Oggi studieremo il protocollo IPv6. La versione precedente del corso CCNA non richiedeva una conoscenza approfondita di questo protocollo, mentre nella terza versione 200-125 il suo studio dettagliato è obbligatorio per sostenere l'esame. Il protocollo IPv6 è stato sviluppato già da un po', ma per lungo tempo non ha trovato un ampio utilizzo. È molto importante per il futuro sviluppo di Internet, poiché è progettato per eliminare i difetti del protocollo IPv4, che è ampiamente diffuso.
Poiché il protocollo IPv6 è un argomento piuttosto vasto, l'ho suddiviso in due video lezioni: Giorno 24 e Giorno 25. Il primo giorno sarà dedicato ai concetti di base, mentre nel secondo tratteremo la configurazione degli indirizzi IP secondo il protocollo IPv6 per i dispositivi Cisco. Oggi, come al solito, esamineremo tre argomenti: la necessità di IPv6, il formato degli indirizzi IPv6 e i tipi di indirizzi IPv6.
Fino ad ora, nelle nostre lezioni abbiamo utilizzato indirizzi IP secondo il protocollo v4, e vi siete abituati al fatto che appaiono abbastanza semplici. Quando avete visto l'indirizzo mostrato in questa slide, avete compreso chiaramente di cosa si trattava.
Tuttavia, gli indirizzi IP v6 appaiono completamente diversi. Se non siete familiari con il modo in cui vengono creati gli indirizzi in questa versione del protocollo Internet, sarete sorpresi dal fatto che un indirizzo IP di questo tipo occupa molto più spazio. Nella quarta versione del protocollo, avevamo solo 4 numeri decimali, e tutto era semplice, ma immaginate di dover comunicare a un certo signor X il suo nuovo indirizzo IP di tipo 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.
Non preoccupatevi, alla fine di questa video lezione ci troveremo in una posizione molto migliore. Cominciamo con l'analizzare perché è emersa la necessità di utilizzare IPv6.
Oggi la maggior parte delle persone utilizza IPv4 ed è piuttosto soddisfatta. Perché è stato necessario passare a una nuova versione? Innanzitutto, gli indirizzi IP della quarta versione sono composti da 32 bit. Questo consente di creare circa 4 miliardi di indirizzi su Internet, ossia precisamente 2^32. Al momento della creazione di IPv4, i progettisti credevano che un numero così elevato fosse più che sufficiente. Se ricordate, gli indirizzi di questa versione sono suddivisi in 5 classi: le classi attive A, B, C e le classi riservate D (multicast) ed E (ricerca). Quindi, anche se il numero di indirizzi IP utilizzabili era solo il 75% dei 4 miliardi, i creatori del protocollo erano certi che sarebbero stati sufficienti per tutta l'umanità. Tuttavia, a causa dello sviluppo rapido di Internet, negli anni è iniziata a farsi sentire la mancanza di indirizzi IP disponibili, e se non fosse stato per l'uso della tecnologia NAT, gli indirizzi IPv4 sarebbero finiti da tempo. Infatti, la NAT è diventata il salvatore di questo protocollo Internet. È per questo che è emersa la necessità di creare una nuova versione del protocollo Internet, priva dei difetti della quarta versione. Potreste chiedervi perché si sia passati dalla quarta versione alla sesta. Questo è dovuto al fatto che la versione 5, come le versioni 1, 2 e 3, erano sperimentali.
Quindi, gli indirizzi IP v6 hanno uno spazio indirizzi di 128 bit. Quante volte pensate che sia aumentato il numero possibile di indirizzi IP? Probabilmente direte: «4 volte!». Ma non è così, poiché 2^34 è già 4 volte più grande di 2^32. Quindi il valore di 2^128 è incredibilmente grande: è uguale a 340282366920938463463374607431768211456. Questo è il numero di indirizzi IP disponibili tramite il protocollo IPv6. Questo significa che puoi assegnare un indirizzo IP a qualsiasi cosa desideri: alla tua auto, al tuo telefono, all'orologio intelligente. Una persona moderna può avere un laptop, diversi smartphone, un orologio intelligente, una casa intelligente — un televisore collegato a Internet, una lavatrice collegata a Internet, un'intera casa connessa alla rete Internet. Una tale quantità di indirizzi consente di realizzare il concetto di «internet delle cose», sostenuto da Cisco. Questo significa che nella tua vita tutte le cose sono connesse a Internet, e ognuna di esse necessita di un indirizzo IP. Con IPv6, questo è possibile! Ogni persona sulla Terra può utilizzare milioni di indirizzi di questa versione per i propri dispositivi, e ci saranno comunque moltissimi indirizzi liberi. Non possiamo prevedere come si svilupperanno le tecnologie, ma possiamo sperare che l'umanità non giunga a un punto in cui ci sarà solo un computer sulla Terra. Si può supporre che l'IPv6 durerà a lungo. Adesso vediamo quale sia il formato dell'indirizzo IP della sesta versione.
