CST-245 A Εισαγωγή στις τεχνολογίες Διαδικτύου Κεφάλαιο 4 – Internet Protocol version 6 (IP v6)

2 Παγκόσμια δοκιμή του IPv6 (08/06/2011) Στις 8 Ιουνίου 2011, εταιρείες όπως το Google, Facebook, Yahoo!, Akamai και Limelight Networks θα διαθέσουν το ψηφιακό τους περιεχόμενο μέσω IPv6 για 24 ώρες. Το γεγονός αυτό, γνωστό και ως World IPv6 Day ( διοργανώνεται από το Internet Society ( κι έχει ως σκοπό την εξάπλωση του πρωτοκόλλου IPv6, αλλά και την ομαλότερη μετάβαση σε αυτό. Κατά τη διάρκεια της ημέρας αυτής, θα συλλεχθούν χρήσιμα δεδομένα τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για την ομαλότερη μετάβαση, των εταιρειών που σχετίζονται/δραστηριοποιούνται στο διαδίκτυο, στο IPv6. Το IPv6 (Internet Protocol version 6) είναι η έκδοση 6 του Internet Protocol (IP) και σχεδιάστηκε ώστε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση του προβλήματος εξάντλησης των IPv4 διευθύνσεων ( αλλά και για να βελτιώσει την έκδοση 4 του πρωτοκόλλου IP που χρησιμοποιείται σήμερα. H μετάβαση στο IPv6 κρίνεται απαραίτητη και αναπόφευκτη καθώς μέσα στους επόμενους μήνες θα εξαντληθούν πλήρως οι διευθύνσεις IPv4. Source:

3 Παγκόσμια δοκιμή του IPv6 (08/06/2011) Η παγκόσμια δοκιμή Εκτιμάται πως, κατά την Παγκόσμια Ημέρα Δοκιμών, μικρό ποσοστό χρηστών του Ίντερνετ (0,3%) θα αντιμετωπίσει προβλήματα πρόσβασης σε δημοφιλείς ιστοσελίδες, καθώς η ενεργοποίηση διασύνδεσης IPv6 σε ένα ιστότοπο, ταυτόχρονα με την διασύνδεση IPv4, μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα πρόσβασης στο ψηφιακό υλικό για τους τελικούς χρήστες. ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: 08/06/2011, 14:42 (

4 Παγκόσμια δοκιμή του IPv6 (08/06/2011) Η ανάγκη για το IPv6 Το IPv6 σχεδιάστηκε για την αντιμετώπιση του προβλήματος εξάντλησης των διευθύνσεων στο Διαδίκτυο. Η ανάγκη αυτή προέκυψε καθώς καθημερινά προστίθενται στο Διαδίκτυο εκατομμύρια νέοι χρήστες καθώς και συσκευές όλων των τύπων. Το εν λόγω πρόβλημα αντιμετωπίζεται μερικώς τα τελευταία χρόνια με τη χρήση ιδιωτικών δικτύων, όπου χρησιμοποιούνται εσωτερικές επαναχρησιμοποιούμενες διευθύνσεις και μικρός αριθμός εξωτερικών μοναδικών δημόσιων διευθύνσεων IPv4, σε συνδυασμό με την τεχνική μετατροπής διευθύνσεων (Network Address Translation "NAT"). Όμως, η χρήση της τεχνικής NAT αυξάνει σημαντικά την πολυπλοκότητα του δικτύου και των εφαρμογών και παρεμποδίζει τη λειτουργία αρκετών υπηρεσιών κι εφαρμογών, που σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν με τη λογική χρήσης δημόσιων διευθύνσεων στις συσκευές του Διαδικτύου. Από την εφαρμογή του νέου πρωτοκόλλου IPv6 οι διαθέσιμες διευθύνσεις γίνονται...«άπειρες» φθάνοντας τον αστρονομικό αριθμό των 340 εξάκις εκατομμυρίων διευθύνσεων! ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: 08/06/2011, 14:42 (

5 Εκδόσεις του IP Το Πρωτόκολλο Διαδικτύου έχει δύο κύριες εκδόσεις σε χρήση, την IPv4 και την IPv6. Κάθε έκδοση έχει το δικό της ορισμό για την διεύθυνση IP. Λόγω της επικράτησής της, ο όρος «διεύθυνση IP» τυπικά αναφέρεται σε εκείνες που ορίζονται στο IPv4.Πρωτόκολλο ΔιαδικτύουIPv4 Οι διευθύνσεις IP που ορίζονται είναι αριθμοί της μορφής xxx.xxx.xxx.xxx (IPv4), όπου xxx ένας αριθμός από 0 εώς 255 ή xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx.xxx.xxx.xxx.xxx (IPv6). IPv4: Το IPv4 χρησιμοποιεί διευθύνσεις των 32-bit (4 byte), που περιορίζουν το πλήθος διευθύνσεων σε (232) πιθανές μοναδικές διευθύνσεις. Εντούτοις, πολλές παρακρατούνται για ειδικούς λόγους, όπως για χρήση σε ιδιωτικά δίκτυα (~18 εκατομμύρια) ή διευθύνσεις πολυδιανομής (~1 εκατομμύριο). Κατά αυτόν τον τρόπο, μειώνεται ο αριθμός που μπορεί να διατεθεί για δημόσιες διευθύνσεις Διαδικτύου και, καθώς ο αριθμός διαθέσιμων διευθύνσεων καταναλώνεται, η έλλειψη εμφανίζεται να είναι αναπόφευκτη μακροπρόθεσμα. Αυτός ο περιορισμός έχει βοηθήσει στη στροφή προς το IPv6, που είναι αυτήν την περίοδο σε αρχικά στάδια επέκτασης και ο μόνος υποψήφιος αντικαταστάτης του IPv4.IPv4bitbyteιδιωτικά δίκτυα πολυδιανομήςIPv6

6 Εκδόσεις του IP IPv5: Ό,τι θα μπορούσε να θεωρηθεί IPv5 υπήρξε μόνο ως ένα πειραματικό πρωτόκολλο, ονομαζόμενο ST2, που περιγράφηκε στο RFC Σύμφωνα με τις πρότυπες συμβάσεις για κάθε διανομή UNIX, όλες οι περιττά αριθμημένες εκδόσεις θεωρούνται πειραματικές. Αυτή η έκδοση δεν προορίστηκε ποτέ για υλοποίηση και εφαρμογή και το πρωτόκολλο εγκαταλείφθηκε. Το RSVP το έχει αντικαταστήσει ως έναν ορισμένο βαθμό.ST2RFC 1819UNIX περιττάRSVP IPv6: Στο IPv6, το νέο standard (αλλά όχι ακόμα εκτεταμένης χρήσης) Πρωτοκόλλο Διαδικτύου, οι διευθύνσεις έχουν μέγεθος 128 bit, το οποίο, ακόμη και με γενναιόδωρη ανάθεση netblocks, θα είναι αρκετό για να επαρκέσει στο κοντινό μέλλον. Θεωρητικά, θα υπάρχουν ακριβώς 2128, ή περίπου 3,403 × 1038 μοναδικές διευθύνσεις για διεπιφάνειες διακομιστών (host interfaces). Ο ακριβής αριθμός είναι Αυτό το μεγάλο πλήθος διευθύνσεων θα δεσμευτεί αραιά, γεγονός που καθιστά πιθανή την κωδικοποίηση περισσότερων πληροφοριών δρομολόγησης στις ίδιες τιςIPv6netblocks

7 Τα προβλήματα του IPv4 Το υπάρχων IP (IP version 4 – IPv4) σιγά σιγά αποδεικνύεται ότι είναι ανεπαρκές για τις σημερινές ανάγκες. Σε αυτό το γεγονός συμβάλει κατά ένα πολύ μεγάλο βαθμό και η αλματώδης εξάπλωση του διαδικτύου. Τα κύρια προβλήματα του IPv4 είναι τα ακόλουθα:  Παρέχει μόνο 32 bits για τη διευθυνσιοδότηση.  Τελειώνουν οι διευθύνσεις του δικτύου.  Οι πίνακες δρομολόγησης όσο πάει γίνονται και μεγαλύτεροι.  Δεν δίνει δυνατότητες σε εφαρμογές που απαιτούν ποιοτική εξυπηρέτηση όπως είναι οι πολυμεσικές εφαρμογές όπου η μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων σε σύντομο χρονικό διάστημα είναι σημαντική.  Δεν εξυπηρετεί με τον καλύτερο τρόπο εφαρμογές που απαιτούν υψηλά επίπεδα ασφάλειας. Εξαιτίας των παραπάνω προβλημάτων η IETF ξεκίνησε ένα καινούριο έργο για τη δημιουργία ενός καινούργιου IP πρωτοκόλλου στις αρχές της δεκαετίας του 1990, από το οποίο προέκυψαν οι λειτουργικές προδιαγραφές αυτού που ονομάζεται IP Next Generation (IPng). Το καινούριο πρωτόκολλο πήρε επίσημα το όνομα Internet Protocol version 6 (IPv6).

8 Διαφορές του IPv6 από το IPv4 Μερικές από τις σημαντικότερες διαφορές του IPv6 σε σχέση με το IPv4 είναι οι ακόλουθες:  Παρέχει πολύ μεγαλύτερο χώρο διευθύνσεων. Οι διευθύνσεις είναι μήκους 128 bits παρέχοντας έτσι 296 περισσότερες διευθύνσεις σε σχέση με το IPv4.  Παρέχει πολύ γρηγορότερη επεξεργασία επικεφαλίδων από τους δρομολογητές. Παρόλο που η επικεφαλίδα σε αυτή την περίπτωση είναι μεγαλύτερη (40 bytes για το IPv6 σε σχέση με τα 20 bytes του IPv4), έχει λιγότερα πεδία (8 για το IPv6 σε σχέση με τα 12 του IPv4).  Παρέχει μηχανισμούς πιστοποίησης και ασφάλειας για το IP πακέτο.  Παρέχει τρόπους για labeling του IP πακέτων που χρειάζονται ιδιαίτερη μεταχείριση. Τυπικές εφαρμογές που χρησιμοποιούν αυτό το μηχανισμό είναι οι πολυμεσικές και οι εφαρμογές πραγματικού χρόνου.

9 Διευθύνσεις IPv6 Οι διευθύνσεις του πρωτοκόλλου IPv6 έχουν μέγεθος 128 bit. Το πρωτόκολλο αναθέτει τις διευθύνσεις σε intrerfaces και όχι σε κόμβους του δικτύου. Ένας κόμβος μπορεί να έχει ένα ή περισσότερα intreface και συνεπώς μία ή περισσότερες διευθύνσεις. Επίσης σε ένα μοναδικό interface μπορούν να ανατεθούν περισσότερες από μία διευθύνσεις. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες IP διευθύνσεων:  Unicast: προσδιορίζει ένα interface. Ένα πακέτο με προορισμό μία unicast διεύθυνση παραδίδεται μόνο στο interface με τη συγκεκριμένη διεύθυνση.  Anycast: προσδιορίζει ένα σύνολο από interfaces (που συχνά ανήκουν σε διαφορετικούς κόμβους). Ένα πακέτο το οποίο αποστέλλεται σε μία anycast διεύθυνση, παραδίδεται σε ένα από τα interfaces που προσδιορίζονται από την διεύθυνση (συγκεκριμένα στο «πλησιέστερο» interface σύμφωνα με το τρόπο μέτρησης της απόστασης του πρωτοκόλλου δρομολόγησης).  Multicast: όπως και μία anycast διεύθυνση, προσδιορίζει ένα σύνολο από interfaces (που συχνά ανήκουν σε διαφορετικούς κόμβους).Το πακέτο όμως παραδίδεται σε όλα τα interfaces που προσδιορίζονται από την συγκεκριμένη διεύθυνση. Δεν υπάρχουν broadcast διευθύνσεις στο IPv6 αφού η λειτουργία τους υπερκαλύπτεται από τις multicast.

10 Δυναμική ανάθεση διευθύνσεων Tο IPv6 παρέχει δύο μηχανισμούς για την δυναμική ανάθεση των διευθύνσεων.  Ο πρώτος είναι παρόμοιος με το Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), στο οποίο ένας πελάτης στέλνει μία αίτηση σε έναν εξυπηρετητή υπεύθυνο να αναθέτει διευθύνσεις από ένα σύνολο προκαθορισμένων τιμών. Ο εξυπηρετητής διατηρεί πληροφορίες για την κατάσταση του δικτύου και αναθέτει μία διεύθυνση σε έναν πελάτη για ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα. Μετά από αυτό ο πελάτης επαναλαμβάνει την αίτησή του, αν υπάρχουν αρκετές διαθέσιμες διευθύνσεις, στο πελάτη θα ανατεθεί η διεύθυνση που έλαβε από την προηγούμενη του αίτηση του.  Ο δεύτερος μηχανισμός για την δυναμική απόκτηση IP διευθύνσεων δεν χρειάζεται την διατήρηση πληροφορίας κατάστασης. Η ύπαρξη ενός μοναδικού αριθμού αναγνώρισης ενός interface, όπως μία IEEE MAC διεύθυνση μίας κάρτας δικτύου (η διεύθυνση για το υποεπίπεδο medium access control του data link επιπέδου, πχ μία Ethernet address) δίνει τη δυνατότητα για μία απλή μορφή αυτοπροσδιορισμού διευθύνσεων. Ένας κόμβος μπορεί να ανακαλύψει τη διεύθυνση του υποδικτύου στο οποίο ανήκει από τα μηνύματα του δρομολογητή που «διαφημίζουν» αυτήν την διεύθυνση. Στη συνέχεια ο κόμβος μπορεί να δημιουργήσει μία IPv6 διεύθυνση με την ένωση της διεύθυνσης του υποδικτύου και της IEEE MAC διεύθυνσής του.

11 Αναπαράσταση IP διευθύνσεων Υπάρχουν τρεις μορφές αναπαράστασης των IPv6 διευθύνσεων: 1. ο πιο δημοφιλής μορφή είναι η: x : x : x : x : x : x : x : x όπου τα x είναι δεκαεξαδικές τιμές των 16bit. Παραδείγματα : FEDC:BA98:4798:8798:FEDC:BA98:78D9: :0:0:0:8:800:200C:417A

12 Αναπαράσταση IP διευθύνσεων 2. Λόγω της μεθόδου κατανομής ορισμένων τύπων IPv6 διευθύνσεων, θα είναι πολύ κοινή η ύπαρξη διευθύνσεων που θα αποτελούνται από πολλά μηδενικά πεδία στη σειρά. Για να γίνει η γραφή αυτών των διευθύνσεων πιο πρακτική χρησιμοποιείται το σύμβολο "::" το οποίο αντικαθιστά πολλαπλά μηδενικά 16bit πεδία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά σε μία διεύθυνση. Παραδείγματα:  1080:0:0:0:8:800:200C:417A unicast  FF01:0:0:0:0:0:0:43multicast  0:0:0:0:0:0:0:1loopback  0:0:0:0:0:0:0:0unspecified μπορούν να αναπαρασταθούν ως:  1080::8:800:200C:417A  FF01::43  ::1  ::

13 Αναπαράσταση IP διευθύνσεων 3. Μία εναλλακτική μορφή η οποία θα φανεί χρήσιμη σε μικτά περιβάλλοντα IPv4 και IPv6 κόμβων είναι x: x: x: x: x: x: d.d.d.d, όπου τα x είναι δεκαεξαδικές τιμές ένω τα d δεκαδικές τιμές για τα 4 τελευταία bytes της διεύθυνσης, δηλαδή η κανονική αναπαράσταση σε IPv4. Παραδείγματα : 0:0:0:0:0:0: ή στη πιο συμπτυγμένη μορφή ::

14 IPv6 packet header Το πεδίο Version αποτελείται από 4 bits και η τιμή του είναι 6 φανερώνοντας την έκδοση του πρωτοκόλλου. Το πεδίο Traffic class αποτελείται και αυτό από 4 bits και επιτρέπει να προσδιορίσει η πηγή προτεραιότητες ανάμεσα στα πακέτα που στέλνει.  Τιμές από το 0 ως το 7 υποδεικνύουν ότι η εφαρμογή που δημιούργησε το πακέτο υλοποιεί κάποιο μηχανισμό αποφυγής συμφόρησης του δικτύου ανάλογα με τις μεταβαλλόμενες συνθήκες του δικτύου. Οι τιμές φαίνονται στο παρακάτω πίνακα.  Οι τιμές από 8 ως 15 δηλώνουν ότι η κυκλοφορία δεν προσαρμόζεται ανάλογα με τις συνθήκες του δικτύου. Οι χαμηλότερες τιμές χρησιμοποιούνται για πακέτα που η πηγή ανέχεται να χάσει ­ για παράδειγμα, μία εφαρμογή μπορεί να αναθέσει προτεραιότητα 8 για πακέτα βίντεο και 15 για πακέτα ήχου, δηλώνοντας ότι προτιμά να χάσει μερικά πακέτα βίντεο από ήχο. Οι επικεφαλίδες των IPv6 πακέτων έχουν σταθερό μέγεθος σε αντίθεση αυτών του Ipv4. Στο σχήμα φαίνονται τα πεδία ενός τέτοιου πακέτου.

15 IPv6 packet header Το πεδίο Flow Label αποτελείται από 24 bits και χρησιμοποιείται από την πηγή για να ζητήσει ειδική μεταχείριση από τους δρομολογητές. Το όνομα του πεδίου προέρχεται από το γεγονός ότι η ροή θεωρείται μία ακολουθία από πακέτα μεταξύ της πηγής και του παραλήπτη. Εφαρμογές πολυμέσων και πραγματικού χρόνου θα χρειαστούν αυτό το πεδίο. Το πεδίο Payload Length αποτελείται από 16 bits και περιέχει το μήκος του IP πακέτου το οποίο ακολουθεί τη σταθερή σε μήκος επικεφαλίδα. Περιλαμβάνει το μήκος όλων των επιπλέον επικεφαλίδων συν το μέγεθος των δεδομένων. Το πεδίο Next Header αποτελείται από 8 bits και προσδιορίζει το τύπο της επικεφαλίδας που ακολουθεί αμέσως μετά την επικεφαλίδα του IPv6. Οι τιμές είναι οι ίδιες που υπάρχουν για το IPv4 και προσδιορίζονται στο RFC Το πεδίο HOP limit αποτελείται από 8 bits και προσδιορίζει των μέγιστο αριθμό από hops (μεταβάσεις από κόμβο σε κόμβο) που το πακέτο επιτρέπεται να πραγματοποιήσει, σε κάθε κόμβο η τιμή του πεδίου μειώνεται κατά ένα. Είναι κάτι ανάλογο με το πεδίο TTL (time to live) του IPv4. Τα δύο τελευταία πεδία έχουν μήκος 128 bit και προσδιορίζουν την διεύθυνση του αποστολέα και του παραλήπτη.

16 Διαλειτουργικότητηα IPv6 με IPv4 Ένας από τους σχεδιαστικούς στόχους του IPv6 ήταν και η ομαλή μετάβαση από το IPv4 στο IPv6. Ένας οποιοσδήποτε κόμβος του δικτύου μπορεί να δέχεται ταυτόχρονα και IPv4 και IPv6 πακέτα. Στο μηχανισμό διευθύνσεων του IPv6 έχει προβλεφθεί τρόπος για συμβατότητα με το IPv4, καθώς οι διευθύνσεις IPv4 αναπαρίστανται σαν IPv6 με την προσθήκη μηδενικών μπροστά για να γίνουν 128 bits, όπως φαίνεται στο σχήμα. |96 bits||32bits| IPv4 address

17 Χρήσιμες συνδέσεις για το IPv /ipv6/index.html /ipv6/index.html