Protokol IPv6 je popolnoma nov protokol, vendar je zaradi lažjega razumevanja njegove lastnosti najlažje predstaviti s primerjavo IPv6 in IPv4.

Transcription

1 Vaja: IPv6 1 Namen Namen vaje je seznaniti učeče z osnovnimi značilnostmi protokola IP verzije 6 (IPv6). Cilj vaje je, da učeči preizkusijo delovanje protokola IPv6 na operacijskem sistemu Windows 7. 2 Uvod v IPv6 Internetni protokol verzije 6 predstavlja nadgradnjo obstoječega internetnega protokola verzije 4. Razlogov za razvoj nove verzije je več. Med njimi je najbolj očiten izraba naslovnega prostora pri IPv4. Trenutno je porabljenega približno 80% naslovnega prostora (teoretična omejitev je okoli 4 milijarde možnih IPv4 naslovov, praktična omejitev pa okoli 250 milijonov naslovov). 2.1 Primerjava nekaterih značilnosti IPv6 in IPv4 Protokol IPv6 je popolnoma nov protokol, vendar je zaradi lažjega razumevanja njegove lastnosti najlažje predstaviti s primerjavo IPv6 in IPv Naslovi IP Naslov IPv4 je 32 biten in je sestavljen iz omrežnega dela in naslova naprave. Zapisan je v skupinah po 8 bitov, ki so predstavljeni desetiško. Skupine so ločene s piko. PRIMER: Pri IPv6 je naslov 128 biten, kar znese približno 3,4x10 38 vseh možnih naslovov oziroma 6,5x10 23 naslovov na kvadratni meter zemeljske površine. Zapisan je v skupinah po 16 bitov v formatu HEX, posamezne skupine so ločene z dvopičjem. PRIMER: 2002:c14d:4f42:1:50e6:3a11:10bd:fab Tipi naslovov V IPv4 so definirani naslednji tipi naslovov: unicast - identificira posamezno napravo oziroma vmesnik; multicast - identificira skupino naprav; broadcast - identificira vse naprave v omrežju. V IPv6 so naslovi definirani nekoliko drugače: unicast - za posamezno napravo ali vmesnik; multicast - za skupino naprav, dostava do vseh naprav v skupini; anycast - za skupino naprav, dostava se izvede najbližji napravi; broadcast naslovov NI, naloge so prevzeli multicast naslovi. 1

2 2.1.3 Delitev unicast naslovov Pri IPv4 se naslovni prostor deli na javne in zasebne naslove IP (ang. public and private). Globalno gledano ima vsaka naprava v internetu svoj javen naslov IP. Zaradi pomanjkanja javnih naslovov in varnosti, se uporablja tudi zasebne naslove, ki se pri prehodu iz zasebnega v javno omrežje spremenijo v javne naslove (mehanizem NAT, ang. Network Address Translation). Pri IPv6 se unicast naslovni prostor deli na: globalne, link-local, unique local, ter posebne (special) naslove. Čeprav je formalno naknadno ukinjen, je ponekod še v rabi tudi site-local naslov Globalni unicast naslovi Globalni naslovi imajo globalen doseg in so ekvivalent javnim naslovom v IPv4. Dodeljuje jih organizacija ICANN (angl. Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Od 128 bitov naslov IP6 so za globalne unicast naslove prvi trije biti točno določeni. Binarno so to: 001 biti. V hexadecimalnem tekstovnem zapisu pomeni to, da je prva vrednost v zapisu lahko samo 2 ali 3. (0010 = 2; 0011 = 3). Torej, če se naslov začne z 2 ali 3 takoj vemo, da gre za globalni unicast naslov. Vsi trenutno dodeljeni globalni naslovi imajo predpono 001 (npr. 2000::/3). Prvih 64 bitov naslova predstavlja omrežno predpono. Preostalih 64 je oznaka vmesnika. Slika 1: Struktura globalnega naslova IPv6 Anycast naslovi enako strukturo kot globalni unicast naslovi. Primeri posebne strukture naslovov so multicast naslovi Lokalni unicast naslovi Link-local naslovi Link-local naslov prepoznamo po začetnih 10 bitih, ki so: (fe80::/10). Link-local naslovi predstavljajo ekvivalent avtomatskim zasebnim naslovom IP v omrežjih IPv4. Namenjeni so komunikaciji znotraj ene povezave (linka), tj. dela omrežja, ki sega do usmerjevalnika. Usmerjevalnik paketkov z 'link-local' naslovi nikoli ne posreduje izven lokalnega podomrežja, torej so zasebni na nivoju povezave. Link-local naslovi se vedno generirajo in nastavijo avtomatsko, tudi če v omrežju ni usmerjevalnika oziroma ni prisotnih drugih unicast naslovov. Postopek nastavljanja se imenuje avtonastavitev naslova (ang. address autoconfiguration). 2