Questi indirizzi sono visualizzati come 8 gruppi di numeri esadecimali. Ciò significa che ogni carattere dell'indirizzo ha una lunghezza di 4 bit, quindi ogni gruppo di 4 caratteri è composto da 16 bit, mentre l'intero indirizzo ha una lunghezza di 128 bit. Ogni gruppo di 4 caratteri è separato dal successivo da due punti, a differenza degli indirizzi IPv4, dove i gruppi erano separati da punti, poiché il punto è la rappresentazione decimale dei numeri. Poiché memorizzare un indirizzo del genere non è facile, esistono alcune regole che consentono di accorciarlo. La prima regola afferma che i gruppi composti solo da zeri possono essere sostituiti da un doppio due punti. Questa operazione può essere effettuata su un singolo indirizzo IP una sola volta. Vediamo cosa significa questo.
Come vedete, nell'esempio fornito, ci sono tre gruppi di 4 zeri. Il numero totale di due punti che separano questi gruppi 0000:0000:0000 è 2. Pertanto, se si utilizza il doppio due punti ::, ciò significa che in questo punto dell'indirizzo ci sono gruppi di zeri. Come facciamo a sapere quanti gruppi di zeri rappresenta questo doppio due punti? Se si guarda la forma abbreviata dell'indirizzo, si possono contare 5 gruppi di 4 caratteri. Ma poiché sappiamo che l'indirizzo completo è composto da 8 gruppi, il doppio due punti rappresenta 3 gruppi di 4 zeri. Questa è la prima regola della forma abbreviata dell'indirizzo.
La seconda regola afferma che si possono scartare gli zeri iniziali in ogni gruppo di caratteri. Ad esempio, il sesto gruppo della forma completa dell'indirizzo appare come 04FF, mentre la sua forma abbreviata sarà 4FF, perché abbiamo scartato lo zero iniziale. Pertanto, la scrittura 4FF non è altro che 04FF.
Utilizzando queste regole, è possibile accorciare qualsiasi indirizzo IP. Tuttavia, anche dopo essere stato accorciato, questo indirizzo non sembra davvero corto. In seguito vedremo cosa si può fare al riguardo, per ora, semplicemente ricordate queste 2 regole.
Esaminiamo cosa rappresentano gli header degli indirizzi IPv4 e IPv6.
Questa immagine, che ho preso da Internet, spiega molto bene la differenza tra i due header. Come potete vedere, l'header dell'indirizzo IPv4 è molto più complesso e contiene più informazioni rispetto all'header IPv6. Se l'header è complesso, il router impiega più tempo per elaborarlo e prendere decisioni di instradamento, quindi utilizzando indirizzi IP di sesta versione più semplici, i router funzionano in modo più efficiente. Ecco perché IPv6 è molto migliore rispetto a IPv4.
La lunghezza dell'header IPv4 varia da 0 a 31 bit e occupa 32 bit. Escludendo l'ultima riga Options e Padding, l'indirizzo della versione 4 è un indirizzo di 20 byte, quindi la sua dimensione minima è di 20 byte. L'indirizzo della sesta versione non ha una dimensione minima e ha una lunghezza fissa di 40 byte.
Nell'header IPv4, per prima cosa è indicata la versione, poi viene specificata la lunghezza dell'header IHL. Per impostazione predefinita, questa è di 20 byte, ma se nell'header sono indicate informazioni aggiuntive Options, può avere una lunghezza maggiore. Se usate Wireshark, potete leggere il valore Version uguale a 4 e il valore IHL uguale a 5, il che significa cinque blocchi verticali di 4 byte (32 bit) ciascuno, escluso il blocco Options.
