Dzisiaj zajmiemy się protokołem IPv6. Poprzednia wersja kursu CCNA nie wymagała szczegółowego zapoznania się z tym protokołem, jednak w trzeciej wersji 200-125 do zdania egzaminu wymagane jest jego dogłębne przestudiowanie. Protokół IPv6 został opracowany dawno temu, ale przez długi czas nie był powszechnie stosowany. Jest to bardzo ważne dla przyszłego rozwoju Internetu, gdyż ma na celu wyeliminowanie mankamentów wszechobecnego protokołu IPv4.
Ponieważ protokół IPv6 to dość szeroki temat, podzieliłem go na dwa samouczki wideo: Dzień 24 i Dzień 25. Pierwszy dzień poświęcimy podstawowym pojęciom, a drugiego przyjrzymy się konfigurowaniu adresów IP IPv6 dla Cisco urządzenia. Dzisiaj, jak zwykle, omówimy trzy tematy: zapotrzebowanie na protokół IPv6, format adresów IPv6 oraz typy adresów IPv6.
Do tej pory na naszych lekcjach używaliśmy adresów IP v4, a ty jesteś przyzwyczajony do tego, że wyglądają dość prosto. Kiedy zobaczyłeś adres pokazany na tym slajdzie, doskonale zrozumiałeś, o co w tym wszystkim chodzi.
Jednak adresy IP v6 wyglądają zupełnie inaczej. Jeśli nie jesteś zaznajomiony z tym, jak tworzone są adresy w tej wersji protokołu internetowego, najpierw zdziwisz się, że ten typ adresu IP zajmuje dużo miejsca. W czwartej wersji protokołu mieliśmy tylko 4 liczby dziesiętne i wszystko było z nimi proste, ale wyobraź sobie, że musisz podać pewnemu Panu X jego nowy adres IP, taki jak 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e :0370:7334.
Ale nie martw się — pod koniec tego samouczka wideo będziemy w znacznie lepszej sytuacji. Przyjrzyjmy się najpierw, dlaczego pojawiła się potrzeba użycia IPv6.
Obecnie większość ludzi korzysta z protokołu IPv4 i jest z niego całkiem zadowolona. Dlaczego konieczne było uaktualnienie do nowej wersji? Po pierwsze, adresy IP wersji 4 mają długość 32 bitów. Pozwala to na utworzenie około 4 miliardów adresów w Internecie, czyli dokładna liczba adresów IP to 232. W momencie tworzenia IPv4 twórcy uważali, że ta liczba adresów jest więcej niż wystarczająca. Jak pamiętacie, adresy tej wersji podzielone są na 5 klas: klasy aktywne A, B, C oraz klasy rezerwowe D (multicasting) i E (research). Tak więc, chociaż liczba działających adresów IP wynosiła tylko 75% z 4 miliardów, twórcy protokołu byli przekonani, że wystarczy ich dla całej ludzkości. Jednak ze względu na szybki rozwój Internetu z każdym rokiem zaczął odczuwać brak wolnych adresów IP i gdyby nie zastosowanie technologii NAT, wolne adresy IPv4 już dawno by się skończyły. W rzeczywistości NAT stał się zbawicielem tego protokołu internetowego. Dlatego konieczne stało się stworzenie nowej wersji protokołu internetowego, pozbawionej wad wersji 4. Możesz zapytać, dlaczego przeskoczyłeś od razu z wersji 5 do wersji 1,2. Dzieje się tak dlatego, że wersja 3, podobnie jak wersje XNUMX i XNUMX, była eksperymentalna.
