IPv6 - Краткое руководство

Интернет-протокол версии 6 - это новый протокол адресации, разработанный с учетом всех требований будущего Интернета, известных нам как Интернет-версия 2. Этот протокол, как и его предшественник IPv4, работает на сетевом уровне (уровень-3). Помимо огромного количества логического адресного пространства, этот протокол имеет множество функций, которые устраняют сегодняшний недостаток IPv4.

Почему новая версия IP?

До сих пор IPv4 зарекомендовал себя как надежный протокол маршрутизации и десятилетиями служил человечеству своим механизмом максимальной доставки. Он был разработан в начале 80-х и после этого не претерпел серьезных изменений. На момент своего зарождения Интернет был ограничен лишь несколькими университетами для проведения исследований и Министерством обороны. IPv4 имеет длину 32 бита, что дает около 4 294 967 296 (2 ³² ) адресов. В то время этого адресного пространства считалось более чем достаточно. Ниже приведены основные моменты, которые сыграли ключевую роль в рождении IPv6:

• Интернет растет в геометрической прогрессии, и адресное пространство, разрешенное IPv4, становится насыщенным. Существует требование протокола, который может удовлетворить потребность в будущих интернет-адресах, которые, как ожидается, будут неожиданно расти.

• Использование таких функций, как NAT, сделало Интернет несмежным, т.е. одна часть, которая принадлежит интрасети, в основном использует частные IP-адреса; который должен пройти через ряд механизмов, чтобы достичь другой части, Интернета, который находится на общедоступных IP-адресах.

• IPv4 сам по себе не предоставляет никаких функций безопасности, которые были бы уязвимы, поскольку данные в Интернете, который является общественным достоянием, никогда не являются безопасными. Перед отправкой в ​​Интернет данные должны быть зашифрованы с помощью другого приложения безопасности.

• Приоритизация данных в IPv4 устарела. Хотя в IPv4 есть несколько битов, зарезервированных для типа обслуживания или качества обслуживания, они не обеспечивают большой функциональности.

• Клиенты с поддержкой IPv4 могут быть настроены вручную, или им нужен какой-то механизм настройки адреса. Не существует способа, позволяющего настроить устройство на глобальный уникальный IP-адрес.

Почему не IPv5?

До настоящего времени Интернет-протокол распознавался только с IPv4. Версии от 0 до 3 использовались, пока сам протокол находился в стадии разработки и экспериментального процесса. Таким образом, мы можем предположить, что многие фоновые действия останутся активными до того, как протокол будет запущен в производство. Аналогичным образом, версия протокола 5 использовалась при экспериментах с потоковым протоколом для Интернета. Он известен нам как протокол Интернет-потока, в котором для инкапсуляции дейтаграммы использовался Интернет-протокол номер 5. Он хоть и не был введен в общественное пользование, но уже использовался.

Вот таблица версий IP и их использования:

Краткая история

После разработки IPv4 в начале 80-х, доступный пул адресов IPv4 начал быстро сокращаться, так как спрос на адреса экспоненциально рос вместе с Интернетом. Принимая во внимание ситуацию, которая может возникнуть, в 1994 году IETF инициировал разработку протокола адресации для замены IPv4. Прогресс IPv6 можно отслеживать с помощью опубликованного RFC:

• 1998 - RFC 2460 - Базовый протокол

• 2003 - RFC 2553 - API базовых сокетов

• 2003 - RFC 3315 - DHCPv6

• 2004 - RFC 3775 - мобильный IPv6

• 2004 - RFC 3697 - Спецификация этикеток потока

• 2006 - RFC 4291 - Архитектура адреса (пересмотр)

• 2006 - RFC 4294 - требования к узлу

6 июня 2012 г. некоторые интернет-гиганты решили перевести свои серверы на IPv6. В настоящее время они используют механизм двойного стека для реализации IPv6 параллельно с IPv4.

Преемник IPv4 не имеет обратной совместимости. В попытке сохранить основные функции IP-адресации, IPv6 полностью переработан. Он предлагает следующие функции:

• Larger Address Space:

  В отличие от IPv4, IPv6 использует в 4 раза больше битов для адресации устройства в Интернете. Эта большая часть дополнительных битов может обеспечить приблизительно 3,4 × 10 ³⁸ различных комбинаций адресов. Этот адрес может накапливать агрессивные требования выделения адресов почти для всего в этом мире. По оценкам, на каждый квадратный метр этой земли можно выделить 1564 адреса.

• Simplified Header:

  Заголовок IPv6 был упрощен за счет перемещения всей ненужной информации и параметров (которые присутствуют в заголовке IPv4) в конец заголовка IPv6. Заголовок IPv6 всего в два раза больше, чем IPv4, при условии, что адрес IPv6 в четыре раза длиннее.

