MINISTERUL EDUCAŢIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

UNIVERSITATEA TEHNICĂ A MOLDOVEI

FACULTATEA INGINERIE ŞI MANAGEMENT ÎN

ELECTRONICĂ ŞI TELECOMUNICAŢII

Catedra Radiocomunicaţii

REFERATla disciplina “Reţele Inteligente de Comunicaţii”

Tema: IPv6

A efectuat Andrei Ciobanu

studentul grupei IMTC-101

A verificat Ion Avram

Conf. univ. dr.

Chişinău 2012

INTRODUCERE

Internetul a devenit o noţiune familiară pentru societatea din prezent. Cu

toate acestea, în urmă cu 20 de ani prea puţini vizionari au intuit dezvoltarea pe

care acesta urma să o cunoască. Multe dintre conceptele fundamentale ale

infrastructurii IP de azi au fost definite în acea perioadă, precum formatul

adresei IP, protocolul ARP, VLSM. Protocolul IP trebuia să răspundă schimbării

paradigmei de comunicaţie de la o reţea cu câteva locaţii, precum reţeaua

DARPA, la o reţea cu mii de locaţii cum era privit Internetul la mijlocul anilor

`80. Apariţia calculatoarelor personale şi extinderea reţelei globale de

comunicaţie dincolo centrele universitare au redefinit Internetul ca o reţea cu

sute de milioane de noduri.

În prezent, majoritatea internetului folosește versiune a 4-a a internet

protocolului, sau IPv4, care acum are aproximativ 20 de ani. IPv4 după cum este

demonstrat a fost creat pentru a oferi adrese IP, dar acum este nevoie de multe

îmbunătățiri. Numărul de adrese oferit de IPv4 este limitat și necesită o creștere

dramatică pentru a înlătura probleme majore în viitor. Problema dată oferă

următoarele întrebări: Ce este aceasta anume? Ce va face? Ce înseamnă pentru

bussiness și pentru utilizatori aceasta și cum va afecta internetul care îl

cunoaștem așa cum este el astăzi?

Versiunea 6 a protocolului IP a fost iniţial proiectată să asigure un spaţiu

de adrese mult mai generos, dar şi un număr de servicii ce lipsesc din IPv4,

precum QoS sau prelucrarea mai rapidă a pachetelor. Cu toate acestea,

prelucrarea suplimentară presupusă de un antet de 40 de octeţi faţă de unul de

20, precum şi popularitatea deosebită de care se bucură IPv4 fac ca ponderea

reţelelor IPv6 în structura actuală a Internetului să rămână de sub 5%. Prin

urmare, pe parcursul acestei cărţi, prin protocolul IP se va subînţelge doar

referinrea la IPv4.

IPv4

Adresa IP a fost standardizată

ca fiind o valoare de 32 biţi unică

pentru fiecare sistem conectat la

Internet, exprimată prin 4 grupuri a

câte 8 biţi, constituită din 2 părţi,

prima este adresa de reţea (network number sau network prefix) iar a doua este

adresa gazdei (host number).

Structura antetului IPv4

Din analiza antetului se identifică nu mai puţin de 10 câmpuri în afara

celor ce precizează adresele destinaţie şi sursă. De-a lungul timpului

semnificaţia acestor câmpuri a fost redefinită.

Câmpul versiune stabileşte versiunea IP folosită, antetul de IPv6 diferind

de antetul IPv4.

Lungimea antetului este precizată explicit în cel de al doilea câmp în

vederea flexibilizării dezvoltărilor ulterioare ale standardului IPv4, prin setări

făcute în câmpul de opţiuni aflat în finalul antetului IP. Totuşi vasta majoritate a

traficului în Internet foloseşte antete de lungime fixă, de 20 de octeţi,

performanţele de referinţă ale echipamentelor de reţea (precum numărul de

pachete comutate pe secundă) fiind calculate pentru trafic IP cu antet de lungime

fixă.

Câmpul TOS (Type of Service) este folosit pentru implementarea unor

politici distincte pentru tipuri de trafic diferit. Cea mai importantă utilizare a sa

este pentru identificarea şi prioritizarea traficului de voce.

