IPv6 adresování

IPv6 je nástupce protokolu IPv4. Hlavním důvodem jeho vzniku byl nedostatek adres: IPv4 má 232 adres, tedy něco přes čtyři miliardy, a reálně použitelných je výrazně méně. S mobilními telefony a zařízeními, která je vhodné připojit k Internetu (domácí spotřebiče, auta, senzory – Internet věcí), přestaly stačit; dočasná řešení jako NAT přinášejí komplikace a některé oblasti světa (hlavně Asie) dostaly adres IPv4 velmi málo. Při návrhu se rozhodovalo mezi 64bitovými a 128bitovými adresami – zvítězily 128bitové.

Cíle IPv6

• dostatečně velký adresní prostor (2128 ≈ 3,4 · 10³⁸ adres),
• jednodušší a rychleji zpracovatelná hlavička, návrh pro vysokorychlostní sítě,
• automatická konfigurace zařízení bez DHCP serveru,
• zabezpečení přímo na síťové vrstvě (IPsec byl v IPv6 původně povinně implementovaný, dnes je doporučený),
• lepší podpora mobilních zařízení a kvality služby (QoS),
• soužití s IPv4 a postupný přechod.

Zápis IPv6 adresy

Adresa má 128 bitů a zapisuje se šestnáctkově v osmi skupinách po čtyřech číslicích (každá skupina = 16 bitů) oddělených dvojtečkou:

2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

Aby byly adresy kratší, platí dvě zkracovací pravidla:

1. V každé skupině lze vynechat úvodní nuly: 0db8 → db8, 0042 → 42, 0000 → 0.
2. Jednu souvislou řadu skupin obsahujících samé nuly lze nahradit dvojitou dvojtečkou ::. Smí se to udělat jen jednou v adrese, jinak by nebylo jasné, kolik nulových skupin kde chybí.

Příklad 1 – zkrácení. 1088:00F9:0000:0000:0000:AB0C:7C11:0800

• vynecháme úvodní nuly: 1088:F9:0:0:0:AB0C:7C11:800
• tři nulové skupiny nahradíme ::: 1088:F9::AB0C:7C11:800

Příklad 2 – rozepsání. 2001:db8::1

• adresa obsahuje 3 skupiny, chybí tedy 8 − 3 = 5 nulových skupin,
• plný tvar: 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

Příklad 3 – chybný zápis. 2001::25de::cade je neplatná adresa – :: je použito dvakrát a nelze poznat, kolik nul patří na které místo.

Prefix

Příslušnost k síti se vyjadřuje prefixem – všechna rozhraní v jedné síti mají stejný začátek adresy. Zápis je stejný jako u CIDR v IPv4: adresa/délka_prefixu. Adresu 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000 s 60bitovým prefixem lze zapsat

• 12ab:0:0:cd30:0:0:0:0/60
• 12ab::cd30:0:0:0:0/60
• 12ab:0:0:cd30::/60 (nejvhodnější zápis)

Typická globální adresa se skládá ze tří částí:

Lokální síť má vždy prefix /64. Domácnost obvykle dostane od poskytovatele prefix /56 nebo /48, tedy 256 nebo 65 536 sítí /64.

Typy adres

V IPv6 není broadcast. Zařízení mohou mít na jednom rozhraní současně několik adres (vždy link-local a k tomu jednu nebo více globálních).

• Unicast (individuální) – adresa jednoho síťového rozhraní. Paket je doručen konkrétnímu zařízení (počítači, síťové tiskárně).
• Multicast (skupinová) – adresáty jsou všichni členové skupiny (např. všechny routery v síti, účastníci videokonference). Speciální multicastové adresy plně nahrazují broadcast.
• Anycast (výběrová) – stejná adresa je přiřazena více zařízením (typicky serverům v různých místech); datagram dostane jen to, které je z hlediska směrování nejbližší. Používá se např. pro kořenové servery DNS.

Důležité adresy a prefixy

• Link-local adresa se automaticky přidělí každému rozhraní, na kterém je IPv6 zapnuto. Používá se jen v rámci lokální sítě – pro autokonfiguraci, hledání sousedů a komunikaci se směrovačem (výchozí brána se obvykle udává právě link-local adresou routeru).
• Site-local adresa byla pro vnější stanice nedostupná a nesměla se použít jako zdroj datagramu poslaného ven z organizace; na rozdíl od link-local se nepřidělovala automaticky.

Hlavička IPv6 datagramu

Základní hlavička je co nejjednodušší a má pevnou délku 40 bajtů, takže ji routery zpracují rychleji. Nemá kontrolní součet (chyby kontroluje linková a transportní vrstva) ani pole pro fragmentaci.

