Кулябов Д.С., Королькова А.В. Архитектура и принципы построения современных сетей и систем телекоммуникаций

Подождите немного. Документ загружается.

5.2. Протокол IPv6 121

Поле Максимальное число транзитных узлов (Hop Limit) (длина 8 бит) ука-

зывает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети.

Величина этого поля уменьшается на 1 при прохождении пакета через узел сети

(шлюз или хост). Если величина этого поля равна 0, пакет уничтожается.

Поля IP-адрес источника (Source IP Address) и IP-адрес назначения (Desti-

nation IP Address) (длина по 128 бит) содержат адреса отправителя и получателя

соответственно.

5.2.2. Дополнительные заголовки IPv6

Протокол IPv6 предусматривает возможность размещения дополнительных

заголовков после основного. Дополнительные заголовки представляют собой бло-

ки данных, каждый из которых отвечает за выполнение собственных функций. В

каждом из них содержится поле идентификатора следующего заголовка. В насто-

ящее время определены следующие дополнительные заголовки: маршрутизации,

фрагментации, аутентификации, опций Hop-by-Hop, места назначения и отсут-

ствия следующего заголовка.

Заголовок опций Hop-by-Hop содержит информацию, которая должна прове-

ряться на каждом узле по пути следования пакета. Его идентификатор в основном

заголовке — число 0. Структура заголовка представлена на рис. 5.8.

идентификатор

след. заголовка

длина доп.

заголовка

опции

Рис. 5.8. Структура дополнительного заголовка опций Hop-by-Hop

Заголовок содержит следующие поля:

–– поле Следующий заголовок (Next Header) (длина 8 бит) идентифицирует тип

следующего заголовка;

–– поле Длина дополнительного заголовка (Hdr Ext Len) (длина 8 бит) указы-

вает длину данного заголовка в 64-битных единицах (не считая первые 64

бита);

–– поле Опции (Options) содержит параметры, определяющие некоторые стан-

дартные операции над пакетом, а также параметр Jumbo Payload (сверхдли-

на), использующийся в тех пакетах, длина которых более 65535 байт, и ука-

зывающий длину пакета в байтах, включая длину заголовка опций Hop-by-

Hop, и должно быть больше 65535 байт. При этом в поле Размер поля дан-

ных (Payload Length) основного заголовка проставляется значение 0.

Заголовок маршрутизации рис. 5.9 используется отправителем IPv6 для того,

чтобы указать пакету список промежуточных узлов, через которые пакет должен

пройти по пути к адресу назначения. Этот заголовок идентифицируется значени-

ем 43 в заголовке предыдущего заголовка и содержит следующие поля:

–– поле Следующий заголовок (Next Header) (длина 8 бит) идентифицирует тип

следующего заголовка;

122 Глава 5. Сетевой уровень

–– поле Длина дополнительного заголовка (Hdr Ext Len) (длина 8 бит) указы-

вает длину данного заголовка в 64-битных единицах (не считая первые 64

бита);

–– поле Тип маршрутизации (Routing Type) (длина 8 бит) содержит идентифи-

катор конкретного варианта маршрутизации;

–– поле Оставшиеся сегменты (Segment Left) (длина 8 бит) содержит число

промежуточных узлов, которые должны быть посещены пакетом по пути к

месту назначения;

–– поле Специальный тип данных (Type-Specific Data) (длина кратна 8 окте-

там) имеет формат, зависящий от кода поля Тип маршрутизации (Routing

Type), длина определяется заголовком маршрутизации.

идентификатор

след. заголовка

длина доп.

заголовка

данные специального типа

тип маршрутизации

оставшиеся

сегменты

Рис. 5.9. Структура дополнительного заголовка маршрутизации

Заголовок фрагментации используется отправителем IPv6 для посылки паке-

тов длиннее, чем MTU пути до места назначения. Заголовок фрагментации иден-

тифицируется значением 44 в заголовке предыдущего заголовка. Структура заго-

ловка представлена на рис. 5.10.

