Översikt över Internet Protocol version 6 (IPv6)

  • Artikel

Internet Protocol version 6 (IPv6) är en uppsättning standardprotokoll för Internets nätverksskikt. IPv6 är utformat för att lösa många av problemen i den aktuella versionen av Internet Protocol-sviten (kallas IPv4) om uttömning av adresser, säkerhet, automatisk konfiguration, utökningsbarhet och så vidare. IPv6 utökar funktionerna på Internet för att aktivera nya typer av program, inklusive peer-to-peer- och mobilprogram. Följande är de viktigaste problemen med det aktuella IPv4-protokollet:

  • Snabb uttömning av adressutrymmet.

    Detta har lett till användning av nätverksadressöversättare (NAT) som mappar flera privata adresser till en enda offentlig IP-adress. De största problemen som skapas med den här mekanismen är bearbetning av omkostnader och brist på anslutning från slutpunkt till slutpunkt.

  • Brist på hierarkistöd.

    På grund av den inbyggda fördefinierade klassorganisationen saknar IPv4 verkligt hierarkiskt stöd. Det är omöjligt att strukturera IP-adresserna på ett sätt som verkligen mappar nätverkstopologin. Den här viktiga designfelet skapar behovet av stora routningstabeller för att leverera IPv4-paket till valfri plats på Internet.

  • Komplex nätverkskonfiguration.

    Med IPv4 måste adresser tilldelas statiskt eller med hjälp av ett konfigurationsprotokoll som DHCP. I en idealisk situation skulle värdarna inte behöva förlita sig på administrationen av en DHCP-infrastruktur. I stället skulle de kunna konfigurera sig själva baserat på det nätverkssegment där de finns.

  • Brist på inbyggd autentisering och konfidentialitet.

    IPv4 kräver inte stöd för någon mekanism som tillhandahåller autentisering eller kryptering av utväxlade data. Detta ändras med IPv6. Internet Protocol Security (IPSec) är ett IPv6-supportkrav.

En ny protokollsvit måste uppfylla följande grundläggande krav:

  • Storskalig routning och adressering med låg omkostnad.
  • Automatisk konfiguration för olika anslutningssituationer.
  • Inbyggd autentisering och konfidentialitet.

IPv6-adressering

Med IPv6 är adresserna 128 bitar långa. En orsak till ett så stort adressutrymme är att dela upp de tillgängliga adresserna i en hierarki med routningsdomäner som återspeglar Internets topologi. En annan orsak är att mappa adresserna för nätverkskort (eller gränssnitt) som ansluter enheter till nätverket. IPv6 har en inbyggd funktion för att matcha adresser på den lägsta nivån, som är på nätverksgränssnittsnivå, och som även har funktioner för automatisk konfiguration.

Textrepresentation

Följande är de tre konventionella formulär som används för att representera IPv6-adresserna som textsträngar:

  • Kolon-hexadecimal form:

    Det här är det föredragna formuläret n:n:n:n:n:n:n:n. Var n och en representerar hexadecimalt värde för ett av de åtta 16-bitarselementen i adressen. Exempel: 3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.

  • Komprimerat formulär:

    På grund av adresslängden är det vanligt att ha adresser som innehåller en lång sträng med nollor. För att förenkla skrivning av dessa adresser använder du det komprimerade formuläret, där en enda sammanhängande sekvens med 0 block representeras av en dubbelkolonsymbol (::). Den här symbolen kan bara visas en gång i en adress. Multicast-adressen FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 i komprimerad form är FFED::BA98:3210:4562till exempel . Unicast-adressen 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 i komprimerad form är 3FFE:FFFF::8:800:20C4:0. Loopback-adressen 0:0:0:0:0:0:0:1 i komprimerad form är ::1. Den ospecificerade adressen 0:0:0:0:0:0:0:0 i komprimerad form är ::.

  • Blandat formulär:

    Det här formuläret kombinerar IPv4- och IPv6-adresser. I det här fallet är n:n:n:n:n:n:d.d.d.dadressformatet , där varje n representerar hexadecimala värden för de sex IPv6-adresselementen med hög ordning på 16 bitar och varje d representerar decimalvärdet för en IPv4-adress.

