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IP V6

IP V6. 林錦財 講解. 第六版網際網路協定的新特點. 增加位址空間，由 32 位元變成 128 位元 階層性位址，以減小核心路由器的路徑表 簡化標頭，使路由器及閘道器之處理與遶送變快 改進安全與資料整合性，包括認證與加密 自動組態措施，使主機不需人工即可自網路獲得 IP 位址 更嚴謹的服務品質保證，藉由優先順序處置 支援行動計算，藉由自動組態獲得 IP 位址. 為何位址要改成 128 位元. 網際網路用戶增加 行動用戶 行動電話 交通工具 車輛、飛機 消費性產品. 較大的位址空間. 提供全域到達性與彈性

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Presentation Transcript

  1. IP V6 林錦財 講解

  2. 第六版網際網路協定的新特點 • 增加位址空間，由32位元變成128位元 • 階層性位址，以減小核心路由器的路徑表 • 簡化標頭，使路由器及閘道器之處理與遶送變快 • 改進安全與資料整合性，包括認證與加密 • 自動組態措施，使主機不需人工即可自網路獲得IP位址 • 更嚴謹的服務品質保證，藉由優先順序處置 • 支援行動計算，藉由自動組態獲得IP位址

  3. 為何位址要改成128位元 • 網際網路用戶增加 • 行動用戶 • 行動電話 • 交通工具 • 車輛、飛機 • 消費性產品

  4. 較大的位址空間 • 提供全域到達性與彈性 • 位址聚合(address aggregation) • 多重位址(multihoming) • 自動配置(autoconfiguration) • 隨插即用 • 不用NAT • 解決換位址問題

  5. 路由協定的對應改變 • OSPF v3: 只有位址變128位址 • RIPng • BGP: 階層性位址的交換

  6. 資料包格式 • 主要標頭 • 版本(version) • 交通類型(traffic type) • 流量標籤(flow label) • 負載長度(payload length) • 下一標頭(next header) • 跳數限制(hop limit) • 來源位址(source address) • 目標位址(destination address)

  7. 簡化的標頭 • 64-bit 對齊的欄位；較少的欄位 • 路由效率 • 無廣播 • 無檢查碼：由上層協定做 • 延伸標頭 • 流量標籤

  8. IP v4與v6標頭比較

  9. 交通類型 • 4位元優先等級(priority) • 值0~7：儘力式(best-effort) • 1: network news • 4: ftp • 值8~15：即時串流(real-time streams)

  10. 流量標籤 • 對於best-effort，設0 • 對於即時串流，使路由器識別屬同一通話(call)或議程(session)的個別封包 • 結合來源與目標位址，得以保留路徑上的資源

  11. 負載長度 • 表示資料包中，40位元組基本標頭之後的位元組數 • 最少長度是536位元組 • 最長長度是64 K 位元組 • 有別於IP第四版的總長度欄是包括標頭的

  12. 下一標頭 • 基本資料包基本標頭後，接著是傳輸層標頭，若此，則下一標頭指示傳輸協定種類 • 然而，必要時在主要標頭與傳輸層標頭之間，可以有延伸標頭(extension headers)，若此，則下一標頭指示下一個延伸標頭之類型 • 目前有六種的延伸標頭 • 最後一個延伸標頭的下一標頭欄位則指示傳輸協定種類

  13. EH(1)

  14. 延伸標頭 • 目前定義了6種延伸標頭(選項) • 逐跳選項(hop-by-hop options) • 目標選項(destination options)(若有使用路由選項) • 路由 (routing)選項 • 片段(fragment) • 認證(authentication) • 包裝安全負載(encapsulating security payload) • 目標選項(destination options) (若無使用路由選項) • 按照上列順序

  15. 選項格式 • 依照TLV格式 • 種類(Type) • 前2個位元決定當其無法被識別時的相對應動作 • 00: 忽略此選項，並繼續處理其他標頭選項 • 01: 丟棄整個封包 • 10: 丟棄封包，並回傳ICMP錯誤報告給來源 • 11: 類似10，但只有當目的位址不是群播位址才回報 • 長度(Length)：該選項總長度-8 • 值(Value)

  16. 逐跳選項 • 此類標頭包含必須被路徑上每一部閘道器與路由器檢視的資訊，如RSVP、Multicast Listener Discovery v1的警示(alert) ，以及巨包。 • 前一標頭 (即主要標頭)中的「下一標頭」欄值為0 • 一個使用範例是載送超過64 K位元組的負載(所謂的巨包(jumbograms))於支援超大MTU的路徑上 • 長度欄位的長度不包含延伸標頭的前8個位元組