идентификатор

след. заголовка

резерв

идентификация

смещение фрагмента Mрез.

Рис. 5.10. Структура дополнительного заголовка фрагментации

Заголовок содержит следующие поля:

–– поле Следующий заголовок (Next Header) (длина 8 бит) идентифицирует тип

следующего заголовка;

–– поле Резерв (Reserved) (длина 8 бит) инициализируется нулем при передаче

и игнорируется при приёме;

–– поле Смещение фрагмента (Fragment Offset) (длина 13 бит) задаётся в 64-

битных единицах по отношению к началу фрагментируемой части пакета;

–– поле Резерв (Res) (длина 2 бита) принимает значение 0 в случае передачи и

игнорируется в случае приёма пакета;

–– поле Флаг М (длина 1 бит) принимает значение 1, если имеется следующий

фрагмент, и 0 — если этот фрагмент последний;

–– поле Идентификатор (Identification) (длина 32 бита) содержит идентифи-

катор фрагмента.

5.2. Протокол IPv6 123

Заголовок аутентификации представляет собой механизм, который обеспе-

чивает целостность передаваемых данных и аутентификацию отправителя на уров-

не IP-протокола как для IPv4, так и для IPv6. Он обеспечивает защиту переда-

ваемой информации благодаря шифрованию данных на основе криптографиче-

ского ключа с использованием асимметричных методов кодирования (например,

RSA). Данный механизм обеспечивает целостность данных добавлением к IP-

пакету информации аутентификации. Эта информация определяется на основе

содержимого всех полей IP-пакета (как заголовков, так и пользовательских дан-

ных), которые не изменяются при передаче пакета. Заголовок аутентификации

идентифицируется значением 51 в заголовке предыдущего заголовка. Содержит

следующие поля:

–– поле Следующий заголовок (Next Header) (длина 8 бит) идентифицирует тип

следующего заголовка;

–– поле Длина (Length) (длина 8 бит) содержит длину данных аутентификации

в 32-битных единицах;

–– поле Резерв (Reserved) (длина 16 бит) не используется;

–– поле Индекс параметров безопасности (Security Parameters Index) (длина

32 бита) представляет собой псевдослучайное число, определяющее индекс

соответствия в SA (определяющей тип алгоритма, параметры шифрования

и т.д.);

–– поле Данные аутентификации (Authentication Data) содержит результат

работы алгоритма шифрования.

Заголовок места назначения используется для передачи опционной информа-

ции, которая должна анализироваться только узлом (узлами) назначения. Заголо-

вок опции места назначения идентифицируется значением 60 предшествующего

заголовка. Структура заголовка представлена на рис. 5.11.

идентификатор

след. заголовка

длина доп.

заголовка

опции

Рис. 5.11. Структура дополнительного заголовка места назначения

Содержит следующие поля:

–– поле Следующий заголовок (Next Header) (длина 8 бит) идентифицирует тип

следующего заголовка;

–– поле Длина дополнительного заголовка (Hdr Ext Len) (длина 8 бит) указы-

вает длину данного заголовка в 64-битных единицах (не считая первые 64

бита);

–– поле Опции (Options) содержит параметры, определяющие некоторые опе-

рации над пакетом.

Заголовок отсутствия следующего заголовка указывает, что за этим заголов-

ком ничего не следует. Заголовок отсутствия следующего заголовка идентифици-

руется значением 59 предшествующего заголовка.

124 Глава 5. Сетевой уровень

5.2.3. Схема адресации протокола IPv6

Схема адресации протокола IPv6 описана в документах RFC 3513 [18] (ранее

RFC-2373, RFC-1884), RFC 3531 [19], RFC 3587 [20].

5.2.3.1. Форма записи адреса

Адрес IPv6 имеет длину 128 бит, разделяется на части по 16 бит, которые пре-

образуются в 4-значные шестнадцатеричные числа и разделяются двоеточиями.

Получающаяся форма записи называется двухточечно-шестнадцатеричной.