• End-to-end Connectivity:

  Каждая система теперь имеет уникальный IP-адрес и может перемещаться через Интернет без использования NAT или других компонентов преобразования. После полной реализации IPv6 каждый хост может напрямую подключиться к другому хосту в Интернете с некоторыми ограничениями, такими как брандмауэр, политики организации и т. Д.

• Auto-configuration:

  IPv6 поддерживает как режим автоматической конфигурации с отслеживанием состояния, так и режим автоматической конфигурации без отслеживания состояния своих хост-устройств. Таким образом, отсутствие DHCP-сервера не останавливает межсегментную связь.

• Faster Forwarding/Routing:

  Упрощенный заголовок помещает всю ненужную информацию в конец заголовка. Вся информация в первой части заголовка достаточна для того, чтобы маршрутизатор мог принять решение о маршрутизации, поэтому решение о маршрутизации принимается так же быстро, как и при просмотре обязательного заголовка.

• IPSec:

  Первоначально было решено, что IPv6 должен иметь безопасность IPSec, что делает его более безопасным, чем IPv4. Эта функция теперь стала необязательной.

• No Broadcast:

  Хотя Ethernet / Token Ring считаются широковещательной сетью, потому что они поддерживают широковещательную передачу, IPv6 больше не поддерживает широковещательную передачу. Он использует многоадресную рассылку для связи с несколькими хостами.

• Anycast Support:

  Это еще одна характеристика IPv6. IPv6 представил режим Anycast для маршрутизации пакетов. В этом режиме нескольким интерфейсам через Интернет назначается один и тот же IP-адрес Anycast. Маршрутизаторы при маршрутизации отправляют пакет в ближайший пункт назначения.

• Mobility:

  IPv6 был разработан с учетом функции мобильности. Эта функция позволяет хостам (например, мобильному телефону) перемещаться по разным географическим зонам и оставаться на связи с одним и тем же IP-адресом. Функция мобильности IPv6 использует преимущества автоматической настройки IP и заголовков расширений.

• Enhanced Priority support:

  Если IPv4 использовал 6-битный DSCP (дифференциальная точка кода обслуживания) и 2-битный ECN (явное уведомление о перегрузке) для обеспечения качества обслуживания, но его можно было использовать только в том случае, если сквозные устройства поддерживают его, то есть источник и место назначения устройство и базовая сеть должны его поддерживать.

  В IPv6 класс трафика и метка потока используются для указания базовым маршрутизаторам, как эффективно обрабатывать пакет и маршрутизировать его.

• Smooth Transition:

  Схема большого IP-адреса в IPv6 позволяет выделять устройства с глобально уникальными IP-адресами. Это гарантирует, что механизм сохранения IP-адресов, например NAT, не требуется. Таким образом, устройства могут отправлять / получать данные между собой, например, VoIP и / или любые потоковые медиа могут использоваться очень эффективно.

  Другой факт: заголовок менее загружен, поэтому маршрутизаторы могут принимать решение о пересылке и пересылать их так же быстро, как они прибывают.

• Extensibility:

  Одним из основных преимуществ заголовка IPv6 является то, что его можно расширять, добавляя дополнительную информацию в части параметров. IPv4 предоставляет только 40 байт для параметров, тогда как параметры в IPv6 могут быть равны размеру самого пакета IPv6.

В компьютерных сетях режим адресации относится к механизму адресации хоста в сети. IPv6 предлагает несколько типов режимов, с помощью которых можно адресовать одиночный хост, можно адресовать сразу несколько хостов или можно адресовать хост на ближайшем расстоянии.

Unicast

В одноадресном режиме адресации интерфейс IPv6 (хост) однозначно идентифицируется в сегменте сети. Пакет IPv6 содержит IP-адреса источника и назначения. Интерфейс хоста снабжен IP-адресом, уникальным для данного сегмента сети. Сетевой коммутатор или маршрутизатор при получении одноадресного IP-пакета, предназначенного для одного хоста, отправляет его на один из своих исходящих интерфейсов, который подключается к этому конкретному хосту.

Многоадресная рассылка

Режим многоадресной рассылки IPv6 такой же, как и в IPv4. Пакет, предназначенный для нескольких хостов, отправляется по специальному многоадресному адресу. Все хосты, заинтересованные в этой многоадресной информации, должны сначала присоединиться к этой многоадресной группе. Все интерфейсы, которые присоединились к группе, получают пакет многоадресной рассылки и обрабатывают его, в то время как другие хосты, не заинтересованные в пакетах многоадресной рассылки, игнорируют информацию многоадресной рассылки.

