RFC-4291. Архитектура 6-ой версии IP-протокола в Internet (IPv6-адресация). Февраль 2006 года (категория: стандарт)

Подождите немного. Документ загружается.

RFC 4291 февраль 2006 года

категория: стандарт

АРХИТЕКТУРА ШЕСТОЙ ВЕРСИИ ПРОТОКОЛА

МЕЖСЕТЕВОГО ОБМЕНА В INTERNET

(IPv6-адресация)

I. ПРЕДИСЛОВИЕ

Этот стандарт определяет архитектуру шестой версии протокола сетевого

уровня в Internet (IPv6-протокол). Он включает основные форматы различных

типов (однонаправленный — unicast, альтернативный — anycast и групповой —

multicast).

II. IPV6-АДРЕСАЦИЯ

IPv6-адреса представляют собой 128-битовые идентификаторы для сете-

вых интерфейсов и групп сетевых интерфейсов. Существуют следующие три

типа IPv6-адресов:

 однонаправленный (unicast). Он представляет собой идентификатор одно-

го интерфейса (IP-узла). Переданный с таким адресом IP-пакет доставля-

ется на интерфейс (IP-узел), имеющий такой адрес;

 альтернативный (anycast). Он представляет собой идентификатор группы

сетевых интерфейсов (обычно принадлежащих различным IP-узлам). Пе-

реданный с таким адресом IP-пакет доставляется на один из сетевых ин-

терфейсов (IP-узлов), имеющих такой адрес (то есть “ближайший” в со-

ответствии с принятой метрикой протокола маршрутизации);

 групповой (multicast). Он представляет собой идентификатор группы се-

тевых интерфейсов (обычно принадлежащих различным IP-узлам). Пере-

данный с таким адресом IP-пакет доставляется на все интерфейсы (IP-

узлы), имеющие такой адрес.

В IPv6-адресации нет широковещательных (broadcast) адресов, так как эту

функцию выполняют групповые IPv6-адреса.

2.1. Модель IPv6-адресации

IPv6-адреса всех типов приписываются (привязаны) к сетевым интерфей-

сам, а не к IP-узлам (на практике один IP-узел может иметь несколько сетевых

интерфейсов).

Однонаправленный IPv6-адрес указывает на одиночный сетевой интер-

фейс. Так как каждый сетевой интерфейс принадлежит одному IP-узлу, то в

принципе, однонаправленные IPv6-адреса можно использовать в качестве иден-

тификатора IP-узла.

Одно из требований к любому сетевому интерфейсу заключается в том,

что он должен иметь, по крайней мере, один однонаправленный IPv6-адрес,

связанный с конкретным локальным каналом связи. Один сетевой интерфейс

может также иметь несколько IPv6-адресов различных типов (однонаправлен-

ный, альтернативный и групповой) или целый диапазон.

Однонаправленные IPv6-адреса в большом диапазоне превышают диапа-

зон конкретной линии связи, и поэтому нет необходимости обозначать ими ин-

терфейсы “не соседних” IP-узлов, которые не используются как источники или

получатели IPv6-пакетов. Они наиболее приемлемы для идентификации око-

нечных интерфейсов при сквозном соединении (“point-to-point”). Существует

только одно исключение в данной модели адресации: однонаправленные IPv6-

адреса или группа таких IPv6-адресов может быть присвоена нескольким физи-

ческим интерфейсам, если в конкретной подсети эта группа физических интер-

фейсов рассматриваются как один интерфейс, когда его представляют как ин-

терфейс сетевого уровня. Это бывает весьма полезным при распределении на-

грузки между несколькими физическими интерфейсами.

В настоящее время модель IPv6-адресации совпадает с моделью IPv4-

адресации, в которой префикс подсети соответствует одной линии связи. Более

того несколько префиксов подсети могут присваиваться одной и той же линии

связи.

2.2. Текстуальное представление IPv6-адресов

Существуют три стандартные формы текстуального представления IPv6-

адресов (в форме текстовых строк или последовательностей):

 рекомендуемая (полная) форма:

x:x:x:x:x:x:x:x ,

где “x” — от одного до четырех шестнадцатеричных чисел из восьми 16-

битовых отрезков (полей/субполей) IPv6-адреса. Например:

ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789 ;

2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A .