Câmpul de lungime totală este exprimat pe 16 biţi, rezultând o dimensiune

maximă a cadrelor IP de 65535 de octeţi. Nu există o dimensiune maximă pentru

segmentele TCP, cea ce înseamnă că segmentele ce depăşesc 64 KB vor fi

fragmentate la nivelul reţea. Deşi dimensiunea maximă prevăzută de standard

este de 64KB, impunerea Ethernetului ca tehnologie dominantă pentru reţelele

locale are drept consecinţă faptul că traficul TCP, după ce este segmentat în

pachete de 64 KB la nivelul 4, va mai fi încă odată segmentat în cadre de 1500

octeţi la nivelul 3. Pentru a reduce complexitatea prelucrărilor asupra pachetelor,

implementările curente ale stivei TCP/IP evită să realizeze două operaţii de

fragmentare, impunând ca dimensiune maximă a cadrelor IP 1500 B şi nu 64

KB.

Mecanismul de secvenţiere a cadrelor reprezintă principalul mecanism de

control al fluxului în TCP; cu toate acestea, se observă că un mecanism de

secvenţiere există şi la nivelul antetului IP. Câmpul identificator stabileşte

numărul datagramei şi este folosit în conjuncţie cu câmpul decalaj fragment

pentru a reordona cadrele IP ajunse într-o altă ordine decât au fost transmise.

Ambele câmpuri sunt în general stabilite de staţia ce emite pachetul, dar dacă pe

calea către destinaţie mai are loc o fragmentare a pachetului valorile lor vor fi

modificate.

Biţii de opţiune sunt folosiţi tot pentru a controla fragmentarea. Spre

exemplu, bitul 50 din antetul IP este denumit bitul M sau bitul “more

fragments”. Acesta indică faptul că a avut loc o fragmentare şi că pachetul de

faţă nu este ultimul din cadrul segmentului TCP. Bitul 51 este denumit Z sau

bitul “zero fragments” şi are rolul de a semnaliza că pachetul actual este ultimul

(sau singurul) din segmentul TCP.

Un câmp important din antetul IP este TTL (Time To Live), câmp ce

defineşte numărul maxim de routere prin care un pachet poate să treacă.

Principala sa funcţie este de a evita ciclarea la infinit a unor pachete IP în cazul

unor topologii cu bucle de rutare. O utilizare mai recentă a acestui câmp permite

unui ISP să controleze conectarea unei staţii, pentru o legătură dată. De

exemplu, un ISP poate întrerupe conectivitatea atunci când pe o legătură în loc

de o staţie se conectează neautorizat un router ce are în spate o întreagă reţea

locală.

Marea majoritate a traficului în Internet călătoreşte între sursă şi destinaţie

păstrând aceleaşi valori pentru câmpurile antetului IP, sigurul câmp modificat

fiind câmpul TTL. Deşi operaţia de decrementare a valorii câmpului TTL este

una simplă, ea determină o încărcare semnificativă a routerului, deoarece în

urma modificării acestui câmp va trebui să fie recalculată şi suma de control a

antetului. Suma de control se bazează pe un algoritm de redundanţă ciclică (un

algoritm CRC) ce are proprietatea că se poate verifica uşor, dar se calculează

mult mai greu (verificarea se poate efectua fără a calcula explicit valoarea sumei

de control). Câmpul protocol specifică ce protocol a fost folosit pentru

încapsularea de nivel transport. În figura de mai jos sunt prezentate câteva dintre

valorile cele mai întâlnite ale acestui câmp. Valorile 4 şi 41 sunt folosite în cazul

tunelării iar valoarea 59 este folosită pentru a indica că nu mai există un alt

antet, o astfel de conexiune fiind numită IP raw.

Valorile câmpului protocol pentru antetul IP

IPv6

Protocolul IPv6 este standardizat prin RFC 2460, cele mai importante

două diferenţe faţă de IPv4 fiind lungimea fixă a antetului de 40 de octeţi şi

eliminarea sumei de control a antetului.

