Системное программное обеспечение

4 курс 1 семестр
Аватара пользователя
Артём Мамзиков
Admin
Сообщения: 367
Стаж: 2 года 9 месяцев
Откуда: Вологодская область
Контактная информация:

Системное программное обеспечение

Сообщение Артём Мамзиков »

РГЗ - это реферат, темы выдавал

Вариант 10 IPv6

Содержание

Аннотация ………………………………………………………………………..3
Введение ………………………………………………………………………….4
Адресация в IPv6…………………………………………………………………4
Формат заголовка IPv6………………………………………………………….8
Проблемы IPv6 и пути их решения……………………………………………9
Взаимодействие IPv6 и IPv4…………………………………………………..10
Туннелирование ……………………………………………………………….10
Двойной стек……………………………………………………………..……..12
Трансляция протоколов……………………………………………………….12
IPv6 и DNS……………………………………………………………………….13
IPv6 в России……………………………………………………………………14
Началась замена IP-адресов всего интернета………………………………17
Заключение……………………………………………………………………...19
Литература………………………………………………………………………20

Аннотация

Для передачи информации в Интернете используется множество протоколов. Одним из основных является протокол IP. На данный момент повсеместно используется четвёртая версия этого протокола (IPv4), но она уже давно устарела и на смену ей пришла альтернатива - шестая версия (IPv6). 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.

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 в нескольких сотнях сетей 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.010 Идентификатор провайдера Идентификатор абонента Идентификатор подсети Идентификатор узла
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
Версия Приоритет Метка потока
Длина След. заголовок Лимит переходов
Адрес отправителя
(16 байт)
Адрес получателя
(16 байт)

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

На сегодняшний день известно три основных способа обеспечения взаимодействия IPv6 и IPv4: туннелирование, двойной стек и трансляция протоколов.

Туннелирование

Суть туннелирования состоит в том, что пакет данных IPv6 внедряется (инкапсулируется) в поле данных пакета IPv4. Получившийся в результате этой операции пакет IPv4 содержит в себе два заголовка, IPv6 и IPv4, и может передаваться через обычные IPv4-сети. Он доставляется к узлу (хосту) декапсуляции, где заголовок IPv4 отбрасывается, а данные передаются к устройству, использующему IPv6. В зависимости от того, где происходит инкапсуляция и декапсуляция, выделяют следующие виды туннелирования:

"Маршрутизатор – Маршрутизатор";

"Хост – Маршрутизатор";

"Маршрутизатор – Хост".
Туннель, используемый в процессе передачи данных, должен иметь точку входа и точку выхода. Точка входа находится на границе инфраструктуры IPv4, а потому определить ее достаточно легко.
Точка выхода может задаваться инкапсулятору как вручную (в этом случае туннелирование называется конфигурируемым), так и автоматически (так называемое "автоматическое туннелирование"). Во втором подходе декапсулятору присваивается совместимый IPv4/IPv6 адрес, в котором адрес IPv4 встроен в последние 32 бита адреса IPv6. Остаток IPv6-адреса в этом случае заполняется нулями.
Двойной стек

Реализация технологии двойного стека предполагает поддержку устройством (узлом), имеющим доступ в Интернет, и протокола IPv6, и протокола IPv4.

При этом адрес IPv4, приписанный узлу, должен быть уникальным. Поэтому к моменту исчерпания адресного пространства в IPv4 важно, чтобы внедрение новой технологии находилось на таком уровне, который позволял бы большинству устройств взаимодействовать друг с другом, используя только IPv6-адреса.

Трансляция протоколов

Трансляция протоколов заключается в преобразовании пакетов одной версии протокола в пакеты другой по определенным правилам. Она может осуществляться несколькими способами.

Первый из них состоит в использовании протокол-шлюзов, которые размещаются на границах между IPv6-сетями и IPv4-сетями. Кроме того, трансляция может осуществляться с помощью транспортного ретранслятора, который обрабатывает в передаваемом пакете данных IP-заголовки и заголовки транспортного уровня.

Наконец, трансляция протоколов возможна путем их преобразования на прикладном уровне через прокси-сервер.

