Cisco 200-125 CCNA v3.0 koolitus. Päev 24. IPv6 protokoll

Täna uurime IPv6 protokolli. Eelmise CCNA kursuse versioon ei nõudnud selle protokolli põhjalikku tundmist, kuid kolmandas versioonis 200-125 on selle süvendatud õppimine eksami sooritamiseks kohustuslik. IPv6 protokoll loodi juba üsna ammu, kuid pikka aega ei leidnud see laialdast kasutust. See on väga oluline interneti edasise arengu jaoks, kuna see on loodud IPv4 protokollis esinenud puuduste kõrvaldamiseks.

Kuna IPv6 protokoll on üsna ulatuslik teema, jagasin selle kaheks videoloenguks: Päev 24 ja Päev 25. Esimesel päeval räägime peamistest mõisted, ning teisel vaatame, kuidas seadistada IP-aadresse IPv6 protokolli järgi Cisco seadmetes. Täna vaatame, nagu tavaliselt, kolme teemat: vajadus IPv6 järele, IPv6 aadresside formaat ja IPv6 aadresside tüübid.

Meie õppetundides oleme seni kasutanud IP-aadresse protokolli v4 järgi, ja olete harjunud, et need näevad välja üsna lihtsalt. Kui näete seda slaidi, mõistate hästi, millest on jutt.

Kuid v6 IP-aadressid näevad välja hoopis teistsugused. Kui te ei ole tuttav selle versiooni interneti protokolli aadresside loomise põhimõttega, siis üllatab teid esmalt see, et selline tüüpi IP-aadress võtab palju ruumi. Neljandas versioonis oli meil ainult 4 kümnendikku numbrit, ja need olid kõik lihtsad, kuid kujutage ette, et peate nimetama härra X tema uue IP-aadressi, mis on 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.

Kuid ärge muretsege – selle videoloengu lõpus oleme palju paremas olukorras. Vaatame kõigepealt, miks tekkis vajadus IPv6 kasutamise järele.

Tänapäeval kasutab enamik inimesi IPv4 ja on sellega üsna rahul. Miks siis oli vajalik minna üle uuele versioonile? Esiteks koosnevad 4. versiooni IP-aadressid 32 bitist. See võimaldab luua internetis umbes 4 miljardit aadressi, st täpne IP-aadresside arv on 2^32. IPv4 loomise ajal arvasid arendajad, et seda arvu on rohkem kui piisavalt. Kui te mäletate, jagunevad selle versiooni aadressid 5 klassiks: rakendatavad klassid A, B, C ja reserveeritud klassid D (multicast) ja E (uurimised). Kuigi töötavate IP-aadresside arv oli vaid 75% neljast miljardist, olid protokolli loojaid veendunud, et neid jätkub kogu inimkonnale. Kuid koos interneti kiire arenguga on viimastel aastatel hakkanud vaba IP-aadresside puudus järjest rohkem tunduma, ja kui mitte NAT-tehnoloogia kasutamine, oleks vabad IPv4 aadressid ammu otsa saanud. Tegelikult kujunes NAT selle interneti protokolli päästjaks. Just seetõttu tekkis vajadus uue versiooni loomise järele, mis ei kannata 4. versiooni puudusi. Võite küsida, miks mindi 4. versioonilt otse 6. versioonile. See on seotud sellega, et 5. versioon, nagu ka versioonid 1, 2 ja 3, olid katsetused.

