Dziś będziemy badać protokół IPv6. Wcześniejsza wersja kursu CCNA nie wymagała szczegółowego zapoznania się z tym protokołem, jednak w trzeciej wersji 200-125 jego dogłębne poznanie jest obowiązkowe do zdania egzaminu. Protokół IPv6 został opracowany już dość dawno temu, jednak przez długi czas nie znajdował szerokiego zastosowania. Jest on bardzo ważny dla dalszego rozwoju internetu, ponieważ ma na celu usunięcie niedociągnięć powszechnie stosowanego protokołu IPv4.
Ponieważ protokół IPv6 to dość rozległy temat, podzieliłem go na dwa wideo-lekcje: Dzień 24 i Dzień 25. Pierwszy dzień poświęcimy podstawowym pojęciom, a w drugim omówimy konfigurację adresów IP w protokole IPv6 dla urządzeń Cisco. Dziś tradycyjnie omówimy trzy tematy: potrzebę IPv6, formaty adresów IPv6 oraz typy adresów IPv6.
Do tej pory na naszych lekcjach używaliśmy adresów IP w protokole v4 i przyzwyczailiście się do tego, że wyglądają one dość prosto. Kiedy zobaczyliście adres przedstawiony na tym slajdzie, doskonale rozumieliście, o co chodzi.
Jednak adresy IP v6 wyglądają zupełnie inaczej. Jeśli nie znacie zasady tworzenia adresów w tej wersji protokołu internetowego, przede wszystkim zdziwi was, że adres IP tego typu zajmuje bardzo dużo miejsca. W czwartej wersji protokołu mieliśmy tylko 4 dziesiętne liczby i było to proste, ale wyobraźcie sobie, że musicie podać pewnemu panu X jego nowy adres IP typu 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.
Jednak nie martwcie się – na końcu tej wideo-lekcji będziemy w znacznie lepszej sytuacji. Zobaczmy najpierw, dlaczego zaszła potrzeba używania IPv6.
Obecnie większość ludzi korzysta z IPv4 i jest z tego zadowolona. Dlaczego więc nastąpiła potrzeba przejścia na nową wersję? Przede wszystkim adresy IP czwartej wersji składają się z 32 bitów. Pozwala to na stworzenie w internecie około 4 miliardów adresów, co oznacza, że dokładna liczba adresów IP wynosi 232. W momencie powstawania IPv4 twórcy uważali, że taka ilość adresów jest więcej niż wystarczająca. Jeśli pamiętacie, adresy tej wersji dzielą się na 5 klas: aktywne klasy A, B, C oraz rezerwowe klasy D (multicast) i E (badania). Dlatego, chociaż liczba działających adresów IP stanowiła tylko 75% z 4 miliardów, twórcy protokołu byli przekonani, że wystarczy ich dla całej ludzkości. Jednak w miarę szybkiego rozwoju internetu z każdym rokiem zaczynało brakować wolnych adresów IP, a gdyby nie technologia NAT, wolne adresy IPv4 dawno by się skończyły. Faktycznie, NAT stała się zbawicielem tego protokołu internetowego. Dlatego powstała potrzeba stworzenia nowej wersji protokołu internetowego, pozbawionej wad czwartej wersji. Możesz zapytać, dlaczego przeszliśmy z czwartej wersji od razu do szóstej. To związane jest z tym, że wersja 5, podobnie jak wersje 1, 2 i 3, były wersjami eksperymentalnymi.
