Протокол IPv6. Формат пакета.

Формат заголовка пакета IPv6 приведен на рис. 10.1.

- поле Версии, значение 0110;

- поле «Класс трафика» (Traffic Class);

- поле заголовка IPv6 «Метка потока» (Flow Label);

- поле «Длина поля нагрузки» (Payload Length);

- поле «Следующего заголовка» (Next Header);

- поля «Ограничения переходов» (Hop Limit);

- поля Адреса источника информации и Адреса назначения;

- поле данных.

Рис. 10.1 - Формат заголовка пакета IPv6

Расширенные (дополнительные) заголовки (рис. 10.2).

Рис. 10.2 -Расширенные (дополнительные) заголовки IPv6

 

Преимущества IPv6по сравнению с IPv4:

- расширенная IP адресация;

- легкое агрегирование префиксов адресов;

- конечный узел может иметь несколько IP-адресов поверх одного физического соединения;

- обеспечение переадресации частных адресов в общедоступные (публичные) и обратно без использования транслятора NAT;

- повышение производительности маршрутизации;

- обеспечение подвижной связи и более высокий уровень безопасности передаваемой информации;

Адреса версии IPv6

АдресIPv6 состоит из 8 блоков по 16 двоичных разрядов. Каждый блок представлен в виде четырех шестнадцатеричных чисел.

Префикс адреса (64 бита)	Идентификатор интерфейса (64 бита)
127 64	63 0

Рис. 10.3 - Формат адреса IPv6

Блоки разделяются двоеточием:

 

Н-р, 2001:0000:7ee5:d947:0009:01c5:6b9f:00c4. Впереди стоящие нули могут быть пропущены: Н-р, 2001:0:7ee5:d947:9:1c5:6b9f:c4 Несколько нулей подряд в адресе IPv6 могут быть заменены двойным двоеточием, например, адрес 2001:0:0:0:0:0:0:c4 может быть представлен 2001::c4.

Два двоеточия подряд могут быть использованы только один раз.

Адреса версии IPv6 являются иерархическими, также, как и IPv4. Младшие разряды задают номер узла (идентификатор интерфейса), а старшие разряды - для задания префикса адреса, т.е. (номера) сети, подсети.

Длина префикса может находиться в диапазоне от 0 до 128. В большинстве случаев префикс составляет /64, т.е. сетевая часть адреса составляет 64 бита. Оставшиеся 64 бита идентифицируют интерфейс или узел сети.

Поле префикса формата версии IPv6 имеет размер 3 бита. Адреса версии IPv6 могут начинаться либо с шестнадцатеричной цифры 2 (0010), либо 3 (0011). В настоящее время организация IANA задает три старших разряда адреса IPv6 в шестнадцатеричном коде в виде 200, т.е. все адреса начинаются с цифры 2.

IANA в настоящее время определяет 12 старших битов адреса IPv6 (0010 0000 0000). Следующие 12 разрядов адреса идентифицируют регионального регистратора RIR. Оставшиеся два шестнадцатеричных числа второго блока адреса IPv6 идентифицируют крупных сетевых операторов.

В протоколе IPv6 адрес 2001:0DB8::/32 зарезервирован для использования в документации и в примерах.

Старшие 32 двоичных разряда адреса (рис. 10.4) образуют префикс провайдера /32 (2001:0db8).

Рис. 10.4 -Префиксы формата адреса IPv6

 

Третий блок образует префикс глобальной маршрутизации или, по-другому, префикс сайта/48. Префикс глобальной маршрутизации/48 обычно выделяется интернет -регистратором крупным корпоративным сетям, но может назначаться и индивидуальным пользователям. Например, адрес 2001:db8:a:1:2:b3ff:fe18:a1d7 представлен с описанием функций его отдельных разрядов на рис. 10.5.

 

	10d	b8	000a		0002:b3ff:fe18:a1d7
IANA	Регистратор	ISP	Сайт	ID подсети (16 бит)	Идентификатор (ID) интерфейса (64 бит)
Префикс глобальной маршрутизации (префикс сайта /48)

Рис. 10.5 - Поля адреса IPv6

 

Четвертый блок адреса (0001) задает адрес подсети внутри сайта, т.е. используется для адресации подсетей пользователя.

Последние 4 блока шестнадцатеричного адреса (0002:b3ff:fe18:a1d7) на рис.10.5 составляют идентификатор интерфейса.