Seega on IPv6 IP-aadressidel 128-bitine aadressiruum. Kui arvatakse, et kui palju IP-aadresse on võimalikke? Tõenäoliselt ütlete: „neljakordselt!“ Kuid see ei ole tõsi, kuna 234 on juba neli korda suurem kui 232. Seega on väärtus 2128 uskumatult suur – see on 340282366920938463463374607431768211456. Just nii palju IP-aadresse on saadaval IPv6 protokolli kaudu. See tähendab, et saate määrata IP-aadressi kõigile, mida soovite: oma autole, telefonile, nutikelladele. Kaasaegne inimene võib omada sülearvutit, mitut nutitelefoni, nutikella, nutikat kodu — internetiga ühendatud televiisorit, internetiga ühendatud pesumasinat, tervet maja, mis on seotud Internetiga. Selline adresseerimise hulk võimaldab ellu viia „asjade internethi“ kontseptsiooni, mida toetab Cisco. See tähendab, et teie elus on kõik asjad ühendatud internetiga ja igal neist on oma IP-aadress. IPv6 abil on see võimalik! Iga inimene maailmas võib kasutada oma seadmetele miljoneid selle versiooni aadresse, ja ikkagi jääb liiga palju vabu. Me ei suuda ennustada, kuidas tehnoloogia areneb, kuid loodame, et inimkond ei jõua ajani, mil Maal on jäänud vaid üks arvuti. Võib oletada, et IPv6 püsib kaua-kaua. Vaatame, milline on kuuenda versiooni IP-aadressi formaat.

Need aadressid kuvatakse 8 rühmana heksadesimaalnumbrist. See tähendab, et iga aadressi märk on 4-bitis, seega koosneb iga 4 märki rühm 16 bitist ja kogu aadress on 128 bitine. Iga 4 märgi rühm eraldatakse järgmise rühmaga koolonitega, erinevalt IPv4 aadressidest, kus rühmad olid eraldatud punktidega, sest punkt on kümnendkujuliste numbrite esitusviis. Kuna sellise aadressi meeles pidamine pole kerge, on olemas mitu reeglit, mis võimaldavad seda lühendada. Esimene reegel ütleb, et rühmad, mis koosnevad ainult nullidest, saab asendada topeltsümboliga. Sellist operatsiooni saab iga IP-aadressi puhul teha ainult üks kord. Vaatame, mida see tähendab.

Nagu näha, on antud näites aadressil kolm rühma, milles on neli nulli. Rühmi 0000:0000:0000 eraldavate kaksteistkümne osa koguarv on 2. Seetõttu, kui kasutada kahtkordset kaksteistkümmet ::, tähendab see, et antud aadressi osas on nullide rühmad. Kuidas siis teada, kui palju nullide rühmi kahtkordne kaksteistkümme tähistab? Kui vaadata aadressi lühendatud vormi, võib kokku lugeda 5 rühma, milles on neli märki. Kuid kuna teame, et täis aadress koosneb 8 rühmast, tähendab see, et kahtkordne kaksteistkümme tähistab 3 rühma, milles on neli nulli. See on esimene reegel aadressi lühendatud vormi kohta.

Teine reegel ütleb, et iga rühma algseid nullide võib visata välja. Näiteks näeb 6. rühm täis aadressi vormis välja nagu 04FF, aga selle lühendatud vorm on 4FF, kuna oleme algse nulli välja jätnud. Seega märgistus 4FF ei tähenda midagi muud kui 04FF.

Käies nende reeglite järgi, saab lühendada igat IP-aadressi. Siiski, isegi pärast lühendamist ei tundu see aadress tõeliselt lühike. Hiljem vaatame, mida selle probleemiga teha, praegu lihtsalt mäletage neid 2 reeglit.

Vaatame, mida kujutavad endast IPv4 ja IPv6 aadresside päised.

See pilt, mille ma Internetist võtsin, selgitab väga hästi kahe päise vahet. Nagu näete, on IPv4 aadressi päis palju keerulisem ja sisaldab rohkem teavet kui IPv6 päis. Kui päis on keeruline, kulutab ruuter selle töötlemiseks rohkem aega, et võtta vastu marsruutimisotsuseid, seega töötavad kuue versiooni lihtsamate IP-aadresside kasutamisel ruuterid efektiivsemalt. Seetõttu on IPv6 palju parem kui IPv4.

IPv4 päise pikkus on vahemikus 0 kuni 31 bitti, see hõivab 32 bitti. Ilma viidates viimasest reast Options ja Padding on versiooni 4 IP-aadress 20-baidi aadress, mis tähendab, et selle minimaalne suurus on 20 baidi. Kuue versiooni aadressi pikkusel ei ole minimaalset suurust, selle aadressil on fikseeritud pikkus 40 baidi.

IPv4 päises on alguses versioon, seejärel IHL päise pikkus. Vaikimisi on see 20 baiti, kuid kui päises on täiendav teave, nagu Options, võib see olla pikem. Kui kasutada Wiresharki, saab lugeda versiooni väärtust 4 ja IHL väärtust 5, mis tähendab, et seal on viis vertikaalset blokki, igaühes 4 bitti (32 bitti), välja arvatud Options plokk.

Teenuse tüüp Type of Service näitab paketi iseloomu – näiteks häälpakett või andmepakett, kuna häältrafik on prioriteet teiste liikide üle. Ütlemiseks lühidalt, see väli näitab liikluse prioriteeti. Kokku pikkus Total Length on päise pikkus 20 baiti pluss kasuliku koormuse pikkus, mis on edastatavad andmed. Kui see on 50 baiti, siis kokku pikkus on 70 baiti. Paketi identifitseerimine Identification on mõeldud paketi terviklikkuse kontrollimiseks, kasutades päise kontrollsummat Header Checksum. Kui pakett on jagatud 5 ossa, peab igal neist olema sama identifikaator – fragmendi nihke Fragment Offset, mis võib olla vahemikus 0 kuni 4, samas kui iga paketi fragment peab olema sama nihke väärtusega. Lipud näitavad, kas fragmendi nihked on lubatud. Kui te ei soovi, et andmed fragmenteeritaks, seadke DF lipp – don’t fragment. On olemas ka MF lipp – more fragment. See tähendab, et kui esimene pakett on jagatud viieks osaks, siis teisele pakettidele määratakse 0, mis tähendab – rohkem osasid ei ole! Samuti tähistatakse esimese paketi viimane fragment numbriga 4, nii et vastuvõttev seade saab paketi hõlpsasti deassambleerida, st defragmentida.

Pöörake tähelepanu sellele slaidil kasutatud värvidele. Punasega on märgitud väljad, mis on IPv6 päisest välja jäetud. Sinisega on näidatud parameetrid, mis on ülemineku käigus neljandast kuuesse protokolli muudetud kujul edasi antud. Kollased väljad jäid mõlemas versioonis muutumatuks. Roheline värv tähistab välja, mis ilmus esmakordselt ainult IPv6-s.

Identifitseerimise, lipud, fragmentide nihked ja pealkirja kontrollsumma välja jäeti, kuna tänapäeva andmeedastusolukordades fragmentimist ei toimu ja kontrollsumma kontrollimist ei nõuta. Aastaid tagasi, aeglase andmeedastuse ajal, oli fragmentimine üsna sage nähtus, kuid täna kasutatakse laialdaselt Ethernet'i standardit IEEE 802.3, mille MTU suurus on 1500 baiti, ja fragmentimine ei esine enam.

TTL ehk paketi eluaeg on tagasiminekuga loendur - kui eluaeg jõuab 0, visatakse pakk ära. Tegelikult on see maksimaalne hüpete arv, mille saab antud võrgus teha. Protokolli väli näitab, millist protokolli, TCP või UDP, võrgus kasutatakse.

Pealkirja kontrollsumma on aegunud parameeter, seega on see uue protokolli versioonist välja jäetud. Järgnevates väljades on 32-bitine allika aadress ja 32-bitine sihtaadress. Kui meil on mingit teavet Options reas, muutub IHL väärtus 5-lt 6-le, andes märku, et pealkirjas on täiendav väli.
IPv6 pealkirjas kasutatakse samuti versiooni Version, ning liikluse klass Traffic Class vastab IPv4 pealkirja teenindusvälja Type of Service. Voogumärgis Flow Label sarnaneb liikluse klassiga ja aitab lihtsustada homogeense pakettide voolu marsruutimist. Koormuse pikkus tähistab andmevälja pikkust, mis asub pealkirjast allpool. Pealkirja enda pikkus 40 bitti on konstantne ja seega ei mainita seda kuskil.