Il Tipo di Servizio Service Type indica la natura del pacchetto – per esempio, un pacchetto vocale o un pacchetto dati, poiché il traffico vocale ha la priorità rispetto agli altri tipi di traffico. In breve, questo campo indica la priorità del traffico. La lunghezza totale Total Length rappresenta la somma della lunghezza dell'header di 20 byte più la lunghezza del payload, ovvero i dati trasmessi. Se essa è di 50 byte, la lunghezza totale sarà di 70 byte. L'identificazione del pacchetto Identification serve a verificare l'integrità del pacchetto, utilizzando il parametro di somma di controllo dell'header Header Checksum. Se il pacchetto è frammentato in 5 parti, ognuna di esse deve avere lo stesso identificatore – l'offset del frammento Fragment Offset, che può variare da 0 a 4, mentre ciascun frammento del pacchetto deve avere lo stesso valore di offset. I flag mostrano se è consentito l'offset dei frammenti. Se non volete che si verifichi la frammentazione dei dati, impostate il flag DF – don’t fragment. Esiste un flag MF – more fragment. Ciò significa che se il primo pacchetto è frammentato in 5 parti, allora per il secondo pacchetto sarà impostato 0, che significa – nessun altro frammento! In questo modo, l'ultimo frammento del primo pacchetto sarà contrassegnato con 4, affinché il dispositivo ricevente possa facilmente riassiemblare il pacchetto, ovvero applicare la deframmentazione.
Fai attenzione ai colori usati in questa diapositiva. I campi evidenziati in rosso sono quelli esclusi dall'intestazione IPv6. I parametri mostrati in blu sono stati trasferiti dalla quarta alla sesta versione del protocollo in forma modificata. I campi gialli sono rimasti invariati in entrambe le versioni. Il campo evidenziato in verde è un campo che è apparso per la prima volta solo in IPv6.
I campi Identification, Flags, Fragment Offset e Header Checksum sono stati esclusi perché, nelle moderne condizioni di trasmissione dei dati, non avviene frammentazione e il controllo della somma di controllo non è necessario. Molti anni fa, con la trasmissione lenta dei dati, la frammentazione era un fenomeno piuttosto comune, ma oggi si utilizza ampiamente Ethernet secondo lo standard IEEE 802.3 con una dimensione MTU di 1500 byte, e la frammentazione non è più un problema.
TTL, o Time To Live, è un contatore a decremento: quando il tempo di vita raggiunge 0, il pacchetto viene scartato. In effetti, rappresenta il numero massimo di salti che si possono effettuare all'interno di una determinata rete. Il campo Protocol indica quale protocollo, TCP o UDP, è utilizzato nella rete.
L'Header Checksum è un parametro obsoleto, quindi è stato escluso dalla nuova versione del protocollo. Seguono i campi dell'indirizzo sorgente a 32 bit e dell'indirizzo di destinazione a 32 bit. Se abbiamo delle informazioni nella riga Options, il valore dell'IHL cambia da 5 a 6, indicando che nell'intestazione è presente un campo aggiuntivo.
Nell'intestazione IPv6 è presente anche la versione Version, mentre la classe di traffico Traffic Class corrisponde al campo Type of Service nell'intestazione IPv4. Il Flow Label è simile al Traffic Class e serve a semplificare l'instradamento di flussi omogenei di pacchetti. Payload Length indica la lunghezza del payload, o la dimensione del campo dati che si trova sotto l'intestazione. La lunghezza dell'intestazione di 40 byte è fissa e quindi non viene menzionata altrove.
Il campo Next Header indica quale tipo di intestazione avrà il prossimo pacchetto. Questa è una funzione molto utile che stabilisce il tipo del prossimo protocollo di trasporto – TCP, UDP, ecc., e che sarà molto richiesta nelle tecnologie di trasmissione dati future. Anche se utilizzi un protocollo personalizzato, potrai sapere quale sarà il protocollo successivo.
Il limite massimo di salti, o Hop Limit, è l'equivalente del TTL nell'intestazione IPv4, ed è un meccanismo per prevenire cicli di instradamento. Seguono i campi dell'indirizzo sorgente a 128 bit e dell'indirizzo di destinazione a 128 bit. L'intera intestazione ha una dimensione di 40 byte. Come ho detto, IPv6 è molto più semplice di IPv4 e molto più efficiente per il router nelle decisioni di instradamento.