Zatem adresy IP v6 mają 128-bitową przestrzeń adresową. Jak myślisz, ile razy wzrosła liczba możliwych adresów IP? Prawdopodobnie powiesz: „cztery razy!”. Ale to nieprawda, ponieważ 234 już jest cztery razy większe niż 232. Tak więc wartość 2128 jest niewiarygodnie duża – wynosi 340282366920938463463374607431768211456. Tyle adresów IP jest dostępnych w protokole IPv6. Oznacza to, że możesz przypisać adres IP czemu chcesz: swojemu samochodowi, telefonowi, zegarkom. Wsp współczesny człowiek może mieć laptopa, kilka smartfonów, smart zegarki, inteligentny dom – telewizor połączony z Internetem, pralkę połączoną z Internetem, cały dom podłączony do sieci internetowej. Taka liczba adresów umożliwia realizację koncepcji „Internetu Rzeczy”, wspieranej przez Cisco. Oznacza to, że w twoim życiu wszystkie rzeczy są połączone z Internetem, a każda z nich potrzebuje swojego adresu IP. Dzięki IPv6 jest to możliwe! Każda osoba na Ziemi może używać milionów adresów tej wersji dla swoich urządzeń, a i tak pozostanie ich zbyt wiele. Nie możemy prognozować, jak będą rozwijać się technologie, jednak można mieć nadzieję, że ludzkość nie dojdzie do momentu, w którym na Ziemi zostanie tylko jeden komputer. Można przypuszczać, że IPv6 będzie istniał jeszcze przez długi, długi czas. Przyjrzyjmy się, czym jest format adresu IP szóstej wersji.
Te adresy są przedstawiane w postaci 8 grup szesnastkowych liczb. Oznacza to, że każdy znak adresu ma długość 4 bitów, w ten sposób każda grupa składająca się z 4 takich znaków ma długość 16 bitów, a cały adres ma długość 128 bitów. Każda grupa z 4 znaków jest oddzielona od następnej grupy dwukropkiem, w przeciwieństwie do adresów IPv4, gdzie grupy były oddzielane kropkami, ponieważ kropka jest dziesiętną formą reprezentacji liczb. Ponieważ zapamiętanie takiego adresu nie jest łatwe, istnieje kilka zasad pozwalających go skrócić. Pierwsza zasada mówi, że grupy składające się wyłącznie z zer można zastąpić podwójnym dwukropkiem. Taką operację można przeprowadzić na każdym adresie IP tylko raz. Zastanówmy się, co to oznacza.
Jak widać w podanym przykładzie adresu, są trzy grupy po 4 zera. Całkowita liczba dwukrotnych dwukrotników oddzielających te grupy 0000:0000:0000 wynosi 2. Oznacza to, że użycie podwójnego dwukrotnika :: oznacza, że w tym miejscu adresu znajdują się grupy zer. Jak zatem dowiedzieć się, ile grup zer oznacza ten podwójny dwuktonik? Jeśli spojrzymy na skróconą formę adresu, możemy policzyć 5 grup po 4 znaki. Ale ponieważ wiemy, że pełny adres składa się z 8 grup, podwójny dwukrotnik oznacza 3 grupy po 4 zera. Oto pierwsza zasada skróconej formy adresu.
Druga zasada mówi, że można pomijać wiodące zera w każdej grupie znaków. Na przykład, 6. grupa pełnej formy adresu wygląda jak 04FF, a jej skrócona forma to 4FF, ponieważ pominęliśmy wiodące zero. Zatem zapis 4FF oznacza nic innego jak 04FF.
Korzystając z tych zasad, można skrócić dowolny adres IP. Jednak nawet po skróceniu ten adres nie wydaje się naprawdę krótki. Później omówimy, co można z tym zrobić, na razie zapamiętajcie te 2 zasady.
Przyjrzyjmy się, co oznaczają nagłówki adresów wersji IPv4 i IPv6.
Ten obrazek, który wziąłem z internetu, bardzo dobrze wyjaśnia różnicę między dwoma nagłówkami. Jak widać, nagłówek adresu IPv4 jest znacznie bardziej skomplikowany i zawiera więcej informacji niż nagłówek IPv6. Jeśli nagłówek jest skomplikowany, router potrzebuje więcej czasu na jego przetwarzanie, aby podjąć decyzję o trasowaniu, dlatego przy użyciu prostszych adresów IP szóstej wersji routery działają wydajniej. Oto dlaczego IPv6 jest znacznie lepsze od IPv4.
