Sieci komputerowe
IPv6 porządkuje adresację 128-bitową, zapis szesnastkowy, skracanie, prefiksy, typy adresów, SLAAC, Router Advertisement, NDP, DHCPv6 i podstawową diagnostykę.
Adres
128 bitów
Pełny zapis
8 hextetów
LAN/SLAAC
zwykle /64
Broadcast
brak
Podstawy
IPv6 oznacza Internet Protocol version 6. Powstał, ponieważ pula adresów IPv4 jest zbyt mała dla skali współczesnych sieci. IPv6 nie jest tylko dłuższym zapisem adresu: zmienia także mechanizmy autokonfiguracji, wykrywania sąsiadów i sposób pracy z ruchem rozgłoszeniowym.
Do przykładów publicznie wyglądających adresów w tym materiale używamy prefiksu dokumentacyjnego 2001:db8::/32, a nie losowych rzeczywistych adresów z Internetu.
Standardowy pełny zapis IPv6 składa się z 8 grup po 16 bitów. Jedna taka 16-bitowa grupa jest często nazywana hextetem. Każdy hextet zapisujemy jako 4 cyfry szesnastkowe.
| Element | Wartość | Znaczenie |
|---|---|---|
| Długość | 128 bitów | cztery razy więcej bitów niż IPv4 |
| Pełny zapis | 8 hextetów | każdy hextet ma 16 bitów |
| Hextet | 4 cyfry hex | jedna cyfra hex reprezentuje 4 bity |
| Razem | 8 x 16 bitów | 128 bitów adresu IPv6 |
Hex
IPv6 używa zapisu szesnastkowego: cyfry 0-9 oraz litery A-F. Jedna cyfra hex odpowiada 4 bitom, dlatego 4 cyfry hex tworzą jeden 16-bitowy hextet.
| Hex | Binarnie |
|---|---|
| 0 | 0000 |
| 1 | 0001 |
| A | 1010 |
| F | 1111 |
| 00FF | 0000000011111111 |
Nie trzeba zamieniać całego adresu IPv6 na zapis binarny przy każdym zadaniu. Wystarczy rozumieć związek zapisu szesnastkowego z binarnym.
Pierwsza reguła: zera wiodące w pojedynczym hekscie można pominąć. Druga reguła: ciąg kolejnych hekstetów równych 0000 może zostać zastąpiony przez ::.
| Przed | Po | Uwagi |
|---|---|---|
| 0db8 | db8 | zera wiodące w hextet można pominąć |
| 0042 | 42 | zostaje wartość bez zer wiodących |
| 0000 | 0 | pojedynczy zerowy hextet zapisujemy jako 0 |
| 2001:0db8:0000:0001:0000:0000:0042:8329 | 2001:db8:0:1:0:0:42:8329 | najpierw usuwamy zera wiodące |
W jednym adresie zapis :: może wystąpić tylko raz, bo inaczej rozwinięcie adresu byłoby niejednoznaczne. W zapisie kanonicznym/preferowanym kompresuje się najdłuższy ciąg zer, a przy remisie preferuje się pierwszy. Nie traktuj skracania pojedynczego hextetu 0 przez :: jako preferowanego zapisu.
8 hextetów
Po rozwinięciu adres IPv6 musi mieć 8 hextetów. Dla 2001:db8::10 przed :: mamy dwa hextety: 2001 i db8. Po :: mamy jeden hextet: 10. Brakuje więc 5 hextetów zerowych.
| Skrócony | Brakujące zera | Pełny zapis |
|---|---|---|
| 2001:db8::10 | brakuje 5 hextetów zerowych | 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010 |
| fe80::1 | brakuje 6 hextetów zerowych | fe80:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 |
Global Unicast Address jest przeznaczony do globalnego routingu. Ogólny zakres global unicast to 2000::/3. W materiałach dydaktycznych używamy 2001:db8::/32, np. 2001:db8:10:1::25.
| Typ | Prefiks / adres | Znaczenie |
|---|---|---|
| Global Unicast | 2000::/3 | adresy przeznaczone do globalnego routingu |
| Dokumentacja | 2001:db8::/32 | prefiks do przykładów i materiałów dydaktycznych |
| Link-local | fe80::/10 | adres lokalnego łącza, nieroutowany poza link |
| Unique Local | fc00::/7 | komunikacja lokalna/prywatna, nie globalny routing Internetu |
| Multicast | ff00::/8 | komunikacja jeden do grupy odbiorców |
| Loopback | ::1/128 | lokalny host |
| Unspecified | ::/128 | brak określonego adresu |
Unique Local Addresses z fc00::/7 są przeznaczone do komunikacji lokalnej lub prywatnej i nie do globalnego routingu w Internecie. W praktycznych lokalnie generowanych prefiksach często spotyka się fd00::/8. ULA nie jest dokladnym odpowiednikiem NAT-owanego RFC 1918 i nie oznacza, że wymagany jest NAT do Internetu.
fe80::/10
Adresy link-local z zakresu fe80::/10 są używane na lokalnym łączu i nie są normalnie routowane poza ten link. Interfejs IPv6 zazwyczaj posiada adres link-local niezaleznie od tego, czy ma global unicast. Link-local jest ważny m.in. dla Neighbor Discovery i komunikacji z routerami.
