Адресация IPv6

В конце 1992 года сообщество Интернет для решения проблем адресного пространства и ряда смежных задач разработало три проекта протоколов: “TCP and UDP with Bigger Addresses (TUBA)”; “Common Architecture for the Internet (CatnIP)” и “Simple Internet Protocol Plus (SIPP) [смотри “Протоколы и ресурсы Интернет” Семенов Ю.А., Радио и связь, М 1995]. После анализа всех этих предложений был принят новый протокол IPv6 с IP-адресами в 128 бит вместо 32 для IPv4. Внедрение этого нового протокола представляет отдельную серьезную проблему, так как этот процесс не предполагает замены всего программного обеспечения во всем мире одновременно.

Адресное пространство IPv6 будет распределяться IANA(Internet Assigned Numbers Authority - комиссия по стандартным числам в Интернет [RFC-1881]). В качестве советников будут выступать IAB (internet architecture board - совет по архитектуре Интернет) и IESG (Internet Engineering Steering Group - инженерная группа управления Интернет).

IANA будет делегировать права выдачи IP-адресов региональным сервис-провайдерам, субрегиональным структурам и организациям. Отдельные лица и организации могут получить адреса непосредственно от регионального распределителя или сервис провайдера.
.
Передача адресного пространства от IANA не является необратимым. Если по мнению IANA распорядитель адресного пространства допустил серьезные ошибки, IANA может аннулировать выполненное ранее выделение.

IANA в этом случае должна сделать все возможное, чтобы не отзывать адреса, находящиеся в активном использовании, за исключением случаев, когда это диктуется техническими соображениями.

Оплата за распределение адресов должна использоваться исключительно на деятельность, непосредственно связанную с выделением адресов, поддержанием соответствующих баз данных и т.д. Адресное пространство само по себе не должно стоить ничего.

Следует избегать монополизации и любых злоупотреблений при распределении IP-v6 адресов. IANA разработает план первичного распределения IPv6 адресов, включая автоматическое выделение адресов индивидуальным пользователям.

IPv6 представляет собой новую версию протокола Интернет (RFC-1883), являющуюся преемницей версии 4 (IPv4; RFC-791). Изменения IPv6 по отношению к IPv4 можно поделить на следующие группы:

Расширение адресации
В IPv6 длина адреса расширена до 128 бит (против 32 в IPv4), что позволяет обеспечить больше уровней иерархии адресации, увеличить число адресуемых узлов, упростить авто-конфигурацию. Для расширения возможности мультикастинг-маршрутизации в адресное поле введено субполе "scope" (группа адресов). Определен новый тип адреса "anycast address" (эникастный), который используется для посылки запросов клиента любой группе серверов. Эникаст адресация предназначена для использования с набором взаимодействующих серверов, чьи адреса не известны клиенту заранее.

Спецификация формата заголовков
Некоторые поля заголовка IPv4 отбрасываются или делаются опционными, уменьшая издержки, связанные с обработкой заголовков пакетов с тем, чтобы уменьшить влияние расширения длины адресов в IPv6.

Улучшенная поддержка расширений и опций
Изменение кодирования опций IP-заголовков позволяет облегчить переадресацию пакетов, ослабляет ограничения на длину опций, и делает более доступным введение дополнительных опций в будущем.

Возможность пометки потоков данных
Введена возможность помечать пакеты, принадлежащие определенным транспортным потокам, для которых отправитель запросил определенную процедуру обработки, например, нестандартный тип TOS (вид услуг) или обработка данных в реальном масштабе времени.

Идентификация и защита частных обменов
В IPv6 введена спецификация идентификации сетевых объектов или субъектов, для обеспечения целостности данных и при желании защиты частной информации.

Формат и семантика адресов IPv6 описаны в документе RFC-1884. Версия ICMP IPv6 рассмотрена в RFC-1885.

1. Терминология
Узел Оборудование, использующее IPv6.
Маршрутизатор Узел, который переадресует пакеты IPv6, которые не адресованы ему непосредственно.
ЭВМ Любой узел, который не является маршрутизатором.
Верхний уровень Протокольный уровень, расположенный непосредственно поверх. В качестве примеров можно привести транспортные протоколы TCP и UDP, протокол управления ICMP, маршрутные протоколы типа OSPF (RFC-2740), а также интернетовские или другие протоколы нижнего уровня инкапсулированные в IPv6, например, IPX, Appletalk, или сам IPv6.
Канал Средство коммуникации или среда, через которую узлы могут взаимодействовать друг с другом на связном уровне, т.е., уровень непосредственно под IPv6. Примерами могут служить Ethernet; PPP; X.25, Frame Relay, или ATM; а также Интернет "туннели", такие как туннели поверх IPv4 или IPv6.
Соседи Узлы, подключенные к общему каналу.
Интерфейс Средство подключения узла к каналу.
Адрес Идентификатор IPv6-уровня для интерфейса или набора интерфейсов.
Пакет Заголовок и поле данных IPv6.
MTU канала Максимальный размер пакета в канале
MTU пути Минимальный MTU канала для пути от узла источника до получателя.
Эникастный адрес Идентификатор набора интерфейсов (обычно принадлежащих разным узлам). Пакет, посланный по такому адресу, доставляется ближайшему интерфейсу (согласно метрики маршрутного протокола) из числа идентифицированных этим адресом.

