2. IPv6-protokolla

enemmän osoitteita

16 tavua osoitteelle=> osoitteita paljon!

virtaviivaistettu

nopeampi käsittely reitittimissä => tehokkaampi

uusia piirteitä

erilaisten sovellusten tarpeet huomioon

turvauspiirteet

Internet

Yhdistää hyvin erilaiset verkot yhteentoimivaksi kokonaisuudeksi

kaikkien käytettävä samaa IP-protokollaa

kaikkien käytettävä samaa IP-osoitustapaa

verkkojen tarvitsee osata vain kuljettaa dataa lähettäjältä vastaanottajalle

samantekevää kuinka sen tekee

verkko=> ‘linkkiyhteys’ tai tunneli

Frame Relay

Token ring

IP

IP

IP

host router host

IP

IP

Internetin verkkokerros

Internet

on kokoelma ‘itsenäisiä’ aliverkkoja eli autonomisia järjestelmiä (AS, Autonomous Subsystem)

joita yhdistävät runkolinjat

IP-protokolla

verkkotason protokolla, joka pitää Internetin koossa

tavoite: kuljettaa paketti (datagram) lähteestä kohteeseen yli kaikkien tarpeellisten verkkojen

IP-osoitteet

jokaisella verkon isäntäkoneella ja reitittimellä on oma yksikäsitteinen osoite muotoa

verkon numero

isäntäkoneen numero

IPv4:n osoite on 32-bittinen

luokallinen reititys (A-, B- ja C-luokan osoitteet)

CIDR (Classless Interdomain Routing)

verkko-osan pituus vaihtelee : a.b.c.d/’pituus bitteinä’

200.23.16.0/20

A: 0 verkko-os. koneosoite

B: 10 verkko-osoite koneosoite

C: 110 verkko-osoite koneos.

D: 1110 monilähetysosoite

E: 11110 varatttu tulevaan käyttöön

IP-osoitteiden luokkamuodot

0 8 16 24 31

IP-osoitteiden luokkajako

A-luokka: 126 verkkoa, 16 miljoonaa konetta/verkko

B-luokka: 16382 verkkoa, 65528 konetta/verkko

C-luokka:noin 2 miljoonaa verkkoa, kussakin korkeintaan 254 konetta

D-luokka: monilähetysosoite

E-luokka: varattu tulevaan käyttöön

Luokkajako osoittautui epäonnistuneeksi:

C-luokassa koneita liian vähän => useita eri verkkoja

B-luokassa koneita liian paljon => hukkakäyttöä, B-osoitteet olivat loppua

=> CIDR: tehokkaampi osoiteavaruuden hyödyntäminen

=> NAT: osoitteiden yhteiskäyttö

IPv6

Ratkaise IP:n osoiteongelman + virtaviivaistaa IP:tä

tavoitteita:

biljoonia osoitteita

pienempiä reititystauluja

yksinkertaisempia protokollia

turvallisuutta

mukaan palvelutyyppi: (tosiaikainen), monilähetys

liikkuvien koneiden osoitteet

jatkokehitys ja nykyisten protokollien toimivuus

IPv6

16 tavun osoitteet (= 128 bittiä)

=> ‘rajaton’ määrä osoitteita

yksinkertaisempi otsake-kenttä

kiinteä kehys, jossa vain 7 kenttää

valinnaisten piirteiden käsittely

monet ennen pakolliset nyt valinnaisia

opitioiden uusi esitystapa => nopeampi käsittely

turvaus

todentaminen

yksityisyys

palvelutyyppi otettu paremmin huomioon

multimedia

yhteensopiva Internetin protokollien kanssa

osoitteiden koko

ei ole yhteensopiva IPv4:n kanssa

IPv6-otsake

Source address

(16 tavua)

Destination address

(16 tavua)

Payload length

Next header

Hop limit

Flow label

V

TC

IPv4 - datasähke

data

Lähettäjän IP-osoite

Vastaanottajan IP-osoite

Optiot (jos on käytössä)