Järgmise pealkirja väli Next Header näitab, millise tüüpi pealkirja järgmine pakk omab. See on väga kasulik funktsioon, mis määratleb järgmise transpordiprotokolli tüübi - TCP, UDP jne, ja mida nõudlikult kasutatakse järgmistes andmeedastustehnoloogiate puhul. Isegi kui kasutate oma protokolli, saate kindlaks teha, milline protokoll on järgmine.

Hüpete piirmäär või Hop Limit on analoogne TTL-iga IPv4 pealkirjas, see on mehhanism, mis takistab marsruutimise tsüklit. Seejärel asuvad 128-bitised allika ja sihtaadressi välja. Kogu pealkirja suurus on 40 bitti. Nagu ma ütlesin, on IPv6 palju lihtsam kui IPv4 ja palju tõhusam ruuteri marsruudistusotsuste tegemiseks.
Vaatame IPv6 aadresse. Teame, et unicast on suunatud edastamine, kus üks seade on otse seotud teise seadmega ja mõlemad seadmed saavad omavahel suhelda. Multicast on laiekandeline edastamine, mis tähendab, et mitmed seadmed saavad samaaegselt suhelda ühe seadmega, mis omakorda võib samal ajal suhelda mitme seadmega. Selles mõttes sarnaneb multicast raadiokanali edastamisele, mille signaalid levivad kõikjal. Kui soovite kuulda kindlat kanalit, peate oma raadiot seadistama teatud sagedusele. Kui te ei mäleta, et videoõppes räägiti RIP-protokollist, siis teate, et see protokoll kasutab uuenduste edastamiseks laiekandese domeeni 255.255.255.255, millele on ühendatud kõik allvõrgud. Kuid need uuendused saavad ainult need seadmed, mis kasutavad RIP-protokolli.

Veel üks edastamise tüüp, mida IPv4-s ei esine, on Anycast. Seda kasutatakse siis, kui teil on mitu seadet, millel on sama IP-aadress, ja see võimaldab meetmete saatmist lähimale saajale saajate rühmas.

Internetis, kus meil on CDN-võrgud, saab tuua näiteks YouTube'i teenuse. Seda teenust kasutab palju inimesi üle maailma, kuid see ei tähenda, et kõik nad ühenduvad otse ettevõtte serveriga Kalifornias. YouTube'il on palju servereid üle kogu maailma, näiteks on minu India YouTube'i server Singapuris. Sarnasel viisil on IPv6 protokollil sisseehitatud mehhanism edastamise teostamiseks CDN-tehnoloogia kaudu geograafiliselt jaotatud võrgu struktuuri abil, see tähendab, et see kasutab Anycast-tehnoloogiat.

Nagu olete märganud, puudub siin veel üks edastamise tüüp, Broadcast, kuna IPv6 protokoll seda ei kasuta. Kuid Multicast selles protokollis toimib sarnaselt Broadcastile IPv4-s, kuid efektiivsemal viisil.

Kuuenda versiooni protokoll kasutab kolme aadressitüüpi: Link Local, Unique Site Local ja Global. Me peame meeles, et IPv4 puhul on igal liidesel ainult üks IP-aadress. Oletame, et meil on kaks ruuterit, mis on omavahel ühendatud, nii et igal ühenduse liidesel on ainult 1 IP-aadress. IPv6 kasutamisel saadab iga liides automaatselt Link Local tüüpi IP-aadressi. Need aadressid algavad FE80::/64.

