UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURETIFACULTATEA DE ELECTRONIC, TELECOMUNICAII I TEHNOLOGIA INFORMAIEI

Reele de Calculatoare i Internet

Adresarea la nivel reea i protocolul IPv6-tem de curs-

Masterand

Ctlin Crmaciu,

An VI, Master ISC

1. Adresarea la nivel reea Internetul a ajuns astzi o colecie imens de segmente de reea care partajeaz n comun resurse informaionale. Acest lucru implic necesitatea unei scheme de adresare pe care echipamentele din cadrul reelei se pot baza pentru a determina destinaia datelor pe care le transmit, mecanism care este pus la dispoziie de ctre nivelul reea prin intermediul protocolului IP (Internet Protocol). A fost nevoie de proiectarea acestui protocol deoarece protocoalele de adresare de nivel inferior puteau fi folosite doar n reelele de dimensiuni mici. Aceste protocoale folosesc de obicei un nume pentru a identifica un calculator din reea (de exemplu adresa MAC). Dar, pe msur ce reeaua se dezvolt, organizarea acestor nume devine un calvar, interconectarea ntre dou astfel de subreele presupunnd verificarea numelor calculatoarelor ce le alctuiesc pentru a se asigura evitarea duplicatelor. Acest tip de adresare este unul de tip neierarhizat. Schema de adresare non-ierarhizat atribuie unui echipament urmtoarea adres disponibil dintr-o list dat. Adresele MAC funcioneaz n aceast manier.Un productor de plci de reea primete o secven de numere ce pot fi atribuite respectivelor dispozitive. Prima parte a fiecrei adrese resprezint codul atribuit productorului, iar cea de a doua parte este atribuit de vnztor, secvenial. Spre deosebire de adresarea neierahizat, adresarea ierarhizat nu folosete alocarea aleatorie a unei adrese, ci mai degrab n funcie de localizarea unei staii de lucru.Pentru o reea de dimensiuni mai mari, inconvenientul adresrii bazate pe o schem neierahizat a fost rezolvat cu succes de protocolul IP, care folosete o schem de adresare ierahic, adresare care are o structur specific i care nu aloc aleator adresele. Privind dintr-o perspectiv practic cele expuse mai sus, echipamentele de nivel reea folosite la interconectarea reelelor sunt routerele. Acestea sunt capabile s ia decizii logice cu privire la traseul cel mai bun pe care trebuie s-l urmeze un pachet prin reea. Funcia prin care este identificat drumul optim permite routerului s evalueze posibilele trasee pe care le are la dispoziie un pachet pentru a ajunge la destinaie.

Serviciile pentru rutare folosesc informaiile despre topologia reelei pentru a evalua aceste rute. Determinarea drumului optim (se mai numete i rutare) reprezint procesul la care face apel un router pentru a alege cea mai bun cale pe care trebuie s o urmeze un pachet pentru a ajunge la destinaie. Adresele de reea identific parial drumul folosit de un router pentru transmisia unui pachet ntr-o reea: care este sursa i destinaia unui pachet. Se poate face o paralel ntre sistemul de telefonie: fiecare ora, ar, continent are un cod unic de identificare. Fiecare abonat are un numr de telefon.

Dac la nivelul reea nu ar exista o schem de adresare similar cu exemplul anterior, rutarea nu ar putea avea loc. Routerul are nevoie de adrese de reea (atribuite n mod ierarhic) pentru a putea transfera n mod corespunztor pachetele ctre destinaie.

Majoritatea dispozitivelor de reea dein att o adres MAC, ct i o adres specific unui

anumit protocol. Cnd un calculator este mutat dintr-o reea n alta, i pstreaz adresa

MAC dar i modific adresa de reea. Adresa MAC o putem compara cu numele noastre:

odat declarat, numele unei persoane poate fi mai greu schimbat. Adresa de reea o putem

compara cu adresa de domiciliu a unei persoane.In concluzie, principala funcie a nivelului reea o reprezint gsirea celui mai bun drum pe care trebuie s-l parcurg un pachet prin reea, de la surs la destinaie, iar Internet Protocol reprezint cea mai folosit schem de adresare ierarhic la nivelul reea.

Dac aruncm o privire asupra modelului OSI, vom observa c pe msur ce informaiile strbat n jos nivelurile acestui model, datele sunt ncapsulate la fiecare nivel. La nivelul reea datele sunt transformate n datagrame, i dac reeaua folosete adresarea IP, datele sunt transformate n datagrame IP.

2. Protocolul IPRolul protocolului IP este atat de important n cadrul transferului de date interreele nct poate fi considerat pe bun dreptate elementul central al Internetului. Sarcina acestui protocol este de a oferi o cale pentru a transporta datagramele de la surs la destinaie, fr a ine seama dac mainile sunt sau nu n aceeai reea sau dac sunt sau nu alte reele ntre ele. Teoria spune c datagramele IP pot s aib fiecare pn la 64 de Koctei, dar n practic acestea au n jur de 1500 de octei. Fiecare din aceste datagrame este tranmis prin Internet, eventual fragmentat n uniti mai mici. Cnd toate aceste uniti ajung la destinaie, ele sunt reasamblate de nivelul reea, formnd datagrama original care este pasat nivelului transport de pe maina receptoare.

O datagram IP este alctuit dintr-o parte de antet(header) i o parte de text. Antetul are o parte fix de 20 octei i o parte opional cu lungime variabil. Structura antetului IP este prezentat n continuare:4 bii4 bii8 bii16 bii

VersiuneIHLTip serviciuLungime total

Identificare Flags(3 biti)Deplasament fragment

Timp de via (TTL)ProtocolSum de control

Adres surs

Adres destinaie

Opiuni

Figura 1: Structura antetului IPCmpul Versiune memoreaz versiunea protocolului cruia i aparine datagrama

transmis. Astfel devine posibil tranziia dintre versiunile aceluiai protocol (de la IPv4 la IPv6, de exemplu).