3 Drugi del naslova, torej 64 bitna oznaka vmesnika (Interface ID) se generira iz naslova drugega sloja (npr. Ethernet MAC naslov). Med indikatorjem in oznako vmesnika so same ničle Unique local naslovi Slika 2: Struktura link-local naslova IPv6 Unique local naslovi so namenjeni naslavljanju celotnega omrežja neke organizacije. To pomeni, da so naslovi zasebni (local) na nivoju organizacije, znotraj nje pa edinstveni (ang. unique). Unique local naslovi se ne uporabljajo za usmerjanje v internetu. Unique-local naslovi se vedno začnejo z , oziroma FD00::/8. Nato sledi 40 bitni global ID, ki je generiran naključno. Temu sledi 16 bitni Subnet ID, ki identificira podomrežje znotraj organizacije ter 64 bitni Interface ID. Unique-local in globalni unicast naslovi imajo enako strukturo za 48. bitom oziroma strukturo: Subnet ID + Interface ID. Unique-local naslov lahko predstavlja globalno unikaten naslov, saj obstaja zelo majhna statistična verjetnost, da se generirata dva ista naslova. Ne glede na to dejstvo, se ne uporablja za oglaševanje omrežja, niti se ne uporablja za globalne DNS vnose Posebni naslovi Posebna naslova sta: Slika 3: Struktura unique local naslova 0:0:0:0:0:0:0:0 (::) nedoločen naslov (ang. unspecified address) je naslov, ki ga naprava tipično uporablja pri samodejnem nastavljanju lastnega naslova IP (takrat za njo naslov IP še ni znan, oziroma ni določen); 0:0:0:0:0:0:0:1 (::1) 'loopback' naslov, ki je naslov logičnega, testnega vmesnika in je ekvivalent naslovu IPv Multicast naslovi Multicast naslovi predstavljajo pomembno skupino naslovov v IPv6. En multicast naslov predstavlja vsaj eno ali več naprav, ki pripadajo določeni skupini (ang. group). Uporabljajo se pri prenosu podatkov do več uporabnikov hkrati in pri realizaciji podpornih funkcij omrežja (kot je npr. določanje fizičnega naslova naprave). Multicast naslovi se vedno začnejo z ali FF. Kot ostale vrste naslovov ima tudi multicast naslov določeno strukturo. V tej strukturi takoj za indikatorjem FF sledi polje zastavic in polje obsega veljavnosti, kateremu na koncu sledi oznaka skupine. 3