Tak więc adresy IP v6 mają 128-bitową przestrzeń adresową. Jak myślisz, ile razy wzrosła liczba możliwych adresów IP? Pewnie powiesz: „4 razy!”. Ale tak nie jest, ponieważ 234 jest już 4 razy większe niż 232. Zatem 2128 jest niewiarygodnie duże - jest równe 340282366920938463463374607431768211456. To liczba adresów IP dostępnych w protokole IPv6. Oznacza to, że możesz przypisać adres IP do wszystkiego, co chcesz: samochodu, telefonu, zegarka na rękę. Współczesny człowiek może mieć laptopa, kilka smartfonów, inteligentne zegarki, inteligentny dom – telewizor podłączony do Internetu, pralkę podłączoną do Internetu, cały dom podłączony do Internetu. Ta liczba adresów pozwala na realizację koncepcji „Internetu rzeczy”, którą wspiera Cisco. Oznacza to, że wszystkie rzeczy w twoim życiu są podłączone do Internetu i wszystkie potrzebują własnego adresu IP. Z IPv6 to możliwe! Każda osoba na Ziemi może korzystać z milionów adresów tej wersji dla swoich urządzeń, a i tak będzie ich za dużo. Nie jesteśmy w stanie przewidzieć, jak rozwinie się technologia, ale możemy mieć nadzieję, że ludzkość nie dotrze do czasów, gdy na Ziemi pozostanie tylko 1 komputer. Można założyć, że IPv6 będzie istniał bardzo, bardzo długo. Przyjrzyjmy się, czym jest szósta wersja formatu adresu IP.
Adresy te są wyświetlane jako 8 grup liczb szesnastkowych. Oznacza to, że każdy znak adresu ma długość 4 bitów, więc każda grupa 4 takich znaków ma długość 16 bitów, a cały adres ma długość 128 bitów. Każda grupa 4 znaków jest oddzielona od następnej grupy dwukropkiem, inaczej niż w adresach IPv4, gdzie grupy były oddzielone kropkami, ponieważ kropka jest dziesiętną reprezentacją liczb. Ponieważ taki adres nie jest łatwy do zapamiętania, istnieje kilka zasad jego skracania. Pierwsza reguła mówi, że grupy samych zer można zastąpić podwójnymi dwukropkami. Podobną operację można wykonać na każdym adresie IP tylko 1 raz. Zobaczmy, co to oznacza.
Jak widać, w podanym przykładzie adresu występują trzy grupy po 4 zera. Całkowita liczba dwukropków oddzielających te grupy 0000:0000:0000 wynosi 2. Tak więc, jeśli użyjesz podwójnego dwukropka ::, będzie to oznaczać, że grupy zer znajdują się w tej lokalizacji adresowej. Skąd więc wiesz, ile grup zer oznacza ten podwójny dwukropek? Jeśli spojrzysz na skróconą formę adresu, możesz policzyć 5 grup po 4 znaki. Ale skoro wiemy, że pełny adres składa się z 8 grup, to podwójny dwukropek oznacza 3 grupy po 4 zera. Jest to pierwsza zasada skróconej formy adresu.
Druga zasada mówi, że możesz odrzucić wiodące zera w każdej grupie znaków. Na przykład szósta grupa długiej formy adresu wygląda jak 6FF, a jej skrócona postać będzie wyglądać jak 04FF, ponieważ usunęliśmy wiodące zero. Zatem wpis 4FF oznacza nic więcej niż 4FF.
Korzystając z tych zasad, możesz skrócić dowolny adres IP. Jednak nawet po skróceniu adres ten nie wygląda na zbyt krótki. Później przyjrzymy się, co możesz z tym zrobić, na razie zapamiętaj tylko te 2 zasady.
Przyjrzyjmy się, czym są nagłówki adresów IPv4 i IPv6.
To zdjęcie, które wziąłem z Internetu, bardzo dobrze wyjaśnia różnicę między dwoma nagłówkami. Jak widać, nagłówek adresu IPv4 jest znacznie bardziej złożony i zawiera więcej informacji niż nagłówek IPv6. Jeśli nagłówek jest złożony, router spędza więcej czasu na przetwarzaniu go w celu podjęcia decyzji o routingu, więc przy użyciu prostszych adresów IP szóstej wersji routery działają wydajniej. Właśnie dlatego IPv6 jest o wiele lepszy niż IPv4.