Versio IHL TOS Datasähkeen pituus (tavuja)

Tunniste Flag Siirtymä

Elinaika Protokolla otsakkeen tarkistussumma

Otsakekentät

Versio (version)

aina 6 IPv6:lle ja 4 IPv4:lle

Liikenneluokka (traffic class) (tai prioriteetti (priority))

0-7 ruuhkatilanteessa voi hidastaa

8-15 tosiaikapaketteja (video/audio)

isompi numero, tärkeämpi paketti

vuonimiö (flow label)

pseudoyhteys, jolla tietyt ominaisuudet ja vaatimukset (esim. viive, viipeen vaihtelu jne)

vuot muodostetaan etukäteen ja niille annetaan tunnus: lähdeosoite ja vuonumero

kuorman pituus (payload length)

paketin koko (ilman otsaketta)

seurava otsake (next header)

otsikon laajentaminen

6 otsikon laajennusosaa

viimeisessä kertoo kuljetusprotokollan (TCP, UDP)

hyppyraja (hop limit)

hyppylaskuri, vähenee joka hypyllä

source address, destination address

16 tavun osoitteita

IPv6: osoiteavaruus

jaettu osiin

osa IPv4-osoitteille

palveluntuottajapohjainen osa

Internet-palvelujen tuottajille oma osuus osoitteista

noin 16 miljoonaa tuottajaa

maantieteellinen osa

vastaa nykyista Internetiä

Monilähetysosoitteet (multicast)

lippukentän bitti: pysyvä vai tilapäinen ryhmä

scope-kenttä rajoittaa monilähetyksen

linkkiin

solmuun

yritykseen

planeettaan

anycast

osoitteena ryhmä,

riittää lähettää jollekin ryhmän jäsenelle

Osoitteen esitysmuoto

kahdeksan neljän heksaluvun ryhmää:

8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF

ryhmän alkunollat voi jättää pois

16 nollan ryhmät voi korvava kaksoispisteellä

=> 8000::123:4567:89AB:CDEF

IPv4-osoitteet => ::193.31.20.46

osoitteita on PALJON!

2**128 => ~3* 10**38

tasaisesti jaettuna noin 7 * 10**23 IP-osoitetta jokaista maapallon pinnan neliömetriä kohden

> Avogadron luku = 6.022 *10**23

= value of the number of atoms, molecules, etc. in a gram mole of any chemical substance.

vaikka jako olisi epätasaisempi, ainakin yli 1000 IP-osoitetta neliömetriä kohden

IPv4:n kentistä puuttuvat

paketin paloitteluun liittyvät kentät

kaikki kykenevät käsittelemään ainakin 1280 tavun paketteja

lähettäjä huolehtii, että paketti on riittävän pieni

reititin ilmoittaa virheestä, jos se havaitsee liian suuren paketin => ohjeet pilkkoa paketti pienemmäksi

Lähettäjä paloittelee tarvittaessa itse

tarkistussumma

ei lasketa verkkokerroksella

luotettavammat verkot

siirtoyhteyskerros laskee / kuljetuskerros laskee

IPv6- otsake

Laajennus- otsake

Laajennus- otsake

...

TPDU

Ei yhtään, yksi tai useita laajennusotsikoita

Seuraava otsake -kenttä (Next header Field):

ilmoittaa minkä tyyppinen otsakekenttä seuraa IPv6 otsaketta

* seuraaja voi olla jokin laajennusotsake tai ylemmän protokollan, kuten TCP:n tai UDP:n otsake

IPv6:n prioriteetit

ruuhkavalvottu liikenne (esim. TCP)

viive saa jossain määrin vaihdella

pakettien järjestys saa muuttua

ruuhkavalvomaton liikenne

tosiaikavideo tai audio

vakionopeus ja vakioviive => tasainen pakettivirta

prioriteetti suhteessa muihin saman lähteen paketteihin

prioriteetti suhteessa saman liikennetyypin paketteihin

ruuhkavalvotun ja valvomattoman liikenteen välillä ei ole määritelty prioriteettia

