Глава 8. Внутреннее устройство IPv6 | FreeBSD Documentation Portal
Description: Внутреннее устройство IPv6
Keywords: IPv6,FreeBSD

# Глава 8. Внутреннее устройство IPv6

Этот перевод может быть устаревшим. Для того, чтобы помочь с переводом, пожалуйста, обратитесь к Сервер переводов FreeBSD.

## 8.1. Реализация IPv6/IPsec

В этом разделе мы объясним внутреннюю реализацию, связанную с IPv6 и IPsec. Данная функциональность заимствована из проекта KAME

### 8.1.1. IPv6

#### 8.1.1.1. Соответствие

Функции, связанные с IPv6, соответствуют или пытаются соответствовать последнему набору спецификаций IPv6. Для дальнейшего использования мы приводим некоторые из соответствующих документов ниже (ПРИМЕЧАНИЕ: это не полный список — его слишком сложно поддерживать…​).

Для подробностей обратитесь к соответствующей главе документа, RFC, страницам Справочника или комментариям в исходном коде.

Тесты на соответствие стандартам были проведены для KAME STABLE в проекте TAHI. Результаты можно посмотреть по ссылке http://www.tahi.org/report/KAME/. Мы также участвовали в тестах IOL Университета Нью-Гэмпшира (http://www.iol.unh.edu/) в прошлом, используя наши предыдущие версии.

- RFC1639: FTP Operation Over Big Address Records (FOOBAR)

  - RFC2428 предпочтительнее RFC1639. FTP-клиенты сначала попробуют RFC2428, затем RFC1639 в случае неудачи.

- RFC1886: DNS Extensions to support IPv6

- RFC1933: Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers

  - IPv4-совместимый адрес не поддерживается.

  - автоматическое туннелирование (описано в разделе 4.3 данного RFC) не поддерживается.

  - Интерфейс gif(4) реализует IPv[46]-поверх-IPv[46] туннель в общем виде и включает "настроенный туннель", описанный в спецификации. За подробностями обратитесь к разделу Универсальный туннельный интерфейс этого документа.

- RFC1981: Path MTU Discovery for IPv6

- RFC2080: RIPng for IPv6

  - usr.sbin/route6d это поддерживает.

- RFC2292: Advanced Sockets API for IPv6

  - Для поддерживаемых функций библиотек/API ядра см. sys/netinet6/ADVAPI.

- RFC2362: Protocol Independent Multicast-Sparse Mode (PIM-SM)

  - RFC2362 определяет форматы пакетов для PIM-SM. draft-ietf-pim-ipv6-01.txt написан на основе этого.

- RFC2373: IPv6 Addressing Architecture

  - поддерживает обязательные адреса узлов и соответствует требованиям области видимости.

- RFC2374: An IPv6 Aggregatable Global Unicast Address Format

  - поддерживает 64-битную длину Идентификатора Интерфейса.

- RFC2375: IPv6 Multicast Address Assignments

  - Пользовательские приложения используют общеизвестные адреса, назначенные в RFC.

- RFC2428: FTP Extensions for IPv6 and NATs

  - RFC2428 предпочтительнее RFC1639. FTP-клиенты сначала попробуют RFC2428, затем RFC1639 в случае неудачи.

- RFC2460: IPv6 specification

- RFC2461: Neighbor discovery for IPv6

  - См. раздел Функция "Обнаружение соседей" в этом документе для получения подробностей.

- RFC2462: IPv6 Stateless Address Autoconfiguration

  - См. раздел Plug and Play (подключи и работай) в этом документе для получения подробностей.

- RFC2463: ICMPv6 for IPv6 specification

  - См. ICMPv6 в этом документе для получения подробностей.

- RFC2464: Transmission of IPv6 Packets over Ethernet Networks

- RFC2465: MIB for IPv6: Textual Conventions and General Group

  - Необходимая статистика собирается ядром. Фактическая поддержка MIB для IPv6 предоставляется в виде набора патчей для ucd-snmp.

- RFC2466: MIB for IPv6: ICMPv6 group

  - Необходимая статистика собирается ядром. Фактическая поддержка MIB IPv6 предоставляется в виде патча для ucd-snmp.

