Протокол IPv6

План
Причины перехода с IPv4 на IPv6
Заголовок IPv6
Адреса IPv6

Причины перехода на IPv6

Немого истории
1974 – начало разработки IP (TCP)
1981 – RFC 791 (IPv4)
1982-1984 – формирование Интернет на базе IPv4
1992 – появление WWW
1996 – начало разработки IPv6
1998 – RFC 2460 (IPv6)
2006 – RFC 4291 4294 адресация и работа узлов IPv6
2010 – 4G

Предпосылки
Нехватка адресов IPv4
IANA (Internet Assigned Numbers Authority)
RIR (Regional Internet Registry)
LIR (Local Internet Registries)

RIR (Regional Internet Registry)
Asia-Pacific Network Information Center (APNIC) - отвечает за Азию и Тихоокеанский регион
African Network Information Center (AFRINIC) - для Африки и региона Индийского океана
American Registry for Internet Numbers (ARIN) - отвечает за североамериканский регион
Latin American and Caribbean Network Information Center (LACNIC) - отвечает за Латинскую Америку и Карибский регион
Réseaux IP Européens Network Center (RIPE NCC) - для Европы, Центральной Азии и Ближнего Востока.

Предпосылки
Нехватка адресов IPv4
2011 последняя сеть /8
от IANA.
Начало исчерпания
последней сети /8:
2011 – ARIN
2012 – RIPE NCC
Дальше по /22

Владение адресами
https://www.ripe.net/manage-ips-and-asns/ipv4/ipv4-run-out
https://myip.ms/browse/ip_ranges/1/ownerID/81658/ownerID_A/1

Предпосылки
Критика в адрес IPv4.
Контрольная сумма
Фрагментация IP
NAT
Наличие большего количества смежных протоколов
Проблемная маршрутизация
Аппаратная реализация маршрутизации не по RFC (fastpath или Cisco Express Forwarding )

Предпосылки
Нехватка адресов IPv4,
накопившаяся критика в адрес IPv4,
современные технологии требуют реализации слишком большого числа сессий, работающих в параллельно,
4G/LTE/5G, которая ориентирована исключительно на IPv6,
развитие IoT,
стремление восстановить end-to-end связанность
стремление снизить анонимность в сети.

Проблемы и препятствия
Огромное количество сетей на IPv4
Необходимость адаптации оборудования и системного ПО (done)
некоторое снижение пропускной способности из-за увеличения размера заголовка (спорно).
Необходимость адаптация сопутствующего ПО (системы управления и мониторинга)
Необходимость адаптация систем безопасности (стандартные методы с ACL не работают).
https://youtu.be/D4DiqH-XPJU

Цели
Расширение адресации
Восстановление end-to-end связанность
Сокращение количества инфраструктурных технологий
Упрощение формата заголовка
Интеграция средств безопасности
Улучшенная поддержка расширений и опций
Возможность пометки потоков данных
Идентификация и защита частных обменов
Встроенная поддержка мобильных сетей (MIPv6)

Сравнение IPv4 и IPv6

RFC
IPv6 RFC 8200 (заменил RFC-1884)
ICMP IPv6 RFC-4861 (заменил RFC-1885)
IPv6 по IPv4 RFC 5969
и т.д.

Основные сущности
Узел - оборудование, использующее IPv6.
Маршрутизатор - узел, который переадресует пакеты IPv6, которые не адресованы ему непосредственно.
Канал - cсредство 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.

Заголовок IPv6

Формат заголовка

Формат заголовка
Версия: поле, содержащее 4-битное двоичное значение, которое определяет версию IP-пакета. Для пакетов IPv6 в этом поле всегда указано значение 0110.
Класс трафика: 8-битное поле, соответствующее полю «Дифференцированные сервисы (DS)» в заголовке IPv4. Оно также содержит 6-битное значение точки кода дифференцированных сервисов (DSCP), которое используется для классификации пакетов, а также 2-битное значение явного уведомления о перегрузке (ECN), используемое для управления перегрузками трафика.
Метка потока: 20-битное поле, предоставляющее специальную службу для приложений реального времени. Используя это поле, маршрутизаторам и коммутаторам передается информация о необходимости поддерживать один и тот же путь для потока пакетов, что поможет избежать их переупорядочивания.
Длина полезной нагрузки: 16-битное поле, соответствующее полю «Общая длина» в заголовке IPv4. Оно определяет размер всего пакета (фрагмента), включая заголовок и дополнительные расширения.