Need IP-aadressid on mõeldud ainult kohalike ühenduste jaoks. Windowsi kasutajad tunnevad väga sarnaseid aadresse, nagu 169.254.X.X – need on aadressid, mis konfigureeritakse automaatselt IPv4 protokolli kaudu.

Kui arvuti pöördub DHCP serveri poole IP-aadressi saamiseks, kuid mingil põhjusel ei õnnestu ühendust luua, on Microsofti seadmetes mehhanism, mis võimaldab arvutil endale IP-aadressi ise määrata. Selle aadress on umbes selline: 169.254.1.1. Sarnane olukord tekib, kui meil on arvuti, lüliti ja ruuter. Oletame, et ruuter ei saanud IP-aadressi DHCP-serverilt ja määras automaatselt endale sama IP-aadressi 169.254.1.1. Pärast seda saadab ta lüliti kaudu võrku laiaulatusliku ARP-päringu, milles küsib, kas mõnel võrguseadmel on see aadress. Päringu saanud arvuti vastab: „Jah, mul on täpselt sama IP-aadress!“, pärast mida määrab ruuter endale uue juhusliku aadressi, näiteks 169.254.10.10, ja saadab jälle võrku ARP-päringu.

Kui keegi ei teata, et tal on sama aadress, jätab ta aadressi 169.254.10.10 endale. Nii saavad seadmed kohalikes võrkudes DHCP-serverit üldse mitte kasutada, jättes endale IP-aadresside automaatse määramise mehhanismi, et luua omavahel ühendus. Just selles seisneb IP-aadresside automaatkonfigureerimine, millega me oleme korduvalt kokku puutunud, kuid kunagi ei kasutanud.

Sarnasel viisil on protokollis IPv6 mehhanism, mis määrab Link Local tüüpi kohalikke IP-aadresse, mis algavad FE80::. Skript 64 tähendab aadresside võrgu ja hosti aadresside eraldamist. Samas esimesed 64 tähendavad võrku ja teised 64 – hosti.

FE80:: tähistab aadresse, mis on vormis FE80:0:0:0/ ja kus kaldkriipsu järel on hosti aadresside osa. Need aadressid ei ole meie seadme ja sellega ühendatud liidese jaoks identsed ning konfigureeritakse automaatselt. Samal ajal kasutab hosti osa MAC-aadressi. Nagu teada, on MAC-aadress 48-bitine IP-aadress, mis koosneb 6 plokist, igaühes 2 kuuekümnendlikku numbrit. Sellist süsteemi kasutab Microsoft, samas kui Cisco kasutab 3 plokki, kus igaühes on 4 kuuekümnendlikku numbrit.

Meie näites kasutame Microsofti järjestust 11:22:33:44:55:66. Kuidas määratakse seadme MAC-aadress? See numbrite järjestus hosti aadressis, mis esindab MAC-aadressi, jagatakse kaheks osaks: vasakul on kolm rühma 11:22:33, paremal kolm rühma 44:55:66 ja nende vahele lisatakse FF ja FE. Nii luuakse 64-bitine plokk IP-aadressist hostile.

Nagu teatakse, on järjestus 11:22:33:44:55:66 MAC-aadress, mis on iga seadme jaoks ainulaadne. Asetades kahe MAC-aadressi numbrigrupi vahele FF:FE, saame selle seadme ainulaadse IP-aadressi. Just nii luuakse Local Link'i tüüpi IP-aadress, mida kasutatakse ainult naabrite vahelise ühenduse loomiseks ilma spetsiaalse konfiguratsiooni ja serveriteta. Sellist IP-aadressi saab kasutada ainult ühe võrgu segmendi sees ja see ei saa olla väliseks kommunikatsiooniks väljaspool seda segmenti.