Замечание: допустимо (хотя и необычно), что устройство с несколькими интерфейсами может быть сконфигурировано для переадресации пакетов, приходящих через один или несколько интерфейсов. Пакеты, приходящие через остальные интерфейсы, могут при этом отбрасываться. Такие устройства должны выполнять требования протоколов маршрутизации. При получении пакетов, адресованных этому устройству, оно должно вести себя как обычная ЭВМ.
Рис. 4.4.1.1.1. Формат заголовка пакета IPv6

Версия 4-битный код номера версии Интернет протокола (версия Интернет протокола для IPv6= 6)
Приор. 4-битный код приоритета
Метка потока 24-битный код метки потока (для мультимедиа)
Размер поля данных 16-битовое число без знака. Несет в себе код длины поля данных в октетах, которое следует сразу после заголовка пакета. Если код равен нулю, то длина поля данных записана в поле данных jumbo, которое в свою очередь хранится в зоне опций.
Следующий заголовок 8-битовый разделитель. Идентифицирует тип заголовка, который следует непосредственно за IPv6 заголовком. Использует те же значения, что и протокол IPv4 [RFC-1700].
Предельное число шагов 8-битовое целое число без знака. Уменьшается на 1 в каждом узле, через который проходит пакет. При предельном числе шагов, равном нулю, пакет удаляется.
Адрес отправителя 128-битовый адрес отправителя пакета. См. RFC-1884.
Адрес получателя 128-битовый адрес получателя пакета (возможно не конечный получатель, если присутствует маршрутный заголовок). См. RFC-1884.

В документе RFC-2460, который появился спустя три года после RFC-1883, поле приоритет заменено на поле класс трафика. Это поле имеет 8 бит (против 4 в поле приоритет). При этом размер поля метка потока сократился до 20 бит. Это было продиктовано требованиями документа RFC-2474 "Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers", ориентированного на решение задач управления QoS.

3. IP версия 6 архитектуры адресации
Существует три типа адресов:

unicast: Идентификатор одиночного интерфейса. Пакет, посланный по уникастному адресу, доставляется интерфейсу, указанному в адресе.
anycast: Идентификатор набора интерфейсов (принадлежащих разным узлам). Пакет, посланный по эникастному адресу, доставляется одному из интерфейсов, указанному в адресе (ближайший, в соответствии с мерой, определенной протоколом маршрутизации).
multicast: Идентификатор набора интерфейсов (обычно принадлежащих разным узлам). Пакет, посланный по мультикастинг-адресу, доставляется всем интерфейсам, заданным этим адресом.


В IPv6 не существует широковещательных адресов, их функции переданы мультикастинг-адресам.

В IPv6, все нули и все единицы являются допустимыми кодами для любых полей, если не оговорено исключение.

4. Модель адресации
IPv6 адреса всех типов ассоциируются с интерфейсами, а не узлами. Так как каждый интерфейс принадлежит только одному узлу, уникастный адрес интерфейса может идентифицировать узел.

IPv6 уникастный адрес соотносится только с одним интерфейсом. Одному интерфейсу могут соответствовать много IPv6 адресов различного типа (уникастные, эникастные и мультикстные). Существует два исключения из этого правила:

Одиночный адрес может приписываться нескольким физическим интерфейсам, если приложение рассматривает эти несколько интерфейсов как единое целое при представлении его на уровне Интернет.
Маршрутизаторы могут иметь ненумерованные интерфейсы (например, интерфейсу не присваивается никакого IPv6 адреса) для соединений точка-точка, чтобы исключить необходимость вручную конфигурировать и объявлять (advertise) эти адреса. Адреса не нужны для соединений точка-точка маршрутизаторов, если эти интерфейсы не используются в качестве точки отправления или назначения при посылке IPv6 дейтограмм. Маршрутизация здесь осуществляется по схеме близкой к используемой протоколом CIDR в IPv4.
IPv6 соответствует модели IPv4, где субсеть ассоциируется с каналом. Одному каналу могут соответствовать несколько субсетей.

4.1. Представление записи адресов (текстовое представление адресов)
Существует три стандартные формы для представления ipv6 адресов в виде текстовых строк:

Основная форма имеет вид x:x:x:x:x:x:x:x, где 'x' шестнадцатеричные 16-битовые числа.
Примеры:

fedc:ba98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
1080:0:0:0:8:800:200C:417A

Заметьте, что ненужно писать начальные нули в каждом из конкретных полей, но в каждом поле должна быть, по крайней мере, одна цифра (за исключением случая, описанного в пункте 2.).