Anycast

IPv6 представил новый тип адресации, который называется адресацией Anycast. В этом режиме адресации нескольким интерфейсам (хостам) назначается один и тот же IP-адрес Anycast. Когда хост хочет связаться с хостом, оснащенным IP-адресом Anycast, отправляет одноадресное сообщение. С помощью сложного механизма маршрутизации одноадресное сообщение доставляется на ближайший к Отправителю хост с точки зрения стоимости маршрутизации.

Давайте возьмем пример веб-серверов TutorialPoints.com, расположенных на всех континентах. Предположим, что всем веб-серверам назначен один IPv6 Anycast IP-адрес. Теперь, когда пользователь из Европы хочет получить доступ к TutorialsPoint.com, DNS указывает на сервер, который физически расположен в самой Европе. Если пользователь из Индии попытается связаться с Tutorialspoint.com, DNS будет указывать на веб-сервер, физически расположенный только в Азии. Термины «Ближайший» или «Самый близкий» используются в терминах стоимости маршрутизации.

На изображении выше, когда клиентский компьютер пытается связаться с сервером, запрос пересылается на сервер с наименьшей стоимостью маршрутизации.

Шестнадцатеричная система счисления

Прежде чем вводить формат адреса IPv6, мы рассмотрим шестнадцатеричную систему счисления. Шестнадцатеричная система счисления - это позиционная система счисления, в которой используется основание системы счисления 16. Для представления значений в читаемом формате эта система использует символы 0-9 для представления значений от нуля до девяти и символ AF для представления значений от десяти до пятнадцати. Каждая цифра в шестнадцатеричном формате может представлять значения от 0 до 15.

Структура адреса

Адрес IPv6 состоит из 128 бит, разделенных на восемь блоков по 16 бит. Затем каждый блок преобразуется в 4-значные шестнадцатеричные числа, разделенные двоеточием.

Например, ниже представлен 128-битный IPv6-адрес, представленный в двоичном формате и разделенный на восемь 16-битных блоков:

0010000000000001 0000000000000000 0011001000110100 1101111111100001 0000000001100011 0000000000000000 0000000000000000 1111111011111011

Затем каждый блок преобразуется в шестнадцатеричный и разделяется символом ':':

2001: 0000: 3238: DFE1: 0063: 0000: 0000: FEFB

Даже после преобразования в шестнадцатеричный формат IPv6-адрес остается длинным. IPv6 предоставляет некоторые правила для сокращения адреса. Вот эти правила:

Rule:1 Отбросить ведущий ноль (а):

В блоке 5, 0063 два ведущих нуля могут быть опущены, например (5-й блок):

2001: 0000: 3238: DFE1: 63: 0000: 0000: FEFB

Rule:2 Если два или более блока содержат последовательные нули, опустите их все и замените двойным двоеточием ::, например (6-й и 7-й блок):

2001: 0000: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

Последовательные блоки нулей могут быть заменены только один раз на :: поэтому, если в адресе все еще есть блоки нулей, их можно уменьшить до одного нуля, например (2-й блок):

2001: 0: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

ID интерфейса

IPv6 имеет три разных типа схемы одноадресного адреса. Вторая половина адреса (последние 64 бита) всегда используется для идентификатора интерфейса. MAC-адрес системы состоит из 48 битов и представлен в шестнадцатеричном формате. MAC-адрес считается уникальным во всем мире. Идентификатор интерфейса использует эту уникальность MAC-адресов. Хост может автоматически настраивать свой идентификатор интерфейса, используя формат расширенного уникального идентификатора IEEE (EUI-64). Сначала хост делит свой собственный MAC-адрес на две 24-битные половины. Затем 16-битное шестнадцатеричное значение 0xFFFE помещается в эти две половины MAC-адреса, в результате чего получается 64-битный идентификатор интерфейса.

Глобальный одноадресный адрес

Этот тип адреса эквивалентен общедоступному адресу IPv4. Глобальные одноадресные адреса в IPv6 можно идентифицировать глобально и однозначно адресовать.

Префикс глобальной маршрутизации: 48 битов старшего разряда обозначаются как префикс глобальной маршрутизации, который назначается конкретной автономной системе. Три старших бита префикса глобальной маршрутизации всегда имеют значение 001.

Link-локальный адрес

Автоматически настраиваемый IPv6-адрес известен как локальный адрес канала. Этот адрес всегда начинается с FE80. Первые 16 бит адреса Link-Local всегда имеют значение 1111 1110 1000 0000 (FE80). Следующие 48 бит устанавливаются в 0, таким образом:

Адреса Link-Local используются для связи между хостами IPv6 только по каналу (сегменту широковещательной рассылки). Эти адреса не маршрутизируются, поэтому Маршрутизатор никогда не пересылает эти адреса за пределы канала.