Długość nagłówka IPv4 od 0 do 31 bitów zajmuje 32 bity. Z wyłączeniem ostatniego wiersza opcji i dopełnienia adres IP w wersji 4 to adres 20-bajtowy, co oznacza, że jego minimalny rozmiar to 20 bajtów. Długość adresu szóstej wersji nie ma minimalnego rozmiaru, a taki adres ma stałą długość 40 bajtów.
W nagłówku IPv4 najpierw pojawia się wersja, a następnie długość nagłówka MPH. Wartość domyślna to 20 bajtów, ale jeśli w nagłówku zostaną określone dodatkowe informacje o opcjach, może on być dłuższy. Za pomocą programu Wireshark można odczytać wartość Version równą 4 i wartość MPH wynoszącą 5, co oznacza pięć pionowych bloków po 4 bajty (32 bity) każdy, nie licząc bloku opcji.
Typ usługi wskazuje charakter pakietu — na przykład pakiet głosowy lub pakiet danych, ponieważ ruch głosowy ma pierwszeństwo przed innymi rodzajami ruchu. Krótko mówiąc, to pole wskazuje priorytet ruchu. Całkowita długość to suma długości nagłówka wynoszącej 20 bajtów plus długość ładunku, czyli przesyłanych danych. Jeśli jest to 50 bajtów, całkowita długość wyniesie 70 bajtów. Pakiet identyfikacyjny służy do weryfikacji integralności pakietu przy użyciu parametru sumy kontrolnej nagłówka sumy kontrolnej nagłówka. Jeżeli paczka jest pofragmentowana na 5 części, to każda z nich musi mieć ten sam identyfikator - fragment offset Fragment Offset, który może mieć wartość od 0 do 4, natomiast każdy fragment paczki musi mieć taką samą wartość offsetu. Flagi wskazują, czy dozwolone jest przesuwanie fragmentów. Jeśli nie chcesz, aby wystąpiła fragmentacja danych, ustaw flagę DF — nie fragmentuj. Jest flaga MF - więcej fragmentu. Oznacza to, że jeśli pierwszy pakiet zostanie podzielony na 5 części, drugi pakiet zostanie ustawiony na 0, co oznacza koniec fragmentów! W takim przypadku ostatni fragment pierwszej paczki zostanie oznaczony cyfrą 4, aby urządzenie odbierające mogło łatwo zdemontować paczkę, czyli zastosować defragmentację.
Zwróć uwagę na kolory użyte na tym slajdzie. Pola, które zostały wykluczone z nagłówka IPv6, są zaznaczone na czerwono. Kolorem niebieskim zaznaczono parametry, które zostały przeniesione z czwartej do szóstej wersji protokołu w zmodyfikowanej formie. Żółte pola pozostały niezmienione w obu wersjach. Zielony kolor pokazuje pole, które po raz pierwszy pojawiło się tylko w IPv6.
Usunięto pola Identyfikacja, Flagi, Przesunięcie fragmentu i Suma kontrolna nagłówka, ponieważ w nowoczesnych warunkach przesyłania danych nie występuje fragmentacja i nie jest wymagana weryfikacja sumy kontrolnej. Wiele lat temu, przy powolnych transferach danych, fragmentacja była dość powszechna, ale dzisiaj Ethernet IEEE 802.3 z MTU 1500 bajtów jest wszechobecny i fragmentacja nie jest już spotykana.
TTL, czyli czas życia pakietu, to licznik odliczający czas - gdy czas życia osiągnie 0, pakiet jest odrzucany. W rzeczywistości jest to maksymalna liczba przeskoków, które można wykonać w tej sieci. Pole Protokół wskazuje, który protokół, TCP lub UDP, jest używany w sieci.