Ниже показан адрес IPv6 в двоичной форме:

0010000111011010 0000000011010011 0000000000000000

0010111100111011 0000001010101010 0000000011111111

1111111000101000 1001110001011010

и соответствующая его запись в двухточечно-шестнадцатеричной форме:

21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

Представление адресов IPv6 может быть упрощено путём удаления началь-

ных нулей в каждом 16-битном блоке. Однако каждый из блоков должен содер-

жать не менее одного знака. При подавлении начальных нулей адрес выглядит

следующим образом:

21DA:D3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A

Некоторые типы адресов содержат длинные последовательности нулей. Для

дальнейшего упрощения адресов IPv6 сплошные последовательности 16-битных

блоков из нулей в двухточечно-шестнадцатеричном формате могут быть сокра-

щены до :: (т.н. двойное двоеточие). Например, адрес

FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2

можно сократить до

FE80::2AA:FF:FE9A:4CA2,

а адрес

FF02:0:0:0:0:0:0:2

можно сократить до

FF02::2.

Сокращение нулей можно использовать только для сокращения единого сплош-

ного ряда 16-битных блоков в двухточечно-шестнадцатеричном формате и только

один раз. В противном случае будет невозможно определить число нулей, пред-

ставленных каждым двойным двоеточием.

5.2. Протокол IPv6 125

идентификатор интерфейсапрефикс подсети

n бит 128 – n бит

Рис. 5.12. Префикс в структуре адреса IPv6

5.2.3.2. Понятие префикса

Аналогично способу разделения пространства адресов IPv4, пространство ад-

ресов IPv6 делится согласно значениям старших битов адреса, которые образуют

префикс формата (Format Prefix, FP) (рис. 5.12).

Префикс — это часть адреса, указывающая биты, имеющие фиксированные

значения, или биты, идентифицирующие сеть. Префиксы для маршрутов IPv6 и

идентификаторов подсети выражаются так же, как в нотации CIDR для IPv4.

Префикс IPv6 записывается в нотации адрес/длина_префикса. Например,

21DA:D3::/48 — префикс маршрута, а 21DA:D3:0:2F3B::/64 — префикс под-

сети.

5.2.3.3. Типы адресов

Адреса IPv6 всех типов ассоциируются с интерфейсами, а не с узлами. Интер-

фейс принадлежит только одному узлу, узел может иметь несколько интерфейсов.

Одному интерфейсу могут соответствовать много адресов IPv6 различного типа.

Существует три типа адресов:

–– адрес одиночного интерфейса (Unicast),

–– адрес любого интерфейса группы интерфейсов (Anycast),

–– адрес группы интерфейсов (Multicast).

Краткая сводка по адресам дана в табл. 5.4.

5.2.3.3.1. Адрес одиночного интерфейса (Unicast). Адрес одиночного интер-

фейса (Unicast) идентифицирует только один интерфейс, за исключением двух

случаев:

1) если приложение рассматривает несколько интерфейсов как единое целое

на уровне Интернета;

2) если на маршрутизаторе есть ненумерованные интерфейсы (интерфейсу не

присваивается никакого IPv6 адреса) для соединений точка-точка.

Существует несколько форм адресов одиночного интерфейса:

–– глобальный адрес одиночного интерфейса провайдера (Global Provider Based

Unicast Address);

–– адрес локальной связи (Link-Local-Use Address);

–– адрес локальной подсети (Site-Local-Use Address);

–– адреса совместимости с адресами IPv4;

–– адрес NSAP (Network Service Access Point).

Глобальный адрес одиночного интерфейса провайдера (Global Provider Based

Unicast Address) определяется префиксом 001, эквивалентен общедоступному ад-

ресу IPv4, применяется для глобальной маршрутизации в части Интернет, ис-

пользующей протокол IPv6. Структура адреса представлена на рис. 5.13 и 5.14.