4 Zastavica T določa ali je naslov stalen (T=0) ali začasen (T=1). Polje obseg veljavnosti določa področje, za katero je multicast naslov namenjen. Ta obseg je lahko vmesnik (scope id=1), povezava (scope id=2), organizacija (scope id=8) ali je globalen (scope id=14). Primera za označevanje skupin sta: group_id = ::1 pomeni vse naprave v danem obsegu, group_id = ::2 pomeni vsi usmerjevalniki v danem obsegu. Primer končnega multicast naslova je: FF02::2 Slika 4: Struktura multicast naslova IPv Naslov 'Solicited-Node' Naslov 'Solicited-Node' je posebna vrsta multicast naslova, ki jo naprava izračuna za vsak svoj unicast naslov IPv6 (tako globalni, kot link-local). Uporablja se v postopku iskanja sosedov, ki je razložen v nadaljevanju. Naslov 'Solicited-Node' se tako kot vsak multicast naslov začne z FF, čemur sledi še oznaka 02, ki označuje veljavnost oziroma trajnost naslova in doseg znotraj povezave. Temu sledi 79 zaporednih ničel in ena enica: 0000:0000:0000:0000:0001. Zadnjih 24 bitov je 'prepisanih' iz unicast naslova IPv6, za katerega se 'solicited-node' naslov formira. Možen je primer, da imata dve napravi v omrežju enak naslov 'solicited-node'. Slika 5: 'Solicited node' naslov 4

5 2.2 Dodeljevanje naslovov IPv6 Vsak odjemalec (klient) ima definirane: link-local naslov, ki je izračunan avtomatično iz naslova Ethernet MAC; globalen unicast naslov, ki jih je lahko več in naslov vmesnika 'loopback' (::1). Usmerjevalnik poleg omenjenih naslovov vsebuje še anycast naslov za vsako podomrežje. Odjemalci poslušajo promet na unicast naslovih in na naslednjih multicast naslovih: FF02::1 vse naprave v podomrežju; solicited-node multicast naslov; multicast naslov skupin, ki jim naprava pripada. Poleg ročnega nastavljanja globalnih naslovov se uporabljajo naslednji mehanizmi avtomatičnega dodeljevanja globalnih naslovov: DHCPv6; terminal izračuna svoj naslov (interface ID) na osnovi naslova Ethernet MAC; terminal generira naključen 'interface ID' na osnovi zgoščevalne funkcije MD Protokola ICMPv6 in ND ICMPv6 Protokol ICMP (ang. Internet Control Message Protocol) definira kontrolna sporočila, ki si jih med sabo izmenjujejo naprave v omrežjih IP. Definirana je osnovna struktura sporočila, ki se po kreiranju vpakira (inkapsulira) v IP paket in pošilja naprej, kot vsak drugi TCP/IP paket. Obstajata dve osnovni vrsti ICMP sporočil. Ti sta: Sporočila o napakah (ang. Error Messages) sporočajo napake pri posredovanju in dostavi paketov IPv6. Tipi sporočila o napakah so: ponor nedosegljiv (ang. Destination Unreachable); prevelik paket (ang. Packet Too Big); pretečen čas (ang. Time Exceeded) uporablja se pri izvajanju aplikacije traceroute; napačen parameter (ang. Parameter Problem). Informacijska sporočila (ang. informational messages) zagotavljajo diagonostične funkcije in podporne funkcije za naprave. Tipi teh sporočil so: Echo zahteva in odgovor (ang. Echo Request, Echo Reply) uporabljata se pri izvajanju aplikacije ping in traceroute; oglaševanje in povpraševanje usmerjevalnika (ang. Router Advertisment, Router Solicitation) uporabljata se pri nastavljanju naslova IPv6; 5