Esaminiamo i tipi di indirizzi IPv6. Sappiamo che l'unicast è la trasmissione diretta, quando un dispositivo è collegato direttamente a un altro e entrambi possono comunicare solo tra loro. Il multicast è una trasmissione broadcast e significa che più dispositivi possono contattare simultaneamente un solo dispositivo, che a sua volta può comunicare contemporaneamente con più dispositivi. In questo senso, il multicast è simile a una stazione radio i cui segnali si diffondono ovunque. Se desideri ascoltare una stazione specifica, devi sintonizzare la tua radio su una frequenza specifica. Se ricordi il video sull'protocollo RIP, sai che questo protocollo utilizza il dominio broadcast 255.255.255.255 per inviare aggiornamenti, a cui sono collegate tutte le sottoreti. Ma solo i dispositivi che utilizzano il protocollo RIP riceveranno questi aggiornamenti.
Un altro tipo di broadcast, che non si verificava in IPv4, è chiamato Anycast. Viene utilizzato quando hai più dispositivi con lo stesso indirizzo IP e consente di inviare pacchetti al destinatario più vicino da un gruppo di destinatari.
Nel caso di Internet, dove abbiamo reti CDN, possiamo fare l'esempio del servizio YouTube. Questo servizio è utilizzato da molte persone in diverse parti del mondo, ma ciò non significa che tutte siano collegate direttamente al server dell'azienda in California. YouTube ha molti server in tutto il mondo; ad esempio, il mio server YouTube in India si trova a Singapore. Allo stesso modo, il protocollo IPv6 ha un meccanismo integrato per la trasmissione tramite tecnologia CDN utilizzando una struttura di rete geograficamente distribuita, vale a dire, utilizza Anycast.
Come hai notato, qui manca un altro tipo di broadcast, il Broadcast, perché il protocollo IPv6 non lo utilizza. Tuttavia, il Multicast in questo protocollo agisce in modo simile al Broadcast in IPv4, solo in modo più efficiente.
La sesta versione del protocollo utilizza tre tipi di indirizzi: Link Local, Unique Site Local e Global. Ricordiamo che in IPv4 un'interfaccia ha solo un indirizzo IP. Supponiamo di avere due router collegati tra loro; in questo caso, ogni interfaccia di connessione avrà solo un indirizzo IP. Con IPv6, ogni interfaccia ottiene automaticamente un indirizzo IP di tipo Link Local. Questi indirizzi iniziano con FE80::/64.
Questi indirizzi IP sono utilizzati solo per connessioni locali. Le persone che lavorano con Windows conoscono indirizzi simili, come 169.254.X.X, che vengono configurati automaticamente tramite il protocollo IPv4.
Se un computer si rivolge a un server DHCP per ottenere un indirizzo IP ma, per qualche motivo, non riesce a stabilire una connessione, i dispositivi Microsoft dispongono di un meccanismo che consente al computer di assegnare a se stesso un indirizzo IP. In questo caso, l'indirizzo sarà circa 169.254.1.1. Una situazione simile si verificherà se abbiamo un computer, uno switch e un router. Supponiamo che il router non abbia ricevuto un indirizzo IP dal server DHCP e assegni a se stesso lo stesso indirizzo IP, 169.254.1.1. Dopodiché, tramite lo switch, invierà in rete una richiesta ARP broadcast chiedendo se qualche dispositivo di rete possiede questo indirizzo. Ricevendo la richiesta, il computer risponderà: "Sì, ho esattamente lo stesso indirizzo IP!"; dopo di che, il router assegnerà a se stesso un nuovo indirizzo casuale, ad esempio 169.254.10.10, e invierà di nuovo una richiesta ARP in rete.
Se nessuno segnala di avere lo stesso indirizzo, manterrà l'indirizzo 169.254.10.10. In questo modo, i dispositivi nella rete locale possono non utilizzare affatto un server DHCP, sfruttando un meccanismo di assegnazione automatica degli indirizzi IP a sè stessi per stabilire una connessione tra di loro. Questo è ciò che comporta l'autoconfigurazione degli indirizzi IP, con cui abbiamo avuto a che fare molte volte, ma che non abbiamo mai utilizzato.
Analogamente, il protocollo IPv6 dispone di un meccanismo per l'assegnazione degli indirizzi IP locali Link Local, che iniziano con FE80::. La slash 64 indica la separazione tra indirizzi di rete e indirizzi host. I primi 64 rappresentano la rete, mentre i secondi 64 rappresentano l'host.
FE80:: indica indirizzi del tipo FE80.0.0.0/, dove dopo la slash si trova la parte degli indirizzi host. Questi indirizzi non sono identici per il nostro dispositivo e l'interfaccia ad esso collegata e vengono configurati automaticamente. In questo caso, la parte host utilizza l'indirizzo MAC. Come sappiamo, l'indirizzo MAC è un indirizzo IP a 48 bit composto da 6 blocchi di 2 cifre esadecimali. Questo sistema è utilizzato da Microsoft, mentre Cisco utilizza 3 blocchi di 4 cifre esadecimali.
