«Новый порядок» адресации в Internet

IPv6 - новое поколение популярного сетевого протокола. В отличие от своего предшественника IPv4 он поддерживает упрощенную маршрутизацию и расширенное адресное пространство.

Протокол IPv6, едва вступив на рынок, уже успел продемонстрировать свою способность принципиально изменить работу многих корпоративных сетей и Internet. Однако процесс модернизации при этом больше напоминает исполнение очередных директив по регулированию банковской сферы, чем внедрение ультрасовременной технологии. В IPv6 (его иногда называют еще IPng, или просто v6) устранены некоторые недостатки IPv4, проявившиеся на фоне взрывообразного роста Internet. Разработчики IPv6 встроили в протокол целый ряд очень важных возможностей, позволяющих упростить получение IP-адресов, гарантировать требуемое качество обслуживания (QoS, quality of service), шифровать передаваемые данные, повысить скорость передачи данных и сократить расходы на маршрутизацию.

Переход от IPv4 к IPv6 будет не таким уж безболезненным.

Обеспечение обратной совместимости приложений и маршрутизаторов несколько сгладит шероховатости этого процесса, но сетевые администраторы потратят на его осуществление массу сил.

Прежде чем появятся сети, построенные исключительно на IPv6, пройдет достаточно много времени, но отдельные элементы новых спецификаций уже в ближайшее время станут весьма значимыми. Поэтому перед тем, как начинать широкомасштабную модернизацию, рекомендуется испытать новый протокол в тестовой сети. Это даст возможность поближе познакомиться с особенностями технологии и избежать несовместимости уже установленного оборудования и программ с IPv6.

Как это работает

В протоколе IPv4 применяется 32-разрядная адресация. На представление каждого адреса отводится четыре байта (в распространенной нотации они разделяются точками). Теоретически 32 разрядов достаточно для адресации более чем 4 млрд. узлов. Однако необходимость одновременного предоставления некоторым пользователям не одного, а многих адресов значительно сужает эти рамки. Но даже при условии оптимального использования каждого бита рано или поздно четырех миллиардов адресов окажется недостаточно.

Протокол IPv6 использует 128-разрядные адреса, что теоретически позволяет адресовать 340 триллионов триллионов триллионов узлов. «Понятно, что такой теоретический максимум практически недостижим даже при самых пессимистических прогнозах, учитывающих неэффективность схемы маршрутизации, - отметил один из первопроходцев Internet Кристиан Уитама. - На каждый квадратный метр земной поверхности в данном случае будет приходиться 1564 адреса. При оптимистических же оценках на каждом квадратном метре можно будет разместить 665 миллионов миллиардов узлов».

Другим недостатком IPv4 считается применяемый в настоящее время способ назначения адресов. Он не позволяет определить ни географическое положение, ни топологию сети, в которой находится узел. Вследствие этого в памяти магистральных маршрутизаторов Internet хранятся огромные объемы информации обо всех имеющихся адресах. В результате на маршрутизаторы ложится чрезмерная нагрузка, а их производительность существенно снижается.

IPv6 позволяет устранить эти недостатки и создать систему адресов со строгой иерархией. Крупным провайдерам Internet будут выделяться большие блоки адресов. Провайдеры предоставляют блоки меньшего размера своим абонентам, которые, в свою очередь, распределяют их между подразделениями или отдельными пользователями.

При такой иерархической схеме адресации IPv6 каждому крупному блоку адресов соответствует единая точка входа в таблице маршрутизации. Это существенно упрощает маршрутизацию, ведь для определения конечной точки следования пакета достаточно просмотреть относительно немного адресов. Кроме того, иерархическая модель позволяет уменьшить сложность и снизить стоимость маршрутизаторов Internet.

В IPv6 поддерживаются усовершенствованные заголовки пакетов, которые существенно отличаются от заголовков пакетов IPv4. Заголовки пакетов IPv6 имеют фиксированную длину, равную 24 байтам. Переменная длина заголовков пакетов IPv4 создает дополнительные трудности для маршрутизатора, вынужденного просматривать больший объем информации, чем это действительно нужно для продвижения пакета.

Чтобы максимально упростить структуру заголовка, необходимая в первую очередь информация (например, адреса источника и получателя) включается в стандартный заголовок IPv6, при этом одно из его полей определяет, что именно находится дальше, - собственно данные или еще одна порция служебных сведений.