Уникальный локальный адрес

Этот тип IPv6-адреса является уникальным в глобальном масштабе, но его следует использовать для локальной связи. Этот адрес имеет вторую половину идентификатора интерфейса, а первая половина делится между префиксом, локальным битом, глобальным идентификатором и идентификатором подсети.

Префикс всегда имеет значение 1111 110. Бит L, который устанавливается в 1, если адрес назначен локально. Пока значение 0 бита L не определено. Поэтому уникальный локальный IPv6-адрес всегда начинается с «FD».

Объем одноадресных IPv6-адресов:

Область локального адреса ссылки ограничена сегментом. Уникальные локальные адреса являются локально глобальными, но не маршрутизируются через Интернет, что ограничивает их область действия границей организации. Адреса Global Unicast уникальны и узнаваемы во всем мире. Они должны составить основу адресации Internet v2.

Версия 6 имеет немного более сложную структуру IP-адреса, чем IPv4. IPv6 зарезервировал несколько адресов и нотаций адресов для специальных целей. См. Таблицу ниже:

Специальные адреса:

• Как показано в таблице выше, адрес 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0/128 ни на что не указывает и считается неуказанным адресом. После упрощения все нули сжимаются до :: / 128.

• В IPv4 адрес 0.0.0.0 с сетевой маской 0.0.0.0 представляет маршрут по умолчанию. Та же концепция также применяется к IPv6, адрес 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 с сетевой маской, все 0 представляют маршрут по умолчанию. После применения простого правила IPv6 этот адрес сжимается до :: / 0.

• Адреса обратной связи в IPv4 представлены сериями от 127.0.0.1 до 127.255.255.255. Но в IPv6 только адрес 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1/128 представляет адрес обратной связи. После простой обработки адреса обратной петли его можно представить как :: 1/128.

Зарезервированный адрес многоадресной рассылки для протоколов маршрутизации:

• В приведенной выше таблице показаны зарезервированные адреса многоадресной рассылки, используемые протоколом внутренней маршрутизации.

• Все адреса зарезервированы аналогично IPv4.

Зарезервированный многоадресный адрес для маршрутизаторов / узлов:

• Эти адреса помогают маршрутизаторам и хостам взаимодействовать с доступными маршрутизаторами и хостами в сегменте без настройки адреса IPv6. Хосты используют автоконфигурацию на основе EUI-64 для самостоятельной настройки адреса IPv6, а затем общаются с доступными хостами / маршрутизаторами в сегменте с помощью этих адресов.

Чудо IPv6 заключается в его заголовке. Адрес IPv6 в 4 раза больше, чем IPv4, но заголовок IPv6 всего в 2 раза больше, чем у IPv4. Заголовки IPv6 имеют один фиксированный заголовок и ноль или более дополнительных (расширенных) заголовков. Вся необходимая информация, важная для маршрутизатора, хранится в фиксированном заголовке. Заголовок расширения содержит дополнительную информацию, которая помогает маршрутизаторам понять, как обрабатывать пакет / поток.

Фиксированный заголовок

Фиксированный заголовок IPv6 имеет длину 40 байт и содержит следующую информацию.

SN	Поле и описание
1	Version (4 бита): представляет версию Интернет-протокола, то есть 0110.
2	Traffic Class(8 бит): эти 8 бит разделены на две части. 6 старших битов используются для типа обслуживания, который сообщает маршрутизатору, какие услуги должны быть предоставлены этому пакету. 2 младших бита используются для явного уведомления о перегрузке (ECN).
3	Flow Label(20 бит): эта метка используется для поддержания последовательного потока пакетов, принадлежащих связи. Источник помечает последовательность, которая помогает маршрутизатору определить, что этот пакет принадлежит определенному потоку информации. Это поле помогает избежать переупорядочения пакетов данных. Он предназначен для потоковой передачи мультимедиа в реальном времени.
4	Payload Length(16 бит): это поле используется, чтобы сообщить маршрутизаторам, сколько информации этот пакет содержит в своей полезной нагрузке. Полезная нагрузка состоит из заголовков расширений и данных верхнего уровня. С 16 битами может быть указано до 65535 байтов, но если заголовки расширения содержат заголовок расширения по этапам, то полезная нагрузка может превышать 65535 байтов, и это поле устанавливается в 0.
5	Next Header(8 бит): это поле используется для указания либо типа заголовка расширения, либо, если заголовок расширения отсутствует, то указывает PDU верхнего уровня. Значения для типа PDU верхнего уровня такие же, как у IPv4.
6	Hop Limit(8 бит): это поле используется для остановки бесконечного цикла пакета в сети. То же, что и TTL в IPv4. Значение поля Hop Limit уменьшается на 1 при прохождении ссылки (маршрутизатор / переход). Когда поле достигает 0, пакет отбрасывается.
7	Source Address (128 бит): в этом поле указывается адрес отправителя пакета.
8	Destination Address (128 бит): в этом поле указан адрес предполагаемого получателя пакета.

