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

Täna uurime IPv6 protokolli. Eelmise CCNA kursuse versiooni ei olnud selle protokolliga süvitsi tutvumine vajalik, kuid kolmandas versioonis 200-125 on selle põhjalik tundmine eksami sooritamiseks kohustuslik. IPv6 protokoll loodi juba ammu, kuid pikka aega ei leidnud see laialdast rakendamist. See on interneti edasise arengu seisukohalt äärmiselt oluline, kuna selle eesmärk on kõrvaldada IPv4 protokolli laialdaselt levinud puudused.

Kuna IPv6 protokoll on üsna ulatuslik teema, jagasin selle kaheks videosessiooniks: Päev 24 ja Päev 25. Esimesel päeval keskendume peamistele mõistetele, kuid teisel arutame, kuidas seadistada IP-aadresse IPv6 protokolli alusel Cisco seadmetes. Täna vaatame nagu tavaliselt kolme teemat: IPv6 vajadus, IPv6 aadresside formaat ja IPv6 aadresside tüübid.

Siiani oleme meie tundides kasutanud IP-aadresse IPv4 protokolli alusel, ja olete harjunud, et need näevad välja üsna lihtsad. Kui nägite selles slaidis kujutatud aadressi, siis mõistsite kindlasti, millest jutt käib.

Kuid IP-aadressid v6 näevad hoopis teistsugused välja. Kui te ei ole tuttav selle versiooni interneti protokolli aadresside loomise põhimõtetega, siis esialgu üllatab teid, et selle tüüpi IP-aadress võtab väga palju ruumi. Neljandas versioonis oli meil ainult 4 kümnendikku numbrit, ja need olid kõik väga lihtsad, kuid kujutlege, et peate ütlema mingile härra X tema uus IP-aadress, mis on 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.

Kuid ärge muretsege – selle videosessiooni lõpuks oleme palju paremas positsioonis. Alustame siiski selgitusega, miks on vajalik IPv6 kasutamine.

Tänapäeval kasutavad enamik inimesi IPv4 ja on sellega üsna rahul. Miks siis oli vaja перейти uus versioonile? Esiteks koosneb IP-aadresside 4. versioon 32 bitist. See võimaldab luua internetis umbes 4 miljardit aadressi, täpne IP-aadresside arv on 232. IPv4 loomise ajal pidasid arendajad seda arvu piisavaks. Kui te mäletate, jagunevad selle versiooni aadressid 5 klassi: aktiivsed klassid A, B, C ning reserveeritud klassid D (multi-casting) ja E (uuringute jaoks). Seega, kuigi töötavate IP-aadresside hulk moodustas vaid 75% neljast miljardist, olid protokolli koostajad kindlad, et need on kogu inimkonnale piisavad. Kuid interneti kiire arengu tõttu hakkas iga aastaga vabanenud IP-aadresside hulk järsult vähenema, ja kui NAT-tehnoloogiat ei oleks kasutatud, oleks IPv4 vabad aadressid juba ammu otsa saanud. Tegelikult on NAT olnud selle interneti protokolli päästja. Just seetõttu oli vajalik luua uus versioon interneti protokollist, mis ei kannataks 4. versiooni puuduste all. Võite küsida, miks neljandast versioonist liikuda otse kuuesse. See on tingitud sellest, et versioon 5, nagu ka versioonid 1, 2 ja 3, olid eksperimentaalsed.

Nii et IP-aadressid v6 omavad 128-bitist aadressiruumi. Kuidas arvate, kui palju on võimalikku IP-aadresside hulka suurendatud? Tõenäoliselt ütlete: «4 korda!». Aga see ei ole tõsi, kuna 234 on 4 korda rohkem kui 232. Seega on väärtus 2128 uskumatult suur – see on 340282366920938463463374607431768211456. Just nii palju IP-aadresse on saadaval IPv6 protokollis. See tähendab, et saate määrata IP-aadressi kõigile, millele soovite: oma autole, telefonile, nutikellale. Kaasaegne inimene võib omada sülearvutit, mitut nutitelefoni, nutikelli, nutikat kodu – internetiühendusega televiisorit, internetiga ühendatud pesumasinat, kogu maja, mis on interneti võrku ühendatud. Nii suur aadresside hulk võimaldab ellu viia kontseptsiooni „asjade internet“, mida toetab Cisco. See tähendab, et teie elus on kõik asjad internetiga ühendatud ja igal neist on vaja oma IP-aadressi. IPv6 abil on see võimalik! Iga inimene Maa peal saab kasutada oma seadmete jaoks miljoneid selle versiooni aadresse ja sellest hoolimata jääb liiga palju vabu. Me ei saa ennustada, kuidas tehnoloogia arengud kulgevad, kuid võime loota, et inimkond ei jõua aega, mil Maal on ainult 1 arvuti. Võime eeldada, et IPv6 kestab veel kaua.