В заголовках IPv6 дополнительных типов содержится информация о маршрутизации, защите (шифровании) и фрагментации. Каждый из этих заголовков тоже имеет поле «следующего блока», с помощью которого получатель определяет, каким образом следует интерпретировать очередную порцию - как данные или как еще один заголовок.

В протоколе IPv6 появился механизм, позволяющий в дальнейшем расширять имеющиеся возможности. В IPv4 нет механизма для реализации дополнительных средств, работающих на уровне протокола (скажем, процедуры шифрования). В принципе, эту задачу удавалось решать при помощи дополнительных протоколов; скажем, чтобы гарантировать качество обслуживания, был разработан протокол RSVP. Уже в ходе проектирования IPv6 рабочая группа по инженерным вопросам Internet (IETF) постаралась предусмотреть все необходимое для встраивания новых функций без глобальной переработки протоколов.

Роль предприятий

IPv6 - не просто техническое решение технической задачи. Одной из основных причин большинства изменений, внесенных в IPv6, стало широкое использование IP-сетей коммерческими организациями. В рамках корпоративных сетей протокол IPv6 существенно упростит маршрутизацию и снизит нагрузку на сетевых администраторов. Стремясь упростить переход компаний к новому протоколу, его разработчики предусмотрели специальную процедуру «туннелирования» между IPv6 и IPv4, позволяющую пересылать пакеты IPv6 по сетям, поддерживающим лишь старый протокол. Механизм туннелирования уже используется в международной экспериментальной IPv6-сети 6bone, функционирующей поверх сегодняшней Internet. Все это облегчит освоение IPv6.

Чтобы сделать переход еще более гладким, разработчики стремятся обеспечить максимально возможную совместимость приложений с IPv6. Необходимые изменения уже внесены в протоколы TCP, UDP, ICMP, OSPF, BGP, даже RIP. К сожалению, большинство операционных систем возлагают задачу распознавания адресов IP непосредственно на прикладные программы, поэтому программистам придется самостоятельно встраивать в свои приложения поддержку IP-адресации.

Большинство из уже доступных приложений, поддерживающих IPv6, - это сетевые утилиты типа Telnet и FTP, но есть и IPv6-совместимая версия Web-сервера Apache.

Наконец, применение IPv6 позволяет уменьшить нагрузку на сетевых администраторов и избавить многие сети от необходимости поддержки протокола DHCP. Обеспечивается автоматическая настройка узлов за счет формирования адреса IPv6 на основе протокола Remote Desktop Protocol (RDP) и MAC-адреса узла. Многие годы адреса узлов приходилось настраивать вручную, пока IPv6 не снял накопившиеся вопросы.

Перспективы технологии

Ни у кого, пожалуй, не возникает сомнений в том, что протокол IPv6 будет принят пользователями. Неясно лишь, насколько быстро он начнет распространяться. Поэтому информационные службы предприятий должны быть уверены в том, что любое новое оборудование будет поддерживать IPv6. Кроме того, необходимо выявить уже установленное оборудование, несовместимое с новым протоколом.

Наверное, наиболее тяжелые испытания в процессе перехода от IPv4 к IPv6 выпадут на долю тех, кто вынужден будет сразу приступить к работе с новым протоколом. Им придется в срочном порядке осваивать особенности новой архитектуры, начиная от построения простейшей схемы маршрутизации и заканчивая устранением неисправностей.

Помимо обучения сотрудников компаниям придется обновлять сетевую инфраструктуру. Несмотря на значительное упрощение маршрутизации, переход к новой технологии потребует дополнительных затрат. Необходимо заменить устаревшие маршрутизаторы, поддерживающие IPv4, более современными моделями. Можно продолжать использовать и старые протоколы маршрутизации (такие как RIPng), но лучше все же перейти на более надежные средства (например, Open Shortest Path First или OSPF), совместимые с IPv6.

Не за горами день, когда придется менять и клиентское оборудование. Мы очень рассчитываем на то, что разработчики операционных систем встроят в новые версии своих продуктов средства перехода на IPv6, но пока крупнейшие производители предпочитают хранить молчание.

