Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Поле Длина полезной нагрузки сообщает, сколько байт следует за 40-байтовым заголовком, показанным на рис. 5.49. В заголовке IPv4 аналогичное поле называлось Полная длина и определяло весь размер пакета. В новом протоколе 40 байт заголовка учитываются отдельно. Это значит, что теперь полезная нагрузка может занимать 65 535 байт вместо 65 515.

Поле Следующий заголовок раскрывает секрет возможности использования упрощенного заголовка. Дело в том, что после обычного 40-байтового заголовка могут идти дополнительные (необязательные) расширенные заголовки. Это поле сообщает, какой из шести дополнительных заголовков (на текущий момент) следует за основным. В последнем IP-заголовке поле Следующий заголовок сообщает, какой обрабатывающей программе протокола транспортного уровня (то есть TCP или UDP) передать пакет.

Поле Максимальное число транзитных участков не дает пакетам вечно блуждать по сети. Оно имеет практически то же назначение, что и поле Время жизни в заголовке протокола IPv4. Это поле уменьшается на единицу на каждом транзитном участке. Теоретически, в протоколе IPv4 это поле должно было содержать секунды времени жизни пакета, однако ни один маршрутизатор не использовал его подобным образом, поэтому имя поля было приведено в соответствие со способом его применения.

Следом идут поля Адрес отправителя и Адрес получателя. В исходном предложении Диринга (протоколе SIPP) использовались 8-байтовые адреса, но при рас смотрении проекта было решено, что 8-байтовых адресов хватит лишь на несколько десятилетий, в то время как 16-байтовых адресов должно хватить навечно. Другие возражали, что 16 байт для адресов слишком много, тогда как третьи настаивали на 20-байтных адресах для совместимости с дейтаграммным протоколом OSI. Еще одна фракция ратовала за адреса переменной длины. После продолжительных споров, содержащих непечатную лексику, было решено, что наилучшим компромиссным решением являются 16-байтовые адреса фиксированной длины.

Для написания 16-байтовых адресов была выработана новая нотация. Адреса в IPv6 записываются в виде восьми групп по четыре шестнадцатеричных цифры, разделенных двоеточиями, например:

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

Поскольку многие адреса будут содержать большое количество нулей, были разрешены три метода сокращенной записи адресов. Во-первых, могут быть опущены ведущие нули в каждой группе, например 0123 можно записывать как 123. Во-вторых, одна или более групп, полностью состоящих из нулей, могут заменяться парой двоеточий. Таким образом, приведенный выше адрес принимает вид:

8000::123:4567:89AB:CDEF

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 — 2 128, 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