Cmpul IHL (Internet Header Length) specific lungimea antetului (spuneam c lungimea sa nu este constant) n cuvinte de 32 de bii. Valoarea minim este 5 i se aplic

atunci cnd nu sunt prezente alte opiuni.

Tip serviciu este cmpul care permite sursei s comunice ce tip de serviciu dorete: fiabil, rapid sau o combinaie. La rndul su, acest cmp conine un subcmp numit preceden i 3 flaguri (indicatori): D, T, R. Subcmpul preceden are o lungime de 3 bii i stabilete prioritile de la 0 la 7.Cei trei indicatori (flaguri) permit sursei s stabileasc factorii care o afecteaz cel mai

mult: ntrzierea, throughput-ul (productivitatea) sau fiabilitatea. Aceste cmpuri au fost

introduse pentru a sprijini deciziile pe care le au de luat routerele. Majoritatea routerelor

ignor ns aceti indicatori.

Cmpul lungime total se refer la ntregul coninut al datagramei: antetul i datele. Lungimea maxim este de 65535 de octei. La ora actual pot fi transmise datagrame mai mari de aceast dimensiune doar n msura n care destinatarul este capabil s le accepte.

Prin intermediul cmpului identificare destinatarul unei datagrame determin crei

datagrame aparine un anumit pachet. Toate fragmentele unei anumite datagrame conin aceeai

valoare de identificare.

Cmpul deplasamentul fragmentului este precedat de dou indicatoare: DF i MF. DF (Dont Fragment) indic ruterelor s nu fragmenteze o datagram deoarece calculatorul destinaie nu este capabil s le asamblaze la loc. Toate calculatoarele trebuie s accepte fragmente de 576 octei sau mai mici. MF (More Fragments) este indicatorul care arat dac toate frgamentele unei datagrame au ajuns la destinaie. Toate fragmentele, cu excepia ultimului au acest indicator activat.

Dup aceti indicatori urmeaz deplasamentul fragmentului, care indic locul fragmentului curent n cadrul datagramei. Toate fragmentele unei datagrame, cu excepia ultimului, trebuie s fie multipli de 8 octei. Cum acest cmp are o lungime de 13 bii, nseamn c exist maxim 213 fragmente pe datagram (8192) i o lungime maxim a acesteia de 65536 de octei.Timpul de via este un contor folosit pentru a limita durata de via a pachetelor. Acest timp este msurat n secunde, avnd o valoare maxim de 255 de secunde. Prin intermediul su se previne ca un pachet s circule la infinit prin reea. n practic TTL contorizeaz doar hop-urile (salturile, ruterele) dintr-o reea n alta.

Dup ce reasamblez datagramele, nivelul reea trebuie s tie ce s fac mai departe cu

acestea. n acest moment intervine cmpul protocol care spune nivelului reea crui proces de transport trebuie pasat datagrama. Printre cele mai importante protocoale pot fi menionate: ICMP - Internet Control Message Protocol, IGMP - Internet Group Management Protocol, RGMP - Router-port Group Management Protocol, TCP - Transmission Control Protocol, EGP - Exterior Gateway Protocol, IGRP Interior Gateway Routing Protocol, UDP- User Datagram Protocol, IPv6 over IPv4, EIGRP, OSPF - Open Shortest Path First, MOSPF - Multicast Open Shortest Path First.

Suma de control a antetului trebuie recalculat de fiecare dat cnd antetul unei datagrame se modific (de obicei la trecerea dintr-o reea n alta) i detecteaz erorile generate n memoria routerelor.

Cmpurile adres surs i adres destinaie vor fi discutate n paragrafele urmtoare. Ele indic cine este la originea datagramei i cine este destinatarul acesteia. Cmpul opiuni, a crui lungime este variabil, a fost inclus pentru a permite dezvoltarea versiunilor viitoare ale protocolului.

3. Adresarea IP i clasele de adreseO adres IP conine informaiile necesare pentru a transporta un pachet de date prin reea i este reprezentat printr-un numr binar cu o valoare egal cu 32 de bii. O manier uoar n care se poate citi o adres IP presupune mprirea adresei n patru octei, fiecare octet coninnd 8 bii. Valoarea maxim a fiecrui octet (n zecimal) este 255.

Poriunea network din cadrul unei adrese IP identific reeaua creia i aparine un

echipament. Poriunea host a adresei identific n mod unic dispozitivul conectat la reea.

Deoarece o adres IP este alctuit din patru octei separai prin punct, primul, al doilea sau al treilea dintre acetia pot fi folosii pentru a identifica reeaua din care face parte un dispozitiv. La fel i pentru identificarea dispozitivului n sine.

Exist trei clase de adrese IP comerciale, clase gestionate de InterNIC: clasa A, B sau C (mai exist D i E dar acestea nu sunt comerciale). Clasa A este rezervat de InterNIC organizaiilor guvernamentale (mai mult guvernelor) din lumea ntreag; clasa B este rezervat organizaiilor medii-mari, iar clasa C este rezervat oricrui alt tip de organizaie.