- RFC2467: Transmission of IPv6 Packets over FDDI Networks

- RFC2497: Transmission of IPv6 packet over ARCnet Networks

- RFC2553: Basic Socket Interface Extensions for IPv6

  - Отображаемый адрес IPv4 (3.7) и особое поведение сокета с привязкой по шаблону IPv6 (3.8) поддерживаются. Подробности см. в разделе этого документа IPv4-отображённые адреса и IPv6-сокет с подстановочным адресом.

- RFC2675: IPv6 Jumbograms

  - См. раздел Джамбо-пакет (Jumbo Payload) в этом документе для получения подробностей.

- RFC2710: Multicast Listener Discovery for IPv6

- RFC2711: IPv6 router alert option

- draft-ietf-ipngwg-router-renum-08: Перенумерация маршрутизаторов для IPv6

- draft-ietf-ipngwg-icmp-namelookups-02: Поиск имён через ICMP в IPv6

- draft-ietf-ipngwg-icmp-name-lookups-03: Поиск имён IPv6 через ICMP

- draft-ietf-pim-ipv6-01.txt: PIM for IPv6

  - pim6dd(8) реализует плотный режим. pim6sd(8) реализует разреженный режим.

- draft-itojun-ipv6-tcp-to-anycast-00: Разрыв TCP-соединения с anycast-адресом IPv6

- draft-yamamoto-wideipv6-comm-model-00

  - См. раздел Выбор исходящего адреса в этом документе для более подробной информации.

- draft-ietf-ipngwg-scopedaddr-format-00.txt: Расширение формата для адресов с областью действия IPv6

#### 8.1.1.2. Функция "Обнаружение соседей"

Обнаружение соседей достаточно стабильно. В настоящее время поддерживаются следующие функции: определение адреса (Address Resolution), обнаружение дублирования адресов (DAD — Duplicated Address Detection) и обнаружение недоступности соседей (Neighbor Unreachability Detection). В ближайшем будущем мы добавим поддержку прокси-объявлений соседей (Proxy Neighbor Advertisement) в ядро и команду передачи непрошенных объявлений соседей (Unsolicited Neighbor Advertisement) в качестве инструмента администратора.

Если DAD завершается неудачно, адрес будет помечен как "дублированный" (duplicated), и сообщение будет записано в syslog (а также обычно выведено на консоль). Метку "дублированный" можно проверить с помощью ifconfig(8). Обязанность администратора — проверять и устранять сбои DAD. В ближайшем будущем поведение должно быть улучшено.

Некоторые сетевые драйверы закольцовывают multicast-пакеты обратно на себя, даже если им указано так не делать (особенно в promiscuous mode). В таких случаях DAD может завершиться неудачей, так как механизм DAD видит входящий NS-пакет (на самом деле от самого узла) и считает его признаком дубликата. В качестве обходного решения можно рассмотреть условие #if с пометкой "heuristics" в sys/netinet6/nd6_nbr.c:nd6_dad_timer() (обратите внимание, что фрагмент кода в разделе "heuristics" не соответствует спецификации).

Спецификация обнаружения соседей (RFC2461) не рассматривает обработку кэша соседей в следующих случаях:

1. когда отсутствовала запись в кэше соседей, узел получал нежелательный пакет RS/NS/NA/редирект без адреса канального уровня

2. обработка кэша соседей в среде без адреса канального уровня (нам нужна запись в кэше соседей для бита IsRouter)

Для первого случая мы реализовали временное решение на основе обсуждений в рассылке IETF ipngwg. Подробности можно найти в комментариях исходного кода и ветке электронной почты, начавшейся с (IPng 7155) от 6 февраля 1999 года.

Правило определения локальной IPv6 сети (RFC2461) значительно отличается от предположений в сетевом коде BSD. На данный момент не поддерживается правило определения локальной сети при пустом списке маршрутизаторов по умолчанию (RFC2461, раздел 5.2, последнее предложение во 2-м абзаце - обратите внимание, что в спецификации некорректно используются слова "host" и "node" в нескольких местах раздела).