Järgmine aadressitüüp on Unique Site Local Scope, mis vastab IPv4 protokolli sisemistele (private) IP-aadressidele, nagu 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 ja 192.168.0.0/16. Põhjus, miks kasutatakse sisemisi private ja väliseid public IP-aadresse, seisneb NAT-tehnoloogias, millest me rääkisime eelmistel tundidel. Unique Site Local Scope on tehnoloogia, mis loob sisemisi IP-aadresse. Võite küsida: „Imran, sa ütlesid, et igal seadmel võib olla oma IP-aadress, seega oleme läinud IPv6-le,“ ja te oleksite täiesti õiged. Kuid mõned inimesed eelistavad kasutada sisemiste IP-aadresside kontseptsiooni turvalisuse kaalutlustel. Samuti kasutatakse NAT-i tulemüürina, ja välised seadmed ei saa suvaliselt ühendust luua seadmestiku, mis asub sisevõrgus, kuna neil on kohalikud IP-aadressid, mis pole välises Interneti-võrgus ligipääsetavad. Siiski toob NAT kaasa mitmeid probleeme, mis on seotud VPN-iga, näiteks protokolli ESP puhul. IPv4 protokolli turvalisuse tagamiseks kasutati IPSec-i, kuid IPv6 protokollis on sisseehitatud turvamehhanism, mistõttu on sisemiste ja väliste IP-aadresside vahelise ühenduse loomine väga lihtne.

IPv6-l on selle jaoks kaks erinevat aadressitüüpi: kui Unique Local aadressid vastavad IPv4 sisemistele IP-aadressidele, siis Global aadressid vastavad IPv4 välistele aadressidele. Paljud inimesed ei soovi üldse kasutada Unique Local tüüpi aadresse, teised aga ei saa ilma nendeta hakkama, nii et see on pideva vaidluse teema. Arvan, et saate palju rohkem kasu, kui kasutate ainult väliseid IP-aadresse, eelkõige kehtib see liikuvuse kohta. Näiteks on mu seadmel sama IP-aadress ükskõik kus ma olen – kas Bangalore'is või New Yorgis, seega ma saan oma seadmeid probleemideta kasutada igas maailma nurgas.

Nagu ma juba mainisin, on IPv6-l sisseehitatud turvamehhanism, mis võimaldab luua turvalise VPN-tunneli teie kontori asukoha ja teie seadmete vahel. Varem vajasime sellise VPN-tunneli loomiseks välist mehhanismi, kuid IPv6-s on see sisseehitatud standardmehhanism.

Kuna me arutasime täna piisavalt teemasid, lõpetan meie tunni, et jätkata interneti protokolli versiooni 6 arutelu järgmises videos. Kodutööna palun teil põhjalikult uurida, mis on kuueteistkümnendsüsteem, sest IPv6 mõistmiseks on väga oluline mõista binaarsüsteemi teisendamist kuueteistkümnendsüsteemi ja tagasi. Näiteks peaksite teadma, et 1111=F, jne; kui on küsimusi, pöörduge Google'i poole. Järgmises videos püüan koos teiega sellises teisenduses harjutada. Soovitan teil täna tehtud videotundi mitu korda üle vaadata, et teil ei jääks küsimusi arutatud teemade osas.

Aitäh, et olete meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Kas soovite näha rohkem huvitavat sisu? Toetage meid tellimuse esitamise või tuttavatele soovitamisega, 30% allahindlus Habr'i kasutajatele ainulaadsele sissetuleku tasemel serverile, mille oleme teie jaoks välja mõelnud: Kogu tõde VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 tuuma) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps alates $20 või kuidas õigesti serverit jagada? (saadaval RAID1 ja RAID10 variandid, kuni 24 tuuma ja kuni 40GB DDR4).

Dell R730xd kaks korda odavam? Ainult meie juures 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TB alates $199 Hollandis! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — alates $99! Lugege sellest Kuidas luua ettevõtte tasemel infrastruktuuri, kasutades Dell R730xd E5-2650 v4 servereid, mille hind on 9000 eurot, taskukohase hinna eest?

Allikas: habr.com