Cnd o adres din clasa A este scris n format binar, primul bit este ntotdeauna 0. Primii doi bii ai unei adrese din clasa B sunt 10, iar primii trei bii ai unei adrese din clasa C sunt ntotdeauna 110.

n cadrul unei adrese IP din clasa A, primul octet identific numrul reelei atribuit de InterNIC. Administratorul respectivei reele va atribui valori pentru restul de 24 de bii. O manier uoar prin care se poate recunoate dac un dispozitiv face parte dintr-o reea de clas A presupune analizarea primului octet al adresei IP. Numerele din primul octet al adreselor din clasa A sunt cuprinse ntre 0 i 127. Toate adresele IP din clasa A folosesc doar primii 8 bii pentru a identifica poriunea network din cadrul unei adrese. Restul de trei octei din cadrul adresei sunt rezervai poriunii host din cadrul adresei. Cea mai mic adres ce poate fi atribuit unui host va avea toi biii din cadrul ultimilor trei octei la valoarea 0. Cel mai mare numr ce poate fi atribuit poriunii host va avea toi biii din ultimii trei octei la valoarea 1. Orice reea care face parte dintr-o clas A de adrese IP poate s conin 2 la puterea a 24-a -2host-uri (adic 16.777.214). n cadrul unei adrese IP din clasa B, primii doi octei identific numrul reelei atribuit de InterNIC. Administratorul unei astfel de reele poate s atribuie valori urmtorilor 16 bii. Cnd se dorete recunoaterea apartenenei unei adrese la clasa B vor fi analizai primii doi octei ai adresei. Aceste adrese au ntotdeauna valori cuprinse ntre 128-191 pentru primul octet i ntre 0-255 pentru cel de al doilea octet. Toate adresele din clasa B folosesc primii 16 bii pentru a identifica poriunea network din cadrul unei adrese. Ultimii 2 octeti sunt rezervai poriunii host. Orice reea care folosete adrese din clasa B poate atribui 2 la puterea a 16-a -2 (65.534) adrese IP echipamentelor care sunt ataate acesteia.

n cadrul unei adrese IP din clasa C, primii trei octei identific numrul reelei atribuit de ctre InterNIC. Administratorul de reea poate atribui valori doar ultimului octet. Pentru a recunoate o adres din clasa C se analizeaz primii trei octei: primul octet ia valori ntre 192-223, al doilea i al treilea octet pot lua valori ntre 1-255. Toate adresele din clasa C folosesc primii 24 de bii pentru a identifica reeaua din care face parte un dispozitiv. Doar ultimul octet este rezervat poriunii host Orice reea care folosete adrese din clasa C poate aloca 2 la puterea a 8a -2 (254) adrese echipamentelor ataate acesteia.

Orice adres IP identific un echipament ntr-o reea i reeaua cruia i aparine. Dac spre exemplu un calculator doreste s comunice cu altul din reea, ar trebui s tie adresa IP a celui din urm. De fapt ar trebui s tie adresele tuturor calculatoarelor cu care ar dori s comunice, lucru care ar fi destul de complicat. Acest neajuns este rezolvat prin urmtorul mecanism: adresele IP care au toat poriunea de host cu valoarea 0 sunt rezervate ca adrese de reea.

Cnd se transmit date ctre toate echipamentele dintr-o reea trebuie creat o adres de broadcast (difuzare). Broadcast-ul apare cnd staia surs transmite date ctre toate celelalte dispozitive din reea. Dar pentru a fi sigur c toate aceste dispozitive sunt atente la mesajul broadcast, staia surs trebuie s foloseasc o adres IP pe care s o recunoasc toate celelalte echipamente din reea. De obicei, ntr-o astfel de adres, biii din poriunea host au toi valoarea 1.

Poriunea network din cadrul unei adrese IP se numete identificatorul reelei

(network ID). ntr-o reea, hosturile pot comunica ntre ele doar dac au acelai identificator de reea. Acestea pot s partajeze acelai segement fizic de reea, dar dac au identificatori de reea diferii, nu pot comunica dect dac exist un alt dispozitiv care s realizeze conexiunea ntre sgementele logice ale reelei (sau identificatorii acestora).

Poriunea host din cadrul unei adrese IP se numete identificator host i reprezint zona prin intermediul creia se identific un dispozitiv dintr-o reea. Dup cum s-a artat deja, fiecare clas de adrese IP permite un numr fix de hosturi. Dar nu trebuie scpat din vedere faptul c prima adres din fiecare reea este rezervat pentru a identifica reeaua, iar ultima adres este rezervat pentru broadcast.

4. Adresarea IP n subreeleDe cele mai multe ori, n practic, pentru o mai mare flexibilitate, administratorii de

reea sunt nevoii s mpart o reea n dou sau mai multe subreele. Similar cu poriunea

host din cele trei clase de adrese, adresele pentru subreele pot fi atribuite de ctre

administratorul de reea. Mai mult, ca i n cazul general, adresele subreelelor sunt unice.

Adresa pentru o subreea include numrul (identificatorul) reelei, numrul subreelei i

numrul hostului. Pentru a crea o subreea, administratorul trebuie s mprmute bii din

poriunea de host a unei clase i s-i foloseasc n cadrul cmpului subreea. Numrul

minim de bii ce pot fi mprumutai din zona host este 2. Dac se dorete a se mprumuta

doar 1 bit pentru a crea o subreea, atunci vom fi n situaia de avea un singur numr pentru

reea (0) i o adres de broadcast (1). Numrul maxim de bii ce pot fi mprumutai din

poriunea host poate fi oricare cu condiia de a pstra cel puin 2 bii pentru identificatorul

de host.

Termenul tradiional de prefix pentru reele extinse sau subnet mask sau mask se refer

la identificatorul care spune dispozitivelor dintr-o reea care parte dintr-o adres IP reprezint prefixul reelei, care parte reprezint numrul subreelei i care este numrul hostului. O masc de subreea este o adres IP i are tot 32 de bii. Biii din poriunea network id i subnet au valoarea 1 n timp ce biii din poriunea host au valoarea 0.ntr-o reea IP, cea mai mic adres este adresa de reea, sau identificatorul acesteia.

Aceast afirmaie este valabil i n cazul subreelelor: adresa cea mai mic este adresa

subreelei. Ruterul este dispozitivul de reea care realizeaz operaii booleene (pentru a ti

pe ce traseu trebuie s trimit informaiile), iar dintre acestea cea mai important este AND.

Pentru a identifica o subreea, ruterul realizeaza un I logic ntre adresa IP i subnet mask-ul, rezultatul obinut reprezentnd numrul reelei/subreelei: masca unei subreele este tot o adres IP, avnd 32 de bii separai n patru octei. ntr-o masc de reea, toi biii din poriunea network/subnetwork au valoarea 1, iar cei din poriunea host 0.