Need juba taldad on kujutatud 8 rühmas kuusnurkseid numbreid. See tähendab, et iga aadressi märk on pikkusega 4 bitti, seega koosneb iga 4 märgi rühm 16 bitist, ning kogu aadress on 128 bitti pikk. Iga 4 märgi rühm on eraldatud järgnevast rühmast kahe kooloniga, erinevalt IPv4 aadressidest, kus rühmad olid eraldatud punktidega, kuna punkt esindab numbreid kümnendkujul. Kuna sellise aadressi mäletamine on keeruline, on olemas mõned reeglid, mis võimaldavad selle lühendada. Esimene reegel ütleb, et rühmad, mis koosnevad ainult nullidest, saab asendada kahekordse kooloniga. Sarnast operatsiooni saab teostada iga IP-aadressiga vaid 1 kord. Vaadakem, mida see tähendab.

Nagu näete, on antud aadressis kolm rühma, mis koosnevad 4 nullist. Rühmade 0000:0000:0000 vaheline kokkuolek on 2 koolonit. Seega, kui kasutada kahekordset koolonit ::, tähendab see, et just seal aadressis on rühmad nullidest. Kuidas teada saada, kui palju rühmi nullidest tähistab see kahekordne koolon? Kui vaadata aadressi lühendatud vormi, saab kokku lugeda 5 rühma, mis koosnevad 4 märgist. Kuid kuna me teame, et täispikk aadress koosneb 8 rühmast, tähendab see, et kahekordne koolon tähistab 3 rühma, mis koosnevad 4 nullist. See on esimene reegel lühendatud aadressi vormi kohta.

Teine reegel ütleb, et igast märkide rühmast on võimalik jätta välja algsed nullid. Näiteks näeb 6. rühm täispikkuses aadressis välja nagu 04FF, kuid selle lühendatud vorm on 4FF, kuna jätsime algse nulli välja. Seega, märgid 4FF tähendavad mitte midagi muud kui 04FF.

Kasutades neid reegleid, on võimalik lühendada ükskõik millist IP-aadressi. Kuid isegi pärast lühendamist ei tundu see aadress tõeliselt lühike. Hiljem vaatame, mida sellega teha, praegu lihtsalt pidage meeles neid 2 reeglit.

Vaadakem, millised on IPv4 ja IPv6 aadressipeade struktuurid.

See pilt, mille ma Internetist võtsin, selgitab väga hästi kahe aadressipea erinevust. Nagu näete, on IPv4 aadressipea palju keerulisem ja sisaldab rohkem teavet kui IPv6 aadressipea. Kui pea on keeruline, kulutab ruuter selle töötlemiseks rohkem aega marsruutimisotsuse tegemiseks, seetõttu töötavad ruuterid kuue versiooni lihtsamate IP-aadressidega tõhusamalt. Seetõttu on IPv6 oluliselt parem kui IPv4.

IPv4 aadressipea pikkus on 0 kuni 31 bitti, kokku 32 bitti. Ilma viimase rea Options ja Padding arvestamata on IPv4 aadressi minimaalne suurus 20 bitti, st see on 20 baitine aadress. Kuue versiooni aadressil pole minimaalset suurust ning sellel on fikseeritud pikkus 40 bait.

IPv4 aadressipea alguses on versioon, seejärel on pikkuse IHL. Vaikimisi on see 20 bait, kuid kui aadressipeas on sisenev teave Options, võib selle pikkus olla suurem. Kui kasutada Wireshark’i, saab lugeda versiooni väärtust, mis on 4, ja IHL väärtust, mis on 5, mis tähendab, et viis vertikaalset plokki, kus igaühes on 4 baiti (32 bitti), välja arvatud Options plokk.