Идентификатор интерфейса может быть сконфигурирован вручную администратором или задан динамически, например, с использованием механизма расширенного уникального идентификатора EUI-64 (Extended Unique Identifier). При задании МАС-адреса в поле идентификатора интерфейса механизм EUI-64 расширяет 48 бит MAC-адреса до 64 битов рис. 10.6.

 

Рис. 10.6 -Формирование идентификатора интерфейса из MAC-адреса

 

Старшие 24 двоичных разряда идентификатора интерфейса представляют собой уникальный идентификатор организации (OUI), выпускающей сетевое оборудование. В процессе создания идентификатора интерфейса с использованием механизма EUI-64 старший седьмой бит инвертируется (00:0С:В3? 02:0С::В3). В двоичном коде:

0000 0000:0000 1100:1011 0011? 0000 0010:0000 1100:1011 0011. Младшие 24 двоичных разряда являются уникальным идентификатором устройства.

 

Типы адресов IPv6

Протокол IPv6 предусматривает 3 типа адресов:

- Индивидуальный (unicast) - идентифицирует интерфейс устройства. Адрес источника сообщения всегда должен быть индивидуальным;

- Групповой (multicast) - реализует многоадресный режим передачи;

- Произвольный (anycast) - назначается нескольким.

Индивидуальные адреса IPv6. Протокол IPv6 предусматривает несколько типов индивидуальных адресов:

- специальные адреса;

- глобальные индивидуальные адреса;

- локальные адреса канала.

Специальные адреса:

1. Адрес логического интерфейса loopback::1/128 или ::1 протокола IPv6 аналогичен адресу 127.0.0.1 протокола IPv4. Он служит для самотестирования, когда проверяется, установлен ли стек протоколов TCP/IP.

2. Неопределенный адрес::/128 или :: протокола IPv6 в некоторых случаях используется в качестве адреса источника в пакете, когда источнику еще не назначен постоянный индивидуальный адрес.

3. Встроенные адреса IPv4 необходимы на период перехода от IPv4 к IPv6.

Глобальные индивидуальные адреса IPv6 являются уникальными во всей сети Интернет. Также как уникальные адреса IPv4 они либо назначаются администратором статически, либо присваиваются динамически.

Глобальный индивидуальный адрес IPv6 состоит из трех частей рис.10.7:

- префикса глобальной маршрутизации (48 старших бит адреса)

- идентификатора подсети (16 бит)

-идентификатора интерфейса (64 младших бита адреса).

 

1. Префикс глобальной маршрутизации	Идентификатор подсети	Идентификатор интерфейса
48 бит	16 бит	64 бита

Рис. 10.7 - Три части адреса IPv6

 

Глобальные индивидуальные адреса могут либо назначаться администратором статически, либо динамически (автоматически).

Статическое конфигурирование интерфейсов IPv6 аналогично IPv4 и сводится к заданию адресов, включению интерфейсов, конфигурированию DCE на последовательных соединениях. Например, конфигурирование интерфейсов Cisco-маршрутизатора А сети IPv6 (рис. 10.8). Префикс глобальной маршрутизации 2001:db8:a/48, подсети 1, 2, 3, 4.

Рис. 10.8 -Пример адресов интерфейсов сети IPv6

R-A(config)#int g0/0R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:1::1/64R-A(config-if)#no shutdownR-A(config-if)#int s0/0/1R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:2::1/64R-A(config-if)#clock rate 64000R-A(config-if)#no shutdown

При автоматическом назначении глобальных индивидуальных адресов IPv6 используются три варианта:

1.Авто конфигурирование без сохранения состояния адреса, когда адресную информацию (значение префикса, адрес шлюза по умолчанию) устройство получает от маршрутизатора;

2. Всю адресную информацию устройство получает от сервера DHCP;

3. Гибридная.

В первом случае используются сообщения «Объявления маршрутизатора IPv6», которые маршрутизатор IPv6 рассылает периодически каждые 200 секунд в режиме многоадресной групповой рассылки. Для ускорения получения адресной информации устройство может послать «Запрос маршрутизатора IPv6», ответ на который приходит немедленно.

Во втором случае сервер DHCPv6 назначает устройству полный глобальный адрес, включающий префикс и идентификатор интерфейса.

Третий случай - часть адресной информации (префикс) узел получает от маршрутизатора, а дополнительную, например, адрес DNS - от сервера DHCPv6.

Маршрутизация IPv6 включается после формирования команды ipv6 unicast-routing в режиме глобального конфигурирования:

R-A(config)#ipv6 unicast-routing

Локальные индивидуальные адреса канала используются для обмена сообщениями внутри подсети (локального канала), где они должны быть уникальными. Пакеты с локальными адресами канала не могут пересылаться в другие подсети. Локальные индивидуальные адресаканала могут быть назначены администратором вручную или динамически, когда устройство автоматически создает его без обращения к серверу DHCP.

