Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

на IPv6. На данный момент он охватывает лишь небольшую часть интернета (около 25 %), несмотря на то что признан стандартом еще в 1998 году. В следующие несколько лет нас ждут интересные события. Каждый адрес IPv4 стоит около $19. В 2019 году некий мужчина был осужден за попытку перепродажи на черном рынке 750 000 IP-адресов, общая стоимость которых составляет около $14 млн.

На фоне проблем с адресами вырисовываются и другие вопросы. До недавнего времени интернетом пользовались в основном университеты, высокотехнологичные предприятия и правительственные организации США (особенно Министерство обороны). В середине 90-х годов интерес к интернету резко возрос, и теперь доступ к нему имеет огромное количество людей с принципиально разными требованиями. Во-первых, многочисленные владельцы смартфонов с помощью интернета поддерживают связь с домашними компьютерами. Во-вторых, при неминуемом сближении компьютерной, коммуникационной и развлекательной индустрии очень скоро все телефоны и телевизоры планеты могут стать интернет-узлами. Это приведет к появлению миллиардов устройств, используемых для аудио и видео по запросу. В таких обстоятельствах становится очевидно, что IP должен эволюционировать и стать более гибким.

Предвидя появление этих проблем, в 1990 году IETF начал работу над новой версией IP, которая решила бы вопрос нехватки адресов, а также ряд других задач и в целом была бы более гибкой и эффективной. IETF сформулировал следующие основные цели.

1. Поддерживать миллиарды хостов даже при неэффективном использовании адресного пространства.

2. Сократить таблицы маршрутизации.

3. Упростить протокол для ускорения обработки пакетов маршрутизаторами.

4. Обеспечить более высокий уровень безопасности (аутентификации и конфиденциальности).

5. Уделять больше внимания типу службы, особенно при передаче данных в реальном времени.

6. Упростить работу многоадресных рассылок с помощью указания областей рассылки.

7. Предоставить хосту возможность перемещаться, сохраняя сетевой адрес.

8. Предусмотреть будущее развитие протокола.

9. Обеспечить сосуществование старого и нового протоколов в течение нескольких лет.

Разработка IPv6 дала шанс улучшить характеристики IPv4, исходя из потребностей современного интернета. Чтобы найти протокол, удовлетворяющий всем этим требованиям, IETF опубликовал в RFC 1550 призыв к дискуссиям и предложениям. Был получен двадцать один ответ. В декабре 1992 года были рассмотрены семь серьезных предложений. Их содержание варьировалось от небольших изменений в IP до полного отказа от него и замены совершенно другим протоколом.

В частности, было предложено запустить TCP на базе CLNP, протокола сетевого уровня, разработанного для OSI. Обладая 160-разрядным адресом, CLNP навсегда обеспечил бы достаточное адресное пространство. Он мог бы предоставить адрес каждой молекуле воды в Мировом океане (а это порядка 25 адресов), чтобы они могли создать свою небольшую сеть. Кроме того, это решение объединило бы два основных сетевых протокола. Но тогда пришлось бы признать, что кое-что в модели OSI было сделано правильно, а это утверждение является политически некорректным в интернет-кругах. Протокол CLNP на самом деле очень мало отличается от IP. Окончательный выбор был сделан в пользу протокола, отличающегося от IP значительно сильнее. Еще одним аргументом против CLNP была его слабая поддержка типов служб, которые требовались для эффективной передачи мультимедиа.

Три лучших предложения были опубликованы в журнале IEEE Network Дирингом (Deering, 1993), Фрэнсисом (Francis, 1993), а также Кацем и Фордом (Katz and Ford, 1993). После долгих обсуждений, переработок и борьбы за первое место была выбрана модифицированная комбинированная версия Диринга и Фрэнсиса, получившая название Простого интернет-протокола Плюс (Simple Internet Protocol Plus, SIPP). Новому протоколу было дано обозначение IPv6.

Протокол IPv6 прекрасно справляется с поставленными задачами. Он обладает достоинствами IP и лишен некоторых его недостатков (либо обладает ими в меньшей степени), к тому же наделен новыми свойствами. Как правило, IPv6 несовместим с IPv4. Зато он сочетается со всеми остальными протоколами интернета, включая TCP, UDP, ICMP, IGMP, OSPF, BGP и DNS. Иногда это требует небольших изменений для работы с более длинными адресами. Основные функции IPv6 представлены далее. Дополнительные сведения о нем можно найти в стандартах RFC 2460–RFC 2466.

Прежде всего, поля адресов у протокола IPv6 больше, чем у IPv4. Их длина составляет 128 бит, что решает основную задачу, поставленную при разработке протокола, — обеспечить практически неограниченный запас интернет-адресов. Мы кратко обсудим адреса чуть позднее.

Второе заметное улучшение IPv6 по сравнению с IPv4 состоит в упрощенном заголовке пакета. Он состоит всего из 7 полей (вместо 13 у IPv4). Таким образом, маршрутизаторы могут быстрее обрабатывать пакеты, что повышает производительность. Краткое описание заголовков будет приведено ниже.

Третье усовершенствование состоит в улучшенной поддержке необязательных параметров. Такое изменение было необходимо, поскольку в новом заголовке требуемые прежде поля стали необязательными (они и так использовались редко). Кроме того, изменился способ представления необязательных параметров. Это упростило для маршрутизаторов пропуск не относящихся к ним параметров и ускорило обработку пакетов.

Далее, протокол IPv6 демонстрирует большой шаг вперед в области безо­пасности. У IETF была полная папка вырезок из газет с сообщениями о том, как 12-летние мальчишки со своего персонального компьютера взломали банк или военную базу. Было ясно, что надо как-то улучшить систему безопасности. Аутентификация и конфиденциальность являются ключевыми чертами нового IP-протокола. Позже IPv4 был модифицирован, и разница с точки зрения безо­пасности стала не так уж и велика.

Наконец, в новом протоколе было уделено больше внимания QoS. Различные нерешительные попытки по реализации QoS предпринимались и в прошлом, но рост мультимедийного интернет-трафика требует безотлагательных действий в этой сфере.

Основной заголовок IPv6

Заголовок IPv6 показан на илл. 5.57. Поле Version содержит число 6 для IPv6 (и 4 для IPv4). На период перехода с IPv4 на IPv6, который длится уже более десяти лет, маршрутизаторы по значению этого поля смогут различать пакеты нового и старого стандартов. Заметим, что такая проверка приводит к потере нескольких инструкций в критически важном для производительности тракте. В заголовке с информацией о канале передачи данных обычно указан протокол для демультиплексирования, так что некоторые маршрутизаторы могут пропустить проверку. Например, в Ethernet у поля Type (Тип) есть несколько разных значений, определяющих пользовательские данные IPv4- или IPv6-пакета. Бурная дискуссия между сторонниками принципов «делай правильно» и «делай быстро», несомненно, затянется на долгие годы.

Илл. 5.57. Фиксированный заголовок IPv6 (обязательные поля)

Поле Differentiated services (изначально Traffic class, Класс трафика) необходимо, чтобы отличать пакеты с разными требованиями к доставке в реальном времени. Оно используется для обеспечения QoS вместе с архитектурой дифференцированного обслуживания (аналогично одноименному полю IPv4). Кроме того, так же как и в IPv4, младшие 2 бита отводятся под явные уведомления о перегрузке.

Поле Flow label (Метка потока) применяется для того, чтобы отправитель и получатель могли сообщить сети об