Spre exemplu dac nu s-au mprumutat bii pentru calcularea subreelelor, masca de reea pentru o reea de clas B va fi implicit 255.255.0.0. Dac s-ar mprumuta 8 bii din poriunea host, masca de subreea a acestei clase ar deveni 255.255.255.0. Deoarece poriunea host are doar doi octei, numrul maxim al biilor ce pot fi mprumutai pentru obinerea de subreele este 14.De fiecare dat cnd se mprumut cte 1 bit din poriunea host, numrul subreelelor create crete cu 2 la puterea numrului biilor mprumutai. Efectul imediat al unui astfel de calcul: de fiecare dat cnd se mprumut un bit din poriunea host a unei adrese, numrul adreselor disponibile pentru o subreea se reduce cu o putere a lui 2.

Dac lucrurile s-ar opri aici ar fi aproape bine. Din pcate, la crearea unei subreele trebuie avut n vedere i maniera n care aceste subreele i hosturile asociate lor vor fi optimizate. De ce? Am amintit deja c nu se pot folosi prima i ultima subreea. De asemenea nu se pot folosi prima i ultima adres din cadrul fiecrei subreele: una este adresa de broadcast a reelei iar cealalt este adresa de reea. Prin urmare, atunci cnd se realizeaz subreele se pierd ceva adrese. Administratorul de reea trebuie s fie atent la procentul adreselor care se pierd n urma unor astfel de calcule.

De exemplu, cnd mprumutm 2 bii din poriunea host, vom obine 4 subreele, fiecare

a cte 64 hosturi. ns doar dou din aceste reele vor putea fi folosite, i doar 62 hosturi pe

reea vor fi disponibile. Ce nseamn acest lucru? C avem la dispoziie 124 adrese n loc de

256, cte ar fi fost nainte de mprirea reelei n subreele.

n fiecare clas de adrese IP, exist anumite adrese care nu sunt atribuite de InterNIC.

Acestea sunt denumite adrese private sau rezervate.

Adresa 127.0.0.1 este rezervat, fiind alocat calculatorului local (local host). Se mai

numete si adres de loop back (bucl). Acest numar va fi selectat pentru accesarea serverului Web instalat pe calculatorul propriu sau pentru a testa funcionarea cartelei de reea.

Pentru clasa A este utilizat ID 10, adic adresele de la 10.0.0.0 la 10.255.255.255.

Pentru clasa B, se folosesc ID-urile de la 172.16.0.0 pn la 172.31.0.0. Pentru clasa C sunt

disponibile adresele ncepnd cu 192.168.0.0 pna la 192.168.255.0 (256 de adrese).

Calculatoarele care nu se conecteaz la Internet, care nu folosesc un proxy server, sau

care nu folosesc network address translation (NAT), pot folosi astfel de adrese. Exist o

mulime de aplicaii care nu necesit conectivitate extern pentru calculatoare.

5. Scurt istoric al schemelor de adresare n InternetInformaia prezentat anterior este valabil pentru versiunea a 4-a a protocolului IP. Dar pentru ca lucrurile s fie ceva mai clare nainte de a trece la expunerea despre IPv6 este recomandat un scurt istoric al Internetului i al schemelor de adresare.

Cnd ARPANET a fost creat la sfritul anilor 60, a fost echipat cu un Network Control Protocol (NCP) ce facea posibil conectarea diferitelor tipuri de hosturi legate la reea. ns a devenit curnd clar c NCP limita n unele feluri, aa c munca a nceput pentru crearea unei alternative. Inginerii au decis c era normal s mpart imensul protocol NCP n dou: un protocol internet (Internet Protocol) ce permite pachetelor s fie rutate ntre diferite reele conectate la ARPANET, i un protocol pentru controlul transportului (Transport Control Protocol) ce preia un flux de date, l mparte n segmente i transmite segmentele folosind Internet Protocol-ul; aa s-a nscut TCP/IP. Pe partea cealalt, TCP-ul ce primea conexiunea se asigura c segmentele sunt asamblate n ordinea corect nainte de a fi livrate ca un flux de date ctre aplicaia destinaie. Un rezultat important al acestei metode este c, spre deosebire, de exemplu, de un telefon conectat la o reea de telefonie (cu fir sau wireless), un host conectat la ARPANET atunci i la Internet acum trebuie s-i cunoasc propria adres.TCP/IP a funcionat ireproabil nc de la naterea sa n 1981, dar de la o vreme a devenit clar c partea IP are o limitare ce face creterea continu a Internetului pentru cteva decenii s fie problematic. Pentru a acomoda un numr mare de hosturi, dar a nu irosi prea mult spaiu n pachetele IP, creatorii TCP/IP au ales o dimensiune de adres de 32 de biti. Cu acetia este posibil s existe 4.294.967.296 valori diferite. Mai mult de jumtate de miliard din acestea sunt inutilizabile din diferite motive, rmnnd un total de peste 3.7 miliarde de posibile adrese pentru hosturi pe Internet. ncepnd de la 1 ianuarie 2007, 2.4 miliarde din acestea erau folosite ntr-un fel sau altul. 1.3 miliarde erau nc libere, iar aproape 170 milioane de noi adrese sunt ocupate n fiecare an. Dac aceast cretere continu, peste 7.5 ani nu vom mai avea adrese IP; chiar mai repede dac numrul de adrese folosite pe an crete.