126 Глава 5. Сетевой уровень

Таблица 5.4

Префиксы адресов IPv6

Назначение Префикс (двоичный)

Зарезервировано 0000 0000

Не определено 0000 0001

Зарезервировано для NSAP 0000 001

Зарезервировано для IPX 0000 010

Не определено 0000 011

Не определено 0000 1

Не определено 0001

Не определено 001

Провайдерские Unicast-адреса 010

Не определено 011

Зарезервировано для географических

уникаст-адресов

100

Не определено 101

Не определено 110

Не определено 1110

Не определено 1111 0

Не определено 1111 10

Не определено 1111 110

Не определено 1111 1110 0

Адреса локальной связи (локальные ка-

нальные адреса)

1111 1110 10

Адрес локальной подсети 1111 1110 11

Адреса группы интерфейсов (Multicast-

адреса)

1111 1111

5.2. Протокол IPv6 127

идентификатор интерфейса

идентификатор

подсети

n бит 128 – n – m бит

префикс глобальной

маршрутизации

m бит

Рис. 5.13. Общая структура глобального Unicast-адреса IPv6

префикс TLA ID резерв NLA ID

SLA ID

идентификатор интерфейса

3 бита 13 бит 8 бит 24 бита 16 бит 64 бита

Рис. 5.14. Структура глобального Unicast-адреса провайдера

Поле Агрегированный идентификатор верхнего уровня (TLA ID, Top Level

Aggregation Identifier (длина 13 бит)

указывает идентификатор составляющей

верхнего уровня для адреса, т.е. самый верхний уровень в иерархии маршрути-

зации. Распределением адресов данного диапазона занимается IANA (Internet As-

signed Numbers Authority), предоставляя адреса локальным реестрам Интернета,

которые, в свою очередь, выделяют отдельные идентификаторы TLA крупным

поставщикам услуг Интернета. Маршрутизаторы на верхнем уровне иерархии

маршрутизации по протоколу IPv6 не имеют маршрутов по умолчанию — только

маршруты с 16-битными префиксами, соответствующими выделенным TLA.

Поле Резерв (Res) (длина 8 бит) зарезервировано для будущего использования

при увеличении размера полей TLA ID или NLA ID.

Поле Агрегированный идентификатор следующего уровня (NLA ID, Next Level

Aggregation Identifier) (длина 24 бита) указывает идентификатор составляющей

следующего уровня для адреса, т.е. используется для указания подсети конкрет-

ного потребителя. Поле NLA ID позволяет поставщикам услуг Интернета созда-

вать множественные уровни иерархии адресации для организации адресации и

маршрутизации, а также для определения подсетей. Структура сети поставщика

услуг Интернета не видна для маршрутизаторов верхнего уровня иерархии марш-

рутизации.

Поле Агрегированный идентификатор уровня подсети (SLA ID, Site Level Ag-

gregation Identifier) (длина 16 бит) указывает идентификатор составляющей уров-

ня подсети для адреса, т.е. используется отдельными организациями для опре-

деления подсетей в пределах собственной сети. Структура сети организации не

видна для маршрутизаторов верхнего уровня иерархии маршрутизации.

Поле Идентификатор интерфейса (Interface ID) (длина 64 бита) указывает

интерфейс узла в конкретной подсети.

Адрес локальной связи (Link-Local-Use Address) определяется префиксом фор-

мата 11111110 10, используется узлами при обмене данными с соседними узла-

ми сети с единой связью. Адреса локальной связи эквивалентны адресам APIPA

(Automatic Private IP Addressing) в IPv4 (использующим префикс 169.254.0.0/16).

Адрес локальной связи необходим для процессов изучения окружения и всегда

настраивается автоматически. Структура адреса представлена на рис. 5.15.

Первые 64 бита всегда закреплены за адресом локальной связи и начинают-

ся с префикса FE80::/64. Маршрутизатор IPv6 никогда не направляет трафик

13-битное поле позволяет создать 8 192 различных идентификатора TLA.

128 Глава 5. Сетевой уровень

локальной связи за пределы канала связи.

10 бит 54 бита 64 бита

11111110 10 0 · · · 0

Идентификатор интерфейса

Рис. 5.15. Структура адреса локальной связи IPv6

Поле Идентификатор интерфейса (Interface ID) (длина 64 бита) указывает

интерфейс узла.