Suma kontrolna nagłówka jest parametrem przestarzałym, dlatego została usunięta z nowej wersji protokołu. Następnie znajdują się pola 32-bitowego adresu źródłowego i 32-bitowego adresu docelowego. Jeśli mamy jakieś informacje w wierszu Opcje, to wartość MPH zmienia się z 5 na 6, wskazując, że w nagłówku znajduje się dodatkowe pole.
Nagłówek IPv6 również korzysta z wersji, a klasa ruchu odpowiada polu typu usługi w nagłówku IPv4. Etykieta przepływu jest podobna do klasy ruchu i służy do uproszczenia trasowania jednorodnego przepływu pakietów. Długość ładunku oznacza długość ładunku lub rozmiar pola danych znajdującego się w polu pod nagłówkiem. Długość samego nagłówka, 40 bajtów, jest stała i dlatego nigdzie nie jest wymieniona.
Pole następnego nagłówka, Następny nagłówek, wskazuje, jaki typ nagłówka będzie miał następny pakiet. Jest to bardzo przydatna funkcja, która określa typ następnego protokołu transportowego - TCP, UDP itp., Który będzie bardzo potrzebny w przyszłych technologiach przesyłania danych. Nawet jeśli używasz własnego protokołu, możesz dowiedzieć się, który protokół jest następny.
Limit przeskoków, czyli Hop Limit, jest analogiczny do TTL w nagłówku IPv4, jest to mechanizm zapobiegający powstawaniu pętli routingu. Następnie znajdują się pola 128-bitowego adresu źródłowego i 128-bitowego adresu docelowego. Cały nagłówek ma rozmiar 40 bajtów. Jak powiedziałem, IPv6 jest znacznie prostszy niż IPv4 i znacznie wydajniejszy przy podejmowaniu decyzji o routingu routera.
Rozważ typy adresów IPv6. Wiemy, czym jest unicast - jest to transmisja ukierunkowana, gdy jedno urządzenie jest bezpośrednio połączone z drugim i oba urządzenia mogą komunikować się tylko ze sobą. Multiemisja jest transmisją rozgłoszeniową i oznacza, że kilka urządzeń może komunikować się z jednym urządzeniem w tym samym czasie, które z kolei może komunikować się z kilkoma urządzeniami jednocześnie. W tym sensie multiemisja jest jak stacja radiowa, której sygnały są rozprowadzane wszędzie. Jeśli chcesz słuchać określonego kanału, musisz dostroić radio do określonej częstotliwości. Jeśli pamiętasz samouczek wideo dotyczący protokołu RIP, to wiesz, że protokół ten wykorzystuje do dystrybucji aktualizacji domenę rozgłoszeniową 255.255.255.255, do której podłączone są wszystkie podsieci. Ale tylko te urządzenia, które używają protokołu RIP, otrzymają te aktualizacje.
Innym typem emisji, którego nie widziano w IPv4, jest Anycast. Jest używany, gdy masz wiele urządzeń z tym samym adresem IP i umożliwia wysyłanie pakietów do najbliższego miejsca docelowego z grupy odbiorców.
W przypadku Internetu, gdzie mamy sieci CDN, jako przykład możemy podać serwis YouTube. Z usługi tej korzysta wiele osób w różnych częściach świata, ale to nie znaczy, że wszyscy łączą się bezpośrednio z serwerem firmy w Kalifornii. Usługa YouTube ma wiele serwerów na całym świecie, na przykład mój indyjski serwer YouTube znajduje się w Singapurze. Podobnie protokół IPv6 posiada wbudowany mechanizm realizacji transmisji CDN z wykorzystaniem rozproszonej geograficznie struktury sieciowej, czyli z wykorzystaniem Anycast.
Jak widać, brakuje tutaj innego typu transmisji, Broadcast, ponieważ IPv6 go nie używa. Ale Multicast w tym protokole działa podobnie do Broadcast w IPv4, tylko w bardziej wydajny sposób.