Ruuhkavalvottu liikenne

Prioriteetit 0- 7

0 määrittelemätön liikenne (uncharacterized traffic)

1 täyttöliikenne (filler traffic) verkkouutiset, USENET-sanomat

2 lliikenne, jota käyttäjä ei odottele (unattended data traffic) sähköposti

3 ei vielä käytössä

4 käyttäjän odottama massasiirto (attended bulk traffic) FTP, HTTP

5 ei vielä käytössä

6 interaktiivinen liikenne (interactive traffic) TELNET, X

7 verkon valvontaliikenne (Internet control traffic) SNMP, OSPF, BGP

Ruuhkavalvomaton liikenne

Prioriteetit 8-15

8 sopivin hävitettäväksi

esim. teräväpiirtovideo, jossa runsaasti redundanssia

…….

15 huonoin hävitettäväksi

esim. puhelinkeskustelu, jossa kadonneet paketit aiheuttavat äänen pätkimistä ja häiriöääniä linjalla

Vuonimiö

Vuo

samasta lähteestä samoille vastaanottajille kulkeva peräkkäisten pakettien jono, jota reitittimien halutaan käsittelevän tietyllä tavalla

tiedostonsiirto usealla TCP-yhteydellä => yksi vuo

multimediakonferenssi => monta erilaista vuota

lähdeosoite + 20-bittinen vuotunnus identifioi vuon

kaikille saman vuon paketeille sama tunnus

Reitittimelle vuo on joukko peräkkäisiä paketteja, joita tulee käsitellä tietyllä tavalla

samat resurssivaraukset

samat turvallisuusvaatimukset

samat säännöt pakettien hävittämiseen

samat etuoikeudet jonoissa

samat vaatimukset aliverkon palvelunlaadulle

sama laskutus

on erikseen esitettävä, mitä toimintoja kuhunkin nimiöön liittyy

neuvottelemalla etukäteen reitittimen kanssa valvontaprotokollaa käyttäen

ilmoittamalla paketteja lähetettäessä otsakkeissa halutut toiminnot

Hop-By-Hop -option otsakkeessa

voidaan pyytää tiettyä palvelunlaatua (QoS) tai tosiaikaista palvelua

Vuonimiö on pelkkä tunniste

Vuonimiöiden käsittely solmuissa

Jos ei osaa käsitellä, niin jätetään huomiotta.

Jos on sama vuonimiö, niin on oltava myös

sama kohde- ja lähdeosoite

sama prioriteetti

samat hop-by-hop-optiot (jos käytössä)

samat reititysoptiot (jos käytössä)

Jotta reititin pystyy käsittelemään paketin pelkän vuonimiön perusteella

lähde antaa vuotunnisteen ja pitää kirjaa niistä

noin 16 miljoonaa tunnistetta

valitaan satunnaisesti

sama tunniste uudelleen käyttöön vasta, kun sitä ei enää käytetä

Laajennusotsakkeet

reititysotsake (Routing header)

laajennettu reititys ~IPv4:n lähdereititys,

vaadittu reitti tai reitin osa

paloitteluotsake (Fragmentation header)

paloitteluun ja kokoamiseen liittyvää tietoa

Turvaotsakkeet => IPSec

salausotsake ESP ja autentikointiotsake AH

kohdeoptioiden otsake (Destination Options header)

paketin vastaanottajille tarkoitettua tietoa

Hop-By-Hop- optioiden otsake

tietoja reitittimille, käsitellään joka reitittimessä

Next Header

Hdr Ext Len

Reititysotsake

Routing type Segments left

Routing type (8 bittiä): reititysotsakkeen tyyppi = 0

Segments left (8 bittiä): vielä kuljettavien välisolmujen määrä

Tyypin 0 reititysotsake

Routing type Segments left

Bit map (23 bittiä): 1 (strict routing) = vastaava osoite on seurava solmu, 0 (loose routing) = ei välttämättä oltava seuraava osoite

Next Header

Hdr Ext Len

Address1

reserved

Strict/loose bit map

Address n

...