Адрес локальной подсети (Site-Local-Use Address) определяется префиксом

формата 11111110 11. Данный тип адреса эквивалентен частному пространству

адресов IPv4 (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16). Например, част-

ные интрасети, не имеющие непосредственного маршрутизированного подклю-

чения к Интернету на базе протокола IPv6, могут использовать адреса локальной

подсети без конфликтов с глобальными адресами одиночного интерфейса провай-

дера. Адреса локальной подсети недоступны из других подсетей, и маршрутиза-

торы не должны пересылать трафик локальной подсети за пределы этой подсети.

Структура адреса представлена на рис. 5.16.

10 бит 54 бита 64 бита

11111110 11 0 · · · 0

Идентификатор интерфейса

Рис. 5.16. Структура адреса локальной подсети IPv6

Первые 48 бит всегда закреплены за адресами локальной подсети и начина-

ются с префикса FEC0::/48.

Затем следует поле Идентификатор подсети (Subnet ID) (длина 16 бит), с

помощью которого можно создавать подсети внутри организации.

Поле Идентификатор интерфейса (Interface ID) (длина 64 бита) указывает

интерфейс узла в конкретной подсети.

Адреса совместимости с адресами IPv4 определены для облегчения перехода

от адресов IPv4 к адресам IPv6:

–– IPv4-совместимый адрес используется узлами, работающими как с прото-

колом IPv4, так и с протоколом IPv6. Адрес имеет вид

0:0:0:0:0:0:w.x.y.z или ::w.x.y.z,

где w.x.y.z — точечно-десятичное представление адреса IPv4. Когда в ка-

честве адреса назначения IPv6 используется IPv4-совместимый адрес, тра-

фик IPv6 автоматически инкапсулируется в заголовок IPv4 и отправляется

по адресу назначения с использованием инфраструктуры IPv4.

–– IPv4-сопоставленный адрес используется для представления узла, работа-

ющего только по протоколу IPv4, узлу IPv6. Адрес имеет вид

0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z или ::FFFF:w.x.y.z,

5.2. Протокол IPv6 129

где w.x.y.z — точечно-десятичное представление адреса IPv4. Такие ад-

реса применяются только для внутреннего представления и никогда не ис-

пользуется в качестве адреса источника или назначения для пакетов IPv6.

Протокол IPv6 не поддерживает использование IPv4-сопоставленных адре-

сов.

–– Адрес 6to4 используется узлами, работающими как с IPv4, так и с IPv6. Ад-

рес формируется путём объединения префикса 2002::/16 с 32-битным ад-

ресом IPv4, в результате чего получается 48-битный префикс. Например,

для IPv4-адреса 131.107.0.1 адрес 6to4 будет иметь вид 2002:836B:1::/48.

Адреса NSAP (Network Service Access Point) имеют префикс формата 0000001,

а последние 121 бит адреса IPv6 сопоставляются адресу NSAP (см. RFC-1888 [21]).

5.2.3.3.2. Адрес любого интерфейса группы интерфейсов (Anycast). Адрес

любого интерфейса группы интерфейсов (Anycast) идентифицирует некоторую

группу интерфейсов. При соответствующей топологии маршрутизации пакеты,

отправляемые на такой адрес, доставляются на один интерфейс (ближайший из

указанных адресом). Ближайший интерфейс определяется длиной маршрута. Ад-

рес любого интерфейса группы интерфейсов используется для обмена данными

по схеме «один–один из многих» с доставкой на один интерфейс.

Для обеспечения доставки данных ближайшему члену группы инфраструкту-

ра маршрутизации должна знать интерфейсы, которым назначены такие адреса, и

их удалённость в терминах метрик маршрутизации. В настоящее время этот тип

адресов используются только в качестве адресов назначения маршрутизаторов и

назначаются из пространства адресов одиночных интерфейсов.