Таким образом, существует несколько приемлемых способов совмещения протоколов IPv4 и IPv6. Однако интернет-сообщество пока еще не решило, какой из них наиболее удобен и позволит обеспечить безболезненный переход к использованию новой технологии.
IPv6 и DNS

Еще одна проблема, связанная с внедрением IPv6, – ее несовместимость с DNS, которая используется сегодня в Интернете.
Существование DNS (Domain Name System) избавляет рядового пользователя от необходимости задумываться о числовых IP-адресах. Она позволяет присваивать любому IP-адресу символьное имя (домен). Преобразование символьного имени в числовое и наоборот осуществляется DNS-серверами. На них содержится информация о каждом домене. Она представлена в виде ресурсных записей, каждая из которых принадлежит конкретному доменному имени и содержит ряд сведений о нем, в том числе его IP-адрес. До начала внедрения IPv6 существовало 20 типов таких записей. Они относились к 32-разрядным IP-адресам (так называемые записи "A"), что делало DNS и IPv6 несовместимыми.

Однако затем был определен новый тип ресурсной записи "AAAA", который служит для хранения 128-битного IPv6-адреса. Сам адрес определен в информационной части этой записи и в виде имени представляется в специально созданном домене ip6.int. Это имя выглядит как набор символов, разделенных точками, и заканчивается суффиксом ip6.int.

Клиент, направляющий с устройства запросы на DNS-сервер, должен уметь распознавать записи как об адресах IPv4, так и об адресах IPv6. Получив запрос, DNS-сервер определяет тип ресурсной записи (A или AAAA) и отправляет ее устройству. Распознав запись, устройство выбирает для передачи данных либо протокол IPv4, либо протокол IPv6.

При этом, когда IPv4-совместимый адрес назначается какому-либо узлу, в DNS создается две ресурсных записи: AAAA и A. Первая отображает этот адрес в 128-битном формате, а вторая – в 32-битном. Это позволяет устройствам, использующим только протокол IPv6, получать IPv6-адреса, а узлам, работающим только на IPv4 – IPv4 адреса.

Одним словом, для полной совместимости с IPv6 DNS требует серьезной перестройки.

IPv6 в России

В мире пока немного публичных IPv6-сетей и все они находятся в Европе и в США, непосредственно получить такой адрес у провайдера в России практически невозможно, но существуют специальные службы, предоставляющие всем желающим IPv6-подсети для свободного использования через специальные механизмы тунеллирования.
Например, компания www.hexago.com (Канада) предоставляет доступ в свою сеть freenet6.net, позволяя уже сейчас пользоваться всеми прелестями IPv6 протокола.
Еще в ноябре 1999 года RIPE NCC (Регистратор IP адресов в Европе) выдал блок адресов SubTLA (Sub Top Label Aggregation Block) одному из крупнейших российских Интернет сервис-провайдеров - академической исследовательской сети FREEnet. Это позволило ему уже в ближайшее время начать предоставление клиентам сети услуги по IPv6.
А в 2003 году Российский НИИ Развития Общественных Сетей (РосНИИРОС), являющийся оператором опорной научно-образовательной сети RBNet, предоставил возможность абонентам сети воспользоваться всеми преимуществами расширенной функциональности новой, шестой версии протокола IP (IPv6). Это стало возможным благодаря заключению пиринговых соглашений с сетью GEANT (Стокгольм), сетями Abilene (Internet2) и ASNET. Подробнее...
Ввели также поддержку IPv6 и RBNet (2001 год), RUNnet (2003 год), 2004 г. - ELTEL и NLine.
Для интеграции российских IPv6-сетей в глобальную IPv6-инфраструктуру в 2000 году в Москве была создана система IPv6 eXchange, позволяющая обмениваться IPv6-трафиком любым телекоммуникационным операторам. Впервые связь с зарубежными сетями была реализована в апреле 2001 года. В настоящее время пиринговые соглашения заключены с сетями GEANT, Abilene и ASNET (через Starlight - Чикаго), а также соглашение о сотрудничестве с NORDUNet, что обеспечивает взаимодействие российских и международных научно-образовательных сетей с использованием протокола IPv6. При переходе к новой версии протокола IP на магистральных участках научно-образовательных сетей реализована архитектура с двойным стеком IPv4/IPv6 для обеспечения обратной совместимости с доминирующим сейчас в Интернете протоколом IPv4. Это позволяет расширять абонентскую базу.