Pentru a face fa acestei probleme cineva aduce de obicei n discuie alternativa NAT. Routerele pentru case (i multe dintre echipamentele enterprise) pot folosi o tehnic numit network address translation astfel nct o singur adres IP poate fi imprit de un numr mare de hosturi. De ce nu este eficient a se folosi NAT n reele mari? Hosturile sub un device NAT primesc adrese n blocurile 10.0.0.0, 172.16.0.0 sau 192.168.0.0 ce au fost lsate pentru uz privat n RFC 1918. Echipamentul NAT nlocuiete adresa privat n pachetele trimise de host n reeaua intern cu propria sa adres i invers pentru pachetele primite. Astfel, mai multe calculatoare pot mpri o singur adres public. NAT are ns cteva dezavantaje. n primul rnd, conexiunile incoming nu mai funcioneaz, deoarece, n momentul n care o cerere de sesiune vine din afar, echipamentul NAT nu tie crui host intern i este adresat. Aceast problem se poate rezolva n mare cu port mappings i protocoale precum uPnP i NAT-PMP.Lucrurile se complic pentru aplicaiile ce au nevoie de referrals. NAT distruge protocoalele ce se ocup de adrese IP embedded. De exemplu, cu VoIP, computerul client spune serverului Te rog trimite apelurile ctre aceast adresa. Evident acest lucru nu merge dac adresa respectiv este privat. Ocolirea acestui impediment implic foarte mult logic special case n echipamentul NAT, protocolul de comunicaie i/sau aplicaie. Pentru acest motiv i alte cteva, cei mai muli oameni ce particip n Internet Engineering Task Force (IETF) nu sunt foarte ncntai de NAT. n orice caz, mai la obiect, NAT este deja foarte folosit i tot sunt necesare 170 milioane de noi adrese IP pe an.n zilele de nceput ale Internetului, unele organizaii au primit blocuri de adrese excesiv de mari. De exemplu, IBM, Xerox, HP, Dec, Apple i MIT au primit blocuri de adrese class A de aproximativ 17 milioane de adrese. (Astfel, HP, care a achiziionat DEC, are mai mult de 33 de milioane de adrese). Eliberarea acelor blocuri ar necesita un efort imens i ar mai oferi doar civa ani: n momentul de fa terminm un bloc de adrese class A n 5 sptmni. Este discutabil ct timp putem face ca spaiul pentru adresele IP s fie disponibil, mai ales c din ce n ce mai multe echipamente, precum telefoane VoIP, se conecteaz la Internet. Aa c, la nceputul anilor 90, din nevoia rezolvrii optime a problemei crizei spaiului de adrese, IETF a nceput proiectul noii generaii IP (IP next generation).6. Adresarea n IPv6

Proiectul IPng a rezultat n IPv6 n 1995. Pe lng adresele sursei, destinaiei i alte informaii, fiecare pachet IP conine i un numr de versiune. Din motive netiute pachetele curente IP sunt versiunea 4, iar primul numr de versiune valabil pentru noul protocol era 6. Astfel, vechiul IP este acum numit IPv4, iar cel nou este IPv6. Pe lng autoconfigurare i alte detalii minore, IPv6 suport n primul i cel mai important rnd adrese mai mari. Mult mai mari. 40 sau 48 de bii ne-ar fi dat mai mult de un trilion sau respectiv 281 trilioane de adrese, iar 64 de bii ar fi fost un numr rotund. Dar IETF au optat pentru 128 de bii. Numrul total de posibile adrese ce ne sunt astfel oferite este de 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456. Adresele IPv4 sunt scrise prin mprirea lor n 4 valori pe 8 bii i adugarea punctelor ntre ele, de exemplu 192.0.2.31. Adresele IPv6 pe de alt parte sunt scrise ca opt valori pe 16 bii cu dou puncte (:) ntre ele iar fiecare valoare de 16 bii este afiat n hexazecimal, folosind numere i litere de la A la F. Un exemplu de adres IPv6 este 2001:db8:31:1:20a:95ff:fef5:246e. Nu este neobinuit ca adresele IPv6 sa aib secvene consecutive de zerouri. n aceste cazuri, exact una dintre acele secvene poate fi eliminat. Astfel 2001:db8:31:0:0:0:0:1 devine 2001:db8:31::1 iar adresa loopback IPv6 0:0:0:0:0:0:0:1 devine ::1. Dei n aproape toate privinele IPv6 este tot IP i funcioneaz n mare msur la fel ca IPv4, noul protocol se deprteaz de IPv4 n unele privine. Cu IPv4 este nevoie de un server DHCP pentru a-i spune adresa ta dac nu vrei s o configurezi manual. Acest lucru funcioneaz foarte bine dac este un singur server DHCP, dar nu la fel dac sunt mai mult de unul i ofer informaii conflictuale. Poate de asemenea s fie greu s se obin aceeasi adres dup rebooturi cu DHCP.Cu IPv6, DHCP este n mare msur inutil datorit autoconfigurrii stateless (stateless autoconfiguration). Acesta este un mecanism prin care routerii trimit router advertisements (RA) ce conin primii 64 de bii ai unei adrese IPv6, iar hostul genereaz restul de 64 de bii pentru a forma o adres complet.Tradiional, ultimii 64 de bii ai unei adrese IPv6 sunt generai de la o adres MAC prin nlocuirea unui bit i adugarea biilor ff:fe n mijloc. Astfel, adresa Ethernet MAC 00:0a:95:f5:24:6e devine 20a:95ff:fef5:246e ca ultima parte a unei adrese IPv6, parte numit interface identifier. Astfel, dac toate routerele trimit acelai prefix pentru primii 64 de bii, hostul va configura mereu aceeai adres IPv6 pentru el nsui. Nu este necesar niciun fel de configurare, nici pe host nici pe serverul DHCP. n mod alternativ, un host poate genera adresa IPv6 folosind un numr aleator pentru ca adresa MAC s rmn ascuns fa de restul Internetului. Windows folosete acest tip de adrese pentru outgoing sessions pentru a mbunti sigurana. Alte sisteme de operare pot de asemenea genera aceste adrese temporare (una noua este generat la fiecare 24 de ore) dar nu fac asta implicit.Cnd un router trimite mai multe prefixuri de adres, sau mai multe routere trimit prefixuri diferite, hosturile pot pur i simplu crea adrese de la fiecare din aceste prefixuri. Routerele pot face ca hosturile conectate la ele s modifice adresa IPv6 prin eliminarea vechiului prefix i folosirea celui nou.Dei protocolul DCHPv6 (versiunea IPv6 a DHCP) poate atribui adrese IPv6 n acelai mod cum serverele DHCP IPv4 atribuie adrese IPv4, nu s-au ntalnit servere sau clieni DHCPv6 ce folosesc aceast proprietate. Cu IPv6, DHCP este folosit n special pentru a distribui informaii adiionale precum adrese de servere DNS, dei va exista un mod de a face asta prin RA n curnd micornd i mai mult nevoia de DHCP n IPv6.