6 oglaševanje soseda in povpraševanje soseda (ang. Neighbor Advertisment, Neighbor Solicitation) uporabljata se za vzdrževanje podatkov o sosednjih napravah v omrežju; sporočilo Redirect; sporočilo Router Renumbering Message; Opcije informacijskih sporočil (ang. Informational Message Options). Generični format sporočila ICMP je skupen obema verzijama. Prikazan je na naslednji sliki: Slika 6: Struktura sporočila ICMPv6 Vsako sporočilo ICMP nosi podatke, ki so specifični za tip sporočila, ki mu pripadajo. Pri sporočilih o napakah se kot vsebina vedno doda del originalnega sporočila Protokol ND Protokol ND (ang. Neigbor Discovery Protocol) predstavlja novost v IPv6. Tako kot ICMP je namenjen podpornim omrežnim storitvam. V omrežjih IPv6 nadomešča uporabo protokola ARP (ang. Address Resolution Protocol). Funkcije, ki jih zagotavlja, so povezane z usmerjanjem paketov, nastavljanjem naslovov in lokalno povezljivostjo naprav. Čeprav naziv protokola nakazuje samo odkrivanje sosedov, se s pomočjo protokola zagotavljajo in izmenjujejo tudi drugi pomembni podatki o sosedih. Ti podatki so nujni za pravilno delovanje omrežja. Sosedje so vse naprave, ki so v istem lokalnem omrežju. Protokol ND se izvaja na osnovi 5 tipov sporočil ICMPv6. To so: Router Advertisment in Router Solicitation; Neighbor Advertisment in Neigbor Solicitation; Redirect Pretvorba naslovov v IPv6 Osnovni koncept delovanja je podoben kot pri protokolu ARP v IPv4, kar pomeni, da je na podlagi poznanega naslova IP potrebno pridobiti fizični naslov naprave (link-layer address). Pridobljeni naslov se shranjuje v tabelo sosedov (ang. neighbor cache). Ekvivalent tej strukturi v IPv4 je tabela arp (ang. arp cache). Za pridobivanje fizičnih naslovov se v IPv6 uporablja protokol ND. Osnoven koncept delovanja je naslednji: Naprava, ki želi poslati datagram na naslov IPv6, za katerega ne pozna fizičnega naslova, pošlje multicast sporočilo Neighbor Solicitation. Ciljna naprava odgovori z unicast sporočilom Neighbor Advertisment. 6

7 Osnovna razlika med realizacijami (ARP in ND) je v tem, da protokol ND ni protokol povezavnega sloja, kot je to ARP. Protokol ND za svoje delovanje uporablja ICMPv6 sporočila. Prednost takšne spremembe je v manjši odvisnosti od fizičnih značilnosti omrežja. S tem je tudi omogočena uporaba funkcij omrežnega sloja, kot so varnostne funkcije protokola IP. Še ena pomembna razlika je v tipu odhodnega sporočila. Lokalno omrežje je ponavadi implementirano s tehnologijo, ki podpira multicast (npr. Ethernet). V tem primeru se Neighbor Solicitation sporočilo ne pošilja vsem napravam, kot velja za broadcast pošiljanje ARP zahtev. Namesto broadcast naslova se uporabi solicited-node multicast naslov naprave, ki se izračuna iz naslova IPv6. Izbere se tisti naslov IPv6, ki se je kreiral iz fizičnega naslova (npr. MAC). Naprava, ki v vsebini Neighbor Solicitation sporočila prepozna svoj naslov IPv6, bo odgovorila pošiljatelju z Neighbor Advertisment sporočilom. V njem bo vsebovan ustrezen strojni naslov. V tem postopku, ki je prikazan tudi na spodnjih slikah, obe napravi posodobita svoje predpomilnike sosedov. Slika 7: Protokol ND - Neighbor Solicitation Slika 8: Protokol ND - Neighbor Advertisement 7

8 3 Izvedba vaje 3.1 Delovanje protokolnega sklada IPv6 Z orodjem Wireshark prožite zajem prometa na vmesniku FastEthernet. Izberite navaden način in neomejen čas zajema. V prvem delu vaje preverite, ali je na operacijskem sistemu omogočen protokolni sklad IPv6. To naredite v naslednjih korakih: Start Control Panel Network Connections Local Area Connection Properties Lahko preverite tudi v : Start Run cmd ipconfig all Slika 9: Pregled nastavitev IPv6 1. Iz izpisa prepišite link-local naslov vašega Ethernet vmesnika Omrežna predpona naslova je: Oznaka vmesnika v naslovu je: 8