Адрес любого интерфейса группы интерфейсов для маршрутизатора подсети

является предопределённым и обязательным и используется для обмена данны-

ми с одним из нескольких маршрутизаторов, подключённых к удалённой подсети.

Он создаётся на основе префикса данного интерфейса. При назначении такого ад-

реса для маршрутизатора подсети значения бит префикса подсети фиксируются,

а для оставшихся бит задаётся значение 0 (рис. 5.17).

0 .. 0префикс подсети

n бит 128 – n бит

Рис. 5.17. Структура Anycast-адреса IPv6

Всем интерфейсам маршрутизатора, подключённым к подсети, назначается

этот же адрес для соответствующей подсети.

5.2.3.3.3. Адрес группы интерфейсов (Multicast). При соответствующей то-

пологии многоадресной маршрутизации пакеты, отправляемые на адрес группы

интерфейсов (Multicast), доставляются на все интерфейсы, указанные адресом.

Такие адреса нельзя использовать в качестве адресов источников. Структура ад-

реса представлена на рис. 5.18.

Префикс (длина 8 бит) имеет формат 11111111.

Поле Флаги (Flags) (длина 4 бита) указывает различные флаги. Согласно до-

кументу RFC-3513 [18] (ранее RFC-2373), первые три бита зарезервированы и

130 Глава 5. Сетевой уровень

идентификатор группы

112 бит8 бит 4 бита 4 бита

флаги областьпрефикс

Рис. 5.18. Структура глобального Multicast-адреса провайдера

должны быть установлены в 0, определён только последний бит — флаг T (Tran-

sient — временный). Нулевое значение флага T указывает на то, что адрес яв-

ляется постоянно назначенным адресом многоадресной рассылки, выделенным

IANA. Значение 1 флага T указывает на то, что адрес является временным.

Поле Область (Scope) (длина 4 бита) указывает область объединённой сети

IPv6, для которой предназначен трафик. Маршрутизаторы используют значение

данного поля как дополнение к сведениям, предоставляемым протоколами много-

адресной маршрутизации, для определения допустимых пределов рассылки мно-

гоадресного трафика. В документе RFC-3513 [18] (ранее RFC-2373) определены

следующие значения данного поля:

–– значения 0, 3, F зарезервированы;

–– значение 1 — область локального интерфейса (interface-local scope);

–– значение 2 — область локальной связи (link-local scope);

–– значение 4 — область локального администрирования (admin-local scope);

–– значение 5 — область локальной подсети (site-local scope);

–– значение 8 — область локальной подсети организации (organization-local

scope);

–– значение E — неограниченная область (global scope);

–– значения 6, 7, 9, A, B, C, D не определены.

Поле Идентификатор группы (Group ID) (длина 112 бит) указывает иденти-

фикатор группы многоадресной рассылки, являющийся уникальным в пределах

области. Постоянно назначенные идентификаторы групп независимы от области.

Временные идентификаторы групп относятся только к конкретной области. Ад-

реса многоадресной рассылки с FF01:: по FF0F:: являются зарезервированными

адресами.

Так, FF01::1 указывает адрес всех узлов локального узла, FF02::1 — адрес

всех узлов локальной связи, FF01::2 — адрес всех маршрутизаторов локально-

го узла, FF02::2 — адрес всех маршрутизаторов локальной связи и, наконец,

FF05::2 — адрес всех маршрутизаторов локальной подсети.

При использовании в идентификаторе группы только последних 32 бит (осталь-

ные биты этого поля должны быть установлены в 0) каждый идентификатор груп-

пы сопоставляется с уникальным MAC-адресом многоадресной рассылки Ether-

net.

Адрес запроса узлов (Solicited-node Multicast Address) совмещает в себе функ-

ции адреса одиночного интерфейса и адреса Anycast. Адрес состоит из префикса

FF02::1:FF00:0/104 и последних 24 бит Unicast или Anycast-адреса IPv6. На-

пример, узлу с адресом IPv6 локальной связи

FE80::2AA:FF:FE28:9C5A

соответствует адрес запроса узлов

FF02::1:FF28:9C5A.