7. Tipuri speciale de adrese n IPv6Pe lng obinuita adres global unicast deja discutat, IPv6 are i alte tipuri de adrese. Nu le vom meniona pe toate, ns trei dintre cele mai importante adrese cu scop special sunt:

* Link local - sunt folosite pentru a comunica peste o singur subreea fizic sau logic (ex: Ethernet). Aceste adrese ncep cu fe80 i sunt folosite pentru funciile de administrare intern a IPv6. * Site local - reprezint echivalentul spaiului de adrese private RFC 1918 n IPv4. Totui, IEFT a gsit situaia de nedorit n care diferite organizaii folosesc acelai spaiu de adres; astfel au creat adrese unique site local unde fiecare primete un bloc selectat aleator de la spaiul de adrese ncepnd cu fd. * Multicast - reprezint un grup de adrese, deci fiecare pachet trimis ctre o adres multicast este primit de toi membrii grupului. Adresele multicast ncep cu ff i pot fi folosite pentru aplicaii unde mai multe hosturi trebuie s primeasc aceeai informaie n acelai timp, cum ar fi transmisii video n direct i de asemenea pentru configurarea automat i descoperire de reele (autoconfiguration i discovery).Cnd ruleaz sub Ethernet sau WiFi, hosturile IPv4 folosesc broadcasturi pentru funcii de descoperire. De exemplu, pentru a putea trimite un pachet prin Ethernet este necesar s fie tiut adresa MAC a destinaiei. Astfel IPv4 trimite cine este 192.0.31? ctre toate sistemele din reeaua n cauz. IPv6 pe de alt parte trimite aceste pachete unei adrese multicast astfel c doar hosturile IPv6 ce ascult aceste cereri le vad; pe alte sisteme hardware-ul Ethernet ignor pachetele i este chiar posibil ca switch-urile s le filtreze prin memorarea grupurilor de hosturi multicast i ascultarea fiecruia.

8. Avantajele IPv6Dac ar fi s sumarizm avantajele IPv6, printre cele mai importante ar putea fi menionate urmtoarele:

Opiunile sunt specificate ntr-o extensie a header-ului care este examinat numai la destinaie, ceea ce conduce la creterea performanei globale a reelei.

Introducerea adreselor anycast asigur posibilitatea de a trimite un mesaj celei mai apropiate din mainile gateway posibile n ideea c oricare din ele poate s rezolve naintarea (forwarding) pachetelor mai departe n reea. Mesajele anycast pot fi folosite pentru actualizarea tabelelor de rutare de-a lungul liniilor de comunicaie.

Pachetele pot fi identificate ca aparinnd unui "flux de transmisie" particular astfel nct pachetele care sunt pri ale unei prezentri multimedia, de pild, care trebuie s ajung la destinaie n timp real pot beneficia de un indicator QoS mult mbuntit.

Header-ul IPv6 include acum extensii ce permit unui pachet s specifice un mecanism de autentificare n legtur cu proveniena sa, pentru asigurarea integritii datelor i pentru asigurarea confidenialitii.

IPv6 ncearc s fac mai uoar construirea de routere mai rapide. El nu are de actualizat sume de control n header pentru routere, nu are fragmentare n routere, nu are opiuni n header-ul principal IPv6 i are o dimensiune a cuvntului de 64 de bii. Din nefericire, adresele de lungimi mai mari (128 de bii) dau mai mult de lucru routerelor, ceea ce poate anula multe din avantajele sale fa de IPv4. IPv6 acioneaz ntr-un anumit fel ca un update de caracteristici la IPv4. Asta nseamn c exist un numr de lucruri ce pot fi prezente opional ntr-o implementare IPv4, ns ele sunt obligatorii ntr-o implementare IPv6. Ca exemplu pot fi amintite suportul pentru multicasting, configurarea automat a host-ului, path MTU (Maximum Transmission Unit) discovery, i funcii de securitate IP. n IPv4 toate caracteristicile enumerate sunt opionale. n IPv6 este sigur c toate implementrile echivalente vor fi puse la dispoziia utilizatorului. Asta nu nseamn c, dac nu sunt necesare, ele trebuie i s fie utilizate, adic dac implementarea este obligatoriu s o aib, utilizatorul are opiunea s-o utilizeze sau nu n funcie de necesiti).

9. Diferenele dintre IPv6 i IPv4De menionat ntr-o seciune separat sunt i diferenele majore dintre IPv4 i IPv6. Adresele sunt extinse de la un format de 32 de bii (4 octei) la 128 de bii (16 octei) ceea ce face ca numrul posibil al dispozitivelor care pot fi conectate s fie practic nelimitat. Header-ul IPv6 este de lungime fix, iar opiunile sunt manevrate prin header-e nlnuite. Opiunile sunt separate n trei categorii: hop-by-hop, destination "type 1" i destination "type 2". Aceasta permite routerelor s determine ce opiuni trebuie s caute i ce nu. Fragmentarea a fost mutat din header-ul de baz n IPv4 la un header nlnuit. Fragmentarea este acum numai de tip capt-la-capt, niciodat intermediar. Routerele nu vor trebui niciodat s fragmenteze pachetele IPv6.

