом номера узла в протоколе IPv4, но в отличие от него содержит физический (локальный) адрес интерфейса (например, МАС-адрес или адрес Х.25), а не произвольно назначенный номер узла. В этом случае отпадает необходимость в протоколе ARP и в ручном конфигурировании конечных узлов. Кроме того, теряет смысл использование масок для разделения сетей на подсети, в то время как объединение сетей приобретает особое значение.

Для того чтобы узлы, поддерживающие протокол IPv6, могли передавать пакеты через сеть IPv4, разработан специальный подтип адресов, которые переносят адрес IPv4 в младших 4-х байтах адреса IPv6, а в 12 старших байтах содержат нули (рис.4.52).

Для передачи пакетов IPv4 через подсети, работающие по протоколу IPv6 предназначен IPv4-отображённый IPv6-адрес (рис.4.53), содержащий в первых десяти байтах нули, а в двух последующих байтах – единицы, которые показывают, что данный узел поддерживает только протокол IPv4.

Структура пакета IPv6

Структура пакета IPv6 (рис.4.54) существенно отличается от пакета IPv4. Это проявляется, прежде всего, в возможности наличия нескольких заголовков – кроме основного заголовка, который всегда присутствует, пакет может иметь несколько дополнительных заголовков, которые могут содержать информацию, необходимую для качественной передачи пакета.

В качестве дополнительных заголовков могут использоваться следующие:

· заголовок маршрутизации, содержащий полный маршрут при маршрутизации от источника;

· заголовок фрагментации, содержащий информацию о фрагментации исходного IP-пакета;

· заголовок аутентификации, содержащий информацию, необходимую для аутентификации конечных узлов и обеспечения целостности содержимого IP-пакетов;

· заголовок системы безопасност и, содержащий информацию, необходимую для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных путём шифрования пакетов;

· специальные параметры, необходимые для обработки пакетов в процессе передачи по сети;

· параметры получателя, содержащие дополнительную информацию для узла назначения.

Такая структура пакета IPv6 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с пакетом IPv4:

· меньше нагрузка на маршрутизаторы, поскольку все дополнительные заголовки обрабатываются только в конечных узлах;

· б о льшая функциональность и открытость для внедрения новых механизмов протокола IP за счёт использования большого количества дополнительных параметров.