Заголовки расширений

В IPv6 фиксированный заголовок содержит только необходимую информацию и исключает информацию, которая либо не требуется, либо используется редко. Вся такая информация помещается между фиксированным заголовком и заголовком верхнего уровня в виде заголовков расширения. Каждый заголовок расширения идентифицируется отдельным значением.

Когда используются заголовки расширения, поле следующего заголовка фиксированного заголовка IPv6 указывает на первый заголовок расширения. Если есть еще один заголовок расширения, то поле Next-Header первого заголовка расширения указывает на второй и так далее. Поле Next-Header последнего заголовка расширения указывает на заголовок верхнего уровня. Таким образом, все заголовки от точки к следующей в виде связного списка.

Если поле «Следующий заголовок» содержит значение 59, это означает, что после этого заголовка нет заголовка, даже заголовка верхнего уровня.

Следующие заголовки расширений должны поддерживаться в соответствии с RFC 2460:

Последовательность заголовков расширений должна быть следующей:

Эти заголовки:

• 1. Должны обрабатываться Первым и последующими пунктами назначения.

• 2. Должен быть обработан Конечным пунктом назначения.

Заголовки расширений расположены один за другим в виде связного списка, как показано на схеме ниже:

В IPv4 хост, который хочет связаться с другим хостом в сети, должен сначала получить IP-адрес либо с помощью DHCP, либо с помощью ручной настройки. Как только хост снабжен каким-либо действующим IP-адресом, он теперь может разговаривать с любым хостом в подсети. Для связи на уровне 3 хост также должен знать IP-адрес другого хоста. Связь по каналу устанавливается с помощью встроенных аппаратных MAC-адресов. Чтобы узнать MAC-адрес хоста, чей IP-адрес известен, хост отправляет широковещательную передачу ARP, а в обратном направлении целевой хост отправляет обратно свой MAC-адрес.

В IPv6 нет механизма вещания. Хосту с включенным IPv6 не обязательно получать IP-адрес от DHCP или настраивать вручную, но он может автоматически настраивать свой собственный IP-адрес. Тогда как хост будет общаться с другими в сети с поддержкой IPv6?

ARP был заменен протоколом обнаружения соседей ICMPv6.

Протокол обнаружения соседей

Хост в сети IPv6 может автоматически настраиваться с использованием уникального локального адреса канала. Как только он получает IPv6-адрес, он присоединяется к ряду многоадресных групп. Все коммуникации, относящиеся к этому сегменту, происходят только по этим групповым адресам. Хост в IPv6 проходит ряд состояний:

• Neighbor Solicitation: После настройки всех IPv6 вручную, DHCP-сервером или автоконфигурацией, хост отправляет сообщение Neighbor Solicitation на FF02 :: 1/16 многоадресного адреса для всех своих IPv6-адресов, чтобы знать, что никто другой не занимает то же самое. адреса.

• DAD (Duplicate Address Detection): Когда хост ничего не слушает из сегмента относительно своего сообщения Neighbor Solicitation, он предполагает, что в этом сегменте нет повторяющегося адреса.

• Neighbor Advertisement: После назначения адресов своим интерфейсам и их настройки и запуска хост снова отправляет сообщение Neighbor Advertisement, сообщающее всем остальным хостам в сегменте, что он назначил эти IPv6-адреса своим интерфейсам.

После того, как хост завершил настройку своих IPv6-адресов, он выполняет следующие действия:

• Router Solicitation: Хост отправляет многоадресный пакет запроса маршрутизатора (FF02 :: 2/16) в своем сегменте, чтобы узнать о наличии любого маршрутизатора в этом сегменте. Это помогает хосту настроить маршрутизатор в качестве шлюза по умолчанию. Если его маршрутизатор шлюза по умолчанию выходит из строя, хост может переключиться на новый маршрутизатор и сделать его шлюзом по умолчанию.

• Router Advertisement: Когда маршрутизатор получает сообщение запроса маршрутизатора, он отвечает хосту, объявляя о своем присутствии на этом канале.

