Наконец, адреса IPv4 могут записываться как пара двоеточий, после которой пишется адрес в старом десятичном формате, например:
::192.31.20.46
Возможно, об этом нет необходимости говорить столь подробно, но количество всех возможных 16-байтовых адресов очень велико — 2128, что приблизительно равно 3 х 1023 IP-адресов на квадратный метр. Кто изучал химию, может заметить, что это число больше числа Авогадро. Хотя в планы разработчиков не входило предоставление собственного IP-адреса каждой молекуле на поверхности Земли, они оказались не так далеко от обеспечения такой услуги.
На практике не все адресное пространство используется эффективно, как, например, не используются абсолютно все комбинации телефонных номеров. Например, телефонные номера Манхеттена (код 212) почти полностью заняты, тогда как в штате Вайоминг (код 307) они почти не используются. В RFC 3194 Дьюранд (Durand) и Хуй-тема (Huitema) приводят свои вычисления. Утверждается, что если ориентироваться на использование телефонных номеров, то даже при самом пессимистическом сценарии все равно получается более 1000 IP-адресов на квадратный метр поверхности Земли (включая как сушу, так и море). При любом более вероятном сценарии обеспечиваются триллионы адресов на квадратный метр. Таким образом, маловероятно, что в обозримом будущем обнаружится нехватка адресов.
Полезно сравнить заголовок IPv4 (см. рис. 5.41) с заголовком IPv6 (рис. 5.49), чтобы увидеть, что осталось от старого стандарта. Поле IHL исчезло, так как заголовок IPv6 имеет фиксированную длину. Поле Протокол также было убрано, поскольку поле Следующий заголовок сообщает, что следует за последним IP-заголовком (то есть UDP или TCP-сегмент).
Были удалены все поля, относящиеся к фрагментации, так как в протоколе IPv6 используется другой подход к фрагментации. Во-первых, все хосты, поддерживающие протокол IPv6, должны динамически определять нужный размер пакета. Для этого используется технология Path MTU discovery, о которой мы говорили в разделе 5.5.5. Вкратце, когда хост посылает слишком большой IPv6-пакет, вместо того чтобы его фрагментировать, то маршрутизатор, неспособный переслать пакет дальше, посылает обратно сообщение об ошибке. Получив это сообщение, хост должен прекратить всю передачу этому адресату. Гораздо правильнее будет научить все хосты посылать пакеты требуемого размера, нежели учить маршрутизаторы фрагментировать их на лету. Кроме того, минимальный размер пакета был увеличен с 576 до 1280, чтобы можно было передавать 1024 байт данных, плюс множество заголовков.
Наконец, поле Контрольная сумма было удалено, так как ее подсчет значительно снижает производительность. Поскольку в настоящее время все шире используются надежные линии связи, а на канальном и транспортном уровнях подсчитываются свои контрольные суммы, наличие еще одной контрольной суммы не стоило бы тех затрат производительности, которых требовал бы ее подсчет. В результате перечисленных удалений получился простой, быстрый и в то же время гибкий протокол сетевого уровня с огромным адресным пространством.
Дополнительные заголовки
В опущенных полях заголовка иногда возникает необходимость, поэтому в протоколе IPv6 была представлена новая концепция (необязательного) дополнительного заголовка. На сегодня определены шесть типов дополнительных заголовков, которые перечислены в табл. 5.7. Все они являются необязательными, но в случае использования более чем одного дополнительного заголовка они должны располагаться сразу за фиксированным заголовком, желательно в указанном порядке.
Таблица 5.7. Дополнительные заголовки IPv6
некоторых заголовков формат фиксированный, другие содержат переменное количество полей переменной длины. Для них каждый пункт кодируется в виде тройки (тип, длина, значение). Тип представляет собой однобайтовое поле, содержащее код параметра. Первые два бита этого поля сообщают, что делать с пакетом маршрутизаторам, не знающим, как обрабатывать данный параметр. Возможны четыре следующих
варианта: пропустить параметр, игнорировать пакет, игнорировать пакет и отослать обратно ICMP-пакет, а также то же самое, что и предыдущий вариант, но не отсылать обратно ICMP-пакет в случае многоадресной рассылки (чтобы один неверный многоадресный пакет не породил миллионы ICMP-донесений).
Поле Длина также имеет размер 1 байт. Оно сообщает, насколько велико значение (от 0 до 255 байт). Поле Значение содержит необходимую информацию размером до 255 байт.
Заголовок параметров маршрутизации содержит информацию, которую должны исследовать маршрутизаторы на протяжении всего пути следования пакета. Пока что был определен один вариант использования этого параметра: поддержка дейтаграмм, превышающих 64 Кбайт. Формат заголовка показан на рис. 5.50. При этом полю Длина полезной нагрузки в фиксированном заголовке присваивается значение 0.
Следующий заголовок
0
194
4
Длина полезной нагрузки
Рис. 5.50. Дополнительный заголовок для больших дейтаграмм
Как и все дополнительные заголовки, он начинается с байта, означающего тип следующего заголовка. Следующий байт содержит длину дополнительного заголовка в байтах, не считая первых 8 байт, являющихся обязательными. С этого начинаются все расширения.
Следующие два байта указывают, что данный параметр содержит размер дейтаграммы (код 194) в виде 4-байтового числа. Размеры меньше 65 536 не допускаются, так как могут привести к тому, что первый же маршрутизатор проигнорирует данный пакет и отошлет обратно ICMP-сообщение об ошибке. Дейтаграммы, использующие подобные расширения заголовка, называются джамбограммами (jumbograms, от слова «jumbo», означающего нечто большое и неуклюжее). Использование джамбограмм важно для суперкомпьютерных приложений, которым необходимо эффективно передавать по Интернету гигабайты данных.
Заголовок расширяется на поля, которые должны инетерпретироваться только хостом-получателем. В начальной версии IPv6 задавались только «нулевые» настройки для дополнения этого заголовка до кратности 8 байтам, и сам заголовок не использовался. Это делалась для того, чтобы программное обеспечение новых роутеров и хостов могло их обработать, если кто-нибудь подумает о дополнительных настройках в будущем.
Маршрутный заголовок содержит информацию об одном или нескольких маршрутизаторах, которые следует посетить по пути к получателю. Это очень сильно напоминает свободную маршрутизацию стандарта IPv4 в том, что указанные в списке маршрутизаторы должны быть пройдены строго по порядку, тогда как не указанные проходятся между ними. Формат маршрутного заголовка показан на рис. 5.51.
Первые четыре байта дополнительного маршрутного заголовка содержат четыре однобайтовых целых числа. Поля Следующий заголовок и Длина дополнительного заголовка были описаны ранее. В поле Тип маршрутизации описывается формат оставшейся части заголовка. Если он равен 0, это означает, что далее следует зарезервированное 32-разрядное слово, а за ним — некоторое число адресов IPv6. В бу-
дущем, возможно, будут по мере необходимости изобретаться какие-то новые поля. Наконец, в поле Число оставшихся сегментов указывается, сколько адресов из списка еще осталось посетить. Его значение уменьшается при прохождении каждого адреса. Когда оно достигает нуля, пакет оставляется на произвол судьбы — никаких указаний относительно его дальнейшего маршрута не дается. Обычно в этот момент пакет уже находится достаточно близко к месту назначения, и оптимальный маршрут очевиден.
Рис. 5.51. Дополнительный заголовок для маршрутизации