Długość nagłówka IPv4 wynosi od 0 do 31 bitów i zajmuje 32 bity. Z pominięciem ostatniego wiersza Opcje i Wypełnienie adres IP wersji 4 to 20-bajtowy adres, co oznacza, że jego minimalny rozmiar wynosi 20 bajtów. Długość adresu wersji szóstej nie ma minimalnego rozmiaru i taki adres ma stałą długość 40 bajtów.
W nagłówku IPv4 najpierw podaje się wersję, a następnie długość nagłówka IHL. Domyślnie wynosi ona 20 bajtów, ale jeśli w nagłówku podana jest dodatkowa informacja Opcje, może mieć większą długość. Używając Wiresharka, można odczytać wartość Wersja równą 4 oraz wartość IHL równą 5, co oznacza pięć pionowych bloków po 4 bajty (32 bity) w każdym, nie licząc bloku Opcji.
Typ usługi Type of Service wskazuje na charakter pakietu – na przykład pakiet głosowy lub pakiet danych, ponieważ ruch głosowy ma priorytet przed innymi rodzajami ruchu. Krótko mówiąc, to pole wskazuje na priorytet ruchu. Całkowita długość Total Length stanowi sumę długości nagłówka 20 bajtów oraz długości ładunku, którym są przesyłane dane. Jeśli wynosi ona 50 bajtów, całkowita długość będzie wynosić 70 bajtów. Identyfikacja pakietu Identification służy do weryfikacji integralności pakietu, wykorzystując parametr sumy kontrolnej nagłówka Header Checksum. Jeżeli pakiet jest podzielony na 5 części, każda z nich musi mieć ten sam identyfikator – przesunięcie fragmentu Fragment Offset, które może mieć wartość od 0 do 4, a każda część pakietu musi mieć takie samo wartość przesunięcia. Flagi pokazują, czy dozwolone jest przesunięcie fragmentów. Jeśli nie chcesz, aby dane były fragmentowane, ustawiasz flag DF – don’t fragment. Istnieje flaga MF – more fragment. Oznacza to, że jeśli pierwszy pakiet jest podzielony na 5 części, to dla drugiego pakietu zostanie ustawIONE 0, co oznacza – więcej żadnych fragmentów! Przy tym ostatni fragment pierwszego pakietu zostanie oznaczony 4, aby odbierająca jednostka mogła łatwo zdemontować pakiet, czyli zastosować defragmentację.
Zwróć uwagę na kolory użyte na tym slajdzie. Czerwonym kolorem oznaczone są pola, które zostały wykluczone z nagłówka IPv6. Niebieskim kolorem pokazane są parametry, które przeszły z czwartej do szóstej wersji protokołu w zmienionej formie. Żółte pola pozostały bez zmian w obu wersjach. Zielonym kolorem oznaczone jest pole, które po raz pierwszy pojawiło się tylko w IPv6.
Pola Identification, Flags, Fragment Offset i Header Checksum zostały wyłączone, ponieważ w nowoczesnych warunkach przesyłania danych fragmentacja nie występuje, a kontrola sumy kontrolnej nie jest wymagana. Wiele lat temu, przy wolnym przesyłaniu danych, fragmentacja była dość powszechna, ale dzisiaj powszechnie stosuje się Ethernet w standardzie IEEE 802.3 z rozmiarem MTU wynoszącym 1500 bajtów, i fragmentacja już się nie zdarza.
TTL, czyli czas życia pakietu, to licznik odliczający – gdy czas życia osiąga 0, pakiet jest porzucany. W rzeczywistości jest to maksymalna liczba przeskoków, które można wykonać w danej sieci. Pole Protocol pokazuje, jaki protokół, TCP lub UDP, jest używany w sieci.