Przy adresie link-local system może wymagać wskazania interfejsu: Windows może zapisać to jako fe80::1%12, a Linux jako fe80::1%eth0. Część po % identyfikuje lokalny interfejs lub scope; %12 nie jest uniwersalnym numerem interfejsu.
Adresy specjalne
Loopback ::1/128 pełni funkcjonalną rolę lokalnego hosta, podobną do idei 127.0.0.1 w IPv4. Unspecified ::/128 oznacza brak określonego adresu. Nie należy mylić :: z ::1.
ff00::/8
IPv6 multicast z ff00::/8 służy do komunikacji jeden do grupy odbiorców. IPv6 nie posiada broadcastu w takim znaczeniu jak IPv4. Funkcje, które w IPv4 często korzystają z broadcastu, w IPv6 są realizowane m.in. z wykorzystaniem multicastu.
| Adres / zakres | Nazwa | Znaczenie |
|---|---|---|
| ff02::1 | all nodes | wszystkie węzły na lokalnym linku |
| ff02::2 | all routers | wszystkie routery na lokalnym linku |
| ff02 | link-local scope | ruch pozostaje w zasięgu lokalnego linku |
Pojęcie uzupełniające
Anycast oznacza, że ten sam adres może być przypisany do wielu urządzeń lub lokalizacji, a routing kieruje ruch do odpowiedniej, często najblizszej topologicznie instancji. Nie wchodzimy tutaj w szczegóły protokołów routingu.
Zapis 2001:db8:1234:10::/64 oznacza, że 64 pierwsze bity stanowią prefiks sieci. W tym przykładzie pierwsze cztery hextety tworzą część sieciowa.
/64 jest standardowym rozmiarem dla większości zwykłych podsieci LAN IPv6 i jest wymagany dla typowego SLAAC. Istnieją jednak zastosowania z innymi prefiksami, np. /127 na wybranych łączach punkt-punkt lub /128 dla pojedynczego adresu.
SLAAC oznacza Stateless Address Autoconfiguration. Host może skonfigurować adres IPv6 na podstawie informacji otrzymanych od routera. SLAAC nie wymaga DHCPv6.
| Krok | Zdarzenie | Znaczenie |
|---|---|---|
| 1 | Host może wysłać Router Solicitation | RS jest opcjonalnym przyspieszeniem |
| 2 | Router wysyła Router Advertisement | RA jest częścią ICMPv6 Neighbor Discovery |
| 3 | Host poznaje prefiks i informacje konfiguracyjne | domyślny router pochodzi z RA |
| 4 | Host tworzy adres IPv6 | identyfikator interfejsu zależy od systemu i polityki |
Router Advertisement jest częścią ICMPv6 Neighbor Discovery. RA może informować hosta m.in. o prefiksach, routerze domyślnym i parametrach związanych z autokonfiguracją.
Host musi utworzyć część adresu w obrębie danego prefiksu. Współczesne systemy mogą używać stabilnych identyfikatorów, adresów privacy/temporary albo innych metod. EUI-64 można traktować jako mechanizm historyczny lub edukacyjny, a nie jedyną metodę.
Autokonfiguracja
RFC 9915, Internet Standard STD 102, zastępuje RFC 8415 i opisuje DHCPv6. Stateful DHCPv6 może przydzielać adresy IPv6, a stateless DHCPv6 przekazywać dodatkowe parametry, podczas gdy adres powstaje np. przez SLAAC. Prefix Delegation przydziela prefiks routerowi i nie jest zwykłym przydziałem adresu hosta.
| Mechanizm | Adres | Informacje od | Default router |
|---|---|---|---|
| SLAAC | tak | Router Advertisement | z RA |
| Stateful DHCPv6 | możliwy z DHCPv6 | DHCPv6 i RA | z RA, nie z odpowiednika IPv4 Option 3 |
| Stateless DHCPv6 | np. SLAAC | DHCPv6 przekazuje dodatkowe parametry | z RA |
Rzeczywiste zachowanie hosta zależy również od flag RA, systemu operacyjnego i implementacji. Adresy serwerów DNS mogą być przekazywane m.in. przez DHCPv6 albo RDNSS w Router Advertisement. DHCPv6 nie jest jedynym sposobem przekazywania DNS w IPv6.