IPv6 are un cmp rezervat unei "etichete de flux" (flow label) care poate ajuta unele aplicaii QoS, implementate IPv6, s aib suport multicasting, securitate IP i Path MTU Discovery. Neighbor Discovery n IPv6 nlocuiete ARP n IPv4. ND ar trebui s lucreze asupra tuturor link-urilor ce ofer suport IPv6, spre deosebire de ARP, ce era de fapt o familie de protocoale uor diferite specifice unor tipuri de link-uri i topologii particulare.

ND folosete tehnologii multicast iar ARP broadcast, ceea ce va elimina problemele de tip "broadcast storms" i va permite utilizarea unor dispozitive bridge inteligente ntre reele pentru a separa oarecum traficul ND.

ND opereaz peste IPv6, ceea ce nseamn c poate fi utilizat i cu IPsec (IP Security) pentru a asigura caracteristici de securitate ca autentificarea i/sau confidenialitatea pentru comunicaiile locale.

Figura 2: Diferenele dintre header-ele IPv6 i IPv4

Figura 3: Header-ul IPv610. Securitate IPv6 Exist multe discuii despre faptul c IPv6 este mai sigur dect IPv4. Toate se rezum la dou lucruri: unul este real, cellalt nu. Vestea bun este c, datorit dimenisunii mari a spaiului unei adrese IPv6, scanarea aleatoare dup sisteme ce sunt vulnerabile este complet inutil.

Povestea spune c, la vrful exploziei de malware auto-propagat de acum civa ani, un sistem Windows fr patch-uri ar fi fost infectat mai repede decat putea downloada update-urile de securitate necesare. Cu IPv6 acest lucru este pur i simplu imposibil: chiar i cu un miliard de hosturi infectate fiecare scannd un miliard de adrese IPv6 pe secund dureaz mai mult de o sut de milioane de ani doar s scaneze spaiul adreselor IPv6 alocate ISP-urilor, spaiu ce reprezint aproximativ 0.01% din ceea ce este disponibil. Scanrile targeted, dei nu sunt uoare, sunt nc posibile, aa c msuri de securitate precum cele folosite cu IPv4 sunt nc necesare.Ideea era s se dea un imbold securitii IPv6 prin obligativitatea suportului IPsec. IPsec cripteaz fiecare pachet individual astfel c poate fi aplicat ntregului trafic IP spre deosebire de larg-folositul SSL ce funcioneaz doar peste TCP. Dintr-un numr de motive ns, este foarte greu de implementat suport IPsec n aplicaii, astfel c nu a obinut o utilizare rspndit cu excepia folosirii sale ca un mecanism de implementare a VPN-urilor.Pe scurt, un host ce are IPv6 pornit va crea un link local pentru el. Asta nseamn c orice host care are IPv6 pornit - automat pentru Windows Vista, Mac OS X i majoritatea distribuiilor Linux i BSD - poate fi accesat prin IPv6 de hosturile conectate la acelai Ethernet, chiar dac nu este un router IPv6 ce trimite RA-uri.

11. Tranziia de la IPv4 la IPv6 XE 3.1 III.1. De la IPv4 la IPv6 La proiectarea protocolului s-a avut n vedere clar c tranziia la Ipv6 trebuie s fie fr dificulti, mai ales pentru utilizatorii obinuii. Respectnd aceste cerine, s-au definit caracteristicile elementelor conceptuale ale protocolului. S-a declarat i faptul c nu trebuie s fie o dat limit pn cnd toate site-urile trebuie s migreze la noul protocol. Deci putem afirma c nu va exista o zi de comutare. n viitor, mult timp, protocoalele Ipv4 i Ipv6 trebuie s coopereze, dar n acelai timp pentru protocoalele de nivel mai nalt aceast cooperare trebuie s fie invizibil. Tranziia nu necesit un cost foarte mare, deoarece aplicaiile pot fi translatate relativ uor la Ipv6. n schimb, este important de notat c, datorit avantajelor oferite de noul protocol (vezi capitolul anterior), merit s se fac tranziia i n cazul n care reeaua are la dispoziie suficiente adrese Ipv4.

Trei metode principale de tranziie sunt cunoscute:

Dual stack stiv dubl de protocoale

Tunelare

TranslatarePrincipiul de baz al metodei dual-stack este c host-urile i ruterele compatibile Ipv6 vor avea o stiv dubl de protocoale. Asta nseamn c pe lng stiva de protocoale Ipv4 (i de exemplu, IPX, AppleTalk etc) se va instala i o stiv Ipv6, dar astfel nct aplicaiile vor putea folosi ambele protocoale. Aceast arhitectur este ilustrat n Figura 4.

Figura 4: Arhitectura dual-stack

Marele avantaj al acestei soluii este c, n cazul host-urilor, este uor de instalat. n cazul routerelor este puin mai dificil de aplicat, fiindc aici n afara faptului c o nou stiv de protocoale trebuie integrat n software-ul routerului, acesta trebuie s ofere suport i pentru alte servicii, cum ar fi: forwardarea pachetelor Ipv6, rutare Ipv6, routing update etc.

Un alt avantaj al stivei duble de protocoale este c se pot exploata n totalitate facilitile oferite de Ipv6.ntre dezavantajele metodei trebuie amintit posibilitatea de scalare redus. Fiecare nod din reea trebuie s aib cte o adres Ipv4 i Ipv6. Dac ns nu mai avem la dispoziie adrese Ipv4, metoda nu mai poate fi aplicat. Deci aceast metod nu rezolv problema spaiului de adresare.

Un alt dezavantaj este c la fiecare nod trebuie s gestionm dou adrese, o problem destul de complex. Aceast problem este i mai mare n cazul routerelor, unde din cauza adresrii duble va crete dimensiunea tabelelor de rutare. Se poate aminti tot ca un dezavantaj faptul c metoda nu face posibil comunicarea ntre un nod numai Ipv4 i unul numai Ipv6.