(Замечание. Нет необходимости записывать все четыре нуля в одном 16-

битовом поле IPv6-адреса. Однако, в каждом поле должна присутствовать

хотя бы одна цифра.);

 сокращѐнная форма. Несмотря на некоторые способы формирования оп-

ределенных вариантов IPv6-адресов, в большинстве случаев IPv6-адреса

будут содержать весьма длинные последовательности нулевых битов. С

целью облегчения записи IPv6-адресов, содержащих такие нулевые по-

следовательности, существуют специальные правила для сокращения

длины адреса. В частности, для этого используется символ “::”, который

служит для замены нулевых 16-битовых полей в IPv6-адресе. Этот символ

может размещаться в IPv6-адресе только один раз. Он также может ис-

пользоваться для сокращения начальных или конечных нулевых последо-

вательностей. Следующая таблица содержит примеры использования

символа “::”;

Типы IPv6-адресов

Рекомендуемая форма

Сокращѐнная форма

Однонаправленный адрес

2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A

2001:DB8::8:800:200C:417A

Групповой адрес

FF01:0:0:0:0:0:0:101

FF01::101

Петлевой адрес



0:0:0:0:0:0:0:1

::1

Неустановленный адрес

0:0:0:0:0:0:0:0

 смешанная (альтернативная) форма. Данная форма применяется в тех

случаях, когда речь идет IP-узлах, использующих одновременно IPv4- и

IPv6-адресацию, и поэтому она имеет следующий формат записи:

x:x:x:x:x:x:d.d.d.d ,

где “x” — шестнадцатеричные числа в первых шести 16-битовых полей

смешанного адреса, “d” — десятичные числа последних четырѐх 8-

битовых полей (в соответствии с IPv6-адресацией) смешанного адреса.

Следующая таблица содержит примеры смешанной формы адресации.

Смешанная форма

Сокращѐнная форма

0:0:0:0:0:0:13.1.68.3

::13.1.68.3

0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38

::FFFF:129.144.52.38

2.3. Текстуальное представление префиксов IPv6-адресов

Текстуальное представление префиксов IPv6-адресов аналогично записи

префиксов IPv4-адресов при использовании бесклассового способа межсетевой

маршрутизации



Префикс IPv6-адреса имеет следующий формат записи:

ipv6-address/prefix-length ,

где “ipv6-address” — любой из перечисленных выше типов IPv6-адресов, а “pre-

fix-length” — десятичное число, указывающее на количество крайних слева по-

следовательных битов адреса, представляющих префикс. Далее приведены

примеры допустимых форматов записи 60 битового шестнадцатеричного пре-

фикса “20010DB80000CD3”:

2001:0DB8:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 ;

2001:0DB8::CD30:0:0:0:0/60 ;



Петлевой (loopback) адрес используется для передачи контрольных IP-пакетов (эхо-контроль, “ping”)



В IPv4-адресации все адреса разделены на четыре класса.

2001:0DB8:0:CD30::/60 .

Далее приведены примеры не допустимых форматов записи 60 битового

шестнадцатеричного префикса “20010DB80000CD3”:

 “2001:0DB8:0:CD3/60” — в этом случае могут быть потеряны начальные

последовательности нулей (но не конечных) в пределах любого 16-

битового поля адреса;

 “2001:0DB8::CD30/60” — в этом случае адрес слева от символа “/” “расши-

ряется” до неверного значения “2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0000:CD30”;

 “2001:0DB8::CD3/60” — в этом случае адрес слева от символа “/” “расширя-

ется” до неверного значения “2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:0000: 0CD3”.

При записи IPv6-адреса IP-узла совместно с префиксом этого IPv6-адреса

IP-узла (например, префикс IP-узла некой подсети), то тогда допускаются сле-

дующие форматы записи:

 IPv6-адреса IP-узла — “2001:0DB8:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF ”;

 номер подсети, в которой расположен IP-узел —“2001:0DB8:0:CD30::/60”;

 комбинация адрес/префикс —“2001:0DB8:0:CD30:123:4567:89AB:CDEF/60”.

2.4. Идентификация типа IPv6-адреса

Тип IPv6-адреса определяется битами старшего порядка адреса. Следую-

щая таблица определяет кодирование типов IPv6-адресов.

Тип IPv6-адреса

Двоичный префикс

Формат IPv6-адреса

Неустановленный адрес

00...0 (128 битов)

::/128

Петлевой адрес

00...1 (128 битов)

::1/128

Групповой адрес

11111111

FF00::/8

Однонаправленный адрес

для локальной линии связи

1111111010

FE80::/10

Глобальный

однонаправленный адрес

Любой другой

Альтернативные IPv6-адреса, выбираемые из пространства однонаправ-

ленных IPv6-адресов, с точки зрения семантики ничем не отличаются от одно-

направленных IPv6-адресов.