Nel nostro esempio utilizzeremo una sequenza di Microsoft del tipo 11:22:33:44:55:66. Come viene assegnato l'indirizzo MAC di un dispositivo? Questa sequenza di numeri nell'indirizzo host, che rappresenta l'indirizzo MAC, è divisa in due parti: a sinistra ci sono tre gruppi 11:22:33, a destra tre gruppi 44:55:66 e tra di essi viene aggiunto FF e FE. In questo modo, viene creato un blocco IP a 64 bit per l'indirizzo host.
Come sappiamo, una sequenza come 11:22:33:44:55:66 rappresenta l'indirizzo MAC, unico per ciascun dispositivo. Inserendo tra i due gruppi di numeri dell'indirizzo MAC FF:FE, otteniamo un indirizzo IP unico per questo dispositivo. Così si crea un indirizzo IP di tipo Local Link, utilizzato solo per stabilire comunicazioni tra vicini senza configurazione speciale e server dedicati. Tale indirizzo IP può essere usato solo all'interno di un singolo segmento di rete e non può essere utilizzato per comunicazioni esterne al di fuori di questo segmento.
Il tipo successivo di indirizzo è Unique Site Local Scope, corrispondente agli indirizzi IP privati interni del protocollo IPv4 del tipo 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16. Il motivo per cui si utilizzano indirizzi IP privati interni ed indirizzi pubblici esterni è legato alla tecnologia NAT, di cui abbiamo parlato nelle lezioni precedenti. Unique Site Local Scope è una tecnologia che crea indirizzi IP interni. Si potrebbe dire: "Imran, hai detto che ogni dispositivo può avere il proprio indirizzo IP; ecco perché siamo passati a IPv6", e avreste perfettamente ragione. Tuttavia, alcune persone preferiscono utilizzare il concetto di indirizzi IP interni per motivi di sicurezza. In questo caso, il NAT viene utilizzato come firewall, e i dispositivi esterni non possono comunicare liberamente con i dispositivi all'interno della rete, poiché posseggono indirizzi IP locali, che non sono accessibili dalla rete esterna. Tuttavia, il NAT crea molti problemi riguardanti le VPN, ad esempio per il protocollo ESP. Per garantire la sicurezza, il protocollo IPv4 utilizzava IPSec, mentre il protocollo IPv6 prevede un meccanismo di sicurezza integrato, quindi la comunicazione tra indirizzi IP interni ed esterni è molto semplice.
Per questo, l'IPv6 ha due tipi diversi di indirizzi: mentre gli indirizzi Unique Local corrispondono agli indirizzi IP interni IPv4, gli indirizzi Global corrispondono agli indirizzi esterni IPv4. Molte persone preferiscono non utilizzare affatto indirizzi di tipo Unique Local, mentre altre non possono farne a meno, quindi questo è oggetto di continue discussioni. Credo che otterrete molti più vantaggi se utilizzerete solo indirizzi IP esterni; in particolare, questo riguarda la mobilità. Ad esempio, il mio dispositivo avrà lo stesso indirizzo IP indipendentemente da dove mi trovi, che sia a Bangalore o New York, quindi potrò utilizzare senza problemi uno dei miei dispositivi da qualsiasi parte del mondo.
Come ho già detto, l'IPv6 ha un meccanismo di sicurezza integrato che permette di creare un tunnel VPN sicuro tra il luogo in cui si trova il tuo ufficio e i tuoi dispositivi. In passato, avevamo bisogno di un meccanismo esterno per creare un tale tunnel VPN, ma in IPv6 questo è un meccanismo standard integrato.
Poiché oggi abbiamo discusso di un numero sufficiente di argomenti, interrompo la nostra lezione per continuare la discussione sulla sesta versione del protocollo internet IP nel prossimo video. Come compito, vi chiedo di studiare bene cosa sia il sistema di numerazione esadecimale, perché per comprendere l'IPv6 è molto importante capire la conversione da sistema binario a esadecimale e viceversa. Ad esempio, dovete sapere che 1111=F, e così via; basta cercare su Google per chiarire questo. Nel prossimo video farò pratica con voi in questa conversione. Vi consiglio di riguardare la lezione di oggi più volte, in modo da non avere dubbi sugli argomenti trattati.
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Fonte: habr.com