Adresstyper

De inledande bitarna i adressen definierar den specifika IPv6-adresstypen. Fältet variabellängd som innehåller dessa inledande bitar kallas för ett formatprefix (FP).

En IPv6 unicast-adress är uppdelad i två delar. Den första delen innehåller adressprefixet och den andra delen innehåller gränssnittsidentifieraren. Ett kortfattat sätt att uttrycka en IPv6-adress/prefixkombination är följande: ipv6-address/prefix-length.

Följande är ett exempel på en adress med ett 64-bitars prefix.

3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.

Prefixet i det här exemplet är 3FFE:FFFF:0:CD30. Adressen kan också skrivas i komprimerad form, som 3FFE:FFFF:0:CD30::/64.

IPv6 definierar följande adresstyper:

  • Unicast-adress:

    En identifierare för ett enda gränssnitt. Ett paket som skickas till den här adressen levereras till det identifierade gränssnittet. Unicast-adresserna skiljer sig från multicast-adresserna med värdet för högordningsoktetten. Multicast-adressernas högordningsoktett har hexadecimalt värde för FF. Alla andra värden för den här oktetten identifierar en unicast-adress. Följande är olika typer av unicast-adresser:

    • Länklokala adresser:

      Dessa adresser används på en enda länk och har följande format: FE80::*InterfaceID*. Länklokala adresser används mellan noder på en länk för konfiguration av automatisk adress, identifiering av granne eller när inga routrar finns. En länklokal adress används främst vid start och när systemet ännu inte har hämtat adresser med större omfång.

    • Platslokala adresser:

    Dessa adresser används på en enda plats och har följande format: FEC0::*SubnetID*:*InterfaceID*. De platslokala adresserna används för adressering på en plats utan behov av ett globalt prefix.

    • Globala IPv6 unicast-adresser:

    Dessa adresser kan användas via Internet och har följande format: *GlobalRoutingPrefix*::*SubnetID*:*InterfaceID*.

  • Multicast-adress:

    En identifierare för en uppsättning gränssnitt (som vanligtvis tillhör olika noder). Ett paket som skickas till den här adressen levereras till alla gränssnitt som identifieras av adressen. Multicast-adresstyperna ersätter IPv4-sändningsadresserna.

  • Anycast-adress:

    En identifierare för en uppsättning gränssnitt (som vanligtvis tillhör olika noder). Ett paket som skickas till den här adressen levereras endast till ett gränssnitt som identifieras av adressen. Det här är det närmaste gränssnittet som identifieras av routningsmått. Anycast-adresser tas från unicast-adressutrymmet och är inte syntaktiskt urskiljbara. Det adresserade gränssnittet utför skillnaden mellan unicast- och anycast-adresser som en funktion i konfigurationen.

I allmänhet har en nod alltid en länklokal adress. Den kan ha en platslokal adress och en eller flera globala adresser.

IPv6-routning

En flexibel routningsmekanism är en fördel med IPv6. På grund av hur IPv4-nätverks-ID:n allokeras och allokeras måste stora routningstabeller underhållas av routrarna som finns i Internets stamnät. Dessa routrar måste känna till alla vägar för att vidarebefordra paket som potentiellt dirigeras till en nod på Internet. Med sin förmåga att aggregera adresser tillåter IPv6 flexibel adressering och minskar drastiskt storleken på routningstabeller. I den här nya adresseringsarkitekturen måste mellanliggande routrar endast hålla reda på den lokala delen av nätverket för att vidarebefordra meddelandena på lämpligt sätt.

Identifiering av granne

Några av funktionerna som tillhandahålls av grannidentifieringen är:

  • Routeridentifiering: På så sätt kan värdar identifiera lokala routrar.
  • Adressmatchning: Detta gör att noder kan matcha en länknivåadress för en motsvarande nästa hoppadress (en ersättning för Address Resolution Protocol [ARP]).
  • Automatisk adresskonfiguration: På så sätt kan värdar automatiskt konfigurera platslokala och globala adresser.