9 Naštejte ''prepoznavne znake'' link-local unicast naslovov IPv6: a. b. 2. Zapišite link-local naslov privzetega prehoda: 3. Zapišite globalen naslov IPv6, ki je generiran na osnovi naslova Ethernet MAC: a. Zapišite omrežno predpono: b. Koliko bitov ima omrežna predpona: c. Zapišite oznako vmesnika: 4. Zapišite globalen naslov IPv6, ki je generiran na osnovi zgoščevalne funkcije MD5: a. Zapišite omrežno predpono: b. Koliko bitov ima omrežna predpona: c. Zapišite oznako vmesnika: 5. Za link-local in global unicast naslova iz prejšnjih nalog določite solicited-node multicast naslov in jih zapišite v strnjeni hexadecimalni obliki. Solicited-node multicast naslov se določi za vsak unicast naslov, ki ga naprava pridobi. Struktura tega naslova je naslednja - prvih 16 bitov je vedno Temu sledi 79 ničel ter 1 enica. Potem se zvrsti niz Preostalih 24 bitov je prepisanih iz unicast naslova za katerega se določa solicited-node naslov, in sicer je prepisanih poslednjih 24 bitov. a. b. c. V katerem postopku se uporablja solicited-node naslov? 3.2 Opazovanje delovanja protokola ND in ICMPv6 V ukaznem oknu (Start Run cmd) z uporabo ukaza: Ipv6 netsh interface ipv6 show neighbors [ID vmesnika] preglejte vsebino tabele sosedov. Osredotočite se na vmesnik Ethernet LAN. 9

10 6. Zapišite število vnosov v tabeli: Status vnosa je podan z besedo, ki je v tabeli v poslednjem stolpcu. Kakšen je status vnosov v vaši tabeli? Z orodjem Wireshark prožite zajem prometa na vmesniku FastEthernet. Izberite navaden način in neomejen čas zajema. Z naslednjimi ukazi izbrišite tabelo sosedov za vmesnik Ethernet in se s ponovnim pregledom prepričajte, da je prazna. netsh interface ipv6 delete neighbors [ID vmesnika] S ponovnim pregledom se prepričajte, da je tabela zdaj prazna. Z ukazom ping [naslov IPv6]%[ID vmesnika] preverite povezljivost do sosednjega računalnika. Prekinite zajem prometa in si oglejte vsebino tabele sosedov in zajeti promet. S pomočjo zajetih podatkov odgovorite na naslednja vprašanja. 7. Aplikacija ping Katera protokolna sporočila opažate pri delovanju aplikacije ping? Komentirajte! 8. Protokol ND a. Katera sporočila protokola ND opažate v zajemu? b. Kako so inkapsulirana sporočila protokola ND? c. S katerim sporočilom se začne postopek pridobivanja hardverskega naslova? d. Raziščite strukturo sporočila iz c in odgovorite na naslednja vprašanja: Prepišite omrežni naslov vira sporočila: Prepišite fizični naslov vira: Prepišite omrežni naslov ponora: 10

11 Prepišite fizični naslov ponora: Katerega tipa je naslov ponora in po čemu ta tip prepoznate? e. Poiščite sporočilo, ki je odgovor na sporočilo v c, raziščite njegovo vsebino in odgovorite na naslednja vprašanja: Tip sporočila je: Prepišite omrežni naslov vira sporočila: Prepišite fizični naslov vira: Prepišite omrežni naslov ponora: Prepišite fizični naslov ponora: Katerega tipa je naslov ponora? f. Oglejte si sporočilo Router Advertisement in odgovorite na vprašanja: Prepišite omrežni naslov vira sporočila: Prepišite fizični naslov vira: Prepišite omrežni naslov ponora: Prepišite fizični naslov ponora: Kakšnega tipa je naslov ponora? Kateri podatki predstavljajo uporabno vsebino sporočila? g. Preglejte vsebino tabele sosedov. Komentirajte! 11