Сетевой уровень: адресация и маршрутизация (IPv6)

Задачи

Интернет: объединение сред передачи данных в глобальную сеть

  1. Глобальная идентификация (адресация)
    1. Структура адреса

    2. Механизм раздачи идентификаторов

  2. Алгоритм доставки (маршрутизация)
    1. Известный маршрут и маршрут по умолчанию внутри крупной сети
    2. Связность крупных сетей (карта достижимости / стоимость)

Динамическая (в общем случае) природа обеих задач.

IPv6

rfc8200

Структура адреса

IPv6_address, rfc4291.

LLA: внутриинтерфейсные адреса

На каждом интерфейсе, на котором включен IP, автоматически генерируется link-local адрес:

Можно, конечно, назначить и вручную. Если назначать внутри fe80::/10, но за пределами fe80::/64, то точно не будет пересечения с автогенератами.

Нужны для обнаружения соседей в локальной среде, для общения OSPF-маршрутизаторов, как next hop маршрутов и пр.

Могут использоваться и для прикладного трафика между соседями, если это вдруг удобно: ssh 'root@fe80:7e::3%eth1'

Multicast: адреса групп узлов

| 1111 1111 xxxx xxxx rrrr rrrr .... ....   .............   gggg gggg gggg gggg gggg gggg gggg gggg |
| ^^^^ ^^^^      ^^^^ ^         ^                ^^         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ |
| multicast     scope reserved  prefixlen      64-bit                      group ID                 |
|           ^^^^                            network prefix                                          |
|           flags               <--- (if P-flag is 1) ---->                                         |
|                                                                                                   |
| [8 bits]  [4+4bits] [8 bits]  [8 bits]      [64 bits]                    [32 bits]                |

У multicast-групп тоже есть область действия:

В жизни бывают только 2 и 5.

Примеры:

Последние два примера на схеме: 

| <-------------- 32 bits -------------->   < --- 64 bits --- >  <-------------- 32 bits --------------> |
| 1111 1111 xxxx xxxx rrrr rrrr prefixlen   ....     ....  ...p  gggg gggg gggg gggg gggg gggg gggg gggg |
| ------------------------------------------------------------------------------------------------------ |
|   f    f    0    2   ..   ..                              0     0    0    0    0    0    1    0    1   |
| 1111 1111 0000 0010 0000 0000 0000 0000   ....     ....  0000  0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0001 |
|   f    f    0    2   ..   ..                              1     f    f    3    a    d    8    7    6   |
| 1111 1111 0000 0010 0000 0000 0000 0000   ....     ....  0001  1111 1111 0011 1010 1101 1000 0111 0110 |

Свойства

IPv6

Доставка пакета

Специальные адреса и сети

rfc5156, актуальная таблица от IANA

Примечательны те, у которых в последнем столбце True.

IPv4-mapped: этот диапазон из 2**32 адресов кодирует IPv4-адреса.

Протоколы сетевого уровня

Настройка IP в Linux и табличная маршрутизация

Destination-based принцип табличной маршрутизации: «адрес получателя ⇒ префикс получателя ⇒ маршрут».

Три скринкаста к проводимым ниже настройкам: router, client, clone.

Настройка префикса

Длина префикса часто записывается в виде числа после символа слеша (/48), реже — как последовательность 1 в двоичном виде

В спецификации протокола IPv6 описана модель работы узла, в которой на интерфейс назначается префикс с длиной, в котором узел берёт себе ноль или более адресов. Linux на эту модель не опирается; даёт возможность назначить на сетевом интерфейсе адрес с длиной префикса.

При ручной настройке IP+префикса на сетевом интерфейсе Linux по умолчанию вносит в таблицу маршрутизации запись вида: «такая-то IP-подсеть находится непосредственно за этим сетевым интерфейсом», предполагая, что адреса в этом префиксе доступны напрямую по локальной среде.

При автоматической настройке IP на интерфейсе по объявлению от маршрутизатора (RAdv) такая запись может не вноситься (передаётся опция-флаг noprefixroute)

На второй машине (она будет называться router, потому что в дальнейшем послужит маршрутизатором) — практически то же самое, но назначим внутрисегментный адрес:

Как работает Neighbour Discovery

TODO: вместо примера из жизни вставить пример из лабораторного окружения на наших виртуалках.

