Кафедра ИКТ

КУРСОВАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

" Развитие стека TCP/IP - версия IPv6."

по дисциплине "Основы построения объединенных сетей"

Москва, 2009г.

Аннотация

В данной курсовой работе был рассмотрен протокол IP, а именно его 6ая версия (IPv6), которая приходит на смену давно устаревшей, но всё ещё повсеместно используемой 4ой версии протокола (IPv4). На данный момент IPv6 почти не используется в мире и не является основным стандартом, но надо понимать, что переход на него неизбежен и произойдёт уже в ближайшем будущем.

Оглавление

Введение

Адресация в IPv6

Формат заголовка IPv6

Проблемы IPv6 и пути их решения

Взаимодействие IPv6 и IPv4

Туннелирование

Двойной стек

Трансляция протоколов

IPv6 и DNS

IPv6 в России

Началась замена IP-адресов всего интернета

Заключение

Литература

Введение

IPv6 (англ. Internet Protocol version 6) -- это новая версия протокола IP, призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Интернете, за счет использования адреса длины 128 бит вместо 32. В настоящее время протокол IPv6 уже используется во многих сетях по всему миру, но пока ещё не получил широкого распространения в Интернете, где преимущественно используется IPv4. Протокол был разработан IETF.

Адресация в IPv6

Система адресации IPv6 существенно отличается от системы адресации IPv4.

Адреса назначения и источника в IPv6 имеют большую длину: 128 бит или 16 байт. Это дает возможность пронумеровать огромное количество узлов: 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 762 211 456 или примерно 1015 адресов на каждого жителя Земли. Выбранная длина IP-адреса должна надолго снять проблему дефицита IP-адресов. Кроме того, в версии IPv6 предполагается использование протокола DHCP, позволяющего разделять одни и те же адреса между большим количеством узлов сети. Использование proxy-серверов, подменяющих внутренние адреса узлов сети одним собственным IP-адресом, также направлено на снижение потребности в IP-адресах.

Однако, главной целью изменения системы адресации было не механическое увеличение разрядности адреса, а обеспечение возможности увеличения числа уровней иерархии в адресе. Вместо прежних двух уровней (номер сети и номер узла) в IPv6 предлагается использовать 5 уровней, включая двухуровневую идентификацию провайдеров, и трехуровневую - абонентов сети.

Предполагается также, что младшие 6 байт, которые содержат идентификатор узла, представляют собой МАС-адрес сетевого адаптера (как это уже давно делается в протоколе IPX), что обеспечит возможность автоконфигурации стека.

В версии IPv6 не вводятся классы адресов сетей, вместо этого предполагается использовать бесклассовую технологию CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Эта технология заключается в назначении каждому провайдеру непрерывного диапазона в пространстве IP-адресов. При таком подходе все адреса сетей каждого провайдера имеют общий префикс, так что маршрутизация на магистралях Internet может осуществляться на основе префиксов, а не полных адресов всех сетей конечных абонентов. Локализация адресов позволяет уменьшить объем таблиц в маршрутизаторах всех уровней, а, следовательно, ускорить работу маршрутизаторов и повысить пропускную способность Internet. Деление IP-адреса на номер сети и номер узла в технологии CIDR происходит не на основе нескольких старших бит (класса сети А, В или С), а на основе маски переменной длины, назначаемой провайдером.

Технология CIDR уже успешно используется в текущей версии IPv4 и поддерживается такими протоколами маршрутизации как OSPF, RIP-2, BGP4. Предполагается , что эти же протоколы будут работать и с IPv6.

Идея CIDR требует, в общем случае, перенумерации сетей. Однако эта процедура сопряжена с определенными временными и материальными затратами. Например, в одной из публикаций приводятся данные о том, что для перенумерации сети, состоящей из 100 компьютеров, потребовалось 3 недели работы и 5-6 высокооплачиваемых специалистов. В качестве стимулов для проведения перенумерации сети предлагается введение платы за маршрутизации - оплата за строку маршрутизации или за обновление информации в маршрутизаторах сети, или же введение оплаты за каждый адрес узла.

Техника CIDR помогает также решить известную проблему фрагментации адресного пространства IPv4. Например, очень редко абонент использует все 254 адреса сети класса С или 65 534 адреса сети класса В. Часть адресов узлов пропадает. Требование оплаты каждого адреса узла поможет пользователю решиться на перенумерацию, с тем, чтобы получить ровно столько адресов, сколько ему нужно.

Как и в версии IPv4, в IPv6 вводится несколько типов адресов.

Unicast - индивидуальный адрес. Такой адрес определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Индивидуальные адреса подразделяются на несколько подтипов:

Global - основной тип адресов в Internet;

Link-local и Site-local - используются в сетях, не подключенных к Internet. Поле идентификатора провайдера заполняется нулями, что дает возможность при подключении к Internet сохранять эти адреса;

Compatible - обеспечивают совместимость с адресами IPv4, IPX, NSAP.

Multicast (one-to-many) - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно. В протоколе IPv6 отсутствует понятие широковещательного адреса (broadcast), эти адреса реализуются с помощью адресов multicast. Поддержка мультивещания - важная часть стратегии модернизации протокола IP, так как это свойство необходимо для поддержки экономного в отношении пропускной способности сети распространения аудио- и видео- информации многочисленным абонентам.