NDP, czyli Neighbor Discovery Protocol, jest częścią ICMPv6. Realizuje funkcje związane m.in. z wykrywaniem sąsiadów, rozpoznawaniem adresów warstwy 2, wykrywaniem routerów, sprawdzaniem osiągalności sąsiadów i autokonfiguracją.
| Komunikat | Rola | Uwagi |
|---|---|---|
| Neighbor Solicitation | pytanie o sąsiada | nie jest ARP Request |
| Neighbor Advertisement | odpowiedź sąsiada | nie jest ARP Reply |
| Router Solicitation | host szuka routerów | część mechanizmów NDP |
| Router Advertisement | router ogłasza informacje | prefiksy, router domyślny i autokonfiguracja |
| DAD | Duplicate Address Detection | sprawdza, czy adres nie jest już używany na linku |
Przykład: Host A 2001:db8:10::10 chce poznać informacje L2 dla sąsiada 2001:db8:10::20. W IPv6 używa Neighbor Solicitation, a sąsiad może odpowiedzieć komunikatem Neighbor Advertisement. Nie nazywamy tego ARP Request ani ARP Reply, bo IPv6 nie używa ARP.
Dla zainteresowanych
NDP nie musi wysyłać zapytania do wszystkich hostów jak klasyczny broadcast ARP. Neighbor Solicitation wykorzystuje odpowiednie adresy multicast, m.in. solicited-node multicast. Początkujący student nie musi ręcznie obliczać tych adresów.
DAD, czyli Duplicate Address Detection, pomaga sprawdzić, czy tworzony adres IPv6 nie jest już używany na lokalnym łączu. Ten mechanizm jest powiązany z NDP.
Nie tylko ping
ICMPv6 jest ważną częścią działania IPv6. Obsługuje m.in. błędy, ping, Neighbor Discovery, Router Solicitation, Router Advertisement i Path MTU Discovery.
Blokowanie całego ICMPv6 może powodować poważne problemy z działaniem IPv6. Nie traktuj ICMPv6 jako opcjonalnego dodatku wyłącznie do ping.
| Cecha | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| Adres | 32 bity | 128 bitów |
| Zapis | decimal dotted | hexadecimal |
| Rozgłoszenie | broadcast | brak broadcastu |
| Mapowanie L2 | ARP | NDP |
| Loopback | 127.0.0.1 | ::1 |
| Default route | 0.0.0.0/0 | ::/0 |
| Link-local | 169.254.0.0/16 | fe80::/10 jako link-local, bez pełnej funkcjonalnej identyczności |
| Autokonfiguracja | DHCP | SLAAC, DHCPv6 i RA zależnie od konfiguracji |
Routing IPv6 działa na podobnej ogólnej zasadzie: adres docelowy IPv6 prowadzi do tablicy routingu, a router wybiera najlepiej pasujący prefiks. Default route IPv6 to ::/0, podobnie jak 0.0.0.0/0 w IPv4.
Routing
Dla celu 2001:db8:10:20::1234 router wybierze najbardziej szczegółowa pasująca trasa. Z poniższej listy będzie to 2001:db8:10:20::/64.
| Trasa | Czy pasuje | Uwagi |
|---|---|---|
| 2001:db8::/32 | pasuje | ogólna trasa dokumentacyjnego prefiksu |
| 2001:db8:10::/48 | pasuje | bardziej szczegółowa |
| 2001:db8:10:20::/64 | pasuje | najbardziej szczegółową pasującą trasę |
| ::/0 | pasuje do wszystkiego | trasa domyślna |
W Windows przydatne są ipconfig /all, ping -6 ::1 oraz polecenia zależne od Internetu: ping -6 example.com i tracert -6 example.com. Brak odpowiedzi ICMP nie przesądza o braku łączności. Polecenia PowerShell: Get-NetIPAddress -AddressFamily IPv6, Get-NetRoute -AddressFamily IPv6 i Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv6.
W Linux przydatne są ip -6 address show, ip -6 route show, ip -6 neigh show, ip -6 route show default i ping -6 ::1. Zależne od dostępu do Internetu są ping -6 -c 4 example.com oraz traceroute -6 example.com. Dostępność traceroute zależy od zainstalowanych narzędzi; w niektórych systemach spotkasz też ping6, ale nie należy zakładać, że istnieje wszędzie.
| System | Polecenie | Co sprawdza |
|---|---|---|
| Windows | ipconfig /all | adresy, DNS i parametry interfejsów |
| Windows | Get-NetIPAddress -AddressFamily IPv6 | adresy IPv6 w PowerShell |
| Windows | Get-NetRoute -AddressFamily IPv6 | trasy IPv6 |
| Windows | Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv6 | sąsiedzi IPv6, nie tablica ARP |
| Linux | ip -6 address show | adresy IPv6 |
| Linux | ip -6 route show | routing IPv6 |
| Linux | ip -6 neigh show | neighbor cache IPv6 |
| Linux | ip -6 route show default | odczyt domyślnej trasy IPv6 |
Nie ARP IPv6
W IPv4 często sprawdzamy arp -a lub ip neigh. W IPv6 mówimy o Neighbor Discovery i neighbor cache. W systemie Linux użyj ip -6 neigh, a w Windows Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv6. Nie nazywaj tego tablica ARP IPv6.
Troubleshooting
Kontekst
Ćwiczenia
Najpierw wykonaj obliczenia samodzielnie. Odpowiedzi rozwiń dopiero wtedy, gdy masz własny wynik.
Pytania kontrolne