Header Checksum jest przestarzałym parametrem, dlatego został wykluczony z nowej wersji protokołu. Następnie znajdują się pola 32-bitowego adresu źródłowego i 32-bitowego adresu docelowego. Jeśli mamy jakiekolwiek informacje w wierszu Options, wartość IHL zmienia się z 5 na 6, co wskazuje, że w nagłówku znajduje się dodatkowe pole.
W nagłówku IPv6 również używana jest wersja Version, a klasa ruchu Traffic Class odpowiada polu Type of Service w nagłówku IPv4. Etykieta strumienia Flow Label przypomina Traffic Class i służy do uproszczenia routingu jednorodnego strumienia pakietów. Payload Length oznacza długość ładunku użytecznego lub rozmiar pola danych, które znajduje się poniżej nagłówka. Długość samego nagłówka wynosi 40 bajtów i dlatego nie jest nigdzie wspomniana.
Pole Next Header wskazuje, jaki typ nagłówka będzie miał następny pakiet. To bardzo przydatna funkcja, która określa typ następnego protokołu transportowego – TCP, UDP itp., a która będzie bardzo poszukiwana w następnych technologiach przesyłania danych. Nawet jeśli używasz własnego protokołu, będziesz mógł dowiedzieć się, jaki protokół będzie następny.
Limit przeskoków, czyli Hop Limit, jest odpowiednikiem TTL w nagłówku IPv4, to mechanizm zapobiegający cyklom routingu. Następnie znajdują się pola 128-bitowego adresu źródłowego i 128-bitowego adresu docelowego. Cały nagłówek ma rozmiar 40 bajtów. Jak już wspomniałem, IPv6 jest znacznie prostszy od IPv4 i znacznie bardziej efektywny w podejmowaniu decyzji routujących przez router.
Przyjrzyjmy się typom adresów IPv6. Wiemy, że unicast to przesyłanie skierowane, gdy jedno urządzenie jest bezpośrednio połączone z innym i oba urządzenia mogą komunikować się tylko ze sobą. Multicast jest przesyłaniem rozgłoszeniowym, co oznacza, że kilka urządzeń może jednocześnie połączyć się z jednym urządzeniem, które z kolei może jednocześnie utrzymywać komunikację z wieloma urządzeniami. W tym sensie multicast przypomina stację radiową, której sygnały rozprzestrzeniają się wszędzie. Jeśli chcesz usłyszeć konkretny kanał, musisz ustawić swoje radio na odpowiednią częstotliwość. Jeśli pamiętasz wideo o protokole RIP, to wiesz, że ten protokół używa rozgłoszeniowego domeny 255.255.255.255 do wysyłania aktualizacji, do której podłączone są wszystkie podsieci. Jednak te aktualizacje otrzymają tylko te urządzenia, które korzystają z protokołu RIP.
Kolejny typ transmisji, który nie występował w IPv4, nazywa się Anycast. Wykorzystuje się go, gdy masz wiele urządzeń z tym samym adresem IP i pozwala na przesyłanie pakietów do najbliższego odbiorcy z grupy odbiorców.
W przypadku Internetu, gdzie mamy sieci CDN, można podać przykład usługi YouTube. Z tej usługi korzysta wiele osób w różnych częściach świata, ale nie oznacza to, że wszyscy łączą się bezpośrednio z serwerem firmy w Kalifornii. Usługa YouTube ma wiele serwerów na całym świecie, na przykład serwer moich indyjskich materiałów wideo jest zlokalizowany w Singapurze. Podobnie protokół IPv6 ma wbudowany mechanizm do przesyłania danych w technologii CDN za pomocą geograficznie rozproszonych struktur sieciowych, korzystając z Anycast.
Jak zauważyłeś, brakuje tutaj jeszcze jednego typu transmisji, Broadcast, ponieważ protokół IPv6 go nie używa. Jednak Multicast w tym protokole działa w sposób analogiczny do Broadcast w IPv4, ale w sposób znacznie bardziej efektywny.