Во избежание возможных атак типа DoS и бесконечных циклов, сейчас принимается только 10 опций в ND-пакете. Таким образом, если к RA прикреплено 20 опций префиксов, будут распознаны только первые 10 префиксов. Если это вызывает проблемы, пожалуйста, задайте вопрос в рассылке FREEBSD-CURRENT и/или измените nd6_maxndopt в sys/netinet6/nd6.c. При высоком спросе мы можем предоставить sysctl-параметр для этой переменной.

#### 8.1.1.3. Индекс зоны

В IPv6 используются адреса с областями видимости — зонами. Поэтому очень важно указывать индекс зоны (индекс интерфейса для линк-локального адреса или индекс сайта для сайт-локального адреса) вместе с IPv6 адресом. Без индекса зоны адрес IPv6 с ограниченной областью действия является неоднозначным для ядра, и ядро не сможет определить исходящий интерфейс для пакета.

Обычные пользовательские приложения должны использовать расширенный API (RFC2292) для указания индекса зоны или индекса интерфейса. Для аналогичных целей член sin6_scope_id в структуре sockaddr_in6 определён в RFC2553. Однако семантика sin6_scope_id довольно расплывчата. Если важна переносимость вашего приложения, мы рекомендуем использовать расширенный API вместо sin6_scope_id.

В ядре индекс интерфейса для адреса с областью действия link-local встраивается во второе 16-битное слово (3-й и 4-й байт) в IPv6-адресе. Например, вы можете увидеть что-то вроде:

    	fe80:1::200:f8ff:fe01:6317

в таблице маршрутизации и структуре адреса интерфейса (struct in6_ifaddr). Указанный выше адрес является линк-локальным уникастным адресом, который принадлежит сетевому интерфейсу с идентификатором интерфейса 1. Встроенный индекс позволяет эффективно идентифицировать локальные адреса IPv6 на нескольких интерфейсах с минимальными изменениями кода.

Демоны маршрутизации и программы настройки, такие как route6d(8) и ifconfig(8), должны управлять "встроенным" индексом зоны. Эти программы используют сокеты маршрутизации и ioctl (например, SIOCGIFADDR_IN6), и API ядра будет возвращать IPv6-адреса с заполненным вторым 16-битным словом. API предназначены для управления внутренними структурами ядра. Программы, использующие эти API, в любом случае должны быть готовы к различиям в ядрах.

При указании адреса с ограниченной областью действия в командной строке НИКОГДА не используйте встроенную форму (например, ff02:1::1 или fe80:2::fedc). Это не должно работать. Всегда используйте стандартную форму, такую как ff02::1 или fe80::fedc, с параметром командной строки для указания интерфейса (например, `ping -6 -I ne0 ff02::1`). В общем, если команда не имеет параметра командной строки для указания исходящего интерфейса, эта команда не готова принимать адрес с областью действия. Это кажется противоречащим принципу IPv6 поддерживать сценарий "кабинета стоматолога". Мы считаем, что спецификации нуждаются в некоторых улучшениях для этого.

Некоторые пользовательские утилиты поддерживают расширенный числовой синтаксис IPv6, как описано в draft-ietf-ipngwg-scopedaddr-format-00.txt. Можно указать исходящее соединение, используя имя исходящего интерфейса, например "fe80::1%ne0". Таким образом можно легко указать линк-локальный адрес с ограниченной областью действия.

Для использования этого расширения в вашей программе потребуется использовать getaddrinfo(3) и getnameinfo(3) с NI_WITHSCOPEID. В текущей реализации предполагается однозначное соответствие между каналом и интерфейсом, что является более строгим условием, чем указано в спецификациях.

#### 8.1.1.4. Plug and Play (подключи и работай)

Большая часть автонастройки адресов IPv6 без сохранения состояния реализована в ядре. Функции обнаружения соседей (Neighbor Discovery) реализованы в ядре целиком. Ввод рекламы маршрутизатора (RA) для хостов реализован в ядре. Вывод запроса маршрутизатора (RS) для конечных хостов, ввод RS для маршрутизаторов и вывод RA для маршрутизаторов реализованы в пользовательском пространстве.

##### 8.1.1.4.1. Назначение линк-локальных и специальных адресов

Линк-локальный адрес IPv6 генерируется из IEEE802 адреса (Ethernet MAC адреса). Каждому интерфейсу автоматически присваивается IPv6 линк-локальный адрес, когда интерфейс поднимается (IFF_UP). Также в таблицу маршрутизации добавляется прямой маршрут для линк-локального адреса.