Prin aplicarea tunelrii, a crei funcionalitate de baz este ncapsularea pachetelor Ipv6 n pachete Ipv4, devine posibil interconectarea a dou reele Ipv6 chiar i atunci cnd ntre cele dou reele este o infrastructur Ipv4. Aceast ncapsulare se face la tunelurile de intrare n reea. La fiecare tunel de intrare trebuie inut o eviden despre fiecare pachet, cu informaii ca: cellalt capt al tunelului, MTU (Maximum Transfer Unit) n tunel etc.

Exist mai multe metode de tunelare. Diferena ntre ele const n modul de gestiune al informaiilor despre tunele. n principiu, sunt trei abordri de baz: automat (se folosesc adrese Ipv6 compatibile Ipv4, i din aceastea se vor obine automat adresele capetelor tunelelor), configurat (mapri Ipv6-Ipv4 definite de administrator) i metoda tunnel-broker (un server care gestioneaz tunelele). Diferitele metode au propriile lor avantaje i dezavantaje. O caracteristic comun a lor este c nici una dintre metode nu este potrivit pentru comunicarea de tip numai Ipv6 - numai Ipv4. Singura metoda prin care se poate realiza acest lucru este translaia. Soluiile de translaie se bazeaz pe translatarea pachetelor la un anumit nivel din stive de protocoale.

Exist trei implementri de baz pentru metodele de translaie:

Gateway la nivel de aplicaii (Application Layer Gateway): se face o conversie de protocoale complet, adic se fac transformrile necesare la fiecare nivel din stiva de protocoale

TRT Transport Layer Translator: capteaz pachetele TCP-UDP/Ipv6 i le transmite mai departe ca pachete TCP-UDP/Ipv4, i invers.

Header Converter: convertete antetul Ipv4 n antet Ipv6, i invers. n cadrul acestei metode putem aminti: metodele NAT-PT (Network Address Translator Protocol Translator), SIIT (Stateless IP/ICMP Translator).12. Folosirea IPv6 la scar largDe la elaborarea noului protocol, fiecare productor important de pe pia i-a dezvoltat propria sa implementare Ipv6.

n cazul host-urilor, n sistemele de operare trebuiau fcute modificrile necesare. Firmele DEC, HP, IBM, Microsoft, SCO, Sun, FreeBSD, NetBSD au sisteme compatibile Ipv6. Desigur, nici dezvoltatorii Linux-ului nu au rmas n urm, i ncepnd cu kernelul 2.4 se ofer suport pentru Ipv6. Marii productori de rutere, ca Cisco, Bay, DEC, Telebit, Juniper, ofer dispozitive compatibile Ipv6.

Dac exista deja suport hardware i software, au aprut i reelele Ipv6. Aproape fiecare ar are o reea de test Ipv6, dar exist i iniiative internaionale. n continuare vom aminti cteva dintre ele:

6bone: cea mai mare reea de test internaional

Internet2: reeaua Ipv6 a Statelor Unite

6ren: iniiativa Ipv6 a reelelor de educaie i cercetare

Quantum Ipv6: reeaua Ipv6 a lui GEANT

Freenet6: iniiativ canadian

KAME: proiectul comun al unor firme din Japonia, dezvolt implementaii Ipv6 pe BSD

6tap: magistrala Ipv6 din SUA

n afara acestora, mai exist numeroase reele, proiecte, consorii i iniiative n lume. Au aprut i reelele reale Ipv6 care sunt operate, de obicei, de firme.

n Romnia, RoEduNet-ul este singurul furnizor de servicii Internet care ofer Ipv6 clienilor si. Pe magistrala reelei academice se poate folosi Ipv6 nativ, i acest lucru este adevrat i pentru instituiile conectate care i-au configurat acest serviciu. Orice calculator conectat la reeaua universitii i care are instalat stiva de protocoale Ipv6 poate beneficia de toate facilitile acestui protocol. Din aprilie 2003, RoEduNet are o conexiune Ipv6 nativ la GEANT prin Budapesta. Deficiena cea mai mare a dezvoltrii Ipv6 n ar este lipsa unei reele de test pe care s se poat face experimente i msurtori.

13. Concluziin continuare vor fi trasate cteva concluzii legate de obiectul acestei expuneri.

Fr ndoial, protocolul IP constituie baza comunicrii pe Internet, i versiunea curent nu mai poate satisface cerinele de astzi. Din acest motiv avem nevoie de un nou protocol care a fost definit deja n 1994.

Cea mai mare problem a protocolului Ipv4 este spaiul de adresare redus. Soluia noului protocol la aceast problem este extinderea adreselor de la 32 de bii la 128 de bii. n plus, noul protocol are caracteristici care se bazeaz pe experiena acumulat de-alungul istoriei de 30 de ani a Ipv4. Dintre aceste caracteristici cele mai importante sunt: noua structur de adresare, configurare automat, multicast, securitate, antetul simplificat, suport pentru QoS, mobilitate, compatibilitate Ipv4 etc.

Tranziia ctre Ipv6 nu este ntotdeauna un deziderat fr dificulti (probleme materiale, administrative, tehnice), dar introducerea lui poate fi benefic datorit facilitilor amintite mai sus, chiar i atunci cnd sunt disponibile suficiente adrese Ipv4.

Dndu-se seama de aceste oportuniti, marile firme IT i-au dezvoltat propriile lor implementri Ipv6, i deja funcioneaz foarte multe reele de test i reale bazate pe noul protocol.

14. Biliografie[1] Martin P. Clark , Data Networks, IP and the Internet: Protocols, Design and Operation, Ed .John Wiley & Sons, 2003[2] J. Long, Storage Networking Protocol Fundamentals, Ed. Cisco Press[3] Illustrated TCP/IP de Matthew G. Naugle Wiley Computer Publishing, John Wiley & Sons, Inc, 1998

[4] http://docs.securityorg.net/Rutarea_in_internet.pdf

[5] http://www.microsoft.com/ipv6 XE "Terminologie IPv6" [6] http://www.ipv6.org/specs.html

PAGE 17