Teenuse tüüp (Type of Service) näitab paketi laadi – näiteks, kas see on häälepakett või andmepakett, kuna häälekasutus on prioriteediga võrreldes muu liiklusega. Ühesõnaga näitab see väli liikluse prioriteeti. Kogu pikkus (Total Length) on 20 baitine päise pikkus pluss koormuse pikkus, mis on edastatavad andmed. Kui see kanne on 50 bitti, siis kogu pikkus on 70 bitti. Pakettide identifitseerimine (Identification) tagab pakettide terviklikkuse, kasutades juhtimissegu väärtust (Header Checksum). Kui pakett on jagatud 5 osaks, peaks igaühel neist olema sama identifikaator — fragmentide nihke (Fragment Offset) vahemik on 0 kuni 4, kus iga paketi fragment peab omama sama nihke väärtust. Lipud näitavad, kas fragmentide nihkumine on lubatud. Kui te ei soovi andmete jagamise toimumist, seadke DF lipp – ärge jagage. On olemas lipp MF – rohkem fragmente. See tähendab, et kui esimene pakett on jagatud 5 osaks, siis teisel paketil seatakse 0, mis tähendab – rohkem fragmente ei tule! Samal ajal jääb esimese paketi viimane fragment tähistama 4, et vastuvõttev seade saaks paketti lihtsalt dekonfigureerida, st teostada defragmentatsiooni.

Pöörake tähelepanu selle slaidi värvidele. Punasega on tähistatud väljad, mis on IPv6 peast välja jäetud. Sinisega on näidatud parameetrid, mis on ülemineku teinud neljandalt kuuele protokollile muudetud kujul. Kollased väljendid on mõlemas versioonis muutumatud. Roheline värv näitab väljade, mis on esmakordselt IPv6-sse lisatud.

Väljad Identification, Flags, Fragment Offset ja Header Checksum on välja jäetud, kuna tänapäeval ei toimu andmete edastamise tingimustes fragmenteerimist ning kontrollsummat ei ole vaja. Palju aastaid tagasi, aeglase andmeedastuse ajal, esines fragmenteerimist üsna tihti, kuid nüüd kasutatakse laialdaselt IEEE 802.3 standardile vastavat Ethernetit, mille MTU on 1500 baiti, ja fragmenteerimine ei esine enam.

TTL ehk paketi eluaeg on taanduv loendur – kui eluaeg saavutab 0, siis pakett visatakse ära. Tegelikult on see maksimaalne üleminekute arv, mida tohib selles võrgus teha. Protocol väli näitab, millist protokolli, TCP või UDP, kasutatakse võrgus.

Header Checksum on aegunud parameeter, seetõttu on see uue protokolli versioonist välja jäetud. Järgmistes ridades asuvad 32-bitine allika aadress ja 32-bitine sihtaadress. Kui meil on mingit teavet Options reas, siis väärtus IHL muutub 5-lt 6-le, näidates, et päises on täiendav väli.
IPv6 päises kasutatakse ka versiooni Version, samas kui Traffic Class vastab IPv4 päise Type of Service väljale. Flow Label sarnaneb Traffic Class'ile ja teenib sama eesmärki, lihtsustades homogeensete pakettide voogude marsruute. Payload Length tähendab kasuliku koormuse pikkust ehk andmevälja suurust, mis asub päisest allpool. Peaine päise pikkus on 40 baiti ja seetõttu ei mainita seda kusagil.

Väli Next Header näitab, millist tüüpi päis järgmine pakett olema hakkab. See on väga kasulik funktsioon, mis määrab järgmise transportprotokolli tüübi – TCP, UDP jne, ja mis osutub väga vajalikuks tulevastes andmeedastustehnoloogiates. Isegi kui kasutate oma protokolli, saate teada, milline protokoll järgmine on.