Вот вывод команды netstat:

    Internet6:
    Destination                   Gateway                   Flags      Netif Expire
    fe80:1::%ed0/64               link#1                    UC          ed0
    fe80:2::%ep0/64               link#2                    UC          ep0

Интерфейсы, не имеющие адреса IEEE802 (псевдоинтерфейсы, такие как туннельные интерфейсы или интерфейсы ppp), будут заимствовать адрес IEEE802 у других интерфейсов, например, Ethernet-интерфейсов, когда это возможно. Если нет подключенного оборудования IEEE802, в качестве последнего средства будет использовано псевдослучайное значение MD5(hostname) для формирования линк-локального адреса. Если это не подходит для вашего использования, вам потребуется настроить линк-локальный адрес вручную.

Если интерфейс не поддерживает IPv6 (например, отсутствует поддержка multicast), на этот интерфейс не будет назначен линк-локальный адрес. Подробности см. в разделе 2.

Каждый интерфейс присоединяется к запрашиваемому широковещательному адресу и линк-локальным широковещательным адресам всех узлов (например, fe80::1:ff01:6317 и ff02::1 соответственно на соединении, к которому подключен интерфейс). В дополнение к линк-локальному адресу, адрес обратной петли (::1 — loopback) будет назначен интерфейсу обратной петли. Также, ::1/128 и ff01::/32 автоматически добавляются в таблицу маршрутизации, а loopback-интерфейс (интерфейс обратной петли) присоединяется к групповому адресу в пределах узла ff01::1.

##### 8.1.1.4.2. Автоматическая настройка адресов без состояния на узлах

В спецификации IPv6 узлы разделены на две категории: маршрутизаторы и хосты. Маршрутизаторы пересылают пакеты, адресованные другим, хосты не пересылают пакеты. Параметр net.inet6.ip6.forwarding определяет, является ли данный узел маршрутизатором или хостом (маршрутизатор, если значение равно 1, хост, если 0).

Когда хост получает Объявление Маршрутизатора (Router Advertisement) от маршрутизатора, он может автоматически настроить себя с помощью автонастройки адреса без сохранения состояния. Это поведение можно контролировать с помощью параметра net.inet6.ip6.accept_rtadv (хост автонастраивается, если значение равно 1). При автонастройке добавляется префикс сетевого адреса для принимающего интерфейса (обычно префикс глобального адреса). Также настраивается маршрут по умолчанию. Маршрутизаторы периодически генерируют пакеты Router Advertisement. Чтобы запросить соседний маршрутизатор сгенерировать RA-пакет, хост может отправить Router Solicitation. Для генерации RS-пакета в любое время используйте команду rtsol. Также доступен демон rtsold(8). rtsold(8) генерирует Router Solicitation по мере необходимости и отлично подходит для мобильного использования (ноутбуки/лэптопы). Если необходимо игнорировать Router Advertisements, используйте sysctl для установки net.inet6.ip6.accept_rtadv в 0.

Для генерации Router Advertisement от маршрутизатора используйте демон rtadvd(8).

Обратите внимание, что спецификация IPv6 предполагает следующие пункты, а случаи несоответствия остаются неуточнёнными:

- Только хосты будут принимать объявления от маршрутизаторов

- Узлы имеют один сетевой интерфейс (за исключением loopback)

Поэтому не рекомендуется включать net.inet6.ip6.accept_rtadv на маршрутизаторах или многопортовых хостах. Неправильно настроенный узел может вести себя странно (нестандартная конфигурация разрешена для тех, кто хочет провести эксперименты).

Резюмируя настройку sysctl:

    	accept_rtadv	forwarding	role of the node
    	---		---		---
    	0		0		host (to be manually configured)
    	0		1		router
    	1		0		autoconfigured host
    					(spec assumes that host has single
    					interface only, autoconfigured host
    					with multiple interface is
    					out-of-scope)
    	1		1		invalid, or experimental
    					(out-of-scope of spec)

В RFC2462 есть правило проверки для входящей информации о префиксе в RA, в разделе 5.5.3 (e). Это защищает хосты от злонамеренных (или неправильно настроенных) маршрутизаторов, которые анонсируют очень короткое время жизни префикса. Было обновление от Джима Баунда в рассылке ipngwg (ищите "(ipng 6712)" в архиве), и это обновление Джима реализовано.