Din structura unui

pachet IPv6 se observă că

cinci dintre câmpurile

antetului IPv4 nu se mai

regăsesc în antetul de IPv6:

lungimea antetului,

identificatorul de secvenţă,

biţi de control, decalaj fragment, suma de control a antetului.

Se observă că toate mecanismele de fragmentare din antetul IPv4 au fost

eliminate. IPv6 realizează fragmentarea precum şi alte funcţii prin folosirea unor

antete de extensie. Precizarea tipului de antet de extensie folosit se face prin

câmpul „Antet următor” (Next Header), câmp ce foloseşte aceleaşi valori ca şi

câmpul „Protocol” din antetul IPv4 (vezi Error! Reference source not found.).

Valoarea 43 a acestui câmp indicǎ existenţa unui antet IPv6 de fragmentare dupǎ

antetul curent.

Eliminarea sumei de control din antet este motivată de numărul mult mai

mic al erorilor în reţelele actuale (în urma trecerii de la legăturile de cupru la

cele optice sau prin folosirea cablurilor de cupru de o calitate mai bună).

Rezultatul acestei modificari este creşterea vitezei de prelucrare a antetului de

reţea, deoarece nu mai este necesar calcului sumei de control la fiecare

modificare a câmpului „limită hopuri” (echivalentul câmpului TTL din Ipv4).

Singurul câmp din antetul IPv6 ce nu are un echivalent în antetul IPv4

este câmpul „Etichetă de flux”. Acest câmp permite routerelor să comute cadrele

pe baza unei valori de 20 de biţi şi nu pe baza adresei destinaţie. Această metodă

de comutare (folosind doar o etichetă de 20 de biţi), înlesneşte implementarea

reţelelor IPv6/ MPLS (MultiProtocol Label Switching).

Clase de adrese

O adresă IP este un şir de 32 de biţi ce identifică două lucruri: o reţea şi o

staţie în cadrul acelei reţele.

Pentru a simplifica utilizarea adreselor IP se foloseşte formatul decimal.

Astfel, o adresă IP dată: 10110001000001000001011000001000, se împarte mai

întâi în grupuri de câte 8 biţi: 10110001.00000100.00010110.00001000 şi apoi

fiecare grup este convertit în sistem zecimal: 177.4.22.8.

Deşi această nouă exprimare înlesneşte semnificativ lucrul cu adrese IP,

aduce şi unele limitări în uşurinţa de a discerne porţiunea de reţea şi cea de staţie

din cadrul adresei IP, pentru cazurile în care sunt definite subreţele. Încercarea

de a păstra reprezentarea zecimalǎ ca model de referinţă pentru IP şi, în acelaşi

timp de a pune în evidenţǎ distincţia dintre cele două componente a dus la

definirea claselor de adrese IP.

Odată cu definirea primelor trei clase pentru rutare a mai fost definit un

spaţiu de adrese folosit pentru adresarea multicast, anume clasa D. Restul

adreselor vor constitui clasa E, reprezentând adrese rezervate. În 3-1 sunt

prezentate cele cinci clase definite pentru spaţiul de adrese IP.

Spațiul de adrese IP

Clasa A a fost proiectată pentru a satisface cerinţele ridicate de reţelele de

mari dimensiuni. Astfel, pentru definirea reţelei va fi folosit doar primul octet,

pentru identificarea staţiei fiind disponibili 24 de biţi, ceea ce oferă mai mult de

16,7 milioane de posibilităţi. În figura de mai sus se poate observa că domeniul

de valori pentru clasa A nu include reţelele 0.0.0.0 şi 127.0.0.0, acestea fiind

rezervate. Clasa de adrese 0.0.0.0 nu este folosită datorită posibilelor confuzii cu

rutele implicite, în vreme ce clasa 127.0.0.0 este rezervată pentru adrese de

loopback, în scopul monitorizării şi testării.

Tot din 3-1 se observă eliminarea a câte două adrese dintre cele ce pot fi

alocate staţiilor, pentru fiecare dintre clasele rutabile. Cele două adrese sunt:

adresa de reţea şi adresa de difuzare.

O adresă IP de reţea este o adresă pentru care toţi biţii de staţie sunt 0.