В последующих стандартах для определенных целей могут быть введены

один или несколько субдиапазонов глобальных однонаправленных IPv6-

адресов, но до тех пор, пока этого не произойдет, в прикладных системах все

адреса должны трактоваться как глобальные однонаправленные IPv6-адреса, за

исключением других типов адресов, представленных в приведенной выше таб-

лице.

2.5. Однонаправленные IPv6-адреса

Однонаправленные IPv6-адреса записываются вместе с префиксами про-

извольной длины в битах, что — аналогично IPv4-адресации при использова-

нии бесклассового способа межсетевой маршрутизации.

В настоящее время существуют несколько типов однонаправленных IPv6-

адресов, а именно: глобальные, для локальных терминалов (сетевых устройств)

и для локальных линий связи (IP-узлов). Существуют также несколько специа-

лизированных подтипов глобальных однонаправленных IPv6-адресов, среди

которых совмещенные IPv6- и IPv4-адреса. В дальнейшем могут быть опреде-

лены новые типы и подтипы адресов.

IP-узлы работающие с IPv6-адресацией могут иметь достаточно много

или мало данных о внутренней структуре IPv6-адресов, это зависит роли, кото-

рую играет IP-узел (например, сервер или маршрутизатор). Как минимум, IP-

узел может знать, что однонаправленный IPv6-адрес (включая свой собствен-

ный) не имеет какой-либо внутренней структуры (рис.1).

128 битов

IPv6-адрес IP-узла

Рис.1. Формат IPv6-адреса, не имеющего какой-либо внутренней структуры

Немного более сложный IP-узел (но по-прежнему весьма простой) до-

полнительно может быть “осведомлѐн” о префиксе(ах) подсети для линии(ий)

связи, которые за ними закреплены, при этом различные IPv6-адреса могут

иметь различные значения длины (“n”) префикса (рис.2).

n битов

128 битов

Префикс подсети

Идентификатор интерфейса

Рис.2. Формат IPv6-адреса с префиксом подсети длиной “n”

Тем не менее, очень простой маршрутизатор может не иметь данных о

внутренней структуре однонаправленных IPv6-адресов, однако маршрутизато-

ры будут иметь более полные данные об одной или нескольких иерархических

границах топологического сетевого пространства, в рамках которого функцио-

нируют протоколы маршрутизации. Но даже известные границы будут разли-

чаться от мршрутизатора к маршрутизатору, в зависимости от того, какое место

занимает маршрутизатор в иерархии маршрутизации.

Целесообразно не “нагружать” IP-узлы какой-либо информацией о струк-

туре IPv6-адресов, за исключением данных о границах подсетей, которые они

обслуживают.

2.5.1. Идентификаторы интерфейсов

В однонаправленных IPv6-адресах для обозначения сетевых интерфейсов

на конкретной линии связи используются идентификаторы интерфейсов. Они

должны быть уникальными в пределах префикса подсети. Рекомендуется, что-

бы идентификатор одного и того же интерфейса не был присвоен различным

IP-узлам, связанным одной линией связи. Они также могут быть уникальными в

рамках более широкого диапазона. В некоторых случаях, идентификатор ин-

терфейса может быть получен прямо из адреса канального уровня, связанного с

этим сетевым интерфейсом. Один и тот же идентификатор интерфейса может

использоваться в нескольких интерфейсах в одном IP-узле, но до тех пор, пока

они присвоены различным подсетям.

(Замечание. Уникальность идентификаторов интерфейсов не зависит от

уникальности IPv6-адресов. Например, глобальный однонаправленный IPv6-

адрес может быть сформирован с идентификатором интерфейса в пределах гра-

ниц локальной зоны, а IPv6-адрес для локального канала (линии) связи может

быть сформирован с идентификатором интерфейса в пределах границ универ-

сальной зоны.)

Для всех однонаправленных IPv6-адресов, за исключением тех, которые

начинаются с бинарного значения “000”, идентификаторы интерфейсов должны

иметь длину 64 бита и формат EUI-64 (усовершенствованный вариант).

Идентификаторы интерфейсов в формате EUI-64 могут иметь универ-

сальную зону применения, когда они извлекаются из универсальной метки (на-

пример, 48-битовый МАС-адрес



стандарта IEEE 802, или идентификаторы

стандарта IEEE EUI-64), или иметь локальную зону применения, в которой гло-

бальные метки не используются (например, терминальные окончания туннелей,

последовательные линии передачи данных) или такие глобальные метки не до-

пустимы (например, временные метки для обеспечения безопасности).