См. раздел Функция "Обнаружение соседей" в этом документе для информации о взаимосвязи между DAD и автонастройкой.

#### 8.1.1.5. Универсальный туннельный интерфейс

GIF (Generic InterFace) — это псевдоинтерфейс для настроенного туннеля. Подробности описаны в gif(4). В настоящее время

- v6 в v6

- v6 в v4

- v4 в v6

- v4 в v4

доступны. Используйте gifconfig(8) для назначения физических (внешних) исходных и конечных адресов интерфейсам gif. Конфигурация, использующая одно семейство адресов для внутреннего и внешнего IP-заголовка (v4 в v4 или v6 в v6), является опасной. Очень легко настроить интерфейсы и таблицы маршрутизации для выполнения бесконечного уровня туннелирования. Пожалуйста, будьте осторожны.

gif можно настроить так, чтобы он был дружественным к ECN. Подробнее о дружелюбности к ECN для туннелей см. Учёт ECN в IPsec-туннелях, а о настройке — в gif(4).

Если вы хотите настроить туннель IPv4-в-IPv6 с интерфейсом gif, внимательно прочитайте gif(4). Вам потребуется удалить линк-локальный адрес IPv6, автоматически назначенный интерфейсу gif.

#### 8.1.1.6. Выбор исходящего адреса

Текущее правило выбора источника ориентировано на зону (есть несколько исключений — см. ниже). Для заданного адреса назначения исходящий IPv6-адрес выбирается по следующему правилу:

1. Если исходящий адрес явно указан пользователем (например, через расширенный API), используется указанный адрес.

2. Если на исходящем интерфейсе назначен адрес (который обычно определяется путем просмотра таблицы маршрутизации) с той же зоной действия, что и адрес назначения, используется этот адрес.

   Это наиболее типичный случай.

3. Если нет адреса, удовлетворяющего указанному выше условию, выберите глобальный адрес, назначенный одному из интерфейсов на отправляющем узле.

4. Если нет адреса, удовлетворяющего указанному выше условию, и адрес назначения имеет сайт-локальную зону, выберите сайт-локальный адрес, назначенный одному из интерфейсов на отправляющем узле.

5. Если нет адреса, удовлетворяющего указанному условию, выберите адрес, связанный с записью таблицы маршрутизации для назначения. Это крайняя мера, которая может нарушить границы зоны действия.

Например, ::1 выбирается для ff01::1, fe80:1::200:f8ff:fe01:6317 для fe80:1::2a0:24ff:feab:839b (обратите внимание, что встроенный индекс интерфейса — описанный в Индекс зоны — помогает нам выбрать правильный исходный адрес. Эти встроенные индексы не будут передаваться по сети). Если исходящий интерфейс имеет несколько адресов для данной зоны, исходный адрес выбирается на основе наибольшего соответствия (правило 3). Предположим, что 2001:0DB8:808:1:200:f8ff:fe01:6317 и 2001:0DB8:9:124:200:f8ff:fe01:6317 назначены исходящему интерфейсу. 2001:0DB8:808:1:200:f8ff:fe01:6317 выбирается в качестве исходящего адреса для адреса назначения 2001:0DB8:800::1.

Обратите внимание, что приведённое выше правило не документировано в спецификации IPv6. Оно считается элементом, оставленным "на усмотрение реализации". Существуют случаи, когда мы не используем это правило. Один из примеров — установленное TCP-соединение, где мы используем адрес, сохранённый в tcb, в качестве источника. Другой пример — исходящий адрес для Объявления Соседа (Neighbor Advertisement). Согласно спецификации (RFC2461 7.2.2) источник NA должен быть целевым адресом соответствующего NS. В этом случае мы следуем спецификации, а не приведённому выше правилу наибольшего совпадения.