Локальные индивидуальные адреса канала назначаются из диапазона FE80::/10 - FEBF::/10. В двоичном коде эти адреса будут следующие: 1111 1110 10 00 0000 - 1111 1110 10 11 1111. Для локальных индивидуальных адресов канала обычно используется префикс FE80::/64 с идентификатором интерфейса, сгенерированным случайным образом или созданным механизмом EUI-64 (рис. 10.9).

 

Рис. 10.9 -Локальные индивидуальные адреса канала

Локальный МАС-адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня.

Динамическое назначение локальных индивидуальных адресов IPv6 производится даже тогда, когда глобальный адрес IPv6 не назначен. Шлюзу по умолчанию назначается локальный адрес маршрутизатора (рис. 10.10).

Рис. 10.10 -Обмен сообщениями внутри локального канала

Локальные адреса используются:

- адресации шлюза по умолчанию;

- обмена сообщениями протоколов маршрутизации;

- адреса следующего перехода в таблицах маршрутизации.

Локальные адреса IPv6 могут быть получены динамически или сконфигурированы вручную. Например, ниже приведен результат конфигурирования, когда локальные адреса были получены динамически:

R-А#show ipv6 interface briefGigabitEthernet0/0 [up/up]FE80::260:47FF:FE9A:1A01 2001:DB8:A:1::1...Serial0/0/1 [up/up]FE80::20A:F3FF:FEB5:CE02 2001:DB8:A:2::1Vlan1 [administratively down/down]

На каждом интерфейсе установлен как локальный, так и глобальный адрес.

Локальные адреса могут быть заданы администратором вручную:

R-А(config)#int g0/0R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-localR-А(config-if)#int s0/0/1R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-local Проверку состояния интерфейсов маршрутизатораIPv6 можно проводить с помощью ряда команд: show running-config, show interfaces, show ipv6 interface brief, show ipv6 route.

Групповые адреса IPv6 используются только в качества адреса назначения и не могут быть адресами источника. Они имеют префикс FF00::/8 и классифицируются на:

- присвоенные групповые адреса;

- групповые адреса запрошенного узла.

Присвоенный групповой адрес FF02::1 используется для передачи сообщений всем узлам, имеющим такой адрес.

Присвоенный групповой адрес FF02::2 используется для передачи сообщений всем маршрутизаторам, которым присваивается такой адрес. Технология вступает в действие после ввода команды:

Router(config)#ipv6 unicast-routing Групповой адрес FF02::2 используется устройствами при формировании запросов маршрутизаторам. Многоадресный режим широко используется для обмена маршрутной информацией между маршрутизаторами. Например, такие адреса протоколов IPv4 и IPv6 приведены в табл. 10.1.Таблица 10.1 - Адреса многоадресного режима

Протокол	IPv4 (multicast)	IPv6 (multicast)
OSPF	224.0.0.5	FF02::5
OSPF	224.0.0.6	FF02::6
RIP-2	224.0.0.9	FF02::9
EIGRP	224.0.0.10	FF02::A

 

Групповой адрес запрошенного узла. Многоадресные сообщения на адрес FF02::1 позволяют реализовать широковещательные (broadcast) передачи, поскольку передача сообщения идет всем узлам в сети. Для сокращения трафика может использоваться групповой адрес запрашиваемого узла (multicast), когда объединяется префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6.

Контрольные вопросы:

1. Кто назначает логические адреса интерфейсам маршрутизаторов и конечным узлам сети?

2. Сколько двоичных разрядов содержат логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4, IPv6?

3. Какой адрес используется для самотестирования?

4. Для чего нужны сетевые маски?

5. Как представлены адреса версии IPv6?

6. Какие типы индивидуальных адресов используются в IPv6-сетях?

7. Каковы три составляющих индивидуального глобального адреса?

8. Из какого диапазона назначаются локальные индивидуальные адреса канала? Для чего они нужны?

9. Какой используется адрес для передачи сообщения всем узлам в сети?

10. Какой используется адрес для передачи сообщения всем маршрутизаторам в сети?

11. Какую команду необходимо использовать, чтобы маршрутизатор начал функционировать в режиме IPv6?

12. Для чего используется многоадресная рассылка запрошенного узла?

13. Назначение и функционирование команды traceroute?