Grannidentifiering använder Internet Control Message Protocol för IPv6-meddelanden (ICMPv6) som innehåller:

  • Routerannons: Skickas av en router pseudovis eller som svar på en routerbegäran. IPv6-routrar använder routerannonser för att annonsera deras tillgänglighet, adressprefix och andra parametrar.
  • Routerbegäran: Skickas av en värd för att begära att routrar på länken skickar en routerannons omedelbart.
  • Angränsande begäran: Skickas av noder för adressmatchning, dubblettadressidentifiering eller för att verifiera att en granne fortfarande kan nås.
  • Grannannons: Skickas av noder för att svara på en angränsande begäran eller för att meddela grannar om en ändring i länknivåadressen.
  • Omdirigering: Skickas av routrar för att ange en bättre nästa hopp-adress till ett visst mål för en skickande nod.

Automatisk konfiguration av IPv6

Ett viktigt mål för IPv6 är att stödja node Plug and Play. Det vill: det bör vara möjligt att ansluta en nod till ett IPv6-nätverk och få den automatiskt konfigurerad utan mänsklig inblandning.

Typer av automatisk konfiguration

IPv6 stöder följande typer av automatisk konfiguration:

  • Tillståndskänslig automatisk konfiguration:

    Den här typen av konfiguration kräver en viss nivå av mänsklig inblandning eftersom den behöver en DHCPv6-server (Dynamic Host Configuration Protocol för IPv6) för installation och administration av noderna. DHCPv6-servern har en lista över noder som den tillhandahåller konfigurationsinformation till. Den har också tillståndsinformation så att servern vet hur länge varje adress används och när den kan vara tillgänglig för omtilldelning.

  • Tillståndslös automatisk konfiguration:

    Den här typen av konfiguration är lämplig för små organisationer och individer. I det här fallet avgör varje värd sina adresser från innehållet i mottagna routerannonser. Med hjälp av IEEE EUI-64-standarden för att definiera nätverks-ID-delen av adressen är det rimligt att anta att värdadressen på länken är unik.

Oavsett hur adressen bestäms måste noden kontrollera att dess potentiella adress är unik för den lokala länken. Detta görs genom att skicka ett meddelande om närliggande begäran till den potentiella adressen. Om noden tar emot något svar vet den att adressen redan används och måste fastställa en annan adress.

IPv6-mobilitet

Spridningen av mobila enheter har infört ett nytt krav: En enhet måste godtyckligt kunna ändra platser på IPv6 Internet och fortfarande underhålla befintliga anslutningar. För att tillhandahålla den här funktionen tilldelas en mobil nod en hemadress där den alltid kan nås. När den mobila noden är hemma ansluter den till hemlänken och använder sin hemadress. När den mobila noden är borta från hemmet vidarebefordrar en hemagent, som vanligtvis är en router, meddelanden mellan den mobila noden och de noder som den kommunicerar med.

Inaktivera eller aktivera IPv6

Om du vill använda IPv6-protokollet kontrollerar du att du kör en version av operativsystemet som stöder IPv6 och ser till att operativsystemet och nätverksklasserna är korrekt konfigurerade.

Konfigurationssteg

I följande tabell visas olika konfigurationer

Os IPv6 aktiverat? Kod-IPv6 aktiverat? beskrivning
❌ Nej ❌ Nej Kan parsa IPv6-adresser.
❌ Nej ✔️ Ja Kan parsa IPv6-adresser.
✔️ Ja ❌ Nej Kan parsa IPv6-adresser och matcha IPv6-adresser med namnmatchningsmetoder som inte har markerats som föråldrade.
✔️ Ja ✔️ Ja Kan parsa och lösa IPv6-adresser med alla metoder, inklusive de som har markerats som föråldrade.

IPv6 är aktiverat som standard. Om du vill konfigurera den här växeln i en miljövariabel använder du DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6 miljövariabeln. Mer information finns i .NET-miljövariabler: DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6.

Se även