Для новых соединений (когда правило 1 не применяется), устаревшие адреса (адреса с предпочтительным временем жизни = 0) не будут выбираться в качестве исходящего адреса, если доступны другие варианты. Если других вариантов нет, устаревший адрес будет использован в качестве последнего средства. Если есть несколько устаревших адресов, для выбора между ними будет применено указанное выше правило области видимости. Если вы хотите запретить использование устаревших адресов по какой-либо причине, установите параметр net.inet6.ip6.use_deprecated в значение 0. Проблема, связанная с устаревшими адресами, описана в RFC2462 5.5.4 (ПРИМЕЧАНИЕ: в IETF ipngwg ведутся дебаты о том, как использовать "устаревшие" адреса).

#### 8.1.1.7. Джамбо-пакет (Jumbo Payload)

Опция джамбо-пакет типа "от прыжка к прыжку" реализована и может использоваться для отправки IPv6-пакетов с полезной нагрузкой длиной более 65 535 октетов. Однако в настоящее время не поддерживаются физические интерфейсы с MTU более 65 535, поэтому такие нагрузки могут быть только на интерфейсе loopback (т.е. lo0).

Если вы хотите попробовать джамбо-пакеты, сначала необходимо переконфигурировать ядро, чтобы MTU интерфейса loopback превышал 65 535 байт; добавьте следующее в конфигурационный файл ядра:

`options "LARGE_LOMTU" #To test jumbo payload`

и пересоберите новое ядро.

Затем вы можете проверить работу с большими пакетами с помощью команды ping(8) с опциями -6, -b и -s. Опция -b необходима для увеличения размера буфера сокета, а опция -s задает длину пакета, которая должна быть больше 65 535. Например, введите следующее:

    % ping -6 -b 70000 -s 68000 ::1

Спецификация IPv6 требует, чтобы опция Джамбо-пакет не использовалась в пакете, содержащем заголовок фрагмента. Если это условие нарушено, должно быть отправлено ICMPv6 сообщение Parameter Problem отправителю. Спецификация соблюдается, но обычно вы не можете увидеть ICMPv6 ошибку, вызванную этим требованием.

При получении IPv6-пакета проверяется длина кадра и сравнивается с длиной, указанной в поле длины полезной нагрузки заголовка IPv6 или в значении опции Джамбо-пакета, если она присутствует. Если первое значение меньше второго, пакет отбрасывается, и статистика увеличивается. Статистику можно увидеть в выводе команды netstat(8) с опцией `-s -p ip6`:

    % netstat -s -p ip6
    	  ip6:
    		(snip)
    		1 with data size < data length

Итак, ядро не отправляет ICMPv6 ошибку, если ошибочный пакет не является фактически Джамбо-пакетом, то есть его размер пакета превышает 65 535 байт. Как описано выше, в настоящее время не поддерживаются физические интерфейсы с таким огромным MTU, поэтому ICMPv6 ошибка возвращается редко.

В настоящее время поддержка TCP/UDP через jumbogram не реализована. Это связано с отсутствием среды (кроме loopback) для тестирования данной функциональности. Свяжитесь с нами, если вам это необходимо.

IPsec не работает с jumbogram. Это связано с особенностями спецификации, касающимися поддержки AH для джамбограмм (размер заголовка AH влияет на длину полезной нагрузки, что делает крайне сложной аутентификацию входящего пакета с опцией Джамбо-пакет, а также AH).

Существуют фундаментальные проблемы в поддержке *BSD для jumbogram. Мы хотели бы решить их, но нам нужно больше времени для завершения работы. Вот некоторые из них:

- Поле `mbuf pkthdr.len` имеет тип `int` в 4.4BSD, поэтому оно не сможет содержать джамбограмму с длиной > 2G на 32-битных архитектурах CPU. Если мы хотим правильно поддерживать джамбограммы, это поле необходимо расширить, чтобы оно могло содержать 4G + заголовок IPv6 + заголовок канального уровня. Следовательно, его необходимо расширить как минимум до `int64_t` (`u_int32_t` НЕ достаточно).

- Мы ошибочно используем "int" для хранения длины пакета во многих местах. Нам необходимо преобразовать их в более крупный целочисленный тип. Это требует большой осторожности, так как мы можем столкнуться с переполнением во время вычисления длины пакета.