0

Segments left

Kohteen IP-osoite on osoitelistan viimeinen,

IP-otsakkeessa on ensimmäisen reittilistalla olevan reitittimen osoite

tämä reititin tutkii reititysotsikon ja saa selville, minne paketti seuraavaksi ohjataan

päivittää IP-paketin osoitteeksi seuraavan listalla olevan reitittimen

sekä vähentää yhdellä segments left -kenttää

Paloittelu (fragmentation)

IPv6: lähettäjäsolmu paloittelee sanoman

ei enää reititin

reititin hylkää liian suuret paketit

Path MTU discovery -algoritmi:

lähettäjä selvittää reitillä olevan pienimmän MTU:n (Maximum data unit), jotta osaa paloitella sopiviksi osiksi

1280 tavun paketti on kaikkien pystyttävä välittämään

Paloittelu-otsake

Next Header

reserved

Fragment offset res. M

identification

Fragment offset (13 bittiä): osan sijainti, yksikkönä 64 bitin osat

M-lippu: 1 = lisää palasia, 0= viimeinen pala

Identification (32 bittiä): koko sanoman tunniste, kaikissa osissa sama

,

1. pak. IPv6-otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data

2. pak. IPv6-otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data

3. pak. IPv6-otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data

4. pak. IPv6-otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data

Turvallisuusotsakkeet

kaksi erilaista turvallisuusotsaketta

Autentikointiotsake AH (Authentication Header)

varmentaa lähettäjän

takaa paketin muuttumattomuuden

itse paketti selväkielisenä

Salakirjoituksella suojattu –otsake ESP (Encapsulation Security Payload)

edellisten lisäksi salakirjoittaa kuorman

AH-otsake

Varmistaa datagrammin eheyden ja lähettäjän identiteetin

“juuri tämä lähettäjä on lähettänyt juuri tämän paketin”

kukaan ei väärentänyt lähettäjää

kukaan ei ole millaan tavoin muuttanut pakettia

AH-otsake

IPv6-otsake

TCP/UDP -segmentti

Protokollakenttä ( = 51) ilmoittaa, että mukana on AH-otsake eli käytössä AH-protokolla

AH-otsake

Next header

onko data TCP-, UDP-,…. Segmentti

SPI eli yhteystunnus

yhdessä lähettäjän IP-osoitteen ja käytetyn protokollan kanssa identifioi yhteyden turvasopimuksen SA

Sequence number

järjestysnumero 32 bitillä, yhteyden alussa 0

Authentication Data

sanoman digitaalinen allekirjoitus => lähettäjän identiteetin ja sanoman yheyden varmistus

esim. DES, MD5 tai SHA

AH-otsake

Next Header

Auth. Data Len

Security Parameters Index (SPI)

Sequence Number

Authentication Data (koodattu käyttäen sovittua algoritmia (MD5, SHA, ..) ja HMAC- tapaa

00000000 00000000

Data (esim. TCP-segmentti) selväkielisenä

IP-otsake (next header = AH= 51)

ESP-otsake

Sanoman salaus ja lähettäjän autentikointi

IP-otsake ESP-otsake TCP/UDP- ESP-peräke ESP-autentikointi

segm.