• Redirect: Это может быть ситуация, когда маршрутизатор получает запрос запроса маршрутизатора, но знает, что это не лучший шлюз для хоста. В этой ситуации маршрутизатор отправляет обратно сообщение перенаправления, сообщающее хосту, что доступен лучший маршрутизатор «следующего перехода». Следующий переход - это место, где хост будет отправлять свои данные, предназначенные для хоста, который не принадлежит к тому же сегменту.

В IPv4 адреса создавались в классах. Классовые адреса IPv4 четко определяют биты, используемые для сетевых префиксов, и биты, используемые для хостов в этой сети. Для подсети в IPv4 мы играем с классовой сетевой маской по умолчанию, которая позволяет нам заимствовать бит хоста для использования в качестве битов подсети. В результате получается несколько подсетей, но меньше хостов в подсети. То есть, когда мы заимствуем бит хоста для создания подсети, использование которой для адресов хоста обходится нам в меньший бит.

Адреса IPv6 используют 128 бит для представления адреса, который включает биты, которые будут использоваться для разделения на подсети. Вторая половина адреса (младшие 64 бита) всегда используется только для узлов. Следовательно, нет никакого компромисса, если мы подсеть сеть.

16 бит подсети эквивалентны сети IPv4 класса B. Используя эти биты подсети, организация может иметь более 65 тысяч подсетей, что намного более чем достаточно.

Таким образом, префикс маршрутизации - / 64, а часть хоста - 64 бита. Тем не менее, мы можем дополнительно подсеть сеть за пределами 16 бит идентификатора подсети, заимствуя бит хостов, но рекомендуется всегда использовать 64 бита для адресов хостов, поскольку для автоматической настройки требуется 64 бита.

Подсети IPv6 работают по той же концепции, что и маскирование подсети переменной длины в IPv4.

Префикс / 48 может быть назначен организации, предоставляя ей преимущество наличия до / 64 префиксов подсети, то есть 65535 подсетей, каждая из которых имеет 2 ⁶⁴ узла. Префикс A / 64 может быть назначен двухточечному соединению, когда на ссылке есть только два хоста (или устройства с поддержкой IPv6).

Одна из проблем при полном переходе с IPv4 на IPv6 заключается в том, что IPv6 не имеет обратной совместимости. Это приводит к ситуации, когда сайт либо находится на IPv6, либо нет. В отличие от реализации новой технологии, в которой более новая имеет обратную совместимость, поэтому старая система может работать с новой без каких-либо дополнительных изменений.

Чтобы преодолеть этот недостаток, существует несколько технологий, которые можно использовать для медленного и плавного перехода от IPv4 к IPv6:

Маршрутизаторы с двойным стеком

Маршрутизатор может быть установлен с адресами IPv4 и IPv6, настроенными на его интерфейсах, указывающих на сеть соответствующей IP-схемы.

На приведенной выше диаграмме сервер, для которого настроен IPv4, а также IPv6-адрес, теперь может общаться со всеми хостами в сети IPv4 и сети IPv6 с помощью Dual Stack Router. Маршрутизатор с двойным стеком может обмениваться данными с обеими сетями и предоставляет хостам среду для доступа к серверу без изменения соответствующей версии IP.

Туннелирование

В сценарии, когда на промежуточном пути или в транзитной сети существуют разные версии IP, туннелирование обеспечивает лучшее решение, при котором данные пользователя могут проходить через неподдерживаемую версию IP.

На приведенной выше диаграмме показано, как две удаленные сети IPv4 могут обмениваться данными через туннель, где транзитная сеть находилась на IPv6. Обратное также возможно, если транзитная сеть находится на IPv6, а удаленные сайты, которые намереваются взаимодействовать, находятся на IPv4.

Трансляция протокола NAT

Это еще один важный метод перехода на IPv6 с помощью устройства с поддержкой NAT-PT (преобразование сетевых адресов - преобразование протоколов). С помощью устройства NAT-PT фактическое преобразование происходит между пакетами IPv4 и IPv6 и наоборот. См. Схему ниже:

Хост с адресом IPv4 отправляет запрос на сервер с включенным IPv6 в Интернете, который не понимает адрес IPv4. В этом случае им может помочь устройство NAT-PT. Когда хост IPv4 отправляет пакет запроса на сервер IPv6, устройство / маршрутизатор NAT-PT разделяет пакет IPv4, удаляет заголовок IPv4, добавляет заголовок IPv6 и передает его через Интернет. Когда для хоста IPv4 приходит ответ от сервера IPv6, маршрутизатор делает наоборот.

Когда хост подключен к одному каналу или сети, он получает IP-адрес, и все коммуникации происходят с использованием этого IP-адреса в этом соединении. Как только тот же хост меняет свое физическое местоположение, то есть перемещается в другую область / подсеть / сеть / канал, его IP-адрес изменяется соответствующим образом, и все коммуникации, происходящие на хосте с использованием старого IP-адреса, прекращаются.