Anycast (one-to-nearest) - адрес набора узлов. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адрес, но в отличие от мультивещания пакет должен быть доставлен любому, лучше ближайшему, члену группы. Этот тип адресов используется для того, чтобы абонент мог без особых сложностей обеспечить прохождение своего трафика через маршрутизаторы определенных провайдеров. В IPv6 предполагается широкое использование маршрутизации от источника (Source Routing), при которой узел-источник задает полный маршрут прохождения пакета через сети. Такая техника освобождает маршрутизаторы от работы по просмотру адресных таблиц при выборе следующего маршрутизатора и тем самым повышает пропускную способность Internet. В последовательности адресов, задаваемых узлом-отправителем по алгоритму Source Routing, наряду с адресами маршрутизаторов типа unicast, можно использовать адреса anycast, которые определяют все маршрутизаторы одного провайдера.

Синтаксически адрес anycast не отличим от адреса unicast. Схема назначения адресов состоит в следующем. Каждому порту маршрутизатора наряду с уникальным адресом присваивается еще один, общий для всех портов и маршрутизаторов данного провайдера адрес, который и является anycast-адресом.

Для обеспечения плавного перехода от версии IPv4 к версии IPv6 введен специальный тип адресов - IPv4-compatible. Такие адреса содержат нули в старших 96 разрядах, а в младшие 32 разряда помещается 4-х байтовый адрес версии IPv4. Такие адреса легко могут транслироваться в обе стороны. Это позволит на начальном этапе внедрения IPv6 решить проблему совместимости частей Internet, работающих по IPv6, с частями Internet, пока поддерживающими только версию IPv4. Для этого узлам в "островках" IPv6 будут присваиваться адреса типа IPv4-compatible. Для передачи трафика IPv6 через те части Internet, маршрутизаторы которых пока не поддерживают версию IPv6, будет использоваться техника туннелирования - пришедший пакет IPv6 будет упаковываться пограничным маршрутизатором в пакет формата IPv4, при этом в качестве адреса будет использоваться младшая часть адреса из пакета IPv6.

Формат заголовка IPv6

Главной целью изменения формата заголовка в IPv6 было снижение накладных расходов, то есть уменьшение объема служебной информации, передаваемой с каждым пакетом. Для этого в новом IP было введены понятия основного и дополнительного заголовков. Основной заголовок присутствует всегда, а дополнительные являются опциональными.

Основной заголовок имеет фиксированную длину в 40 байт и имеет следующий формат:

Формат заголовка IPv6

Поле "Следующий заголовок" (Next Header) соответствует по назначению полю Protocol в версии IPv4 и определяет тип заголовка, который следует за данным. Каждый следующий дополнительный заголовок также содержит поле Next Header. Если IP-пакет не содержит дополнительных заголовков, то в этом поле будет значение, закрепленное за протоколами TCP, UDP, RIP, OSPF или другими, определенными в стандарте IPv4.

В предложениях по IPv6 фигурируют пока следующие типы дополнительных заголовков:

Routing - заголовок для указания полного маршрута при маршрутизации от источника (Source Routing)

Fragmentation - содержит информацию о фрагментации IP-пакета. Поле обрабатывается только в конечных узлах.

Authentication - заголовок содержит информацию, необходимую для аутентификации конечных узлов и обеспечения целостности содержимого IP-пакетов.

Encapsulation - заголовок содержит информацию, необходимую для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных путем выполнения шифрации и дешифрации.

Hop-by-Hop Option - специальные параметры, используемые при выполнении обработки пакетов по алгоритму Hop-by-Hop

Destination Options - заголовок содержит дополнительную информацию для узла назначения.

Поскольку маршрутизаторы обрабатывают только основные заголовки (почти все дополнительные заголовки обрабатываются только в конечных узлах.), то это увеличивает их производительность и тем самым пропускную способность сети. Напомним, что в IPv4 все опции обрабатываются маршрутизаторами.

Наличие большого количества дополнительных необязательных параметров позволяет расширить функциональность протокола IP.

Проблемы IPv6 и пути их решения

Ученые осознали ограниченность адресного пространства в IPv4 еще в начале 90х годов. Тогда и был разработан протокол IPv6, призванный прийти на смену старой технологии. Кроме существенного увеличения количества уникальных IP-адресов (в IPv6 оно доведено практически до бесконечности), протокол обладает и рядом других преимуществ перед IPv4. Например, в нем предусмотрена возможность шифрования данных и поддержка ряда параметров, которые повышают качество мультимедийных трансляций. Кроме того, IPv6 упрощает маршрутизацию в Интернете и позволяет ускорить обмен данными между устройствами.

На первый взгляд, новый протокол обладает рядом существенных преимуществ перед IPv4. Однако до сих пор скорость его внедрения продолжает оставаться низкой. По данным Форума IPv6, только семь из 21 крупнейших интернет-провайдеров предпринимают шаги, необходимые для полноценного перехода к использованию новой технологии.

Во многом это связано с тем, что до сих пор не разработан оптимальный способ внедрения IPv6. Большинство существующих сегодня сетей, да и весь современный Интернет в целом основаны на протоколе IPv4, а "взаимопонимание" старой и новой технологий невозможно без использования специальных технологий. Переход к IPv6, по сути, означает построение новой инфраструктуры Всемирной Паутины. Это - весьма длительный процесс, требующий значительных временных затрат и масштабных финансовых вложений. А поскольку полноценное внедрение IPv6 не может произойти моментально, необходимо обеспечить надежное взаимодействие новой технологии с IPv4 и DNS, которая также лежит в основе Интернета.

Взаимодействие IPv6 и IPv4