К счастью, переход на IPv6 можно совершать постепенно, но начинать этот процесс нужно уже сейчас. Это связано с тем, что часть используемого сегодня оборудования просто откажется работать с IPv6.

Разработчики приложений должны задуматься о том, как адаптировать их к функционированию в сетях Ipv6. Многие приложения перестанут работать с появлением IPv6, но от еще большего числа придется отказаться после того, как IPv4 прекратит свое существование.

Сотрудникам информационных служб следует начать осваивать IPv6 хотя бы на макете будущей сети. Чем раньше они познакомятся с особенностями протокола, тем быстрее завершат переход. Уже сегодня можно работать со стеками IPv6, разработанными для большинства операционных систем. Чтобы больше узнать о функционировании приложений, рекомендуем использовать «экспериментальные» стеки IPv6 для NT; если же вам нужно получить наиболее полную информацию о новом протоколе, лучше остановиться на стеках IPv6, входящих в состав ядра Linux 2.1.

В США пользователи уже сегодня могут подключиться и к сети 6done. Конечно, придется потратить некоторое время на загрузку стеков, других необходимых средств, на поиск провайдера, зато появится возможность приобрести столь нужный опыт и оценить надежность работы оборудования и приложений в реальной среде Internet.

В протоколе IPv6 появился ряд очень важных усовершенствований: упростилась маршрутизация, увеличилось адресное пространство, повысилась расширяемость. Однако процедура перехода на IPv6 не столь проста, как хотелось бы. Сети, работающие только с IPv6, появятся не раньше чем через десять лет. Но чтобы встретить этот день во всеоружии, надо уже сегодня разворачивать экспериментальные сети IPv6 и встраивать в существующие приложения поддержку нового протокола.

Стек протоколов IPv6

В протоколе IPv6 полностью пересмотрены схемы адресации и маршрутизации. Появился целый ряд дополнительных возможностей. Переход от IPv4 к IPv6 окажет огромное влияние на дальнейшее развитие инфраструктуры и приложений Сети. Чтобы изучить особенности нового протокола, специалистам понадобится некоторое время, поэтому подготовку к переводу информационной системы на IPv6 следует начинать не откладывая.

Достоинства: значительно увеличивает адресное пространство; упрощает маршрутизацию; поддерживает шифрование; содержит функцию Anycast для отправки пакета сразу по нескольким адресам; обладает расширяемостью и обратной совместимостью с IPv4.

Недостатки: изучение особенностей протокола потребует больших временных затрат; не все используемые сейчас приложения совместимы с новым протоколом.

Протокол IPv6: где-то прибыло, а где-то убыло

С использованием IPv6 размер адресного пространства значительно увеличивается: теперь доступны 340 триллионов триллионов триллионов адресов. Однако, несмотря на увеличение адресного пространства, заголовки пакетов - существенная часть каждого компонента пересылаемой информации, где указывается источник данных, адресат и т. д. - станут значительно меньше. Благодаря изменению структуры заголовка маршрутизаторы и компьютеры смогут проще обрабатывать информацию.

Чтобы уменьшить размер заголовков пакетов, в IPv6 реализован «механизм цепочек», позволяющий в начале пакета организовывать в цепочку несколько заголовков. При этом пакеты содержат только необходимые им заголовки (такие как качество услуг). В отличие от своего последователя IPv4 содержит множество полей общего назначения, объединенных в заголовок значительно большего размера, что в конечном итоге увеличивает объем трафика и снижает скорость передачи данных. Еще одно преимущество цепочки заголовков IPv6 в том, что она позволит организации IETF в будущем определить дополнительные возможности заголовков.

Internet-ресурсы по IPv6

• 6bone (экспериментальная магистраль IPv6, функционирующая в Internet) - http://www.6bone.net
• Поддержка протокола IPv6 в Linux - http://www.terra.net/ipv6
• Материалы Microsoft, посвященные стеку протокола IPv6, - http://research.microsoft.com
• Литература и ссылки на Web-узлы, на которых находится информация о Ipng, - http://playground.sun.com/pub/ipng/html/ipng-main.html

Стеки протокола IPv6

Чтобы упростить переход к новому протоколу, можно воспользоваться одним из стеков IPv6, созданных для популярных операционных систем

Протокол будущего

Новый протокол предлагает более эффективное решение многих задач