Мобильность IPv6 обеспечивает механизм, который дает хосту возможность перемещаться между различными ссылками без потери связи / соединения и своего IP-адреса.

В этой технологии задействовано несколько организаций:

• Mobile Node: Устройство, которому требуется мобильность IPv6.

• Home Link: Эта ссылка настроена с префиксом домашней подсети, и именно здесь устройство Mobile IPv6 получает свой домашний адрес.

• Home Address: Это адрес, который Mobile Node получает от Home Link. Это постоянный адрес Mobile Node. Если мобильный узел остается в том же домашнем канале, связь между различными объектами происходит как обычно.

• Home Agent: Это маршрутизатор, который действует как регистратор для мобильных узлов. Домашний агент подключен к Home Link и хранит информацию обо всех мобильных узлах, их домашних адресах и текущих IP-адресах.

• Foreign Link: Любая другая ссылка, которая не является домашней ссылкой мобильного узла.

• Care-of Address: Когда мобильный узел подключается к внешней ссылке, он получает новый IP-адрес подсети этой внешней ссылки. Домашний агент хранит информацию как о домашнем, так и о временном адресе. Мобильному узлу может быть назначено несколько адресов для обслуживания, но в любом случае только один адрес для обслуживания имеет привязку с домашним адресом.

• Correspondent Node: Любое устройство с поддержкой IPv6, которое намеревается иметь связь с Mobile Node.

Мобильность Операция

Когда мобильный узел остается в своем домашнем канале, все коммуникации происходят по его домашнему адресу. Как показано ниже:

Когда мобильный узел покидает домашнюю ссылку и подключается к какой-либо внешней ссылке, в игру вступает функция мобильности IPv6. После подключения к Foreign Link Mobile Node получает IPv6-адрес от Foreign Link. Этот адрес называется адресом для передачи. Мобильный узел отправляет запрос привязки своему домашнему агенту с новым адресом для передачи. Домашний агент связывает домашний адрес мобильного узла с вспомогательным адресом, создавая туннель между ними.

Каждый раз, когда узел-корреспондент пытается установить соединение с мобильным узлом (по своему домашнему адресу), домашний агент перехватывает пакет и пересылает его на адрес для передачи мобильного узла через туннель, который уже был установлен.

Оптимизация маршрута

Когда узел-корреспондент инициирует связь, отправляя пакеты мобильному узлу по домашнему адресу, эти пакеты туннелируются на мобильный узел домашним агентом. В режиме оптимизации маршрута, когда мобильный узел получает пакет от узла-корреспондента, он не пересылает ответы домашнему агенту. Скорее он отправляет свой пакет непосредственно на узел-корреспондент, используя домашний адрес в качестве адреса источника. Этот режим не является обязательным и по умолчанию не используется.

Принципы маршрутизации остались прежними в случае IPv6, но почти все протоколы маршрутизации были соответственно переопределены. В разделе «Связь в сегменте IPv6» мы видели, как хост общается со своим шлюзом. Маршрутизация - это процесс пересылки маршрутизируемых данных с выбором лучшего маршрута из нескольких доступных маршрутов или пути к месту назначения. Маршрутизатор - это устройство, которое пересылает данные, которые ему явно не предназначены.

Существует две формы протоколов маршрутизации.

• Distance Vector Routing Protocol: Маршрутизатор, использующий протокол вектора расстояния, объявляет свои подключенные маршруты и изучает новые маршруты от своих соседей. Стоимость маршрутизации для достижения пункта назначения рассчитывается с помощью переходов между источником и пунктом назначения. Маршрутизатор обычно полагается на своего соседа для выбора наилучшего пути, также известного как «маршрутизация по слухам». RIP и BGP - это протоколы вектора расстояния.

• Link-State Routing Protocol: Этот протокол подтверждает состояние канала и сообщает его соседям. Информация о новых ссылках поступает от одноранговых маршрутизаторов. После того, как вся информация о маршрутизации сведена воедино, протокол маршрутизации по состоянию канала использует собственный алгоритм для вычисления наилучшего пути ко всем доступным каналам. OSPF и IS-IS - это протоколы маршрутизации по состоянию канала, и оба они используют алгоритм Дейкстры Shortest Path First.

Протоколы маршрутизации можно разделить на две категории:

• Interior Routing Protocol: Протоколы в этой категории используются в автономной системе или организации для распределения маршрутов между всеми маршрутизаторами внутри ее границ. Примеры: RIP, OSPF.