Формат заголовка
Следующий заголовок: 8-битное поле, соответствующее полю «Протокол» в заголовке IPv4. Оно указывает тип полезной нагрузки данных, которые переносит пакет, что позволяет сетевому уровню пересылать данные на соответствующий протокол более высокого уровня. Это поле также используется в тех случаях, когда в пакет IPv6 добавляются дополнительные заголовки расширений.
Предел перехода: 8-битное поле, заменяющее поле «Время существования» (TTL) в IPv4. Это значение уменьшается на единицу каждым маршрутизатором, пересылающим пакет. Когда счетчик достигает 0, пакет отбрасывается, и на отправляющий узел пересылается сообщение ICMPv6, которое означает, что пакет не достиг своего назначения.
Адрес источника — 128-битовое поле, определяющее IPv6-адрес принимающего узла.
Адрес назначения: 128-битное поле, определяющее IPv6-адрес принимающего узла.

Адреса IPv6

Адреса IPv6
Формат
В протоколе IPv6 размер адреса составляет 128 бит. Предпочтительным является следующее представление адреса IPv6: x:x:x:x:x:x:x:x, где каждая буква x - это шестнадцатиричные значения шести 16-битных элементов адреса.
Диапазон адресов IPv6 составляет от
0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000
до
ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff

Адреса IPv6
2001:0DB8:00AF:ABCD:0000:0000:0000:0034
Правила сокращения при записи:
Убираем ведущие нули:
2001:DB8:AF:ABCD:0000:0000:0000:34
Убираем длинные последовательности нулей:
2001:DB8:AF:ABCD::34

Типы адресов
Unicast адреса идентифицируют только один сетевой интерфейс. Протокол IPv6 доставляет пакеты, отправленные на такой адрес, на конкретный интерфейс.
Anycast адреса назначаются группе интерфейсов, обычно принадлежащих различным узлам. Пакет, отправленный на такой адрес, доставляется на один из интерфейсов данной группы, как правило наиболее близкий к отправителю с точки зрения протокола маршрутизации.
Multicast адрес также используется группой узлов, но пакет, отправленный на такой адрес, будет доставлен каждому узлу в группе.
Бродкаста нет

Типы адресов (исключения)
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.

Логические части адреса IPv6
Вместо масок сетей – префиксы от 0 до 128 (стандартно – 64)

Префиксы адреса

Виды адресов
Global unicast адрес
Аналог адреса белого адреса IPv4. Глобальные индивидуальные адреса могут быть настроены статически или присвоены динамически. Начинается с 2 или с 3.
От 2000 до 3FFF. Из этой группы отдельно выделяется сеть 2001:0DB8::/32
Link-local
Local IPv6-адрес канала позволяет устройству обмениваться данными с другими устройствами под управлением IPv6 по одному и тому же каналу и только по данному каналу (подсети). Не является аналогом «серого» IPv4. Локальные IPv6-адреса канала находятся в диапазоне FE80::/10. /10

Виды адресов
Loopback
Loopback-адрес используется узлом для отправки пакета самому себе и не может быть назначен физическому интерфейсу. Как и на loopback-адрес IPv4, для проверки настроек TCP/IP на локальном узле можно послать эхо-запрос на loopback-адрес IPv6. Loopback-адрес IPv6 - ::1/128 или просто ::1.
Unspecified address
Неопределённый адрес состоит из нулей и в сжатом формате представлен как ::/128 или просто :: Он не может быть назначен интерфейсу и используется только в качестве адреса источника в IPv6-пакете. Неопределённый адрес используется в качестве адреса источника, когда устройству еще не назначен постоянный IPv6-адрес.

Виды адресов
Unique local
Unique local — IPv6-адреса имеют некоторые общие особенности с «серыми» адресами IPv4, но имеют и значительные отличия. Находятся в диапазоне от FC00::/7 до FDFF::/7. Хотя протокол IPv6 обеспечивает особую адресацию для сайтов, он не предназначен для того, чтобы скрывать внутренние устройства под управлением IPv6 от Интернета IPv6.
IPv4 embedded
Использование этих адресов способствует переходу с протокола IPv4 на IPv6.
Multicast
Для рассылок внутри группы. Начинаются с FF.

Структура адреса
Префикс глобальной маршрутизации выдается IANA
Пример адреса: 2001:DB8:AF:ABCD::34
Global unicast адрес

Примеры структуры адреса

Структура адреса
Определяется по RFC 4193
Для работы в LAN. В интернете не работают.
Пример адреса: fde8:86a5:fe80:1:5922:49:50:6767
Fc00::/8 – управляется IANA (не работает)
Fd00::/8 – используете. Генерация по алгоритму. Сети по /48
Unique local

Структура адреса
Служебный, конфигурационный.
Уникален в канале.
Пример адреса: fe80::59e1:d46b:1bb:5169
Link-local

IPv4 embedded

Особые адреса

Статистика IPv6 от Google
https://www.google.com/intl/gr/ipv6/statistics.html

Конфигурирование узла IPv6
Включение узла
Выбор узлом адреса из Link-local
Рассылка на ff01:0:0:0:0:0:0:1 (все узлы) запроса на возражение
Рассылка на ff01:0:0:0:0:0:0:2 (все роутеры) запроса на конфигурацию
Получение от ближайшего роутера данных:
адрес,
длину префикса,
MTU,
DNS.