Из-за метода записи некоторых типов IPv6 адресов, они часто содержат длинные последовательности нулевых бит. Для того чтобы сделать запись адресов, содержащих нулевые биты, более удобной, имеется специальный синтаксис для удаления лишних нулей. Использование записи "::" указывает на наличие групп из 16 нулевых бит. Комбинация "::" может появляться только при записи адреса. Последовательность "::" может также использоваться для удаления из записи начальных или завершающих нулей в адресе. Например:

1080:0:0:0:8:800:200c:417a уникаст-адрес
ff01:0:0:0:0:0:0:43 мультикаст адрес
0:0:0:0:0:0:0:1 адрес обратной связи
0:0:0:0:0:0:0:0 неспецифицированный адрес

может быть представлено в виде:

1080::8:800:200c:417a уникаст-адрес
ff01::43 мультикаст адрес
::1 адрес обратной связи
:: не специфицированный адрес


Альтернативной формой записи, которая более удобна при работе с ipv4 и IPv6, является x:x:x:x:x:x:d.d.d.d, где 'x' шестнадцатеричные 16-битовые коды адреса, а 'd' десятичные 8-битовые, составляющие младшую часть адреса (стандартное IPv4 представление). Например:
0:0:0:0:0:0:13.1.68.3
0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38

или в сжатом виде:

::13.1.68.3
::FFFF:129.144.52.38

4.2. Представление типа адреса
Специфический тип IPv6 адресов идентифицируется лидирующими битами адреса. Поле переменной длины, содержащее эти лидирующие биты, называется префиксом формата (Format Prefix - FP).

Замечание: Не специфицированные адреса, адреса обратной связи и IPv6 адреса со встроенными IPv4 адресами, определены вне “0000 0000” префиксного пространства.

Данное распределение адресов поддерживает прямое выделение адресов провайдера, адресов локального применения и мультикастинг-адресов. Зарезервировано место для адресов NSAP, IPX и географических адресов. Оставшаяся часть адресного пространства зарезервирована для будущего использования. Эти адреса могут использоваться для расширения имеющихся возможностей (например, дополнительных адресов провайдеров и т.д.) или новых приложений (например, отдельные локаторы и идентификаторы). Пятнадцать процентов адресного пространства уже распределено. Остальные 85% зарезервированы.

Уникастные адреса отличаются от мультикастных значением старшего октета: значение FF (11111111) идентифицирует мультикастинг-адрес; любые другие значения говорят о том, что адрес уникастный. Эникастные (anycast) адреса берутся из уникастного пространства, и синтаксически неотличимы от них.

4.3. Уникастные адреса
IPv6 уникастный адреса, сходны с традиционными IPv4 адресами при бесклассовой междоменной маршрутизации (Class-less InterDomain Routing - CIDR).

Существует несколько форм присвоения уникастных адресов в IPv6, включая глобальный уникастный адрес провайдера (global provider based unicast address), географический уникастный адрес, NSAP адрес, IPX иерархический адрес, Site-local-use адрес, Link-local-use адрес и IPv4-compatible host address. В будущем могут быть определены дополнительные типы адресов.

Узлы IPv6 могут иметь существенную или малую информацию о внутренней структуре IPv6 адресов, в зависимости от выполняемой узлом роли, (например, ЭВМ или маршрутизатор). Как минимум, узел может считать, что уникастный адрес (включая его собственный адрес) не имеет никакой внутренней структуры. То есть представляет собой 128 битовый неструктурированный образ.

ЭВМ может дополнительно знать о префиксе субсети для каналов, c которыми она соединена, где различные адреса могут иметь разные значения n:
Где 48-битовый идентификатор интерфейса представляет собой IEEE-802 MAC адрес. Использование IEEE 802 mac адресов в качестве идентификаторов интерфейсов будет стандартным в среде, где узлы имеют IEEE 802 MAC адреса. В других средах, где IEEE 802 MAC адреса не доступны, могут использоваться другие типы адресов связного уровня, такие как E.164 адреса, в качестве идентификаторов интерфейсов.

Включение уникального глобального идентификатора интерфейса, такого как IEEE MAC адрес, делает возможным очень простую форму авто-конфигурации адресов. Узел может узнать идентификатор субсети, получая информацию от маршрутизатора в виде сообщений оповещения, которые маршрутизатор посылает связанным с ним партнерам, и затем сформировать IPv6 адрес для себя, используя IEEE MAC адрес в качестве идентификатора интерфейса для данной субсети.

Другой формат уникастного адреса относится к случаю, когда локальная сеть или организация нуждаются в дополнительных уровнях иерархии. В этом примере идентификатор субсети делится на идентификатор области и идентификатор субсети. Формат такого адреса имеет вид: