Основы построения сетей пакетной коммутации

Адресация в IP-сетях

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

7.1. Логические адреса версии IPv4

Узлы IP-сети имеют уникальные физические и логические адреса. Физический адрес устанавливается изготовителем аппаратных средств, например, МАС-адрес сетевой карты NIC, который "прошивается" в ПЗУ. Логический адрес устанавливается администратором или назначается динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных провайдером адресов.

Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4, используемой в настоящее время, содержат 32 двоичных разряда, т.е. 4 байта (4 октета). Каждый из 4 байт адреса в технической документации отображается десятичным числом, а байты разделяются точкой, например, 172.100.220.14. Часть этого адреса (старшие разряды) является номером сети, а другая часть (младшие разряды) - номером узла в сети. Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов.

Граница между сетевой и узловой частью может проходить в произвольной части адреса, при этом адресация называется бесклассовой (classless). Если же граница проходит по границе байтов и сетевая часть строго определенного размера, то реализуется адресация на основе полного класса (classfull). В соответствии с тем, сколько байт адреса относится к номеру сети, а сколько к номеру узла - адреса делятся на классы. Для уникальной адресации узлов (unicast) используются три класса адресов.

В адресе класса А старший байт задает адрес сети, а три младших байта - адрес узла (host). Причем старший бит адреса равен 0.

0 x x x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
№ сети - 1 байт № узла - 3 байта

В адресе класса В два старших байта задают адрес сети, а два младших байта - адрес узла. Значение двух старших бит адреса - 10.

1 0 x x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
№ сети - 2 байта № узла - 2 байта

В адресе класса С три старших байта задают адрес сети, а младший байт - адрес узла. Значение трех старших бит адреса - 110.

1 1 0 x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
№ сети - 3 байта № узла - 1 байт

Существует также многоадресный или групповой (multicast) класс D и резервный класс E. При групповой адресации сообщение передается всем узлам и интерфейсам, на которых помимо уникальных адресов unicast сконфигурированы адреса класса D (multicast). Дополнительная информация по классам и адресам приведена в табл. 7.1.

Классы IP адресов
Класс Первый байт адреса Наименьший адрес сети Наибольший адрес сети Максимальное число узлов
A 0xxxxxxx 1.0.0.0 126.0.0.0 $$2_{24} - 2$$
B 10xxxxxx 128.0.0.0 191.255.0.0 $$2_{16} - 2$$
C 110xxxxx 192.0.0.0 223.255.255.0 254
D 1110xxxx 224.0.0.0 239.255.255.255 multicast
E 11110xxx 240.0.0.0 247.255.255.255 Резерв

Номер узла (адрес host) не может состоять только из одних единиц или нулей. Если в поле адреса узла все нули, то это означает, что задается номер (адрес) сети или подсети. Если же в этом поле все двоичные разряды равны единице, то это означает широковещательный (broadcast) адрес, когда сообщение предназначено всем узлам сети, в которой находится узел, сформировавший данный пакет, т.е. источник передаваемой информации. Этим объясняется уменьшение максимального числа узлов в сети на 2 (см. табл. 7.1). Таким образом, максимальное число узлов в сети класса С будет равно $$2_8 - 2 = 254$$.

Старший разряд адреса класса А всегда равен 0, поэтому адреса сетей могут находиться в диапазоне от 1 до 127. Однако адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, по этому адресу узел обращается к самому себе, проверяя, установлен ли протокол TCP/IP на этом узле. Поэтому адрес сети 127.0.0.0 не входит в состав адресов таблицы 7.1.

С целью сокращения количества адресов, которыми оперирует маршрутизатор, в его таблице маршрутизации (см. ). Поэтому маршрутизатор, получив пакет, должен из адреса узла назначения получить адрес сети. Эту операцию маршрутизатор реализует путем логического умножения сетевого адреса узла на маску. Число разрядов маски равно числу разрядов IP-адреса. Непрерывная последовательность единиц в старших разрядах маски соответствует числу разрядов адреса, относящихся к номеру сети. Младшие разряды маски, равные нулю, соответствуют разрядам адреса узла в сети. При логическом умножении адреса узла на маску получается адрес сети. Например, при умножении IP-адреса 192.100.12.67 на стандартную маску класса С, равную 255.255.255.0, получается следующий результат:

11000000.01100100.00001100.01000011
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.01100100.00001100.00000000

т.е. получен адрес сети 192.100.12.0.

Аналогичная запись предыдущего адреса с соответствующей маской класса С может также иметь следующий вид: 192.100.12.67/24, означающий, что маска содержит единицы в 24 старших разрядах. При этом 24 старших разряда будут одинаковы для всех узлов сети, т.е. образуют общую часть адреса, называемую префиксом. Именно префикс имеет обозначение /24 в данном примере.

Стандартная маска адреса класса В имеет 16 единиц в старших разрядах и 16 нулей в младших. Поэтому, если адрес узла будет равен 172.16.37.103/16, то адрес сети будет равен 172.16.0.0. Маска адреса класса А имеет 8 единиц в старших разрядах и 24 нуля в младших. Поэтому, например, адресу узла 10.116.37.103/8 соответствует адрес сети 10.0.0.0.

Разбиение адресов на классы жестко задает максимальное количество узлов в сети. Этому типу адресации соответствуют протоколы маршрутизации типа Classful, которые требуют, чтобы использовалась единая (стандартная) маска сети. Например, сети с адресом 192.168.187.0 соответствует стандартная маска 255.255.255.0, а сети 172.16.0.0 - стандартная маска 255.255.0.0.

IP-адреса узлов могут назначаться администратором вручную (статическая адресация), что очень кропотливо. Протокол динамического конфигурирования узлов (Dynamic Host Configuration Protocol - DHCP) позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес. Нужно только определить диапазон разрешенных IP-адресов на DHCP-сервере.

Для назначения адреса вручную в главном меню компьютера нужно последовательно выбрать: а) выбрать "б), затем "Свойства".

(рис 7.1)
а) б)
Рис. 7.1. Окна выбора протокола TCP/IP

При использовании статической адресации администратору необходимо вручную назначить IP-адрес, маску подсети и основной шлюз по умолчанию (рис 7.2).

(рис 7.2) Назначение IP-адреса администратором вручную

Кроме того, при конфигурировании могут задаваться адреса серверов системы доменных имен (Domain Name System - DNS), которые преобразуют имена сайтов назначения в IP-адреса.

Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов.

Протокол динамического конфигурирования узлов DHCP позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес, облегчая работу администратора и исключая ошибочное назначение адресов, уже используемых другим пользователями. Протокол DHCP присваивает узлам IP-адреса временно из пула (набора) адресов, полученного у сетевого оператора (провайдера). Если пользователь уходит из сети, то его IP-адрес возвращается в пул и может быть использован другим пользователем или прежним при возвращении в сеть. Протокол DHCP старается сохранять за пользователем ранее использовавшийся IP-адрес.

Настройки адресов компьютера можно посмотреть по команде ). В данном примере на компьютере задан адрес IPv4 - 10.0.100.62 и адрес IPv6 - 2001:0:9d38:6ab8:10d7:3e31:f5ff:9bc1.

(рис 7.3) Результат выполнения команды ipconfig

7.2. Виды рассылки данных

В сетяхIPv4 используются следующие виды рассылки данных:

  • одноадресная (unicast),
  • широковещательная (broadcast),
  • многоадресная (multicast).

    • При ) посылает сообщение узлу G, в заголовке пакета задаются индивидуальные (уникальные) адреса источника (192.168.1.11) и назначения (192.168.1.30).

    Следует отметить, что адрес источника сообщения - всегда уникальный.

    При широковещательной рассылке пакет адресуется всем узлам в сети. Например, адреса источника (192.168.1.11) и назначения (192.168.1.255). Узловая (хостовая) часть адреса в двоичном коде содержит все единицы, в десятичной форме - 255. Адрес назначения 192.168.1.255 является адресом прямой широковещательной рассылки, когда сообщение передается всем узлам в сети (192.168.1.0), причем, сообщение можно переслать даже из другой сети.

    (рис 7.4) Сеть передачи данных

    Ограниченная широковещательная рассылка только внутри локальной сети всегда использует адрес 255.255.255.255. Маршрутизаторы блокируют сообщения с ограниченной широковещательной рассылкой, разделяя сеть на широковещательные домены.

    При ) одновременно посылает сообщение узлам С и G, в заголовке пакета задаются индивидуальный (уникальный) адрес источника (192.168.1.11) и групповой адрес назначения (224.0.0.50). Такое сообщение получат все узлы, имеющие групповой адрес 224.0.0.50. Следует отметить, что узлы С и G будут также получать сообщения с уникальными адресами назначения 192.168.1.13 и 192.168.1.30 соответственно. Групповые адреса назначаются из диапазона 224.0.0.0 - 239.255.255.255. Зарезервированные локальные адреса диапазона 224.0.0.0 - 224.0.0.255 обычно используется маршрутизаторами при обмене маршрутной информацией. Пакеты с такими адресами не пересылаются за пределы локальной сети. Глобальные адреса 224.0.1.0 - 238.255.255.255 используются для многоадресной рассылки сообщений через Интернет.

    7.3. Частные и публичные адреса

    Адреса всех пользователей сети Internet должны быть уникальными. Первоначально уникальность адресов обеспечивал центр Internet Network Information Center (Inter NIC), на смену которому пришла Администрация адресного пространства Интернет (Internet Assigned Numbers Authority - IANA). IANA управляет IP-адресами, чтобы не произошло дублирования общедоступных (публичных) адресов, распределяя их между пятью Региональными Интернет регистраторами (Regional Internet Regiestry - RIR): ARIN (Северная Америка), RIPE (Россия, Европа, страны СНГ, Ближняя Азия), APNIC (Азия и Австралия), LACNIC (Латинская и Южная Америка), AfriNIC (Африка). Таким образом, все общедоступные (публичные) адреса должны быть зарегистрированы регистратором RIR, который выделяет адреса сетевым операторам и провайдерам, а те, в свою очередь, выделяет адреса сетевым администраторам и отдельным пользователям.

    В связи с быстрым ростом Internet, существует дефицит публичных адресов IPv4. Радикально решить проблему дефицита IP-адресов может созданная новая шестая версия (IPv6) адресации в IP-сетях. Для смягчения проблемы нехватки публичных адресов IPv4были разработаны новые схемы адресации, такие как бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR) и адресация на основе масок переменной длины (VLSM).

    Кроме того, проблему нехватки публичных адресов может в некоторой мере ослабить использование частных адресов (Private IP addresses). Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети. Выход в Интернет пакетов с частными адресами блокируется маршрутизатором. Документ RFC 1918 устанавливает три блока частных адресов для использования внутри частных сетей (табл. 7.2).

    Диапазоны частных адресов
    № Диапазон адресов Префикс
    1 10.0.0.0 - 10.255.255.255 /8
    2 172.16.0.0 - 172.31.255.255 /12
    3 192.168.0.0 - 192.168.255.255 /16

    Таким образом, частные адреса не могут быть использованы непосредственно в сети Интернет, т.к. маршрутизаторы отбрасывают пакеты с частными адресами. Чтобы узлы с частными адресами могли при необходимости подключаться к сети Интернет, используются специальные трансляторы частных адресов в публичные, например, транслятор сетевых адресов (Network Address Translation - NAT). Данный транслятор переводит один частный адрес в один публичный. Поэтому экономия IP-адресов может быть достигнута только за счет того, что не всем узлам частной сети разрешается выход в Интернет.

    Второй тип транслятора (Port Address Translation - PAT) один публичный адрес комбинирует с набором номеров порта узла источника, т.е. формируется совокупность комплексных адресов, называемых сокетами, например 192.168.10.17:1275, 192.168.10.17:1086, 192.168.10.17:2013. При этом один IP-адрес могут использовать сразу несколько узлов частной сети. Поэтому данный метод трансляции частных адресов в публичные эффективно экономит общедоступные IP-адреса.

    В адресном пространстве IPv4 выделен специальный блок локальных адресов (169.254.0.0 - 169.254.255.255), когда пересылка сообщений возможна только в пределах локальной сети. Эти адреса используются в тех случаях, когда получениеIP-адреса от DHCP-сервера невозможно, например, в одноранговых сетях peer-to-peer.

    Другой блок адресов (192.0.2.0 - 192.0.2.255), называемый TEST-NET, зарезервирован для учебных целей и для использования в документации.

    Для использования в сетях операторов связи выделены частные адреса общего адресного пространства 100.64.0.0/10.

    7.4. Общие сведения об адресах версии IPv6

    Версия IPv6 использует для адресации 128 двоичных разрядов, что обеспечивает адресацию $$3,4 10_{38}$$ объектов.

    АдресIPv6 состоит из 8 блоков по 16 двоичных разрядов. Каждый блок представлен в виде четырех шестнадцатеричных чисел.

    Блоки разделяются двоеточием:

    2001:0000:7ee5:d947:0009:01c5:6b9f:00c4.

    Впереди стоящие нули могут быть пропущены:

    2001:0:7ee5:d947:9:1c5:6b9f:c4

    Несколько нулей подряд в адресе IPv6 могут быть заменены двойным двоеточием, так адрес 2001:0:0:0:0:0:0:c4 может быть представлен 2001::c4.

    Два двоеточия подряд могут быть использованы только один раз.

    Адреса версии IPv6 являются иерархическими, также как и IPv4. Младшие разряды задают номер узла (идентификатор интерфейса), а старшие разряды - для задания префикса адреса, т.е. (номера) сети, подсети.

    Длина префикса может находиться в диапазоне от 0 до 128. В большинстве случаев префикс составляет /64, т.е. сетевая часть адреса составляет 64 бита. Оставшиеся 64 бита идентифицируют интерфейс или узел сети.

    Префикс адреса (64 бита) Идентификатор интерфейса (64 бита)
    127 64 63 0
    Рис. 7.5. Формат адреса IPv6

    Поле префикса формата версии IPv6 имеет размер 3 бита. Адреса версии IPv6 могут начинаться либо с шестнадцатеричной цифры 2 (0010), либо 3 (0011). В настоящее время организация IANA задает три старших разряда адреса IPv6 в шестнадцатеричном коде в виде 200, т.е. все адреса начинаются с цифры 2.

    Таким образом, IANA в настоящее время определяет 12 старших битов адреса IPv6 (0010 0000 0000). Следующие 12 разрядов адреса идентифицируют регионального регистратора RIR. Например, регистратор APNIC представлен шестнадцатеричным значением 102 (0001 0000 0010),ARIN- значением 104 (0001 0000 0100), а RIPE представлен значением 106 (0001 0000 0110). Следовательно, IANA и RIR задают старшие 24 двоичные разряда адреса IPv6. Например, адрес RIPE в шестнадцатеричной форме будет следующим 2001:06. Оставшиеся два шестнадцатеричных числа второго блока адреса IPv6 идентифицируют крупных сетевых операторов.

    В протоколе IPv6 адрес 2001:0DB8::/32 зарезервирован для использования в документациии в примерах. Поэтому во всех последующих примерах использован именно этот адрес.

    Старшие 32 двоичных разряда адреса (рис 7.6) образуют префикс провайдера /32 (2001:0db8).

    (рис 7.6) Префиксы формата адреса IPv6

    Следующий (третий) блок образует префикс глобальной маршрутизации или, по-другому, префикс сайта/48. Префикс глобальной маршрутизации/48 обычно выделяется интернет-регистратором крупным корпоративным сетям, но может назначаться и индивидуальным пользователям. Администраторы, получившие в пользование диапазон адресов с префиксом /48, имеют возможность создания 64К (65536) подсетей, адреса которых задаются четвертым блоком, т.е. 16 двоичными разрядами указанного блока адреса IPv6. Ниже на приведен пример адреса 2001:db8:a:1:2:b3ff:fe18:a1d7 и функций его отдельных разрядов.

    200 10d b8 000a 0001 0002:b3ff:fe18:a1d7
    IANA Регистратор ISP Сайт ID подсети (16 бит) Идентификатор (ID) интерфейса (64 бит)
    Префикс глобальной маршрутизации (префикс сайта /48)
    Рис. 7.7. Поля адреса IPv6

    В приведенном примере организация IANA задает значение 200 трех старших шестнадцатеричных чисел адреса IPv6. Региональный регистратор идентифицируется значением 10d. Таким образом, IANA и RIR задают старшую часть адреса IPv6 (2001:0d). Оставшиеся два шестнадцатеричных числа (b8) второго блока (второго хекстета) адреса IPv6 идентифицируют провайдера (ISP). Поэтому старшие 32 двоичных разряда адреса на рис.7.7 образуют префикс провайдера (2001:0db8/32).

    Значение адреса поля сайта (000a) выдается провайдером отдельным городам, районам, организациям, т.е. адресует определенный сайт. Поэтому старшие 48 двоичных разрядов адреса образуют префикс сайта или префикс глобальной маршрутизации на рис.7.7.

    Четвертый блок адреса (0001) задает адрес подсети внутри сайта, т.е. используется для адресации подсетей пользователя. Таким образом, сетевой администратор, имея 16 двоичных разрядов поля ID подсети, может сформировать до 65536 отдельных подсетей. То есть, старшие 64 двоичных разрядов адреса IPv6 образуют префикс подсети 2001:db8:000a:0001/64 или 2001:db8:a:1/64.

    Последние 4 блока шестнадцатеричного адреса (0002:b3ff:fe18:a1d7 на рис.7.7 составляют идентификатор интерфейса, где могут задаваться МАС-адреса, АТМ-адреса, телефонные номера, а также адреса IPv4, что обеспечивает совместимость с ранее разработанными технологиями.

    Идентификатор интерфейса может быть сконфигурирован вручную администратором или задан динамически, например, с использованием механизма расширенного уникального идентификатора .

    (рис 7.8) Формирование идентификатора интерфейса из MAC-адреса

    Старшие 24 двоичных разряда идентификатора интерфейса представляют собой уникальный идентификатор организации (OUI), выпускающей сетевое оборудование. В процессе создания идентификатора интерфейса с использованием механизма EUI-64 старший седьмой бит инвертируется (00:0С:В3 ? 02:0С:В3). В двоичном коде:

    0000 0000:0000 1100:1011 0011 ? 0000 0010:0000 1100:1011 0011.

    Младшие 24 двоичных разряда являются уникальным идентификатором устройства.

    Таким образом, в поле идентификатора интерфейса можно разместить физический МАС-адрес длиной 48 бит (вместе со вставкой FFFE образуют физический адрес длиной 64 двоичных разряда). Идентификаторы интерфейса могут быть динамически получены из адреса Уровня 2. Поэтому отпадает необходимость в протоколе ARP, что ускоряет процесс продвижения пакета. Кроме того, в поле идентификатора интерфейса могут задаваться, например, АТМ-адреса, номера телефонов международной и междугородной связи, номера мобильных телефонов, а также адреса IPv4.

    7.5. Типы адресов IPv6

    Протокол IPv6 предусматривает 3 типа адресов:

  • Индивидуальный (unicast) - идентифицирует интерфейс устройства. Адрес источника сообщения всегда должен быть индивидуальным.
  • Групповой (multicast) - реализует многоадресный режим передачи. Протокол IPv6 не предусматривает широковещательную передачу сообщений. Однако групповой метод может осуществить рассылку сообщений всем узлам локальной сети.
  • Произвольный (anycast) - назначается нескольким устройствам (как при групповом методе передачи), но пакет с произвольным адресом назначения доходит только до ближайшего устройства с таким адресом.
    •

    7.5.1. Индивидуальные адреса IPv6

    Протокол IPv6 предусматривает несколько типов индивидуальных адресов:

  • Специальные адреса
  • Глобальные индивидуальные адреса
  • Локальные адреса канала
    •

    Специальные адреса

  • Адрес логического интерфейса loopback ::1/128 или ::1 протокола IPv6 аналогичен адресу 127.0.0.1 протокола IPv4. Он служит для самотестирования, когда проверяется, установлен ли стек протоколов TCP/IP.
  • Неопределенный адрес ::/128 или :: протокола IPv6 в некоторых случаях используется в качестве адреса источника в пакете, когда источнику еще не назначен постоянный индивидуальный адрес.
  • Встроенные адреса IPv4 необходимы на период перехода от IPv4 к IPv6.
    •

    Для преобразования адреса IPv6 в адрес IPv4 разработан подтип адреса, в котором 4 младших байта содержат адрес предыдущей версии IPv4, а старшие 12 байт - содержат нули. При преобразовании адреса IPv4 в адрес IPv6 младшие 4 байта содержат адрес версии IPv4, байты 5 и 6 содержат единицы, а старшие 10 байт содержат нули.

    Глобальные индивидуальные адресаIPv6

    Глобальные индивидуальные адреса IPv6 являются уникальными во всей сети Интернет. Также как уникальные адреса IPv4 они либо назначаются администратором статически, либо присваиваются динамически.

    Глобальный индивидуальный адрес IPv6 состоит из трех частей:

  • префикса глобальной маршрутизации (48 старших бит адреса)
  • идентификатора подсети (16 бит)
  • идентификатора интерфейса (64 младших бита адреса).
    •
    Префикс глобальной маршрутизации Идентификатор подсети Идентификатор интерфейса
    48 бит 16 бит 64 бита
    Рис. 7.9. Три части адреса IPv6

    Глобальные индивидуальные адреса могут либо назначаться администратором статически, либо динамически (автоматически).

    ). Префикс глобальной маршрутизации 2001:db8:a/48, подсети 1, 2, 3, 4.

    (рис 7.10) Пример адресов интерфейсов сети IPv6 
    R-A(config)#int g0/0
R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:1::1/64
R-A(config-if)#no shutdown
R-A(config-if)#int s0/0/1
R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:2::1/64
R-A(config-if)#clock rate 64000
R-A(config-if)#no shutdown

    Поскольку IPv6 позволяет устанавливать на интерфейс несколько адресов, то ошибочно введенный адрес необходимо удалить по команде no ipv6 address <адрес>, а не просто перезаписать новый, как в IPv4.

    При автоматическом назначении глобальных индивидуальных адресов IPv6 используются три варианта:

  • Автоконфигурирование без сохранения состояния адреса, когда адресную информацию (значение префикса, адрес шлюза по умолчанию) устройство получает от маршрутизатора.
  • Всю адресную информацию устройство получает от сервера DHCP.
  • Адресную информацию устройство получает от маршрутизатора, дополнительную информацию - от сервера DHCP.
    •

    В первом случае используются сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6", которые маршрутизатор IPv6 рассылает периодически каждые 200 секунд в режиме многоадресной групповой рассылки. Для ускорения получения адресной информации устройство может послать "Запрос маршрутизатора IPv6", ответ на который приходит немедленно.

    Во втором случае сервер DHCPv6 назначает устройству полный глобальный адрес, включающий префикс и идентификатор интерфейса. МАС-адрес, созданный EUI-64, позволяет определять идентификатор узла назначения, что снижает безопасность передачи данных по сети. Случайно сгенерированное значение идентификатора интерфейса повышает безопасность.

    Третий случай - гибридный, часть адресной информации (префикс) узел получает от маршрутизатора, а дополнительную, например, адрес DNS - от сервера DHCPv6.

    Конфигурирование адресов IPv6 интерфейсов маршрутизатора не достаточно для того, чтобы маршрутизатор мог функционировать, рассылая сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6". Маршрутизация IPv6 включается после формирования команды ipv6 unicast-routing в режиме глобального конфигурирования:

    R-A(config)#ipv6 unicast-routing

    Кроме того, на маршрутизаторе необходимо сконфигурировать протокол динамической маршрутизации или сконфигурировать статические маршруты. После этого маршрутизатор сможет пересылать пакеты и отправлять служебные сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6".

    При конфигурировании устройств IPv6 необходимо учитывать, что устройство может получить индивидуальный IPv6-адрес динамически и, кроме того, на нем может быть сконфигурировано статически несколько IPv6-адресов одной сети. Устройство также может функционировать с несколькими шлюзами по умолчанию.

    При рассылке сообщений "Объявления маршрутизатора IPv6" в качестве адреса источника сообщения и адреса шлюза по умолчанию используются локальные адреса.

    Локальные индивидуальные адреса канала

    Локальные индивидуальные адреса канала используются для обмена сообщениями внутри подсети (локального канала), где они должны быть уникальными. Пакеты с локальными адресами канала не могут пересылаться в другие подсети. Локальные индивидуальные адреса канала могут быть назначены администратором вручную или динамически, когда устройство автоматически создает его без обращения к серверу DHCP.

    Локальные индивидуальные адреса канала назначаются из диапазона ).

    (рис 7.11) Локальные индивидуальные адреса канала

    Локальный МАС-адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня. Для определения адресов в других сетях узел может запросить информацию о настройках сети, отправив запрос протокола ICMPv6. Объединив сетевой префикс и идентификатор интерфейса, узел сформирует адрес назначения.

    Динамическое назначение локальных индивидуальных адресов IPv6 производится даже тогда, когда глобальный адрес IPv6 не назначен. Шлюзу по умолчанию назначается локальный адрес маршрутизатора. Это позволяет сетевым устройствам ). То есть, узел FE80::A1 может обмениваться сообщениями с любым узлом (FE80::A2, FE80::A3, FE80::A4,…) из своей локальной сети (из своего локального канала).

    (рис 7.12) Обмен сообщениями внутри локального канала

    Локальные адреса используются:

  • Для адресации шлюза по умолчанию
  • Для обмена сообщениями протоколов маршрутизации
  • Для адреса следующего перехода в таблицах маршрутизации
    •

    Локальные адреса IPv6 могут быть получены динамически или сконфигурированы вручную. Например, ниже приведен результат конфигурирования, когда локальные адреса были получены динамически:

    R-А#show ipv6 interface brief
GigabitEthernet0/0         [up/up]
FE80::260:47FF:FE9A:1A01
    2001:DB8:A:1::1
...
Serial0/0/1                [up/up]
FE80::20A:F3FF:FEB5:CE02
    2001:DB8:A:2::1
Vlan1                      [administratively down/down]

    Из распечатки следует, что идентификаторы интерфейсов локальных адресов FE80::260:47FF:FE9A:1A01 и FE80::20A:F3FF:FEB5:CE02 были созданы с использованием механизма EUI-64, поскольку в средину 48-разрядного МАС-адреса вставлено число FF:FE и получен идентификатор размером 64 бита. На каждом интерфейсе установлен как локальный, так и глобальный адрес.

    Локальные адреса могут быть заданы администратором вручную:

    R-А(config)#int g0/0
R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-local
R-А(config-if)#int s0/0/1
R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-local

    Ниже в распечатке приведены новые локальные адреса:

    R-А#sh ipv6 int brief
GigabitEthernet0/0         [up/up]
FE80::1
    2001:DB8:A:1::1
...
Serial0/0/1                [up/up]
FE80::1
    2001:DB8:A:2::1
Vlan1                      [administratively down/down]

    В вышеприведенном примере на всех интерфейсах маршрутизатора А был сконфигурирован одинаковый локальный адрес FE80::1. Это возможно, поскольку он должен быть уникальным только в пределах канала (подсети). На всех интерфейсах второго маршрутизатора В может быть сконфигурирован, например, локальный адрес ipv6 add fe80::2 link-local. При посылке пакета с локальным адресом назначения, например при выполнении команды ping, может потребоваться указать выходной интерфейс, поскольку одинаковый локальный адрес может быть в разных подсетях, присоединенных к разным интерфейсам.

    Поскольку последовательные интерфейсы (serial) стандартно не имеют МАС-адреса, то для них могут использоваться МАС-адреса интерфейсов Ethernet.

    Проверку состояния интерфейсов маршрутизатораIPv6 можно проводить с помощью рядакоманд: show running-config, show interfaces, show ipv6 interface brief, а также с помощью команды show ipv6 route.

    Часть распечатки команды show ipv6 route приведена ниже:

    R-A>sh ipv6 route
IPv6 Routing Table - 5 entries
...
C   2001:DB8:A:1::/64 [0/0]
     via ::, GigabitEthernet0/0
L   2001:DB8:A:1::1/128 [0/0]
     via ::, GigabitEthernet0/0
C   2001:DB8:A:2::/64 [0/0]
     via ::, Serial0/0/1
L   2001:DB8:A:2::1/128 [0/0]
     via ::, Serial0/0/1
L   FF00::/8 [0/0]
     via ::, Null0
R-A

    В распечатке отражены помеченные символом С непосредственно присоединенные сети, которые имеют префикс /64, и помеченные символом L локальные сети (интерфейсы) с префиксом /128. Через эти интерфейсы и присоединены сети. Назначение локальных маршрутов, помеченных символом L, облегчает маршрутизацию пакетов с адресом назначения данного интерфейса.

    Следует отметить, что индивидуальный глобальный адрес не является обязательным, во многих случаях достаточно локального адреса канала, который создается при конфигурировании соответствующего интерфейса IPv6.

    7.5.2. Групповые адреса IPv6

    Групповые адреса IPv6 используются только в качества адреса назначения и не могут быть адресами источника. Они имеют префикс FF00::/8 и классифицируются на:

  • Присвоенные групповые адреса
  • Групповые адреса запрошенного узла
    •

    Присвоенные групповые адреса

    Присвоенный узлы имеют групповой адрес FF02::1, наряду с индивидуальным адресом. С использованием группового адресаFF02::1 всем узлам в сети рассылаются объявления маршрутизатора, содержащие значение префикса, его длину и адрес шлюза по умолчанию.

    (рис 7.13) Рассылка сообщений по групповому адресу FF02::1

    Присвоенный групповой адрес FF02::2 используется для передачи сообщений всем маршрутизаторам, которым присваивается такой адрес. Технология вступает в действие после ввода команды:

    Router(config)#ipv6 unicast-routing

    Групповой адрес FF02::2 используется устройствами при формировании запросов маршрутизаторам.

    Многоадресный режим широко используется для обмена маршрутной информацией между маршрутизаторами. Примеры таких адресов протоколов IPv4 и IPv6 приведены в табл. 7.3.

    Адреса многоадресного режима
    Протокол IPv4 (multicast) IPv6 (multicast)
    1 OSPF 224.0.0.5 FF02::5
    2 OSPF 224.0.0.6 FF02::6
    3 RIP-2 224.0.0.9 FF02::9
    4 EIGRP 224.0.0.10 FF02::A

    Групповой адрес запрошенного узла

    Многоадресные сообщения на адрес FF02::1 позволяют реализовать широковещательные (broadcast) передачи, поскольку передача сообщения идет всем узлам в сети. Для сокращения трафика может использоваться групповой адрес запрашиваемого узла (multicast), когда объединяется префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6.

    Пакеты с такими групповыми адресами будут предназначаться только запрошенным узлам, у которых младшие 24 бита адреса соответствуют младшим 24 битам IPv6-адреса назначения пакета. При назначении индивидуального глобального адреса IPv6 автоматически формируется групповой адрес запрошенного узла. Вероятность того, что в локальном канале окажется другой узел с таким же групповым адресом запрашиваемого узла - невелика и составляет $$1/2^{24}$$. Режим многоадресной рассылки запрашиваемого узла обычно используется для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу.

    7.6. Протокол ICMPv6

    Для передачи некоторых видов служебной информации в сетях IPv6 используется протокол ICMPv6, принцип работы которого аналогичен протоколу ICMPv4. Наиболее известными сообщениями ICMPv6 являются:

  • подтверждение доступности узла или сервиса (услуги),
  • недоступность узла или сервиса,
  • истечение времени,
  • переадресация маршрута.
    •

    Для подтверждения доступности узла используется утилита ping, когда по заданному IPv6-адресу посылается серия эхо-запросов, на которые, в случае доступности узла, приходят эхо-ответы. Функционирование команды ping протокола ICMPv6 аналогично протоколу ICMPv4.

    Сообщение об истечении времени жизни пакета приходит в том случае, если обнуляется значение поля TTL ("Время жизни" сетевого протокола IPv4 или аналогичного поля "Ограничение переходов" IPv6). В этом случае пакет отбрасывается и посылается сообщение ICMPv4 или ICMPv6 об истечении времени жизни пакета. Это свойство используется при реализации утилиты trace или traceroute. При первой трассировке в пакете запроса задается значение TTL = 1 и пакет доходит только до первого маршрутизатора, где значение TTL обнуляется и маршрутизатор формирует ответное сообщение об истечении времени. При второй трассировке TTL = 2, ответ приходит от второго маршрутизатора и т.д.

    При возникновении новых маршрутов с лучшей метрикой к адресату назначения протоколы ICMP посылают сообщение переадресации маршрута источнику передаваемой информации.

    Сетевой протокол IPv4 использовал в частных локальных сетях частные адреса. Похожую возможность предоставляет протокол IPv6. Для этого могут использоваться уникальные локальные адреса из диапазона FC00::/7 - FDFF::/7, которые обеспечивают адресацию ограниченного количества узлов или даже адресацию в пределах одного узла.

    Помимо вышеперечисленных сообщений протокол ICMPv6 предусматривает новые виды сообщений:

  • "Запрос маршрутизатора"
  • "Объявление маршрутизатора"
  • "Запрос соседнего узла"
  • "Объявление соседнего узла"
    •

    Выше было показано, что на "Запрос маршрутизатораIPv6", рассылаемый устройством в многоадресном режиме всем маршрутизаторам IPv6,в режиме SLAAC может быть получена адресная информация (значение префикса, его длина и адрес шлюза по умолчанию), рассылаемая в "Объявлениях маршрутизатора IPv6".

    Сообщения "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" используются для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу. Действие сообщений "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" похоже на функционирование протокола ARP в сети IPv4. Узел отправляет в локальную сеть запрос с групповым адресом запрашиваемого узла, в котором объединяется префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6. В ответ на запрос получает от запрашиваемого узла "Объявление соседнего узла" его МАС-адресом.

    Пара сообщений "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" используется также для обнаружения адресов дубликатов. Для этого узел направляет в локальную сеть "Запрос соседнего узла" со своим IPv6-адресом. Если в сети есть узел с таким же IPv6-адресом, то он отправляет "Объявление соседнего узла", которое уведомляет, что запрошенный адрес уже используется. Если ответ не приходит в течение заданного таймером времени, то запрошенный IPv6-адрес может быть использован на запрашивающем узле.

    7.7. Методы сетевой миграции

    В переходный период будут существовать оба сетевых протокола IPv4 иIPv6. В одних сетях будет использоваться IPv4, в других - IPv6. Поэтому необходимы механизмы перехода из одной сети в другую. Можно отметить три таких механизма (три метода сетевой миграции):

  • двойной стек;
  • туннелирование;
  • преобразование адресов.
    •

    На период перехода от IPv4 к IPv6 разработан механизм двойного стека, когда маршрутизаторы, коммутаторы и конечные узлы конфигурируются, чтобы поддерживать оба протокола, причем, IPv6, является привилегированным. То есть, на интерфейсах устройств конфигурируется два стека протоколов.

    При туннелировании пакеты IPv6 инкапсулируются в пакеты IPv4, при этом, пакеты IPv6 воспринимаются как обычные передаваемые данные. Это позволяет передавать пакеты IPv6 через сети IPv4.

    Преобразователи адресов NAT-64 преобразуют адреса пакетов IPv6 в IPv4 и наоборот. Функционирование NAT-64 напоминает функционирование транслятора адресов NAT, преобразующего частные адреса в публичные, и наоборот, в сетях IPv4.

    Краткие итоги лекции 7

  • Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4 содержат 32 двоичных разряда, версии IPv6 - 128двоичных разряда.
  • IP-адреса являются иерархическими. Старшие разряды определяют номер сети, а младшие разряды - номер узла в сети.
  • Существует адресация на основе классов и бесклассовая адресация.
  • Адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, когда проверяют, установлен ли протокол TCP/IP на конечном узле.
  • В таблице маршрутизации задаются адреса сетей, а не узлов для сокращения числа записей, которыми оперирует маршрутизатор.
  • Адрес сети маршрутизатор получает путем логического умножения сетевого адреса узла назначения на маску.
  • Общая часть адреса называется префиксом.
  • IP-адреса узлов могут назначаться администратором вручную (статическая адресация) или автоматически с помощью протокола динамического конфигурирования узлов (DHCP).
  • Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов.
  • Настройки адресов компьютера можно посмотреть по команде ipconfig в командной строке.
  • В IP-сетях используются следующие виды рассылки данных: одноадресная (unicast), широковещательная (broadcast), многоадресная (multicast). Адрес источника сообщения - всегда уникальный.
  • При прямой широковещательной рассылке сообщение передается всем узлам в сети, причем, сообщение можно переслать даже из другой сети.
  • Ограниченная широковещательная рассылка действует только внутри локальной сети, она использует адрес 255.255.255.255.
  • В маршрутизаторах используют как адресацию на основе стандартных масок, так и адресацию с масками переменной длины.
  • Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети.
  • Пакеты с частными адресами блокируются маршрутизатором.
  • Трансляторы сетевых адресов NAT, PAT переводят частные адреса в публичные (общедоступные).
  • Один публичный адрес можно комбинировать с набором номеров порта узла источника, т.е. формируется совокупность комплексных адресов, называемых сокетами. При этом один IP-адрес могут использовать сразу несколько узлов частной сети.
  • Кардинальным решением проблемы нехватки логических адресов является разработка и внедрение адресации версии IPv6, которая использует для адресации 128 двоичных разрядов.
  • Адреса версии IPv6 представлены в виде 8 блоков по четыре шестнадцатеричных числа. Блоки разделяются двоеточием.
  • Формат адреса IPv6 можно представить в виде поля идентификатора интерфейса (младшие 64 бита, которые задают адрес узла) и полей префиксов подсети, сайта и провайдера (старшие 64 бита).
  • Идентификатор интерфейса может быть сконфигурирован вручную администратором или задан динамически, например, с использованием механизма расширенного уникального идентификатораEUI-64.
  • Протокол IPv6 предусматривает 3 типа адресов: индивидуальный (unicast), групповой (multicast), произвольный (anycast).
  • Глобальные индивидуальные адреса IPv6 являются уникальными во всей сети Интернет. Также как уникальные адреса IPv4 они либо назначаются администратором статически, либо присваиваются динамически.
  • При автоматическом назначении глобальных индивидуальных адресов IPv6 используются варианты: автоконфигурирование без сохранения состояния адреса, когда адресная информация получается от маршрутизатора; получение адресной информации от сервера DHCP.
  • Маршрутизатор IPv6 может функционировать, рассылая сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6". после формирования команды ipv6 unicast-routing в режиме глобального конфигурирования.
  • Локальные индивидуальные адреса канала из диапазона FE80::/10 - FEBF::/10 могут быть назначены администратором вручную или динамически.
  • Локальный МАС-адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня.
  • Присвоенный групповой адрес FF02::1 используется для передачи сообщений всем узлам, имеющим такой адрес. Присвоенный групповой адрес FF02::2 используется для передачи сообщений всем маршрутизаторам.
  • Групповой адрес запрашиваемого узла (multicast) объединяет префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6. Используется для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу.
  • Для передачи некоторых видов служебной информации в сетях IPv4, IPv6 используются протоколы ICMPv4, ICMPv6. Они проводят подтверждение доступности или недоступности узла или сервиса (услуги), истечения времени, переадресации маршрута.
  • Существуют механизмы перехода между сетями IPv4, IPv6 (три метода сетевой миграции): двойной стек; туннелирование; преобразование адресов.
    •

    Вопросы

  • Кто назначает логические адреса интерфейсам маршрутизаторов и конечным узлам сети?
  • Сколько двоичных разрядов содержат логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4?
  • Что определяют старшие и младшие разряды сетевого адреса?
  • Какие классы уникальных адресов используются в сетях?
  • Какие размеры имеют стандартные маски адресов классов А, В, С?
  • Какое максимальное число узлов могут задавать адреса класса С?
  • Какой адрес используется для самотестирования?
  • Для чего нужны сетевые маски?
  • Как называется общая часть адреса нескольких устройств?
  • Какова длина префикса маски 255.255.240.0?
  • Какие устройства делят сеть на широковещательные домены?
  • В чем состоит различие прямой и ограниченной широковещательных рассылок?
  • В чем состоит различие широковещательной и групповой рассылок?
  • Для чего используются частные адреса в локальных сетях? Каковы их диапазоны?
  • Что переводит частные адреса в публичные и обратно?
  • Какой диапазон адресов используется в локальных сетях, когда невозможно получить адрес от протокола DHCP?
  • Какой блок адресов, называемый TEST-NET, зарезервирован для учебных целей и использования в документации?
  • Какие адреса называют сокетами?
  • Что позволит радикально решить проблему дефицита IP-адресов?
  • Сколько двоичных разрядов содержат логические адреса в IPv6-сетях?
  • Как представлены адреса версии IPv6?
  • Какие типы индивидуальных адресов используются в IPv6-сетях?
  • Каковы три составляющих индивидуального глобального адреса?
  • Из какого диапазона назначаются локальные индивидуальные адреса канала? Для чего они нужны?
  • Какой используется адрес для передачи сообщения всем узлам в сети?
  • Какой используется адрес для передачи сообщения всем маршрутизаторам в сети?
  • Какую команду необходимо использовать, чтобы маршрутизатор начал функционировать в режиме IPv6?
  • Для чего используется многоадресная рассылка запрошенного узла?
  • Для чего необходим протокол ICMP? Какие сообщения он передает?
  • Как функционирует команда traceroute?
  • Какие методы сетевой миграции используются для совместной работы сетей IPv6 и IPv4?
    •

    Упражнения

  • Приведите примеры адресов конечных узлов классов А, В, С. Используя стандартные маски, рассчитайте адреса соответствующих сетей.
  • Переведите адреса 10.169.77.19; 172.18.190.59; 192.168.55.112 в двоичную систему.
  • Рассчитайте максимальное количество узлов в подсетях 10.169.77.16/28; 172.18.190/27; 192.168.55.112/29.
  • Проверьте, установлен ли протокол TCP/IP на Вашем компьютере.
  • Определите параметры настройки адресов компьютера.
  • Проведите тестирование по адресу 127.0.0.1. Объясните результат.
  • Приведите примеры адресов прямой и ограниченной широковещательной рассылки.
  • Приведите примеры частных адресов из трех выделенных диапазонов.
  • Приведите пример адреса IPv6, зарезервированного для использования в документации и в учебных целях. Объясните назначение каждого блока.
  • Приведите пример адресаIPv6, идентификатор интерфейса которого создан с использованием механизма EUI-64.
  • В среде Packet Tracer смоделируйте нижеприведенную схему сети.
    •

    Создайте конфигурацию маршрутизаторов с заданными в таблице адресами интерфейсов.

    Марш-затор Интерфейс IPv6-адрес интерфейса
    А G0/0 2001:db8:a:1::1/64
    S0/3/0 2001:db8:a:3::1/64
    В G0/0 2001:db8:a:2::1/64
    S0/3/1 2001:db8:a:3::2/64

    Необходимо:

  • Задать имена маршрутизаторов.
  • Сконфигурировать интерфейсы в соответствие с таблицей.
  • Установить пароль на консольную линию.
  • Установить пароль на виртуальные линии.
  • Установить пароль на вход в привилегированный режим.
  • Проверить и сохранить конфигурацию.
  • Сконфигурировать адресную информацию на конечных узлах.
  • Проверить конфигурацию маршрутизаторов. Прокомментировать полученные результаты.
  • Провести "прозвонку" и "трассировку" устройств между собой с использованием локальных и глобальных адресов. Прокомментировать полученные результаты.
  • Изменить локальные адреса маршрутизаторов. Повторить пункты 8, 9.
    •
    Страницы:

    7.1. Логические адреса версии IPv4

    Узлы IP-сети имеют уникальные физические и логические адреса. Физический адрес устанавливается изготовителем аппаратных средств, например, МАС-адрес сетевой карты NIC, который "прошивается" в ПЗУ. Логический адрес устанавливается администратором или назначается динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных провайдером адресов.

    Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4, используемой в настоящее время, содержат 32 двоичных разряда, т.е. 4 байта (4 октета). Каждый из 4 байт адреса в технической документации отображается десятичным числом, а байты разделяются точкой, например, 172.100.220.14. Часть этого адреса (старшие разряды) является номером сети, а другая часть (младшие разряды) - номером узла в сети. Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов.

    Граница между сетевой и узловой частью может проходить в произвольной части адреса, при этом адресация называется бесклассовой (classless). Если же граница проходит по границе байтов и сетевая часть строго определенного размера, то реализуется адресация на основе полного класса (classfull). В соответствии с тем, сколько байт адреса относится к номеру сети, а сколько к номеру узла - адреса делятся на классы. Для уникальной адресации узлов (unicast) используются три класса адресов.

    В адресе класса А старший байт задает адрес сети, а три младших байта - адрес узла (host). Причем старший бит адреса равен 0.

    0 x x x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
    № сети - 1 байт № узла - 3 байта

    В адресе класса В два старших байта задают адрес сети, а два младших байта - адрес узла. Значение двух старших бит адреса - 10.

    1 0 x x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
    № сети - 2 байта № узла - 2 байта

    В адресе класса С три старших байта задают адрес сети, а младший байт - адрес узла. Значение трех старших бит адреса - 110.

    1 1 0 x x x x x 2-ой байт 3-ий байт 4-ый байт
    № сети - 3 байта № узла - 1 байт

    Существует также многоадресный или групповой (multicast) класс D и резервный класс E. При групповой адресации сообщение передается всем узлам и интерфейсам, на которых помимо уникальных адресов unicast сконфигурированы адреса класса D (multicast). Дополнительная информация по классам и адресам приведена в табл. 7.1.

    Классы IP адресов
    Класс Первый байт адреса Наименьший адрес сети Наибольший адрес сети Максимальное число узлов
    A 0xxxxxxx 1.0.0.0 126.0.0.0 $$2_{24} - 2$$
    B 10xxxxxx 128.0.0.0 191.255.0.0 $$2_{16} - 2$$
    C 110xxxxx 192.0.0.0 223.255.255.0 254
    D 1110xxxx 224.0.0.0 239.255.255.255 multicast
    E 11110xxx 240.0.0.0 247.255.255.255 Резерв

    Номер узла (адрес host) не может состоять только из одних единиц или нулей. Если в поле адреса узла все нули, то это означает, что задается номер (адрес) сети или подсети. Если же в этом поле все двоичные разряды равны единице, то это означает широковещательный (broadcast) адрес, когда сообщение предназначено всем узлам сети, в которой находится узел, сформировавший данный пакет, т.е. источник передаваемой информации. Этим объясняется уменьшение максимального числа узлов в сети на 2 (см. табл. 7.1). Таким образом, максимальное число узлов в сети класса С будет равно $$2_8 - 2 = 254$$.

    Старший разряд адреса класса А всегда равен 0, поэтому адреса сетей могут находиться в диапазоне от 1 до 127. Однако адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, по этому адресу узел обращается к самому себе, проверяя, установлен ли протокол TCP/IP на этом узле. Поэтому адрес сети 127.0.0.0 не входит в состав адресов таблицы 7.1.

    С целью сокращения количества адресов, которыми оперирует маршрутизатор, в его таблице маршрутизации (см. ). Поэтому маршрутизатор, получив пакет, должен из адреса узла назначения получить адрес сети. Эту операцию маршрутизатор реализует путем логического умножения сетевого адреса узла на маску. Число разрядов маски равно числу разрядов IP-адреса. Непрерывная последовательность единиц в старших разрядах маски соответствует числу разрядов адреса, относящихся к номеру сети. Младшие разряды маски, равные нулю, соответствуют разрядам адреса узла в сети. При логическом умножении адреса узла на маску получается адрес сети. Например, при умножении IP-адреса 192.100.12.67 на стандартную маску класса С, равную 255.255.255.0, получается следующий результат:

    11000000.01100100.00001100.01000011
    11111111.11111111.11111111.00000000
    11000000.01100100.00001100.00000000

    т.е. получен адрес сети 192.100.12.0.

    Аналогичная запись предыдущего адреса с соответствующей маской класса С может также иметь следующий вид: 192.100.12.67/24, означающий, что маска содержит единицы в 24 старших разрядах. При этом 24 старших разряда будут одинаковы для всех узлов сети, т.е. образуют общую часть адреса, называемую префиксом. Именно префикс имеет обозначение /24 в данном примере.

    Стандартная маска адреса класса В имеет 16 единиц в старших разрядах и 16 нулей в младших. Поэтому, если адрес узла будет равен 172.16.37.103/16, то адрес сети будет равен 172.16.0.0. Маска адреса класса А имеет 8 единиц в старших разрядах и 24 нуля в младших. Поэтому, например, адресу узла 10.116.37.103/8 соответствует адрес сети 10.0.0.0.

    Разбиение адресов на классы жестко задает максимальное количество узлов в сети. Этому типу адресации соответствуют протоколы маршрутизации типа Classful, которые требуют, чтобы использовалась единая (стандартная) маска сети. Например, сети с адресом 192.168.187.0 соответствует стандартная маска 255.255.255.0, а сети 172.16.0.0 - стандартная маска 255.255.0.0.

    IP-адреса узлов могут назначаться администратором вручную (статическая адресация), что очень кропотливо. Протокол динамического конфигурирования узлов (Dynamic Host Configuration Protocol - DHCP) позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес. Нужно только определить диапазон разрешенных IP-адресов на DHCP-сервере.

    Для назначения адреса вручную в главном меню компьютера нужно последовательно выбрать: а) выбрать "б), затем "Свойства".

    (рис 7.1)
    а) б)
    Рис. 7.1. Окна выбора протокола TCP/IP

    При использовании статической адресации администратору необходимо вручную назначить IP-адрес, маску подсети и основной шлюз по умолчанию (рис 7.2).

    (рис 7.2) Назначение IP-адреса администратором вручную

    Кроме того, при конфигурировании могут задаваться адреса серверов системы доменных имен (Domain Name System - DNS), которые преобразуют имена сайтов назначения в IP-адреса.

    Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов.

    Протокол динамического конфигурирования узлов DHCP позволяет узлу динамически без участия администратора получать IP-адрес, облегчая работу администратора и исключая ошибочное назначение адресов, уже используемых другим пользователями. Протокол DHCP присваивает узлам IP-адреса временно из пула (набора) адресов, полученного у сетевого оператора (провайдера). Если пользователь уходит из сети, то его IP-адрес возвращается в пул и может быть использован другим пользователем или прежним при возвращении в сеть. Протокол DHCP старается сохранять за пользователем ранее использовавшийся IP-адрес.

    Настройки адресов компьютера можно посмотреть по команде ). В данном примере на компьютере задан адрес IPv4 - 10.0.100.62 и адрес IPv6 - 2001:0:9d38:6ab8:10d7:3e31:f5ff:9bc1.

    (рис 7.3) Результат выполнения команды ipconfig

    7.2. Виды рассылки данных

    В сетяхIPv4 используются следующие виды рассылки данных:

  • одноадресная (unicast),
  • широковещательная (broadcast),
  • многоадресная (multicast).

    • При ) посылает сообщение узлу G, в заголовке пакета задаются индивидуальные (уникальные) адреса источника (192.168.1.11) и назначения (192.168.1.30).

    Следует отметить, что адрес источника сообщения - всегда уникальный.

    При широковещательной рассылке пакет адресуется всем узлам в сети. Например, адреса источника (192.168.1.11) и назначения (192.168.1.255). Узловая (хостовая) часть адреса в двоичном коде содержит все единицы, в десятичной форме - 255. Адрес назначения 192.168.1.255 является адресом прямой широковещательной рассылки, когда сообщение передается всем узлам в сети (192.168.1.0), причем, сообщение можно переслать даже из другой сети.

    (рис 7.4) Сеть передачи данных

    Ограниченная широковещательная рассылка только внутри локальной сети всегда использует адрес 255.255.255.255. Маршрутизаторы блокируют сообщения с ограниченной широковещательной рассылкой, разделяя сеть на широковещательные домены.

    При ) одновременно посылает сообщение узлам С и G, в заголовке пакета задаются индивидуальный (уникальный) адрес источника (192.168.1.11) и групповой адрес назначения (224.0.0.50). Такое сообщение получат все узлы, имеющие групповой адрес 224.0.0.50. Следует отметить, что узлы С и G будут также получать сообщения с уникальными адресами назначения 192.168.1.13 и 192.168.1.30 соответственно. Групповые адреса назначаются из диапазона 224.0.0.0 - 239.255.255.255. Зарезервированные локальные адреса диапазона 224.0.0.0 - 224.0.0.255 обычно используется маршрутизаторами при обмене маршрутной информацией. Пакеты с такими адресами не пересылаются за пределы локальной сети. Глобальные адреса 224.0.1.0 - 238.255.255.255 используются для многоадресной рассылки сообщений через Интернет.

    7.3. Частные и публичные адреса

    Адреса всех пользователей сети Internet должны быть уникальными. Первоначально уникальность адресов обеспечивал центр Internet Network Information Center (Inter NIC), на смену которому пришла Администрация адресного пространства Интернет (Internet Assigned Numbers Authority - IANA). IANA управляет IP-адресами, чтобы не произошло дублирования общедоступных (публичных) адресов, распределяя их между пятью Региональными Интернет регистраторами (Regional Internet Regiestry - RIR): ARIN (Северная Америка), RIPE (Россия, Европа, страны СНГ, Ближняя Азия), APNIC (Азия и Австралия), LACNIC (Латинская и Южная Америка), AfriNIC (Африка). Таким образом, все общедоступные (публичные) адреса должны быть зарегистрированы регистратором RIR, который выделяет адреса сетевым операторам и провайдерам, а те, в свою очередь, выделяет адреса сетевым администраторам и отдельным пользователям.

    В связи с быстрым ростом Internet, существует дефицит публичных адресов IPv4. Радикально решить проблему дефицита IP-адресов может созданная новая шестая версия (IPv6) адресации в IP-сетях. Для смягчения проблемы нехватки публичных адресов IPv4были разработаны новые схемы адресации, такие как бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR) и адресация на основе масок переменной длины (VLSM).

    Кроме того, проблему нехватки публичных адресов может в некоторой мере ослабить использование частных адресов (Private IP addresses). Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети. Выход в Интернет пакетов с частными адресами блокируется маршрутизатором. Документ RFC 1918 устанавливает три блока частных адресов для использования внутри частных сетей (табл. 7.2).

    Диапазоны частных адресов
    № Диапазон адресов Префикс
    1 10.0.0.0 - 10.255.255.255 /8
    2 172.16.0.0 - 172.31.255.255 /12
    3 192.168.0.0 - 192.168.255.255 /16

    Таким образом, частные адреса не могут быть использованы непосредственно в сети Интернет, т.к. маршрутизаторы отбрасывают пакеты с частными адресами. Чтобы узлы с частными адресами могли при необходимости подключаться к сети Интернет, используются специальные трансляторы частных адресов в публичные, например, транслятор сетевых адресов (Network Address Translation - NAT). Данный транслятор переводит один частный адрес в один публичный. Поэтому экономия IP-адресов может быть достигнута только за счет того, что не всем узлам частной сети разрешается выход в Интернет.

    Второй тип транслятора (Port Address Translation - PAT) один публичный адрес комбинирует с набором номеров порта узла источника, т.е. формируется совокупность комплексных адресов, называемых сокетами, например 192.168.10.17:1275, 192.168.10.17:1086, 192.168.10.17:2013. При этом один IP-адрес могут использовать сразу несколько узлов частной сети. Поэтому данный метод трансляции частных адресов в публичные эффективно экономит общедоступные IP-адреса.

    В адресном пространстве IPv4 выделен специальный блок локальных адресов (169.254.0.0 - 169.254.255.255), когда пересылка сообщений возможна только в пределах локальной сети. Эти адреса используются в тех случаях, когда получениеIP-адреса от DHCP-сервера невозможно, например, в одноранговых сетях peer-to-peer.

    Другой блок адресов (192.0.2.0 - 192.0.2.255), называемый TEST-NET, зарезервирован для учебных целей и для использования в документации.

    Для использования в сетях операторов связи выделены частные адреса общего адресного пространства 100.64.0.0/10.

    7.4. Общие сведения об адресах версии IPv6

    Версия IPv6 использует для адресации 128 двоичных разрядов, что обеспечивает адресацию $$3,4 10_{38}$$ объектов.

    АдресIPv6 состоит из 8 блоков по 16 двоичных разрядов. Каждый блок представлен в виде четырех шестнадцатеричных чисел.

    Блоки разделяются двоеточием:

    2001:0000:7ee5:d947:0009:01c5:6b9f:00c4.

    Впереди стоящие нули могут быть пропущены:

    2001:0:7ee5:d947:9:1c5:6b9f:c4

    Несколько нулей подряд в адресе IPv6 могут быть заменены двойным двоеточием, так адрес 2001:0:0:0:0:0:0:c4 может быть представлен 2001::c4.

    Два двоеточия подряд могут быть использованы только один раз.

    Адреса версии IPv6 являются иерархическими, также как и IPv4. Младшие разряды задают номер узла (идентификатор интерфейса), а старшие разряды - для задания префикса адреса, т.е. (номера) сети, подсети.

    Длина префикса может находиться в диапазоне от 0 до 128. В большинстве случаев префикс составляет /64, т.е. сетевая часть адреса составляет 64 бита. Оставшиеся 64 бита идентифицируют интерфейс или узел сети.

    Префикс адреса (64 бита) Идентификатор интерфейса (64 бита)
    127 64 63 0
    Рис. 7.5. Формат адреса IPv6

    Поле префикса формата версии IPv6 имеет размер 3 бита. Адреса версии IPv6 могут начинаться либо с шестнадцатеричной цифры 2 (0010), либо 3 (0011). В настоящее время организация IANA задает три старших разряда адреса IPv6 в шестнадцатеричном коде в виде 200, т.е. все адреса начинаются с цифры 2.

    Таким образом, IANA в настоящее время определяет 12 старших битов адреса IPv6 (0010 0000 0000). Следующие 12 разрядов адреса идентифицируют регионального регистратора RIR. Например, регистратор APNIC представлен шестнадцатеричным значением 102 (0001 0000 0010),ARIN- значением 104 (0001 0000 0100), а RIPE представлен значением 106 (0001 0000 0110). Следовательно, IANA и RIR задают старшие 24 двоичные разряда адреса IPv6. Например, адрес RIPE в шестнадцатеричной форме будет следующим 2001:06. Оставшиеся два шестнадцатеричных числа второго блока адреса IPv6 идентифицируют крупных сетевых операторов.

    В протоколе IPv6 адрес 2001:0DB8::/32 зарезервирован для использования в документациии в примерах. Поэтому во всех последующих примерах использован именно этот адрес.

    Старшие 32 двоичных разряда адреса (рис 7.6) образуют префикс провайдера /32 (2001:0db8).

    (рис 7.6) Префиксы формата адреса IPv6

    Следующий (третий) блок образует префикс глобальной маршрутизации или, по-другому, префикс сайта/48. Префикс глобальной маршрутизации/48 обычно выделяется интернет-регистратором крупным корпоративным сетям, но может назначаться и индивидуальным пользователям. Администраторы, получившие в пользование диапазон адресов с префиксом /48, имеют возможность создания 64К (65536) подсетей, адреса которых задаются четвертым блоком, т.е. 16 двоичными разрядами указанного блока адреса IPv6. Ниже на приведен пример адреса 2001:db8:a:1:2:b3ff:fe18:a1d7 и функций его отдельных разрядов.

    200 10d b8 000a 0001 0002:b3ff:fe18:a1d7
    IANA Регистратор ISP Сайт ID подсети (16 бит) Идентификатор (ID) интерфейса (64 бит)
    Префикс глобальной маршрутизации (префикс сайта /48)
    Рис. 7.7. Поля адреса IPv6

    В приведенном примере организация IANA задает значение 200 трех старших шестнадцатеричных чисел адреса IPv6. Региональный регистратор идентифицируется значением 10d. Таким образом, IANA и RIR задают старшую часть адреса IPv6 (2001:0d). Оставшиеся два шестнадцатеричных числа (b8) второго блока (второго хекстета) адреса IPv6 идентифицируют провайдера (ISP). Поэтому старшие 32 двоичных разряда адреса на рис.7.7 образуют префикс провайдера (2001:0db8/32).

    Значение адреса поля сайта (000a) выдается провайдером отдельным городам, районам, организациям, т.е. адресует определенный сайт. Поэтому старшие 48 двоичных разрядов адреса образуют префикс сайта или префикс глобальной маршрутизации на рис.7.7.

    Четвертый блок адреса (0001) задает адрес подсети внутри сайта, т.е. используется для адресации подсетей пользователя. Таким образом, сетевой администратор, имея 16 двоичных разрядов поля ID подсети, может сформировать до 65536 отдельных подсетей. То есть, старшие 64 двоичных разрядов адреса IPv6 образуют префикс подсети 2001:db8:000a:0001/64 или 2001:db8:a:1/64.

    Последние 4 блока шестнадцатеричного адреса (0002:b3ff:fe18:a1d7 на рис.7.7 составляют идентификатор интерфейса, где могут задаваться МАС-адреса, АТМ-адреса, телефонные номера, а также адреса IPv4, что обеспечивает совместимость с ранее разработанными технологиями.

    Идентификатор интерфейса может быть сконфигурирован вручную администратором или задан динамически, например, с использованием механизма расширенного уникального идентификатора .

    (рис 7.8) Формирование идентификатора интерфейса из MAC-адреса

    Старшие 24 двоичных разряда идентификатора интерфейса представляют собой уникальный идентификатор организации (OUI), выпускающей сетевое оборудование. В процессе создания идентификатора интерфейса с использованием механизма EUI-64 старший седьмой бит инвертируется (00:0С:В3 ? 02:0С:В3). В двоичном коде:

    0000 0000:0000 1100:1011 0011 ? 0000 0010:0000 1100:1011 0011.

    Младшие 24 двоичных разряда являются уникальным идентификатором устройства.

    Таким образом, в поле идентификатора интерфейса можно разместить физический МАС-адрес длиной 48 бит (вместе со вставкой FFFE образуют физический адрес длиной 64 двоичных разряда). Идентификаторы интерфейса могут быть динамически получены из адреса Уровня 2. Поэтому отпадает необходимость в протоколе ARP, что ускоряет процесс продвижения пакета. Кроме того, в поле идентификатора интерфейса могут задаваться, например, АТМ-адреса, номера телефонов международной и междугородной связи, номера мобильных телефонов, а также адреса IPv4.

    7.5. Типы адресов IPv6

    Протокол IPv6 предусматривает 3 типа адресов:

  • Индивидуальный (unicast) - идентифицирует интерфейс устройства. Адрес источника сообщения всегда должен быть индивидуальным.
  • Групповой (multicast) - реализует многоадресный режим передачи. Протокол IPv6 не предусматривает широковещательную передачу сообщений. Однако групповой метод может осуществить рассылку сообщений всем узлам локальной сети.
  • Произвольный (anycast) - назначается нескольким устройствам (как при групповом методе передачи), но пакет с произвольным адресом назначения доходит только до ближайшего устройства с таким адресом.
    •

    7.5.1. Индивидуальные адреса IPv6

    Протокол IPv6 предусматривает несколько типов индивидуальных адресов:

  • Специальные адреса
  • Глобальные индивидуальные адреса
  • Локальные адреса канала
    •

    Специальные адреса

  • Адрес логического интерфейса loopback ::1/128 или ::1 протокола IPv6 аналогичен адресу 127.0.0.1 протокола IPv4. Он служит для самотестирования, когда проверяется, установлен ли стек протоколов TCP/IP.
  • Неопределенный адрес ::/128 или :: протокола IPv6 в некоторых случаях используется в качестве адреса источника в пакете, когда источнику еще не назначен постоянный индивидуальный адрес.
  • Встроенные адреса IPv4 необходимы на период перехода от IPv4 к IPv6.
    •

    Для преобразования адреса IPv6 в адрес IPv4 разработан подтип адреса, в котором 4 младших байта содержат адрес предыдущей версии IPv4, а старшие 12 байт - содержат нули. При преобразовании адреса IPv4 в адрес IPv6 младшие 4 байта содержат адрес версии IPv4, байты 5 и 6 содержат единицы, а старшие 10 байт содержат нули.

    Глобальные индивидуальные адресаIPv6

    Глобальные индивидуальные адреса IPv6 являются уникальными во всей сети Интернет. Также как уникальные адреса IPv4 они либо назначаются администратором статически, либо присваиваются динамически.

    Глобальный индивидуальный адрес IPv6 состоит из трех частей:

  • префикса глобальной маршрутизации (48 старших бит адреса)
  • идентификатора подсети (16 бит)
  • идентификатора интерфейса (64 младших бита адреса).
    •
    Префикс глобальной маршрутизации Идентификатор подсети Идентификатор интерфейса
    48 бит 16 бит 64 бита
    Рис. 7.9. Три части адреса IPv6

    Глобальные индивидуальные адреса могут либо назначаться администратором статически, либо динамически (автоматически).

    ). Префикс глобальной маршрутизации 2001:db8:a/48, подсети 1, 2, 3, 4.

    (рис 7.10) Пример адресов интерфейсов сети IPv6 
    R-A(config)#int g0/0
R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:1::1/64
R-A(config-if)#no shutdown
R-A(config-if)#int s0/0/1
R-A(config-if)#ipv6 address 2001:db8:a:2::1/64
R-A(config-if)#clock rate 64000
R-A(config-if)#no shutdown

    Поскольку IPv6 позволяет устанавливать на интерфейс несколько адресов, то ошибочно введенный адрес необходимо удалить по команде no ipv6 address <адрес>, а не просто перезаписать новый, как в IPv4.

    При автоматическом назначении глобальных индивидуальных адресов IPv6 используются три варианта:

  • Автоконфигурирование без сохранения состояния адреса, когда адресную информацию (значение префикса, адрес шлюза по умолчанию) устройство получает от маршрутизатора.
  • Всю адресную информацию устройство получает от сервера DHCP.
  • Адресную информацию устройство получает от маршрутизатора, дополнительную информацию - от сервера DHCP.
    •

    В первом случае используются сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6", которые маршрутизатор IPv6 рассылает периодически каждые 200 секунд в режиме многоадресной групповой рассылки. Для ускорения получения адресной информации устройство может послать "Запрос маршрутизатора IPv6", ответ на который приходит немедленно.

    Во втором случае сервер DHCPv6 назначает устройству полный глобальный адрес, включающий префикс и идентификатор интерфейса. МАС-адрес, созданный EUI-64, позволяет определять идентификатор узла назначения, что снижает безопасность передачи данных по сети. Случайно сгенерированное значение идентификатора интерфейса повышает безопасность.

    Третий случай - гибридный, часть адресной информации (префикс) узел получает от маршрутизатора, а дополнительную, например, адрес DNS - от сервера DHCPv6.

    Конфигурирование адресов IPv6 интерфейсов маршрутизатора не достаточно для того, чтобы маршрутизатор мог функционировать, рассылая сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6". Маршрутизация IPv6 включается после формирования команды ipv6 unicast-routing в режиме глобального конфигурирования:

    R-A(config)#ipv6 unicast-routing

    Кроме того, на маршрутизаторе необходимо сконфигурировать протокол динамической маршрутизации или сконфигурировать статические маршруты. После этого маршрутизатор сможет пересылать пакеты и отправлять служебные сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6".

    При конфигурировании устройств IPv6 необходимо учитывать, что устройство может получить индивидуальный IPv6-адрес динамически и, кроме того, на нем может быть сконфигурировано статически несколько IPv6-адресов одной сети. Устройство также может функционировать с несколькими шлюзами по умолчанию.

    При рассылке сообщений "Объявления маршрутизатора IPv6" в качестве адреса источника сообщения и адреса шлюза по умолчанию используются локальные адреса.

    Локальные индивидуальные адреса канала

    Локальные индивидуальные адреса канала используются для обмена сообщениями внутри подсети (локального канала), где они должны быть уникальными. Пакеты с локальными адресами канала не могут пересылаться в другие подсети. Локальные индивидуальные адреса канала могут быть назначены администратором вручную или динамически, когда устройство автоматически создает его без обращения к серверу DHCP.

    Локальные индивидуальные адреса канала назначаются из диапазона ).

    (рис 7.11) Локальные индивидуальные адреса канала

    Локальный МАС-адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня. Для определения адресов в других сетях узел может запросить информацию о настройках сети, отправив запрос протокола ICMPv6. Объединив сетевой префикс и идентификатор интерфейса, узел сформирует адрес назначения.

    Динамическое назначение локальных индивидуальных адресов IPv6 производится даже тогда, когда глобальный адрес IPv6 не назначен. Шлюзу по умолчанию назначается локальный адрес маршрутизатора. Это позволяет сетевым устройствам ). То есть, узел FE80::A1 может обмениваться сообщениями с любым узлом (FE80::A2, FE80::A3, FE80::A4,…) из своей локальной сети (из своего локального канала).

    (рис 7.12) Обмен сообщениями внутри локального канала

    Локальные адреса используются:

  • Для адресации шлюза по умолчанию
  • Для обмена сообщениями протоколов маршрутизации
  • Для адреса следующего перехода в таблицах маршрутизации
    •

    Локальные адреса IPv6 могут быть получены динамически или сконфигурированы вручную. Например, ниже приведен результат конфигурирования, когда локальные адреса были получены динамически:

    R-А#show ipv6 interface brief
GigabitEthernet0/0         [up/up]
FE80::260:47FF:FE9A:1A01
    2001:DB8:A:1::1
...
Serial0/0/1                [up/up]
FE80::20A:F3FF:FEB5:CE02
    2001:DB8:A:2::1
Vlan1                      [administratively down/down]

    Из распечатки следует, что идентификаторы интерфейсов локальных адресов FE80::260:47FF:FE9A:1A01 и FE80::20A:F3FF:FEB5:CE02 были созданы с использованием механизма EUI-64, поскольку в средину 48-разрядного МАС-адреса вставлено число FF:FE и получен идентификатор размером 64 бита. На каждом интерфейсе установлен как локальный, так и глобальный адрес.

    Локальные адреса могут быть заданы администратором вручную:

    R-А(config)#int g0/0
R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-local
R-А(config-if)#int s0/0/1
R-А(config-if)#ipv6 add fe80::1 link-local

    Ниже в распечатке приведены новые локальные адреса:

    R-А#sh ipv6 int brief
GigabitEthernet0/0         [up/up]
FE80::1
    2001:DB8:A:1::1
...
Serial0/0/1                [up/up]
FE80::1
    2001:DB8:A:2::1
Vlan1                      [administratively down/down]

    В вышеприведенном примере на всех интерфейсах маршрутизатора А был сконфигурирован одинаковый локальный адрес FE80::1. Это возможно, поскольку он должен быть уникальным только в пределах канала (подсети). На всех интерфейсах второго маршрутизатора В может быть сконфигурирован, например, локальный адрес ipv6 add fe80::2 link-local. При посылке пакета с локальным адресом назначения, например при выполнении команды ping, может потребоваться указать выходной интерфейс, поскольку одинаковый локальный адрес может быть в разных подсетях, присоединенных к разным интерфейсам.

    Поскольку последовательные интерфейсы (serial) стандартно не имеют МАС-адреса, то для них могут использоваться МАС-адреса интерфейсов Ethernet.

    Проверку состояния интерфейсов маршрутизатораIPv6 можно проводить с помощью рядакоманд: show running-config, show interfaces, show ipv6 interface brief, а также с помощью команды show ipv6 route.

    Часть распечатки команды show ipv6 route приведена ниже:

    R-A>sh ipv6 route
IPv6 Routing Table - 5 entries
...
C   2001:DB8:A:1::/64 [0/0]
     via ::, GigabitEthernet0/0
L   2001:DB8:A:1::1/128 [0/0]
     via ::, GigabitEthernet0/0
C   2001:DB8:A:2::/64 [0/0]
     via ::, Serial0/0/1
L   2001:DB8:A:2::1/128 [0/0]
     via ::, Serial0/0/1
L   FF00::/8 [0/0]
     via ::, Null0
R-A

    В распечатке отражены помеченные символом С непосредственно присоединенные сети, которые имеют префикс /64, и помеченные символом L локальные сети (интерфейсы) с префиксом /128. Через эти интерфейсы и присоединены сети. Назначение локальных маршрутов, помеченных символом L, облегчает маршрутизацию пакетов с адресом назначения данного интерфейса.

    Следует отметить, что индивидуальный глобальный адрес не является обязательным, во многих случаях достаточно локального адреса канала, который создается при конфигурировании соответствующего интерфейса IPv6.

    7.5.2. Групповые адреса IPv6

    Групповые адреса IPv6 используются только в качества адреса назначения и не могут быть адресами источника. Они имеют префикс FF00::/8 и классифицируются на:

  • Присвоенные групповые адреса
  • Групповые адреса запрошенного узла
    •

    Присвоенные групповые адреса

    Присвоенный узлы имеют групповой адрес FF02::1, наряду с индивидуальным адресом. С использованием группового адресаFF02::1 всем узлам в сети рассылаются объявления маршрутизатора, содержащие значение префикса, его длину и адрес шлюза по умолчанию.

    (рис 7.13) Рассылка сообщений по групповому адресу FF02::1

    Присвоенный групповой адрес FF02::2 используется для передачи сообщений всем маршрутизаторам, которым присваивается такой адрес. Технология вступает в действие после ввода команды:

    Router(config)#ipv6 unicast-routing

    Групповой адрес FF02::2 используется устройствами при формировании запросов маршрутизаторам.

    Многоадресный режим широко используется для обмена маршрутной информацией между маршрутизаторами. Примеры таких адресов протоколов IPv4 и IPv6 приведены в табл. 7.3.

    Адреса многоадресного режима
    Протокол IPv4 (multicast) IPv6 (multicast)
    1 OSPF 224.0.0.5 FF02::5
    2 OSPF 224.0.0.6 FF02::6
    3 RIP-2 224.0.0.9 FF02::9
    4 EIGRP 224.0.0.10 FF02::A

    Групповой адрес запрошенного узла

    Многоадресные сообщения на адрес FF02::1 позволяют реализовать широковещательные (broadcast) передачи, поскольку передача сообщения идет всем узлам в сети. Для сокращения трафика может использоваться групповой адрес запрашиваемого узла (multicast), когда объединяется префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6.

    Пакеты с такими групповыми адресами будут предназначаться только запрошенным узлам, у которых младшие 24 бита адреса соответствуют младшим 24 битам IPv6-адреса назначения пакета. При назначении индивидуального глобального адреса IPv6 автоматически формируется групповой адрес запрошенного узла. Вероятность того, что в локальном канале окажется другой узел с таким же групповым адресом запрашиваемого узла - невелика и составляет $$1/2^{24}$$. Режим многоадресной рассылки запрашиваемого узла обычно используется для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу.

    7.6. Протокол ICMPv6

    Для передачи некоторых видов служебной информации в сетях IPv6 используется протокол ICMPv6, принцип работы которого аналогичен протоколу ICMPv4. Наиболее известными сообщениями ICMPv6 являются:

  • подтверждение доступности узла или сервиса (услуги),
  • недоступность узла или сервиса,
  • истечение времени,
  • переадресация маршрута.
    •

    Для подтверждения доступности узла используется утилита ping, когда по заданному IPv6-адресу посылается серия эхо-запросов, на которые, в случае доступности узла, приходят эхо-ответы. Функционирование команды ping протокола ICMPv6 аналогично протоколу ICMPv4.

    Сообщение об истечении времени жизни пакета приходит в том случае, если обнуляется значение поля TTL ("Время жизни" сетевого протокола IPv4 или аналогичного поля "Ограничение переходов" IPv6). В этом случае пакет отбрасывается и посылается сообщение ICMPv4 или ICMPv6 об истечении времени жизни пакета. Это свойство используется при реализации утилиты trace или traceroute. При первой трассировке в пакете запроса задается значение TTL = 1 и пакет доходит только до первого маршрутизатора, где значение TTL обнуляется и маршрутизатор формирует ответное сообщение об истечении времени. При второй трассировке TTL = 2, ответ приходит от второго маршрутизатора и т.д.

    При возникновении новых маршрутов с лучшей метрикой к адресату назначения протоколы ICMP посылают сообщение переадресации маршрута источнику передаваемой информации.

    Сетевой протокол IPv4 использовал в частных локальных сетях частные адреса. Похожую возможность предоставляет протокол IPv6. Для этого могут использоваться уникальные локальные адреса из диапазона FC00::/7 - FDFF::/7, которые обеспечивают адресацию ограниченного количества узлов или даже адресацию в пределах одного узла.

    Помимо вышеперечисленных сообщений протокол ICMPv6 предусматривает новые виды сообщений:

  • "Запрос маршрутизатора"
  • "Объявление маршрутизатора"
  • "Запрос соседнего узла"
  • "Объявление соседнего узла"
    •

    Выше было показано, что на "Запрос маршрутизатораIPv6", рассылаемый устройством в многоадресном режиме всем маршрутизаторам IPv6,в режиме SLAAC может быть получена адресная информация (значение префикса, его длина и адрес шлюза по умолчанию), рассылаемая в "Объявлениях маршрутизатора IPv6".

    Сообщения "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" используются для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу. Действие сообщений "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" похоже на функционирование протокола ARP в сети IPv4. Узел отправляет в локальную сеть запрос с групповым адресом запрашиваемого узла, в котором объединяется префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6. В ответ на запрос получает от запрашиваемого узла "Объявление соседнего узла" его МАС-адресом.

    Пара сообщений "Запрос соседнего узла" и "Объявление соседнего узла" используется также для обнаружения адресов дубликатов. Для этого узел направляет в локальную сеть "Запрос соседнего узла" со своим IPv6-адресом. Если в сети есть узел с таким же IPv6-адресом, то он отправляет "Объявление соседнего узла", которое уведомляет, что запрошенный адрес уже используется. Если ответ не приходит в течение заданного таймером времени, то запрошенный IPv6-адрес может быть использован на запрашивающем узле.

    7.7. Методы сетевой миграции

    В переходный период будут существовать оба сетевых протокола IPv4 иIPv6. В одних сетях будет использоваться IPv4, в других - IPv6. Поэтому необходимы механизмы перехода из одной сети в другую. Можно отметить три таких механизма (три метода сетевой миграции):

  • двойной стек;
  • туннелирование;
  • преобразование адресов.
    •

    На период перехода от IPv4 к IPv6 разработан механизм двойного стека, когда маршрутизаторы, коммутаторы и конечные узлы конфигурируются, чтобы поддерживать оба протокола, причем, IPv6, является привилегированным. То есть, на интерфейсах устройств конфигурируется два стека протоколов.

    При туннелировании пакеты IPv6 инкапсулируются в пакеты IPv4, при этом, пакеты IPv6 воспринимаются как обычные передаваемые данные. Это позволяет передавать пакеты IPv6 через сети IPv4.

    Преобразователи адресов NAT-64 преобразуют адреса пакетов IPv6 в IPv4 и наоборот. Функционирование NAT-64 напоминает функционирование транслятора адресов NAT, преобразующего частные адреса в публичные, и наоборот, в сетях IPv4.

    Краткие итоги лекции 7

  • Логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4 содержат 32 двоичных разряда, версии IPv6 - 128двоичных разряда.
  • IP-адреса являются иерархическими. Старшие разряды определяют номер сети, а младшие разряды - номер узла в сети.
  • Существует адресация на основе классов и бесклассовая адресация.
  • Адрес 127.0.0.1 предназначен для самотестирования, когда проверяют, установлен ли протокол TCP/IP на конечном узле.
  • В таблице маршрутизации задаются адреса сетей, а не узлов для сокращения числа записей, которыми оперирует маршрутизатор.
  • Адрес сети маршрутизатор получает путем логического умножения сетевого адреса узла назначения на маску.
  • Общая часть адреса называется префиксом.
  • IP-адреса узлов могут назначаться администратором вручную (статическая адресация) или автоматически с помощью протокола динамического конфигурирования узлов (DHCP).
  • Вручную назначаются адреса сетевым принтерам, серверам и интерфейсам маршрутизаторов.
  • Настройки адресов компьютера можно посмотреть по команде ipconfig в командной строке.
  • В IP-сетях используются следующие виды рассылки данных: одноадресная (unicast), широковещательная (broadcast), многоадресная (multicast). Адрес источника сообщения - всегда уникальный.
  • При прямой широковещательной рассылке сообщение передается всем узлам в сети, причем, сообщение можно переслать даже из другой сети.
  • Ограниченная широковещательная рассылка действует только внутри локальной сети, она использует адрес 255.255.255.255.
  • В маршрутизаторах используют как адресацию на основе стандартных масок, так и адресацию с масками переменной длины.
  • Сети с частными адресами, не подключенные к Internet, могут иметь любые адреса, лишь бы они были уникальны внутри частной сети.
  • Пакеты с частными адресами блокируются маршрутизатором.
  • Трансляторы сетевых адресов NAT, PAT переводят частные адреса в публичные (общедоступные).
  • Один публичный адрес можно комбинировать с набором номеров порта узла источника, т.е. формируется совокупность комплексных адресов, называемых сокетами. При этом один IP-адрес могут использовать сразу несколько узлов частной сети.
  • Кардинальным решением проблемы нехватки логических адресов является разработка и внедрение адресации версии IPv6, которая использует для адресации 128 двоичных разрядов.
  • Адреса версии IPv6 представлены в виде 8 блоков по четыре шестнадцатеричных числа. Блоки разделяются двоеточием.
  • Формат адреса IPv6 можно представить в виде поля идентификатора интерфейса (младшие 64 бита, которые задают адрес узла) и полей префиксов подсети, сайта и провайдера (старшие 64 бита).
  • Идентификатор интерфейса может быть сконфигурирован вручную администратором или задан динамически, например, с использованием механизма расширенного уникального идентификатораEUI-64.
  • Протокол IPv6 предусматривает 3 типа адресов: индивидуальный (unicast), групповой (multicast), произвольный (anycast).
  • Глобальные индивидуальные адреса IPv6 являются уникальными во всей сети Интернет. Также как уникальные адреса IPv4 они либо назначаются администратором статически, либо присваиваются динамически.
  • При автоматическом назначении глобальных индивидуальных адресов IPv6 используются варианты: автоконфигурирование без сохранения состояния адреса, когда адресная информация получается от маршрутизатора; получение адресной информации от сервера DHCP.
  • Маршрутизатор IPv6 может функционировать, рассылая сообщения "Объявления маршрутизатора IPv6". после формирования команды ipv6 unicast-routing в режиме глобального конфигурирования.
  • Локальные индивидуальные адреса канала из диапазона FE80::/10 - FEBF::/10 могут быть назначены администратором вручную или динамически.
  • Локальный МАС-адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня.
  • Присвоенный групповой адрес FF02::1 используется для передачи сообщений всем узлам, имеющим такой адрес. Присвоенный групповой адрес FF02::2 используется для передачи сообщений всем маршрутизаторам.
  • Групповой адрес запрашиваемого узла (multicast) объединяет префикс группового адреса FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104 и младшие 24 бита глобального индивидуального адреса IPv6. Используется для определения (разрешения) МАС-адреса назначения по известному IPv6-адресу.
  • Для передачи некоторых видов служебной информации в сетях IPv4, IPv6 используются протоколы ICMPv4, ICMPv6. Они проводят подтверждение доступности или недоступности узла или сервиса (услуги), истечения времени, переадресации маршрута.
  • Существуют механизмы перехода между сетями IPv4, IPv6 (три метода сетевой миграции): двойной стек; туннелирование; преобразование адресов.
    •

    Вопросы

  • Кто назначает логические адреса интерфейсам маршрутизаторов и конечным узлам сети?
  • Сколько двоичных разрядов содержат логические адреса узлов в IP-сетях версии IPv4?
  • Что определяют старшие и младшие разряды сетевого адреса?
  • Какие классы уникальных адресов используются в сетях?
  • Какие размеры имеют стандартные маски адресов классов А, В, С?
  • Какое максимальное число узлов могут задавать адреса класса С?
  • Какой адрес используется для самотестирования?
  • Для чего нужны сетевые маски?
  • Как называется общая часть адреса нескольких устройств?
  • Какова длина префикса маски 255.255.240.0?
  • Какие устройства делят сеть на широковещательные домены?
  • В чем состоит различие прямой и ограниченной широковещательных рассылок?
  • В чем состоит различие широковещательной и групповой рассылок?
  • Для чего используются частные адреса в локальных сетях? Каковы их диапазоны?
  • Что переводит частные адреса в публичные и обратно?
  • Какой диапазон адресов используется в локальных сетях, когда невозможно получить адрес от протокола DHCP?
  • Какой блок адресов, называемый TEST-NET, зарезервирован для учебных целей и использования в документации?
  • Какие адреса называют сокетами?
  • Что позволит радикально решить проблему дефицита IP-адресов?
  • Сколько двоичных разрядов содержат логические адреса в IPv6-сетях?
  • Как представлены адреса версии IPv6?
  • Какие типы индивидуальных адресов используются в IPv6-сетях?
  • Каковы три составляющих индивидуального глобального адреса?
  • Из какого диапазона назначаются локальные индивидуальные адреса канала? Для чего они нужны?
  • Какой используется адрес для передачи сообщения всем узлам в сети?
  • Какой используется адрес для передачи сообщения всем маршрутизаторам в сети?
  • Какую команду необходимо использовать, чтобы маршрутизатор начал функционировать в режиме IPv6?
  • Для чего используется многоадресная рассылка запрошенного узла?
  • Для чего необходим протокол ICMP? Какие сообщения он передает?
  • Как функционирует команда traceroute?
  • Какие методы сетевой миграции используются для совместной работы сетей IPv6 и IPv4?
    •

    Упражнения

  • Приведите примеры адресов конечных узлов классов А, В, С. Используя стандартные маски, рассчитайте адреса соответствующих сетей.
  • Переведите адреса 10.169.77.19; 172.18.190.59; 192.168.55.112 в двоичную систему.
  • Рассчитайте максимальное количество узлов в подсетях 10.169.77.16/28; 172.18.190/27; 192.168.55.112/29.
  • Проверьте, установлен ли протокол TCP/IP на Вашем компьютере.
  • Определите параметры настройки адресов компьютера.
  • Проведите тестирование по адресу 127.0.0.1. Объясните результат.
  • Приведите примеры адресов прямой и ограниченной широковещательной рассылки.
  • Приведите примеры частных адресов из трех выделенных диапазонов.
  • Приведите пример адреса IPv6, зарезервированного для использования в документации и в учебных целях. Объясните назначение каждого блока.
  • Приведите пример адресаIPv6, идентификатор интерфейса которого создан с использованием механизма EUI-64.
  • В среде Packet Tracer смоделируйте нижеприведенную схему сети.
    •

    Создайте конфигурацию маршрутизаторов с заданными в таблице адресами интерфейсов.

    Марш-затор Интерфейс IPv6-адрес интерфейса
    А G0/0 2001:db8:a:1::1/64
    S0/3/0 2001:db8:a:3::1/64
    В G0/0 2001:db8:a:2::1/64
    S0/3/1 2001:db8:a:3::2/64

    Необходимо:

  • Задать имена маршрутизаторов.
  • Сконфигурировать интерфейсы в соответствие с таблицей.
  • Установить пароль на консольную линию.
  • Установить пароль на виртуальные линии.
  • Установить пароль на вход в привилегированный режим.
  • Проверить и сохранить конфигурацию.
  • Сконфигурировать адресную информацию на конечных узлах.
  • Проверить конфигурацию маршрутизаторов. Прокомментировать полученные результаты.
  • Провести "прозвонку" и "трассировку" устройств между собой с использованием локальных и глобальных адресов. Прокомментировать полученные результаты.
  • Изменить локальные адреса маршрутизаторов. Повторить пункты 8, 9.
    •
    Предыдущее занятие Следующее занятие
    Вернуться к учебному плану
    ^