Szósta wersja protokołu wykorzystuje trzy typy adresów: Link Local, Unique Site Local i Global. Pamiętamy, że w IPv4 każdy interfejs ma tylko jeden adres IP. Załóżmy, że mamy dwa routery połączone ze sobą, więc każdy z interfejsów połączeniowych będzie miał tylko 1 adres IP. Przy użyciu IPv6 każdy interfejs automatycznie otrzymuje adres IP typu Link Local. Te adresy zaczynają się od FE80::/64.
Te adresy IP są używane tylko do lokalnych połączeń. Osoby pracujące z systemem Windows znają bardzo podobne adresy typu 169.254.X.X – są to adresy, które są automatycznie konfigurowane za pośrednictwem protokołu IPv4.
Jeśli komputer zwraca się do serwera DHCP o uzyskanie adresu IP, ale z jakiegoś powodu nie może nawiązać z nim kontaktu, urządzenia Microsoftu posiadają mechanizm, który pozwala komputerowi przyznać sobie adres IP samodzielnie. W tym przypadku adres będzie mniej więcej taki: 169.254.1.1. Podobna sytuacja wystąpi, jeśli mamy komputer, switch i router. Załóżmy, że router nie otrzymał adresu IP od serwera DHCP i automatycznie przypisał sobie taki sam adres IP 169.254.1.1. Następnie, poprzez switch, rozsyła w sieci rozgłoszeniowe zapytanie ARP, w którym pyta, czy jakieś urządzenie sieciowe ma ten adres. Otrzymując zapytanie, komputer odpowiada: „Tak, mam dokładnie taki sam adres IP!”, po czym router przypisuje sobie nowy losowy adres, na przykład 169.254.10.10, i ponownie rozsyła w sieci zapytanie ARP.
Jeśli nikt nie poinformuje, że ma taki sam adres, to pozostawi adres 169.254.10.10 dla siebie. W ten sposób urządzenia w lokalnej sieci mogą w ogóle nie korzystać z serwera DHCP, używając mechanizmu automatycznego przydzielania adresów IP samodzielnie, aby nawiązać ze sobą połączenie. Oto na czym polega autokonfiguracja adresów IP, z którą spotykaliśmy się wielokrotnie, ale nigdy nie korzystaliśmy.
Podobnie w protokole IPv6 istnieje mechanizm przydzielania lokalnych adresów IP Link Local, zaczynających się od FE80::. Slash 64 oznacza podział adresów sieciowych i adresów hostów. Przy tym pierwsze 64 oznaczają sieć, a drugie 64 – host.
FE80:: oznacza adresy w formacie FE80.0.0.0/, gdzie za ukośnikiem znajduje się część adresu hosta. Adresy te są różne dla naszego urządzenia i podłączonego do niego interfejsu oraz konfigurowane automatycznie. W tym przypadku część hosta wykorzystuje adres MAC. Jak wiadomo, adres MAC to 48-bitowy adres IP, składający się z 6 bloków po 2 liczby szesnastkowe. Taki system stosuje Microsoft, a do Cisco używa się 3 bloków po 4 liczby szesnastkowe.
W naszym przykładzie będziemy używać sekwencji Microsoft w formacie 11:22:33:44:55:66. Jak przypisuje się adres MAC urządzenia? Ta sekwencja liczb w adresie hosta, reprezentująca adres MAC, dzieli się na dwie części: po lewej znajdują się trzy grupy 11:22:33, po prawej trzy grupy 44:55:66, a pomiędzy nimi dodawane są FF oraz FE. W ten sposób tworzy się 64-bitowy blok adresu IP hosta.
Jak wiadomo, sekwencja w formacie 11:22:33:44:55:66 stanowi adres MAC, unikalny dla każdego urządzenia. Umieszczając między dwiema grupami liczb adresu MAC FF:FE, uzyskujemy unikalny adres IP tego urządzenia. W ten sposób powstaje adres IP typu Local Link, który służy jedynie do nawiązywania połączenia między sąsiadami bez specjalnej konfiguracji i dedykowanych serwerów. Taki adres IP może być używany tylko wewnątrz jednego segmentu sieci i nie może być stosowany do komunikacji zewnętrznej poza tym segmentem.