Идентификаторы интерфейсов в усовершенствованном формате EUI-64

формируются путем инверсии бита “u” (универсальный/локальный бит в тер-

минологии IEEE EUI-64), если они создаются из идентификаторов стандарта

IEEE EUI-64. Таким образом, в результате инверсии бита “u” имеем:

 “1” — указывает на универсальную зону применения;

 “0” — указывает на локальную зону применения.

На рис.3 представлен формат первых трех октетов (в двоичной форме)

идентификаторов стандарта IEEE EUI-64. Порядок следования битов соответ-



Media Access Control — управление доступом к среде передачи данных.

ствует порядку передачи битов в Internet-сообществе. Бит “u” — универсаль-

ный/локальный бит, бит “g” — индивидуальный/групповой бит, “с” — биты

идентификатора компании.

0 0

0 1

1 2

0 7

8 5

6 3

cccc

ccug

cccc

Рис.3. Формат первых трех октетов идентификаторов стандарта IEEE EUI-64

Причина инверсии бита “u” при формировании идентификатора интер-

фейса весьма банальна — облегчить системным администраторам ручную на-

стройку не глобальных идентификаторов, когда аппаратные метки не допусти-

мы. За исключением, например, случаев последовательных линий передачи

данных и терминальных окончаний туннелей (при сквозных соединениях).

Альтернативной формой могла бы быть форма “0200:0:0:1, 0200:0:0:2, …”, за

исключением уж слишком упрощенной формы как “0:0:0:1, 0:0:0:2, …”. Сете-

вые IPv6-узлы, не требующие того, чтобы в идентификаторах интерфейсов в

усовершенствованном формате EUI-64 бит “u” не был установлен в положение

“универсальный” (значение “1”), являются уникальными.

Использование “универсального/локального” бита в идентификаторе усо-

вершенствованного формата EUI-64 позволяет усовершенствовать перспектив-

ную технологию, которая обеспечит весомые преимущества от применения

идентификаторов интерфейсов в универсальной зоне.

2.5.2. Неустановленные адреса

Адрес “0:0:0:0:0:0:0:0” называется неустановленным IPv6-адресом. Он

никогда не должен присваиваться какому-либо IP-узлу. Этот адрес указывает

на отсутствие адреса. Существует только один пример использования такого

адреса: в поле “Адрес отправителя сообщения” в любых IPv6-пакетах, которые

передаются сервером для собственной инициализации, еще до того как этот

сервер узнает свой собственный IPv6-адрес.

Неустановленный адрес никогда не должен использоваться как “Адрес

получателя” в IPv6-пакетах или в заголовках маршрутизации IPv6-пакетов.

IPv6-пакет с неустановленным “Адресом отправителя сообщения” никогда не

должен транслироваться IPv6-маршрутизатором.

2.5.3. Петлевые адреса

Однонаправленный IPv6-адрес “0:0:0:0:0:0:0:1” называется петлевым ад-

ресом. Этот адрес может использоваться IP-узлом для передачи IPv6-пакета

“самому себе”. Он не должен никогда присваиваться какому-либо физическому

интерфейсу. Петлевой адрес интерпретируется как адрес, имеющий диапазон в

рамках локального канала (линии) связи, и может восприниматься как однона-

правленный адрес виртуального интерфейса в рамках локального канала (ли-

нии) связи (часто именуемый “петлевым интерфейсом”), а именно мнимой ли-

нии связи, которая идѐт в “никуда”.

Данный адрес никогда не должен использоваться в качестве “Адрес от-

правителя сообщения” в любых IPv6-пакетах, которые передаются одиночным

IP-узлом. IPv6-пакет с петлевым адресом в поле “Адрес получателя” никогда не

должен передаваться одиночным IP-узлом, а также никогда не должен трансли-

роваться IPv6-маршрутизатором. Пакет с петлевым адресом в поле “Адрес по-

лучателя”, поступивший на сетевой интерфейс, должен быть уничтожен.

2.5.4. Глобальные однонаправленные IPv6-адреса

Общий формат глобального однонаправленного IPv6-адреса представле-

на на рис.4.

n битов

m битов

128-n-m битов

Префикс глобальной

маршрутизации

Идентификатор подсети

Идентификатор интерфейса

Рис.4. Общий формат глобального однонаправленного IPv6-адреса

Префикс глобальной маршрутизации (обычно имеет иерархическую

структуру) присваивается группе подсетей (линий связи), а идентификатор под-

сети присваивается линии связи в рамках этой группы подсетей.