- Мы ошибочно проверяем поле ip6_plen заголовка IPv6 для определения длины полезной нагрузки пакета в различных местах. Вместо этого следует проверять mbuf pkthdr.len. Функция ip6_input() выполняет проверку корректности опции Джамбо-пакет при вводе, и после этого можно безопасно использовать mbuf pkthdr.len.

- Код TCP требует тщательного обновления в ряде мест, разумеется.

#### 8.1.1.8. Предотвращение петель при обработке заголовков

Спецификация IPv6 допускает размещение произвольного количества расширений в заголовках пакетов. Если реализовать код обработки пакетов IPv6 так, как реализован код IPv4 в BSD, может произойти переполнение стека ядра из-за длинной цепочки вызовов функций. Код в sys/netinet6 тщательно спроектирован, чтобы избежать переполнения стека ядра, поэтому он определяет собственную структуру переключения протоколов — "struct ip6protosw" (см. netinet6/ip6protosw.h). Для IPv4 части (sys/netinet) подобных обновлений не было сделано для сохранения совместимости, но в прототип pr_input() внесено небольшое изменение. Поэтому также определена "struct ipprotosw". В результате, если получен пакет IPsec-over-IPv4 с большим количеством заголовков IPsec, стек ядра может переполниться. С IPsec-over-IPv6 такой проблемы нет. (Разумеется, чтобы все эти заголовки IPsec были обработаны, каждый такой заголовок должен пройти все проверки IPsec. Поэтому анонимный злоумышленник не сможет осуществить подобную атаку.)

#### 8.1.1.9. ICMPv6

После публикации RFC2463 IETF ipngwg решил запретить ICMPv6 пакеты ошибок для ICMPv6 перенаправлений, чтобы предотвратить ICMPv6 шторм в сетевой среде. Это уже реализовано в ядре.

#### 8.1.1.10. Приложения (Applications)

Для программирования в пользовательском пространстве мы поддерживаем API сокетов IPv6, как указано в RFC2553, RFC2292 и готовящихся интернет-черновиках.

TCP/UDP поверх IPv6 доступны и достаточно стабильны. Вы можете использовать telnet(1), ftp(1), rlogin(1), rsh(1), ssh(1) и т.д. Эти приложения не зависят от протокола. То есть они автоматически выбирают IPv4 или IPv6 в соответствии с DNS.

#### 8.1.1.11. Внутреннее устройство ядра

В то время как ip_forward() вызывает ip_output(), ip6_forward() напрямую вызывает if_output(), поскольку маршрутизаторы не должны разделять пакеты IPv6 на фрагменты.

ICMPv6 должен содержать исходный пакет по возможности вплоть до 1280 байт. Например, сообщение "Ошибка недоступности порта UDP6/IP6" должно содержать все расширенные заголовки и неизменённые заголовки UDP6 и IP6. Таким образом, все функции IP6, кроме TCP, никогда не преобразуют порядок байтов сети в порядок байтов хоста, чтобы сохранить исходный пакет.

Функции tcp_input(), udp6_input() и icmp6_input() не могут предполагать, что заголовок IP6 предшествует транспортным заголовкам из-за наличия расширенных заголовков. Поэтому была реализована in6_cksum() для обработки пакетов, у которых заголовок IP6 и транспортный заголовок не являются непрерывными. Но ни для TCP/IP6, ни для UDP6/IP6 в заголовке нет структуры для расчёта контрольной суммы.

Для удобной обработки заголовка IP6, дополнительных заголовков и транспортных заголовков, от сетевых драйверов теперь требуется хранить пакеты в одном внутреннем mbuf или одном или нескольких внешних mbuf. Типичный старый драйвер подготавливает два внутренних mbuf для данных размером 96–204 байт, однако теперь такие данные пакета хранятся в одном внешнем mbuf.

`netstat -s -p ip6` показывает, соответствует ли ваш драйвер этому требованию. В следующем примере "cce0" нарушает это требование. (Для получения дополнительной информации обратитесь к разделу 2.)

    Mbuf statistics:
                    317 one mbuf
                    two or more mbuf::
                            lo0 = 8
    			cce0 = 10
                    3282 one ext mbuf
                    0 two or more ext mbuf

Каждая входная функция вызывает IP6_EXTHDR_CHECK в начале, чтобы проверить, является ли область между IP6 и его заголовком непрерывной. IP6_EXTHDR_CHECK вызывает m_pullup() только если mbuf имеет флаг M_LOOP, то есть пакет пришел с интерфейса loopback. m_pullup() никогда не вызывается для пакетов, приходящих с физических сетевых интерфейсов.