  17. 目標選項 • 目標選項 • 載送只供目標主機與路由選項中指定的拜訪位址(路由器)所需檢視的資訊；若此選項在ESP之後，則只供目標主機處理 • 前一標頭 中的「下一標頭」欄值為60 • 除了以TLV格式表示之選項外，為了確保標頭長度是8位元組的倍數，目前定義了兩個目標選項：Pad1 與 PadN • Pad1:填補單一位元組 • PadN：填補二個以上的位元組

  18. 路由選項 • 前一標頭中的「下一標頭」欄值為43 • 來源路徑(source routing)： • 嚴格(strict)，指定下一站位址 • 寬鬆(loose)，指定下一個經由點位址

  19. Segments left 用以指出準備使用的下一位址

  20. Example 6.7 • 延伸標頭初始內容 • Next header = TP • Header extension length = 2 x 4 = 8 • Routing type = 0 • Segments left = 0 • Strict/loose bit map = 11110000 00000000 00000000 • List of addresses = R1位址, R2位址, R3位址, B位址 嚴格路徑：A—R1—R2—R3—B

  21. Example 6.7 (續) • 主要標頭內容 • 在來源：來源位址= A位址, 目標位址 = R1位址 Segments left = 0 • 在R1：來源位址= A位址, 目標位址 = R2位址 Segments left = 1 • 在R2：來源位址= A位址, 目標位址 = R3位址 Segments left = 2 • 在R3：來源位址= A位址, 目標位址 = B位址 Segments left = 3

  22. 片段選項 • 前一標頭中的「下一標頭」欄值為44 • 不同於IPv4 • 分段只有在來源端做；路由器與閘道器不做分段動作 • 無「不分段」(don’t fragment)位元 • 使用最小MTU長度(576位元組─此值不含主要標頭的40位元組)或使用路徑MTU發掘(path MTU discovery)程序以決定MTU • 負載長度欄 • 第一片段：整個訊息負載長度(包括選項) • 其他片段：該片段的負載長度(包括選項)

  23. 未分段 分成三段

  24. 認證與封裝安全負載 • 認證：確保訊息的確來自真正的來源，而不是偽冒者 • IPv6提供的認證標頭協定(Authentication Header, AH)也包含提供訊息的完整性(integrity)，但不包括私密性(privacy) • 前一標頭中的「下一標頭」欄值為51 • 封裝安全負載(ESP) • 確保不洩漏資訊 • 傳輸模式加密(transport mode encryption) • 只保密TP部分 • 隧道模式加密(tunnel mode encryption) • 保密整個原來的封包 • 前一標頭中的「下一標頭」欄值為50

  25. 傳輸模式加密 加密 隧道模式加密 加密 原來封包 Figure 6.45Encapsulating security payload: (a) transport and tunnel modes; (b) example application of tunnel mode

  26. 位址結構 • 階層式(hierarchical)架構 • 方便位址聚合(address aggregation) • 減小路徑表 • 除了地理上的劃分(geographical breakdown)，尚包括組織、用途的劃分 • 前置碼格式(prefix format)表

  27. 位址聚合

  28. 位址表示法 • 標準表示法：128位元的位址，每16位元以16進位法表示，以冒號(:)分隔 • 簡省表示 • 可省略每一段的起頭0 • 多段的全0，可以::代替，但至多只能一個:: • 例如：FEDC:BA98:7654:3210:0000:0000:0000:0089 • 可簡省為FEDC:BA98:7654:3210::89 • 嵌入的IPv4位址 • ::150.10.0.6 • ::FFFF:150.10.0.6

  29. 三種位址 • 單播(unicast) • 群播(multicast) • 廣播被群播所取代 • 任意播(anycast) • One-to-nearest • 多個設備共享一個位址，提供相同的服務 • 其格式與全域 unicast 位址並無區別

  30. 單播位址 • 鏈路局域單播位址(Link-local unicast address) • 傳送對象只限於同鏈結(直接相連網路)上的設備 (前置碼FE80::/64) • 唯一性局域位址(Unique localaddress ) • 原本定義Site local address (FEC0)，但已廢除 • 相當於私有位址 (前置碼FC00::/7) • 全域單播位址(Global unicast address) • 可與間接相連網路上設備通訊 • 目前：前置碼2000::/3

  31. 全域單播位址(Global Unicast Address) extended universal identifier (EUI)-64格式

  32. 特殊單播位址 • 未指定位址 :: • 迴溯位址(loopback address) ::1 • 與IPv4相容的IPv6位址 ::IPv4 • 被IPv4映射的IPv6位址 ::FFFF:IPv4

  33. 任意播(Anycast) • 格式與全域單播位址相同 • 然而，一群的主機或是路由器可以都有相同的任意播位址。 • 提供相同功能的服務 • 因為無法與單播區別，主機或路由器必須特別由網管人員設定(告知)其為某任意播群組成員。 • 並設定前置碼之共同部份以決定所有成員的所在拓樸區域範圍 • 在此區域內所有路由器在路徑表中，為群組中的每個成員維護一條個別項目 • 目前只有少數用法，如router-subnet anycast 與 Mobile IPv6 home agent anycast