Все глобальные однонаправленные IPv6-адреса (за исключением тех, ко-

торые начинаются с нулевой последовательности “000”) имеют 64-битовой по-

ле “Идентификатор интерфейса” (то есть,

= 64). Глобальные однонаправ-

ленные IPv6-адреса, которые начинаются с нулевой последовательности “000”,

имеют другую конструкцию и формат.

2.5.5. Смешанная форма адресов

Существуют два типа IPv6-адресов, которые содержат IPv4-адреса в 32

битах младшего порядка IPv6-адреса:

 IPv6-адрес, совмещенный с IPv4-адресом;

 IPv6-адрес, отображающий IPv4-адрес.

2.5.5.1. IPv6-адрес, совмещенный с IPv4-адресом

Это тип адреса был предназначен для поддержки процесса перехода от

IPv4-адресации к IPv6-адресации. На рис.5 представлен формат IPv6-адреса,

совмещѐнного с IPv4-адресом.

80 битов

16 битов

32 бита

0000………………………………0000

0000

IPv4-адрес

Рис.5. Формат IPv6-адреса, совмещѐнного с IPv4-адресом

(Замечание. IPv4-адрес, который используется в IPv6-адресе, совмещённом

с IPv4-адресом, должен быть глобальным уникальным однонаправленным IPv4-

адресом.)

В настоящее время применение IPv6-адреса, совмещѐнного с IPv4-

адресом, опротестовано, так как современные способы перехода к IPv6-

адресации больше не используют такие адреса. Поэтому новые и усовершенст-

вованные алгоритмы и способы маршрутизации могут не использовать этот тип

IPv6-адресов.

2.5.5.2. IPv6-адрес, отображающий IPv4-адрес

В настоящее время определен второй тип IPv6-адреса, в который “вло-

жен” IPv4-адрес. Этот тип IPv6-адреса используется согласования c IPv4-

адресами в IP-узлах с IPv4-адресацией. На рис.6 представлен формат IPv6-

адреса, отображающего IPv4-адрес.

80 битов

16 битов

32 бита

0000………………………………0000

FFFF

IPv4-адрес

Рис.6. Формат IPv6-адреса, отображающего IPv4-адрес

В стандарте RFC-4038 представлены правила использования IPv6-

адресов, отображающих IPv4-адреса.

2.5.6. Однонаправленные IPv6-адреса для локальных линий связи

Такие IPv6-адреса используются в пределах одной линии связи. На рис.7

представлен формат однонаправленного IPv6-адреса для локальной линии свя-

зи.

Данные адреса предназначены для использования для обозначения ин-

терфейсов в рамках одного канала (линии) связи в следующих целях:

 автоматическая настройка адресов;

 поиск соседних IP-узлов;

 отсутствие маршрутизаторов.

10 битов

54 бита

64 бита

1111111010

Идентификатор интерфейса

Рис.7. Формат однонаправленного IPv6-адреса для локальной линии связи

Маршрутизаторы никогда не должны транслировать в другие линии (ка-

налы) связи какие-либо пакеты, содержащие в своих полях “Адрес отправителя

сообщения” или “Адрес получателя” IPv6-адрес для локальной линии связи.

2.5.7. Однонаправленные IPv6-адреса для локальных групп подсетей

Такие адреса были специально разработаны для обозначения интерфей-

сов внутри группы подсетей без использования в них глобальных префиксов.

Однако в настоящее время применение данных адресов опротестовано (RFC-

3879).

На рис.8 представлен формат однонаправленного IPv6-адреса для ло-

кальных групп подсетей.

10 битов

54 бита

64 бита

1111111011

Идентификатор интерфейса

Рис.8. Формат однонаправленного IPv6-адреса для локальных групп подсетей

Специализированное применение этого префикса (RFC-3513) больше не

должно использоваться во вновь создаваемых системах (то есть в новых сетях

это префикс должен рассматриваться как глобальный однонаправленный IPv6-

адрес).

В существующих сетях он может использоваться по-прежнему.

2.6. Альтернативные IPv6-адреса

Альтернативный IPv6-адрес представляет собой адрес, который присваи-

вается нескольким сетевым интерфейсам (обычно принадлежащих различным

IP-узлам). Переданный с таким адресом IP-пакет доставляется на один из сете-

вых интерфейсов (IP-узлов), имеющих такой адрес (то есть “ближайший” в со-

ответствии с принятой метрикой протокола маршрутизации.

Альтернативные адреса выбираются из пространства однонаправленных

IPv6-адресов, используя для этого один из возможных форматов однонаправ-

ленных адресов. Таким образом, альтернативные адреса, с точки зрения семан-

тики, ничем не отличаются от однонаправленных адресов. Когда однонаправ-