В декабре 2004 года "Корбина Телеком", российский универсальный оператор связи, приступила к реализации в Москве проекта "Интернет2", одной из отличительных особенностей которого является использование протокола передачи данных IPv6.
Проекты по внедрению на сетях провайдеров сети Интернет передовых разработок такого рода реализуются во многих странах мира, но в России "Корбина Телеком" является первой компанией, приступившей к практической реализации "Интернет2".
Клиентов "настоящей" сети Интернет2 у компании сегодня не так много – несколько десятков крупных корпоративных пользователей. Зато тех, кто использует обычный Интернет с элементами Интернет2 (а так построена вся сеть "Корбины"), — десятки тысяч. А если посчитать количество компьютеров в сети, то уже около сотни тысяч.
Кроме того, «Корбина» готова вложить большие денежные средства в создание сетей нового поколения в 45 регионах России.

Все больше разработчиков телекоммуникационных услуг и оборудования включают поддержку IPv6 в свою продукцию. Так, например операторы мобильных сетей готовятся к внедрению IPv6 в свою структуру. Это связано с планируемым в ближайшем будущем ростом числа мобильных приборов с выходом в Интернет. (планы)

Особенность современного этапа внедрения новой версии Интернет-протокола в России - это завершение периода ее апробации в научно-образовательных сетях и переход к промышленному использованию в сетях общего пользования. Поэтому в России наиболее подготовленным к переходу на IPv6 сегментом является образование. Созданы научно-образовательные сети (FREENet, RBNet, RUNNet). Среди таких некоммерческих сетей можно выделить проект MIRNet при сети МГУ. Это проект сотрудничества России и США в сфере разработки новых сетевых решений.
Мнение Андрея Мендковича о современных проблемах перехода на IPv6 в России.

Cущественное участие в написании продвинутых функций маршрутизации и поддержки базовых протоколов Интернета (в том числе и IPv6) ядром операционной системы Linux принимает сотрудник Российской Академии Наук Алексей Кузнецов.

На сегодняшний день по количеству выделенных префиксов (блоков IPv6-адресов) Россия занимает 19-е место в Европе и 29-е место в мире. На представленных ниже таблицах наглядно показано, как распределяются страны по выданным префиксам IPv6:
1
1
Началась замена IP-адресов всего интернета

Организация ICANN, осуществляющая надзор за использованием интернет-протоколов, 4 февраля 2008 года начала добавлять в шесть из тринадцати корневых DNS-серверов записи, содержащие адреса в формате протокола IPv6. Таким образом, начался решающий этап в переходе с нынешнего протокола IPv4 на более современный IPv6. Это изменит всю адресацию интернет-пространства.

В частности, если раньше на интернет-адрес приходилось четыре байта или 32 бита (например, домену lenta.ru соответствуют четыре байта: 81.19.69.28), то протокол IPv6 выделяет на адрес 128 бит. Это соответствует 340 триллионам триллионов триллионов адресов (3,4x1038) или по 5x1028 адресов на каждого из ныне живущих людей.

Первый стандарт адресации, IMP, начал использоваться в 1969 году и подразумевал нахождение в сети всего 32 узлов. В 1974 году документ RFC 675 ввел адресное пространство, состоящее из 16 сетевых адресов и 256 узлов (хост-адресов).

В 1981 году был принят стандарт IPv4, который используется до сих пор. Он допускает создание более чем четырех миллиардов адресов. Все это адресное пространство уже заполнено на 86 процентов. При нынешних темпах развития сети адреса закончатся к 2017 году.

Заключение

Делая вывод из всего, можно сказать, что после перехода на IPv6 останутся, конечно, сторонники и у IPv4 - от этого не уйти, но со временем IPv6 станет основным протоколом и преобразит весь Интернет. Так же, как и для IPv4 сейчас, будут созданы программные и аппаратные средства для его поддержки и усовершенствования.

Литература
1. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. — СПб.: Питер, 2006. — 958 с.
2. Джеймс Ф. Куроуз, Кит В. Росс - Компьютерные сети. Многоуровневая архитектура интернета, 2004, Addison Wesley – Питер,768 стр.
3. Сидни Фейт, TCP/IP. Архитектура, протоколы, реализация (включая IPv6 и IP Security), 424 стр., Лори, 2009 г.
количество слов: 423

Вернуться в «Системное программное обеспечение»