  1. Зачистим таблицу соседей на клиенте: 
       1 [root@teacher ~]# ip -6 n flush all && ip -6 n
   2 [root@teacher ~]# 
   3

  2. Запустим tcpdump -xx -n icmp6 на клиенте (но лучше на роутере);

  3. Запустим ping -6 -c2 cmc.msu.net на клиенте: 

       1 [root@teacher ~]# ping -6c2 cmc.msu.net && ip -6 n
   2 PING cmc.msu.net(cmc.msu.net (2a00:f480::3)) 56 data bytes
   3 64 bytes from cmc.msu.net (2a00:f480::3): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.621 ms
   4 64 bytes from cmc.msu.net (2a00:f480::3): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.510 ms
   5 
   6 --- cmc.msu.net ping statistics ---
   7 2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1001ms
   8 rtt min/avg/max/mdev = 0.510/0.565/0.621/0.055 ms
   9 fe80::1 dev eno1 lladdr 00:15:c7:60:ac:00 router REACHABLE 
  10

Вывод tcpdump:

NDP поддерживается ядром Linux.

Маршрутизация между двумя сетями

Подключим ко второму интерфейсу маршрутизатора ещё одну машину.

Надо сделать ещё два действия:

Простая табличная маршрутизация:

  1. Получаем пакет
  2. Просматриваем все записи в таблице, из них выбираем те, в префиксе которых лежит адрес получателя пакета (применяем к нему соответствующую маску и сравниваем префикс маршрута с результатом)
    • Если настроен маршрут по умолчанию (с сетевой маской длины 0), он всегда подходит
  3. Среди подходящих записей выбирается та, что имеет самый длинный префикс (т. е. в которой меньше абонентов)
  4. Если это запись вида «сеть dev интерфейс», обращаемся за адресом к ND-таблице соседей, если «сеть via адрес» — используем этот адрес
  5. Пересылаем пакет на найденный адрес

Целевая маршрутизация

Ранее мы работали с destination-based принцип табличной маршрутизации: «сеть получателя ⇒ маршрут».

Задача source-based маршрутизации: «свойства пакета отправителя ⇒ маршрут».

Linux: просто заведём несколько таблиц маршрутизации (разных), и будем обрабатывать пакет по правилам одной из них сообразно его свойствам:

Команда ip -6 rule (немного документации)

Заготовка: TODO: убрать выходы в интернет, заменить на ещё одну виртуалку.

  1. Два компьютера с выходом в интернет у каждого

  2. Маршрутизатор, подключённый к этим двум машинам по отдельным интерфейсам и третьей сетью для внутренних клиентов

Пример 1: подключаем два клиента ко внутренней сети, настраиваем source routing: с одного адреса пакеты в одну сторону, с другого — в другую 

[router] # ip -6 route add default второй_сервер table какой-то-номер
[router] # ip -6 rule add from «IP_B» table какой-то-номер

Пример 2: подключаем один клиент, перекидываем трафик по 80/443 портам в другую сторону 

# ip -6 route add default второй_сервер table какой-то-номер
# ip -6 rule add dport 80 table какой-то-номер

Получаем такую настройку: 

   1 [root@router ~]# ip -6 rule list
   2 0:      from all lookup local
   3 32765:  from all dport 80 lookup какой-то-номер
   4 32766:  from all lookup main
   5 [root@router ~]# ip -6 route list         
   6 default via Сервер1 dev eth1 
   7 …
   8 [root@router ~]# ip -6 route list table какой-то-номер
   9 default via Сервер2 dev eth2
  10

Правила в ip rule

Разумеется, в обоих примерах на серверах надо дополнительно настраивать маршрут в клиентскую сеть через центральный маршрутизатор.

Д/З

Задание 4

  1. Суть: объединить четыре компьютера тремя сетями по простой линейной схеме:

    • clone ←сеть3→ subrouter ←сеть2→ router ←сеть1→ base

    • На машинах clone и base — по одному интерфейсу

    • На машинах subrouter и router — два, там настроить маршрутизацию

    • Обеспечить доступность между clone и base

  2. Отчёт (выполнятся с нуля на ненастроенных машинах):

    1. report 4 clone

      • Настройка/поднятие интерфейса
      • Дополнительные настройки маршрутизации (если нужны)

      • tcpdump -c4 -i интерфейс udp (должен показать пинги)

    2. report 4 subrouter

      • Настройка/поднятие двух интерфейсов
      • Дополнительные настройки маршрутизации (если нужны)

    3. report 4 router

      • Настройка/поднятие двух интерфейсов
      • Дополнительные настройки маршрутизации (если нужны)

    4. report 4 base (выполняется последним)

      • Настройка/поднятие интерфейса
      • Дополнительные настройки маршрутизации (если нужны)

      • traceroute -N1 -q4 -m4 адрес_clone (должен проходить)

    5. Повторить пинги, но в обратную сторону: собирать дамп пакетов на base, отправлять пакеты с clone.

  3. Четыре отчёта (названия сохранить; должно быть: report.04.base, report.04.clone, report.04.router, report.04.subrouter) переслать одним письмом в качестве приложений на uneexlectures@cs.msu.ru

LecturesCMC/LinuxNetwork2026/Six/04_AddressRoute (последним исправлял пользователь ArsenyMaslennikov 2026-03-12 00:05:25)