Ülemineku piir, ehk Hop Limit, on IPv4 päise TTLi analoog, mis toimib marsruutimise silmuste vältimise mehhanismina. Edasi on 128-bitine allika aadress ja 128-bitine sihtaadress. Kogu päis on 40 baiti. Nagu ma ütlesin, on IPv6 oluliselt lihtsam kui IPv4 ning tõhusam routeri marsruutimise otsuste tegemiseks.
Vaadakem IPv6 aadressitüüpe. Teame, et unicast on suunatud edastus, kus üks seade on otse seotud teisega ja mõlemad seadmed saavad suhelda ainult teineteisega. Multicast on edastamine, mis tähendab, et mitmed seadmed saavad samaaegselt ühendust võtta ühe seadmega, mis omakorda suudab samaaegselt suhelda mitmete seadmetega. Selles mõttes sarnaneb multicast raadiojaamadega, mille signaalid levivad laialdaselt. Kui soovite kuulda kindlat kanalit, peate häälestama oma raadio kindlale sagedusele. Kui te mäletate videotundi RIP protokollist, siis teate, et see protokoll kasutab värskenduste edastamiseks laiekraani domeeni 255.255.255.255, kuhu on ühendatud kõik alamvõrgud. Kuid need värskendused saavad ainult need seadmed, mis kasutavad RIP protokolli.

Teine edastusviis, mida IPv4 ei tuntud, on Anycast. Seda kasutatakse, kui teil on mitu seadet sama IP-aadressiga ja see võimaldab edastada pakette lähimale adressaadile sihtrühmas.

Interneti puhul, kus meil on CDN-võrgud, võib tuua näiteks YouTube'i teenuse. Seda teenust kasutab palju inimesi erinevates maailma nurkades, kuid see ei tähenda, et kõik nad oleksid otse seotud ettevõtte serveriga Californias. YouTube'il on palju servereid kogu maailmas, näiteks asub minu India YouTube'i server Singapuris. Samamoodi sisaldab IPv6 protokoll sisseehitatud mehhanismi CDN-tehnoloogia edastamiseks geograafiliselt jaotatud võrgustruktuuri kaudu, kasutades seega Anycasti.

Kuidas näete, puudub siin veel üks edastusviis, Broadcast, kuna IPv6 protokoll seda ei kasuta. Kuid Multicast toimib selles protokollis sarnaselt Broadcast'ile IPv4-s, lihtsalt efektiivsemal viisil.

Kuues protokolli versioon kasutab kolme aadressitüüpi: Link Local, Unique Site Local ja Global. Meie mäletame, et IPv4 puhul on igal liidesel ainult üks IP-aadress. Oletame, et meil on kaks ruuteri, mis on omavahel ühendatud, nii et iga ühendava liidese puhul on ainult 1 IP-aadress. IPv6 kasutamise korral 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 sarnaseid aadresse, nagu näiteks 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 suuda sellega ühendust luua, siis on Microsofti seadmetes mehhanism, mis võimaldab arvutil endale ise IP-aadressi määrata. Sellisel juhul on aadress umbes selline: 169.254.1.1. Samuti võib juhtuda, et meil on arvuti, lüliti ja ruuter. Oletame, et ruuter ei ole saanud DHCP-serverilt IP-aadressi ning määrab endale automaatselt sama IP-aadressi 169.254.1.1. Pärast seda saadab ta lüliti kaudu võrgus laiali laiaulatusliku ARP-päringu, et küsida, kas mõnel võrguseadmel on see aadress. Saades vastuse, et „Jah, mul on täpselt sama IP-aadress!“, 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, siis jätab ta aadressi 169.254.10.10 endale. Nii võivad seadmed kohaliku võrgu sees üldse mitte kasutada DHCP-serverit, kasutades mehhanismi ise IP-aadresside määramiseks, et omavahel ühendust saada. Sellest seisneb IP-aadresside automaatkonfiguratsioon, millega oleme korduvalt kokku puutunud, kuid kunagi ei ole seda kasutanud.

Sarnaselt on IPv6 protokollis Link Local kohalike IP-aadresside määramise mehhanism, mis algab FE80::. Släpp 64 tähendab, et aadressid jagatakse võrgu ja hosti aadresside vahel. Esimesed 64 tähistavad võrku ja viimased 64 – hosti.

FE80:: tähendab aadresse, mis on kujul FE80.0.0.0/, kus släppi järel on hosti aadresside osa. Need aadressid ei ole meie seadmetele ja nendega ühendatud liidestele ühesugused ja konfigureeritakse automaatselt. Hosti osa kasutab MAC-aadressi. Nagu teada, on MAC-aadress 48-bitine IP-aadress, mis koosneb 6 plokist, kus on 2 kuusnurkset numbrit. Sellist süsteemi kasutab Microsoft, Cisco seevastu kasutab 3 plokki, kus on 4 kuusnurkset numbrit.