Volitelné údaje se přenášejí v rozšiřujících hlavičkách zřetězených za základní hlavičkou pomocí pole Next Header: informace pro routery po cestě (Hop-by-Hop), směrování, fragmentace, volby pro cílovou stanici, autentizace a šifrování (IPsec AH a ESP).

Fragmentace v IPv6 smí provádět jen odesílatel, routery datagramy nedělí – příliš velký zahodí a odesílateli pošlou ICMPv6 zprávu „paket je příliš velký“. Minimální MTU (největší délka paketu), kterou musí každá linka přenést, je 1 280 B. Protože je dnes drtivá většina zařízení připojena přes Ethernet nebo Wi-Fi s MTU alespoň 1 500 B, fragmentace v IPv6 prakticky mizí.

Automatická konfigurace

• NDP (Neighbor Discovery Protocol, součást ICMPv6) nahrazuje ARP: zjišťuje MAC adresy sousedů, hledá routery a kontroluje duplicitní adresy.
• SLAAC (bezstavová autokonfigurace): router v síti pravidelně rozesílá ohlášení routeru (Router Advertisement) s prefixem sítě. Zařízení si k prefixu /64 samo vytvoří 64bitový identifikátor rozhraní, ověří, že adresu nikdo jiný nepoužívá (DAD, Duplicate Address Detection), a začne ji používat; jako výchozí bránu použije router, který ohlášení poslal. DHCP server není potřeba.
• Identifikátor rozhraní se dříve tvořil z MAC adresy metodou EUI-64; protože by šlo zařízení podle něj sledovat napříč sítěmi, používají dnešní systémy náhodné (privacy) identifikátory, které se pravidelně mění.
• DHCPv6 se používá, když správce chce adresy přidělovat centrálně (stavový režim), nebo jen pro předání dalších údajů, např. DNS serverů (bezstavový režim).

Příklad 4 – EUI-64. Karta má MAC adresu 00:1A:2B:3C:4D:5E.

1. MAC adresu rozdělíme na poloviny a doprostřed vložíme FF:FE: 00:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E.
2. V prvním bajtu invertujeme 7. bit zleva (bit U/L): 00 = 00000000 → 00000010 = 02.
3. Identifikátor rozhraní je 021A:2BFF:FE3C:4D5E a link-local adresa fe80::21a:2bff:fe3c:4d5e.

Přechod z IPv4 na IPv6

IPv4 a IPv6 spolu nejsou přímo kompatibilní, přechod proto probíhá postupně a obě verze dlouho poběží vedle sebe:

• dual stack – zařízení i routery mají obě verze protokolu zároveň a používají tu, kterou podporuje protějšek; nejčastější řešení,
• tunelování – IPv6 datagramy se balí do IPv4 paketů a projdou tak sítí, která IPv6 nepodporuje (6in4, GRE, dříve 6to4 a Teredo),
• překlad – NAT64 s DNS64 dovolí zařízením v síti jen s IPv6 komunikovat se servery dostupnými jen přes IPv4.

Porovnání IPv4 a IPv6

Otázky k opakování

1. Proč vzniklo IPv6 a co dalšího kromě adres řeší? došly adresy IPv4; jednodušší hlavička, autokonfigurace, zabezpečení IPsec, mobilita, QoS
2. Kolik bitů má IPv6 adresa a jak se zapisuje? 128 bitů; 8 skupin po 4 šestnáctkových číslicích oddělených dvojtečkou
3. Zkraťte adresu 2001:0db8:0000:0000:0001:0000:0000:0001. 2001:db8::1:0:0:1 – :: smí nahradit jen jednu řadu nul; obě řady jsou stejně dlouhé, proto se podle zvyklosti (RFC 5952) zkracuje první
4. Rozepište adresu fe80::1. fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001
5. Jaký prefix má lokální síť v IPv6 a kolik bitů zbývá na identifikátor rozhraní? /64; 64 bitů
6. Které tři typy adres IPv6 rozlišuje a čím se nahrazuje broadcast? unicast, multicast, anycast; broadcast nahrazuje multicast (např. ff02::1)
7. Co je link-local adresa a čím začíná? adresa platná jen v jedné síti, přiděluje se automaticky každému rozhraní; fe80::/10
8. Jak dlouhá je hlavička IPv6 a co v ní oproti IPv4 chybí? pevně 40 B; chybí kontrolní součet a pole pro fragmentaci
9. Jak funguje SLAAC? router ohlásí prefix sítě, zařízení si dotvoří identifikátor rozhraní, ověří jedinečnost adresy a začne ji používat
10. Jakými způsoby probíhá přechod z IPv4 na IPv6? dual stack, tunelování IPv6 v IPv4, překlad NAT64/DNS64