Szósta wersja protokołu wykorzystuje trzy typy adresów: Link Local, Unique Site Local i Global. Pamiętamy, że w IPv4 jeden interfejs ma tylko jeden adres IP. Załóżmy, że mamy połączone ze sobą dwa routery, więc każdy z interfejsów połączeniowych będzie miał tylko 1 adres IP. Podczas korzystania z protokołu IPv6 każdy interfejs automatycznie otrzymuje lokalny adres IP łącza. Adresy te zaczynają się od FE80::/64.
Te adresy IP są używane tylko do połączeń lokalnych. Osoby pracujące z systemem Windows znają bardzo podobne adresy jak 169.254.X.X - są to adresy automatycznie konfigurowane przez protokół IPv4.
Jeśli komputer prosi serwer DHCP o adres IP, ale z jakiegoś powodu nie może się z nim komunikować, urządzenia firmy Microsoft mają mechanizm, który pozwala komputerowi przypisać sobie adres IP. W takim przypadku adres będzie wyglądał mniej więcej tak: 169.254.1.1. Podobna sytuacja wystąpi, jeśli mamy komputer, switch i router. Załóżmy, że router nie otrzymał adresu IP z serwera DHCP i automatycznie przypisał sobie ten sam adres IP 169.254.1.1. Następnie wyśle żądanie emisji ARP przez sieć za pośrednictwem przełącznika, w którym zapyta, czy jakieś urządzenie sieciowe ma ten adres. Po otrzymaniu żądania komputer odpowie mu: „Tak, mam dokładnie ten sam adres IP!”, Po czym router przypisze sobie nowy losowy adres, na przykład 169.254.10.10, i ponownie wyśle żądanie ARP przez sieć.
Jeśli nikt nie zgłosi, że ma ten sam adres, to zachowa adres 169.254.10.10 dla siebie. Tym samym urządzenia w sieci lokalnej mogą w ogóle nie korzystać z serwera DHCP, wykorzystując mechanizm automatycznego przydzielania sobie adresów IP w celu komunikowania się między sobą. Na tym polega autokonfiguracja adresów IP, którą widzieliśmy wiele razy, ale nigdy nie używaliśmy.
Podobnie IPv6 ma mechanizm przypisywania lokalnych adresów IP łącza zaczynających się od FE80::. Ukośnik 64 oznacza oddzielenie adresów sieciowych i adresów hostów. W tym przypadku pierwsze 64 oznacza sieć, a drugie 64 oznacza hosta.
FE80:: oznacza adresy takie jak FE80.0.0.0/, gdzie po ukośniku następuje część adresu hosta. Te adresy nie są takie same dla naszego urządzenia i podłączonego do niego interfejsu i są konfigurowane automatycznie. W takim przypadku część hosta używa adresu MAC. Jak wiesz, adres MAC to 48-bitowy adres IP, składający się z 6 bloków po 2 liczby szesnastkowe. Microsoft używa takiego systemu, Cisco używa 3 bloków po 4 liczby szesnastkowe.
W naszym przykładzie użyjemy sekwencji Microsoft w postaci 11:22:33:44:55:66. W jaki sposób przypisuje adres MAC urządzenia? Ta sekwencja liczb w adresie hosta, czyli adresie MAC, jest podzielona na dwie części: po lewej stronie trzy grupy 11:22:33, po prawej trzy grupy 44:55:66 oraz FF i FE są dodawane między nimi. Spowoduje to utworzenie 64-bitowego bloku adresu IP hosta.
Jak wiesz, sekwencja 11:22:33:44:55:66 to adres MAC, który jest unikalny dla każdego urządzenia. Ustawiając adresy MAC FF:FE pomiędzy dwiema grupami numerów, uzyskujemy unikalny adres IP dla tego urządzenia. W ten sposób powstaje adres IP typu Local Link, który służy wyłącznie do nawiązywania komunikacji między sąsiadami bez specjalnej konfiguracji i specjalnych serwerów. Taki adres IP może być używany tylko w obrębie jednego segmentu sieci i nie może być używany do komunikacji zewnętrznej poza tym segmentem.