Meie näites kasutame Microsofti järjekorda, mis on kujul 11:22:33:44:55:66. Kuidas määrab seade MAC-aadressi? See arvude järjestus hosti aadressis, mis esindab MAC-aadressi, jaguneb 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 hosti IP-aadress.

Nagu teada, on järjestus 11:22:33:44:55:66 MAC-aadress, mis on igale seadmele ainulaadne. Paigutades MAC-aadressi vahele kahe numbri rühma FF:FE, saame selle seadme ainulaadse IP-aadressi. Just nii luuakse Local Link tüüpi IP-aadress, mida kasutatakse ainult naabrite omavaheliseks ühendamiseks ilma spetsiaalse konfigureerimise ja serveriteta. Selline IP-aadress saab kasutada ainult ühe võrgu segmendi sees ja ei saa kasutada välise kommunikatsiooni jaoks selle segmendi väljastpoolt.

Järgmiseks aadressiks on Unique Site Local Scope, mis vastavad 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 oleme rääkida eelnevatel tundidel. Unique Site Local Scope on tehnoloogia, mis loob sise-IP-aadresse. Võite öelda: „Imran, sa ütlesid, et igal seadmel võib olla oma IP-aadress, just seepärast me läksime IPv6 peale,” ja te oleksite täiesti õiged. Kuid mõned inimesed eelistavad kasutada sise-IP aadresside kontseptsiooni turvalisuse kaalutlustel. Samuti kasutatakse NAT-i tulemüürina, mistõttu ei saa välised seadmed suvaliselt ühendust võtta sisevõrgus asuvate seadmetega, kuna neil on kohalikud IP-aadressid, mis pole välisest Internetist ligipääsetavad. Kuid NAT tekitab palju probleeme VPN-iga, näiteks ESP protokolliga. IPv4 puhul tagas turvalisuse IPSec protokoll, kuid IPv6-s on sisseehitatud turvamehhanism, mistõttu toimub ühendus sise- ja väliste IP-aadresside vahel väga lihtsalt.

IPv6-l on kaks erinevat aadressitüüpi: Unique Local aadressid vastavad IPv4 sise-IP-dele, samas kui Global aadressid vastavad IPv4 välis-IP-dele. Paljud inimesed eelistavad Unique Local aadresse üldse mitte kasutada, teised aga ei saa neist ilma hakkama, mistõttu on see pideva vaidluse teema. Usun, et saad palju rohkem eeliseid, kui kasutad ainult väliseid IP-aadresse, eelkõige seoses mobiilsuse vajadusega. Näiteks on mu seadmel alati sama IP-aadress, olgu ma seejärel Bengaluru või New Yorgis, nii et saan oma seadmeid probleemideta igas maailma punktis kasutada.

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 standardne mehhanism.

Kuna oleme täna piisavalt küsimusi arutanud, lõpetan meie tunni, et jätkata IP interneti protokolli kuuenda versiooni arutamist järgmises videos. Kodutööna palun teil põhjalikult uurida, mis on kuusnurkne arvsüsteem, kuna IPv6 mõistmiseks on väga oluline mõista binaarsüsteemi teisendamist kuusnurkseks ja tagasi. Näiteks peate teadma, et 1111=F ja nii edasi, lihtsalt otsige Google'ist, et selle kohta rohkem teada saada. Järgmises videoõpetuses püüan teiega sellist teisendust harjutada. Soovitan teil vaadata tänast videoõpetust mitu korda, et teil ei jääks küsimusi käsitletud teemade osas.

Aitäh, et olete meiega. Kas teile meeldivad meie artiklid? Soovite rohkem huvitavat sisu? Toetage meid tellimuse vormistamise või soovituste jagamisega sõpradele. 30% soodustus Habra kasutajatele meie ainulaadsetelt entry-level serveritelt, mis on loodud just teile: Kõik VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 südamikku) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps alates $20 või kuidas serverit õigesti jagada? (saadaval on RAID1 ja RAID10 variandid, kuni 24 südamikku 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 Hollandi turul! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — alates $99! Lugege, kuidas Luua ettevõtte tasemel infrastruktuur Dell R730xd E5-2650 v4 serveritega, mille hind on 9000 eurot, madala hinnaga?

Allikas: habr.com