O astfel de adresă este folosită pentru identificarea întregii reţele. Aceasta

este, de fapt, partea relevantă a oricărei adrese de staţie ce călătoreşte peste

Internet pentru toate routerele de pe parcurs.

O adresă IP de difuzare sau adresă de broadcast este o adresă pentru

care toţi biţii de staţie sunt 1. Un pachet destinat unei astfel de adrese va ajunge

la toate staţiile din acea reţea.

O clasă de adrese B este definită de valorile primilor doi biţi din adresa IP,

aceşti primi doi biţi fiind 10. Din această constrângere rezultă că toate adresele

IP ale căror prim octet se află între 10000000 şi 10111111, adică între 128 şi

191, aparţin unei clase B.

Câmpul de reţea pentru o clasă B va cuprinde primii doi octeţi, dar

deoarece primii doi biţi ai primului octet sunt fixaţi, rămân doar 14 biţi

disponibili pentru a crea clase B. Pentru definirea staţiilor sunt folosiţi ultimii

doi octeţi, adică 16 biţi. Astfel pot fi obţinute 16.384 reţele, fiecare având un

număr maxim de 65.533 de staţii.

Clasa C se defineşte prin alocarea primilor 3 octeţi pentru definirea reţelei

şi doar a ultimilor 8 biţi pentru identificarea staţiilor din aceeaşi reţea. Primii trei

biţi din primul octet trebuie să fie 110, adică valoarea acestui prim octet trebuie

să se afle între 192 şi 223 pentru ca o adresă să aparţină unei clase C. Numărul

reţelelor de clasă C depăşeşte 2 milioane, fiecare dintre acestea putând să

cuprindă 254 de staţii.

Clasa de adrese D este folosită pentru reţele multicast. În decursul

ultimilor 15 ani au existat numeroase standarde şi propuneri de standardizare

pentru asigurarea unei infrastructuri de multicast, dar realitatea anului 2008 este

că traficul de multicast reprezintă doar o foarte mică porţiune din traficul

transferat în Internet. Cu toate acestea, convergenţa reţelelor de date cu cele de

telefonie sau de televiziune oferă o notă de optimism în legătură cu viitorul

comunicaţiilor multicast. În Romania abia în anul 2006 a devenit disponibil

comercial serviciul de trasmisiuni de multicast, un singur ISP oferind în acest

moment acces la un M-Bone naţional.

Pentru adresa multicast spaţiul de adrese este plat, toţi cei 4 octeţi fiind

folosiţi pentru definirea adresei de staţie. Deoarece primii 4 biţi ai primului octet

sunt fixaţi, şi anume 1110, numărul adreselor de multicast este de 268 milioane.

Cu toate acestea au fost definite mai multe regiuni disjuncte, regiuni menite să

servească obiective diferite: de la asigurarea integrării cu o infrastructură de

unicast, până la definirea unor spaţii de adrese de multicast private. Primele 256

de adrese (cele cuprinse între 224.0.0.0 şi 224.0.0.255) sunt definite ca

aparţinând zonei Local Network Control Block, aceastea fiind adresele folosite şi

de protocoalele de rutare: spre exemplu OSPF rezervă două dintre aceste adrese

de multicast: 224.0.0.5 şi 224.0.0.6 pentru procesul de alegere a routerului

desemnat, iar RIPv2 foloseşte adresa 224.0.0.9 pentru trimiterea actualizărilor.

Clasa de adrese E este rezervată şi nu poate fi folosită în reţelele publice

sau în soluţii de multicast.

Concluzie

Aparația și în special implementarea unei noi versiuni de protocol IP este

vitală în momentul de față deoarece internetul se dezvoltă vertiginos și nu doar

după numărul de calculatoare noi conectate la rețea, dar și după numărul de

dispozitive mobile care cu tehnologiile prezente suportă conexiunea la internet

cu ajutorul tehnologiilor de ultimă generație.

Ministetul Apărăii al Statelor Unite ale Americii deja nu mai colaborează

cu instituții ce n-au trecut la versiunea a 6-a de adresă IP ceea ce e un pas

important în infiltrarea a noului tip de adrese în toată lumea.