  34. 動態IPv6位址 • 全域單播位址：子網導碼+介面ID • 基本上，介面ID是根據MAC 48-bit位址得來的EUI-64 位址 • 例如轉換MAC位址00-0C-29-C2-52-FF 成 EUI-64 位址 00-0C-29-FF-FE-C2-52-FF • 若此ID用於局部單播位址，即為 000C:29FF:FEC2:52FF • 不過，若用於IPv6介面ID(RFC2373 and RFC3513)，則須將第7 bit(稱為U/L位元)設為1 ，成為 020C:29FF:FEC2:52FF

  35. MACEUI-64 Modified EUI-64

  36. 鏈路局部位址 • 只限於與同鏈路上的其他設備通訊

  37. 自動組態 • 支援兩種自動組態 • 與局區路由器間的簡易(無狀態)要求回應協定 • ICMPv6的「路由器邀請」(router solicitation)與ICMPv6的「路由器廣告」(router advertisement)訊息 • 動態主機組態協定(Dynamic Host Configuation Protocol, DHCP) • 伺服器(Sever) • 中繼代理者(Relay agent )

  38. 動態主機組態協定 Figure 6.22The DHCP protocol: (a) example network topology

  39. 動態主機組態協定 廣播 廣播 單播 單播 租約期限 DHCP release Figure 6.22The DHCP protocol: (b) DHCP 訊息交換順序 區域網路 遠距 DHCP relay agent DHCP Server Dhcp client

  40. 無狀態自動組態 • 不需DHCP與DHCPv6伺服器 • 共有四個步驟 • 自動產生介面ID • 產生暫態位址 • 驗證在鏈路上位址的唯一性 • 利用ICMPv6的「鄰居邀請」(neighbor solicitation) • 若唯一，則用步驟2的位址；若不唯一，則需要人工設定 • 為避免被追蹤，也可能根據MAC位址來隨機產生介面ID

  41. 鄰居路由器發現協定 徵詢

  42. 群播位址 • 永久(permanent)位址：公認註冊的 • 暫時(temporary)位址：臨時私下使用的 • 視野(scope)：決定是否再轉送，或丟棄 • 不需要TTL 例如FF05::/16為永久site-local群播位址

  43. 預定的群播位址 • FF00::至FF0F::是預定的(reserved)群播位址 • FF02::1 — 鏈路上的所有節點(link-local scope). • FF02::2 —鏈路上的所有路由器 • FF02::9 — 鏈路上的所有 IPv6 Routing Information Protocol (RIP) 路由器 • FF02::1:FFXX:XXXX — 鏈路上被徵詢節點(Solicited-node)群播，其中XX:XXXX是徵詢節點之單播或任意播位址(介面ID)的最右 24 bits • FF05::101 — 場區(site)中所有 Network Time Protocol (NTP) 伺服器 (site-local scope).

  44. 取代廣播 用於自動組態 用於位址解析 IPv6位址MAC位址 例如兩節點位址分別為 2001:DB8:200:300:400:500:AAAA:BBBB 2001:DB8:200:300:400:501:AAAA:BBBB 其中，鏈路導碼(prefix)為 2001:DB8:200:300::/64. 則被徵詢節點群播位址都是為FF02:0:0:0:0:1:FFAA:BBBB 被徵詢節點群播位址

  45. IPv6群播位址轉MAC位址 IPv6 Multicast Address 32 bits FF02 0000 0000 0000 0000 0001 FF5C F038 Multicast Layer 2 Address 3333 FF5C F038 48 bits

  46. IPv6 移動性(Mobility) • 移動性內建於 IPv6 中 • 不再需要「外地代理者」(foreign agents) • 對所有的移動節點，其關照位址(care-of address, CoA) 可以是全域性的 IPv6 可遶送位址(routable address) • 機制：選項標頭(option headers)、鄰居發現(neighbor discovery)、與自動組態(autoconfiguration) • 對許多情形，除去了三角遶送 (triangle routing) • 移動節點甚至可以無需安排地(transparently)與其他不支援移動性的節點一起運作 • 移動IPv6中的動態源地位址發現 (dynamic home agent address-discovery)機制只回傳單一的回應給移動節點

  47. IPv6/IPv4相互運作 • 漸近地轉移至IPv6 • 使用的技術 • 雙重協定(dual protocols) • 雙重堆疊與隧道法 • 轉換器(NAT-PT)

  48. 雙重協定(Dual Protocols) • 如同時支援兩種協定 Figure 6.47IPv6/IPv4 interoperability using dual (IPv6/IPv4) protocols

  49. 雙重堆疊(Dual-Stack) • 可同時支援IPv4與IPv6的路由器

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