Kolejnym typem adresu jest unikalny zakres lokalny witryny, który odpowiada prywatnym adresom IP IPv4, takim jak 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 i 192.168.0.0/16. Powodem, dla którego używane są wewnętrzne prywatne i zewnętrzne publiczne adresy IP, jest technologia NAT, o której mówiliśmy w poprzednich lekcjach. Unique Site Local Scope to technologia generująca wewnętrzne adresy IP. Możesz powiedzieć: „Imran, ponieważ powiedziałeś, że każde urządzenie może mieć swój własny adres IP, dlatego przeszliśmy na IPv6” i będziesz miał całkowitą rację. Ale niektórzy ludzie wolą używać koncepcji wewnętrznych adresów IP ze względów bezpieczeństwa. W tym przypadku NAT pełni rolę zapory ogniowej, a urządzenia zewnętrzne nie mogą dowolnie komunikować się z urządzeniami znajdującymi się wewnątrz sieci, ponieważ posiadają lokalne adresy IP, które nie są dostępne z zewnętrznego Internetu. Jednak NAT stwarza wiele problemów z VPN, takimi jak protokół ESP. Protokół IPv4 korzystał z protokołu IPSec w celu zapewnienia bezpieczeństwa, ale protokół IPv6 ma wbudowany mechanizm bezpieczeństwa, więc komunikacja między wewnętrznymi i zewnętrznymi adresami IP jest bardzo łatwa.
Aby to zrobić, IPv6 ma dwa różne typy adresów: podczas gdy unikalne adresy lokalne odpowiadają wewnętrznym adresom IP IPv4, adresy globalne odpowiadają zewnętrznym adresom IPv4. Wiele osób decyduje się w ogóle nie używać unikalnych adresów lokalnych, inni nie mogą się bez nich obejść, więc jest to przedmiotem ciągłej debaty. Uważam, że dużo więcej korzyści uzyskasz, jeśli będziesz używać tylko zewnętrznych adresów IP, przede wszystkim w zakresie mobilności. Na przykład moje urządzenie będzie miało ten sam adres IP, niezależnie od tego, czy jestem w Bangalore, czy w Nowym Jorku, więc mogę z łatwością korzystać z dowolnego urządzenia w dowolnym miejscu na świecie.
Jak powiedziałem, protokół IPv6 ma wbudowany mechanizm bezpieczeństwa, który umożliwia utworzenie bezpiecznego tunelu VPN między lokalizacją biura a urządzeniami. Wcześniej do stworzenia takiego tunelu VPN potrzebny był zewnętrzny mechanizm, ale w IPv6 jest to wbudowany standardowy mechanizm.
Ponieważ omówiliśmy dzisiaj wystarczająco dużo tematów, przerywam naszą lekcję, aby kontynuować dyskusję na temat szóstej wersji protokołu internetowego IP w następnym filmie. W ramach pracy domowej poproszę o dokładne przestudiowanie, czym jest system liczb szesnastkowych, ponieważ aby zrozumieć IPv6, bardzo ważne jest zrozumienie konwersji systemu liczb binarnych na system liczb szesnastkowych i odwrotnie. Na przykład powinieneś wiedzieć, że 1111=F i tak dalej, po prostu poproś Google, aby to rozwiązał. W kolejnym samouczku wideo postaram się przećwiczyć z Tobą taką przemianę. Polecam kilka razy obejrzeć dzisiejszy samouczek wideo, aby nie mieć żadnych pytań dotyczących poruszanych tematów.
Dziękujemy za pobyt z nami. Podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz zobaczyć więcej ciekawych treści? Wesprzyj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów klasy podstawowej, który został przez nas wymyślony dla Ciebie: (dostępne z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 razy tańszy? Tylko tutaj w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gb/s 100 TB — od 99 USD! Czytać o
Źródło: www.habr.com