Następnym typem adresu jest Unique Site Local Scope, który odpowiada wewnętrznym (prywatnym) adresom IP protokołu IPv4 typu 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 i 192.168.0.0/16. Powód, dla którego używają się wewnętrzne prywatne i zewnętrzne publiczne adresy IP, jest związany z technologią NAT, o której mówiliśmy na poprzednich lekcjach. Unique Site Local Scope to technologia tworząca wewnętrzne adresy IP. Możesz powiedzieć: „Imran, mówiłeś, że każde urządzenie może mieć swój adres IP, dlatego przeszliśmy na IPv6”, i będziesz miał całkowitą rację. Jednak niektórzy ludzie wolą korzystać z koncepcji wewnętrznych adresów IP z powodów bezpieczeństwa. Przy tym NAT jest używany jako zapora, a urządzenia zewnętrzne nie mogą swobodnie łączyć się z urządzeniami znajdującymi się w sieci, ponieważ mają lokalne adresy IP niedostępne z zewnętrznego Internetu. Jednak NAT stwarza wiele problemów związanych z VPN, na przykład dla protokołu ESP. Aby zapewnić bezpieczeństwo, protokół IPv4 używał IPSec, ale w protokole IPv6 istnieje wbudowany mechanizm bezpieczeństwa, dzięki czemu połączenie między wewnętrznymi a zewnętrznymi adresami IP jest bardzo proste.
W tym celu IPv6 ma dwa różne typy adresów: podczas gdy adresy Unique Local odpowiadają wewnętrznym adresom IP IPv4, adresy Global odpowiadają zewnętrznym adresom IPv4. Wiele osób woli w ogóle nie korzystać z adresów typu Unique Local, podczas gdy inni nie mogą się bez nich obejść, co jest przedmiotem ciągłych sporów. Uważam, że zyskasz znacznie więcej korzyści, jeśli będziesz korzystać wyłącznie z zewnętrznych adresów IP, w pierwszej kolejności ze względu na mobilność. Na przykład moje urządzenie będzie miało ten sam adres IP niezależnie od tego, gdzie się znajduję – w Bangalorze czy Nowym Jorku, co pozwoli mi bez problemu używać dowolnego z moich urządzeń w każdym zakątku świata.
Jak już powiedziałem, IPv6 ma wbudowany mechanizm bezpieczeństwa, który pozwala na utworzenie bezpiecznego tunelu VPN między miejscem, w którym znajduje się twoje biuro, a twoimi urządzeniami. Kiedyś potrzebowaliśmy zewnętrznego mechanizmu do tworzenia takiego tunelu VPN, ale w IPv6 to wbudowany standardowy mechanizm.
Ponieważ dzisiaj omówiliśmy wystarczająco dużo zagadnień, przerywam nasze lekcje, aby kontynuować dyskusję na temat szóstej wersji internetowego protokołu IP w następnym wideo. Jako zadanie domowe proszę, abyście dobrze poznali, czym jest system szesnastkowy, ponieważ zrozumienie IPv6 wymaga zrozumienia konwersji systemu binarnego na szesnastkowy i odwrotnie. Na przykład, musicie wiedzieć, że 1111=F, i tak dalej, po prostu zajrzyjcie do Google, aby się w tym połapać. Na następnej lekcji wideo postaram się ćwiczyć z wami taką konwersję. Zalecam, abyście kilka razy obejrzeli dzisiejszą lekcję wideo, aby nie było żadnych pytań dotyczących poruszonych tematów.
Dziękujemy, że z nami jesteś. Czy podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz widzieć więcej interesujących materiałów? Wspieraj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów entry-level, który został stworzony przez nas dla Ciebie: (dostępne opcje z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40GB DDR4).
Dell R730xd dwa razy tańszy? Tylko u nas w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 dolarów! Czytaj o tym
Źródło: habr.com