• Exterior Routing Protocol: В то время как протокол внешней маршрутизации распределяет информацию о маршрутизации между двумя разными автономными системами или организациями. Примеры: BGP.

Протоколы маршрутизации

• RIPng

  RIPng означает протокол маршрутной информации следующего поколения. Это протокол внутренней маршрутизации и протокол вектора расстояния. RIPng был обновлен для поддержки IPv6.

• OSPFv3

Open Shortest Path First версии 3 - это протокол внутренней маршрутизации, который модифицирован для поддержки IPv6. Это протокол состояния канала, который использует алгоритм Djikrasta's Shortest Path First для расчета наилучшего пути ко всем пунктам назначения.

• BGPv4

  BGP означает протокол пограничного шлюза. Это единственный доступный открытый стандартный протокол внешнего шлюза. BGP - это протокол Distance Vector, который использует автономную систему в качестве метрики расчета, а не количество маршрутизаторов в качестве Hop. BGPv4 - это обновление BGP для поддержки маршрутизации IPv6.

Протоколы изменены для поддержки IPv6:

• ICMPv6: Протокол управляющих сообщений Интернета версии 6 - это усовершенствованная реализация ICMP для соответствия требованиям IPv6. Этот протокол используется для диагностических функций, сообщений об ошибках и информационных сообщений, а также в статистических целях. Протокол обнаружения соседей ICMPv6 заменяет ARP и помогает обнаруживать соседей и маршрутизаторы в канале.

• DHCPv6: Протокол динамической конфигурации хоста версии 6 является реализацией DHCP. Хотя хостам с поддержкой IPv6 не требуется какой-либо DHCPv6-сервер для получения IP-адреса, поскольку их можно настроить автоматически. Им также не нужен DHCPv6 для обнаружения DNS-сервера, поскольку DNS можно обнаружить и настроить с помощью протокола обнаружения соседей ICMPv6. Однако для предоставления этой информации можно использовать DHCPv6 Server.

• DNS: Новой версии DNS не было, но теперь она оснащена расширениями, обеспечивающими поддержку запросов адресов IPv6. Добавлена ​​новая запись AAAA (quad-A) для ответа на сообщения запроса IPv6. Теперь DNS может отвечать с обеими версиями IP (4 и 6) без каких-либо изменений в формате запроса.

IPv4 с 1982 года является бесспорным лидером Интернета. С исчерпанием адресного пространства IPv4 IPv6 теперь берет на себя контроль над Интернетом, который называется Интернет2.

IPv4 широко распространен, и переход на IPv6 будет нелегким. Пока IPv6 может проникнуть в адресное пространство IPv4 менее чем на 1%.

8 июня 2011 года мир отметил «Всемирный день IPv6» с целью полностью протестировать IPv6-адрес через Интернет. 6 июня 2012 года интернет-сообщество официально запустило IPv6. В этот день все интернет-провайдеры, предлагающие IPv6, должны были включить его в общественное достояние и оставить его включенным. Все производители устройств также участвовали в предложении IPv6 по умолчанию на устройствах.

Это был шаг к тому, чтобы побудить интернет-сообщество перейти на IPv6.

Организациям предоставляется множество способов перехода с IPv4 на IPv6. Кроме того, организация, желающая протестировать IPv6 перед полной миграцией, может одновременно использовать IPv4 и IPv6. Сети с различными версиями IP могут обмениваться данными, и пользовательские данные могут быть туннелированы для перехода на другую сторону.

Будущее IPv6

Интернет с поддержкой IPv6 версии 2 заменит сегодняшний Интернет с поддержкой IPv4. Когда Интернет был запущен с IPv4, развитые страны, такие как США и Европа, использовали большее пространство IPv4 для развертывания Интернета в своих странах с учетом будущих потребностей. Но Интернет взорвался повсюду, достигнув и связав все страны мира, увеличивая потребность в адресном пространстве IPv4. В результате до сих пор в США и Европе осталось много адресного пространства IPv4, а такие страны, как Индия и Китай, обязаны удовлетворить свои потребности в IP-пространстве посредством развертывания IPv6.

Большая часть развертывания IPv6 выполняется за пределами США и Европы. Индия и Китай продвигаются к переходу всего своего пространства на IPv6. Китай объявил о пятилетнем плане развертывания под названием China Next Generation Internet.

После 6 июня 2012 года все основные интернет-провайдеры были переведены на IPv6, а остальные продолжают переходить.

IPv6 обеспечивает достаточное адресное пространство и предназначен для расширения возможностей современных Интернет-услуг. Многофункциональный Интернет с поддержкой IPv6 версии 2 может дать больше, чем ожидалось.