Protokollakenttä (=50): datagrammissa ESP-otsake ja -peräke

Salakirjoituksessa DES-CBC (Cipher Block Chaining)

salakirjoitettu

autentikoitu

ESP-otsake

Securitty Parameters Index (SPI)

salauksen parametrit

Data (esim. TCP-segmentti) salakirjoitettuna

Authentication Data

Pad Len Next Header

Padding

Padding

IP-otsake (next header = ESP)

Turvallisuus verkkokerroksella

IPsec

Authentication Header ( AH) -protokolla

Encapsulation Security Payload (ESP) -protokolla

Ennen käyttöä on luotava kommunikoivien koneiden välille turvasopimus SA (Security Agreement)

looginen yksisuuntainen yhteys verkkokerroksella

käytetty protokolla (AH tai ESP)

lähettäjän IP-osoite

32-bittinen yhteystunnus SPI (Security Parameter Index)

kaikissa saman SA:n IPsec-datagrammeissa sama SPI-arvo

ISKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol)

muodostaa ja purkaa SA-yhteyksiä

IKE (Internet Key Exchange) -algoritmi avainten hallintaan

IPsec ja IPv4 / IPv6

IPsec toimii sekä IPv4:n että IPv6:n kanssa

Kohdeoptioiden otsake

käsitellään vasta kohteessa

geneerinen kohdeoptio-otsake

säästää tyyppinumeroita (vain 256 kpl)

parametreinä voi olla useita yksittäisiä kohdeoptioita

toistaiseksi käytössä vain PAD-optiot

lisää yhden (Pad1) tai n kappaletta (Padn) täytetavuja

Hop-by-hop -optioiden laajennusotsake

Next Header

Hrd Ext Len

One or more options

Next Header: seuraavan otsakkeen tyyppi

Header Extension Length: otsakkeen pituus 64 bitin osina ensimmäisen 64 bitin lisäksi

jumbogrammi

ainoa hop-to-hop- optio toistaiseksi

suuria paketteja tarvitaan

supertietokoneille

suurien videopakettien siirrossa

erittäin nopeilla yhteyksillä

datagrammin

pituus

4 tavulla

next header

0

194

0

Jumbo payload length ( > 65535 tavua)

option tyyppi

otsakkeen

(lisä)pituus

Maksimikooksi yli 4 Gtavua

Otsakkeiden järjestys

Standardin otsakkeet annetaan sovitussa järjestyksessä

Poikkeuksena ovat kohdeoptioiden otsakkeet

Optiot voidaan tarkoittaa myös usealle kohteelle. Tällöin annetaan ensimmäinen osoite kohdeosoitteen kentässä ja muiden kohteiden lista reititysotsakkeessa.

Tällainen kohdeoptioiden otsake esiintyy heti hop-by-hop-otsakkeen jälkeen.

Jos otsakkeen tiedot on tarkoitettu vain paketin viimeiselle vastaanottajalle, niin annetaan viimeisenä laajennusotsakkeena.

Otsakkeiden järjestys

IPv6- Hop- Kohde- Reititys- Paloit- Auten- Kohde- TCP / otsake by- otsake otsake telu- tenti- otsake ODP-

hop- otsake kointi- otsake

otsake otsake

Siirtyminen IPv4 => IPv6

Kestää pitkään

edellinen suuri muutos NCP--> TCP 20 vuotta sitten ja silloin Internet oli paljon pienempi!

Nyt satoja miljoonia koneita ja miljoonia verkon ylläpitäjiä

Ratkaisuja

kaksoispino (Dual stack )

IPv6-solmut toteuttavat myös IPv4:n toiminnot

tunnelointi (tunneling)

IPv6-saarekkeet kommunikoivat IPv4-verkkojen läpi kuin minkä tahansa muun verkon läpi

lähettävät IPv6-sanomat ‘kapseloituina’ IPv4-sanomien sisällä

Kaksoispino

IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6

IPv6

IPv4

IPv4

IPv6

Flow= X

Flow = ??

Tunnelointi

IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6

IPv6

IPv4

IPv4

IPv6

Flow= X

Flow = x

tunneli

IPv6

IPv6

Onko IPv6 edes tarpeen?

Asiakkaat eivät kysele!

CIDR (Classless Interdomain Routing), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), NAT (Network Address Translation) ratkaisseet osoiteongelman

Valmistajat eivät ole kiinnostuneita!

Euroopassa ja Japanissa laajempi kiinnostus

6Bone

IPv6-protokolla

marttinen

2004-09-20T13:17:14