Как функции повторной сборки IP, так и IP6 никогда не вызывают m_pullup().

#### 8.1.1.12. IPv4-отображённые адреса и IPv6-сокет с подстановочным адресом

RFC2553 описывает IPv4 отображённые адреса (3.7) и особое поведение IPv6 сокета с привязкой к любому адресу (3.8). Спецификация позволяет вам:

- Принимать IPv4-подключения через сокет с привязкой к подстановочному адресу AF_INET6.

- Передача IPv4-пакета через сокет AF_INET6 с использованием специальной формы адреса, например ::ffff:10.1.1.1.

но сама спецификация очень сложна и не определяет, как должен вести себя сокетный уровень. Здесь мы называем первую сторону «слушающей», а вторую — «инициирующей» для удобства ссылок.

Вы можете выполнить привязку к подстановочному адресу для обоих семейств адресов на одном и том же порту.

Следующая таблица показывает поведение FreeBSD 4.x.

    listening side          initiating side
                    (AF_INET6 wildcard      (connection to ::ffff:10.1.1.1)
                    socket gets IPv4 conn.)
                    ---                     ---
    FreeBSD 4.x     configurable            supported
                    default: enabled

Следующие разделы предоставят вам более подробную информацию и объяснят, как можно настроить поведение.

Комментарии о принимающей стороне:

Похоже, что в RFC2553 слишком мало сказано о проблеме привязки к подстановочному адресу, особенно о вопросе пространства портов, режиме отказа и взаимосвязи между AF_INET/INET6 wildcard bind. Может быть несколько различных интерпретаций этого RFC, которые соответствуют ему, но ведут себя по-разному. Поэтому для создания переносимых приложений не следует делать никаких предположений о поведении в ядре. Использование getaddrinfo(3) является наиболее безопасным способом. Вопросы пространства номеров портов и привязки к подстановочному адресу подробно обсуждались в рассылке ipv6imp в середине марта 1999 года, и похоже, что конкретного консенсуса нет (то есть, остаётся на усмотрение реализаторов). Возможно, вам стоит проверить архивы рассылки.

Если серверное приложение хочет принимать IPv4 и IPv6 соединения, есть два варианта.

Один из способов — использование сокетов AF_INET и AF_INET6 (вам понадобятся два сокета). Используйте getaddrinfo(3) с AI_PASSIVE в ai_flags, а также socket(2) и bind(2) для всех возвращённых адресов. Открыв несколько сокетов, вы можете принимать соединения сокетом соответствующей адресной семьи. IPv4-соединения будут приниматься сокетом AF_INET, а IPv6-соединения — сокетом AF_INET6.

Еще один способ — использование одного сокета с универсальной привязкой AF_INET6. Используйте getaddrinfo(3) с AI_PASSIVE в ai_flags и AF_INET6 в ai_family, установив первый аргумент hostname в NULL. Затем используйте socket(2) и bind(2) для адреса, который был возвращен. (должен быть неспецифицированный адрес IPv6). Через этот один сокет можно принимать пакеты как IPv4, так и IPv6.

Для поддержки только IPv6-трафика на AF_INET6-сокете с привязкой к любому адресу переносимым способом всегда проверяйте адрес узла при установке соединения с AF_INET6-сокетом в режиме прослушивания. Если адрес является IPv4-отображённым, возможно, стоит отклонить соединение. Это условие можно проверить с помощью макроса IN6_IS_ADDR_V4MAPPED().

Для более простого решения этой задачи существует зависящий от системы параметр setsockopt(2) под названием IPV6_BINDV6ONLY, используемый следующим образом.

    	int on;

    	setsockopt(s, IPPROTO_IPV6, IPV6_BINDV6ONLY,
    		   (char *)&on, sizeof (on)) < 0));

При успешном вызове этот сокет будет принимать только IPv6-пакеты.

Комментарии о стороне инициатора:

Совет разработчикам приложений: для создания переносимого IPv6-приложения (которое работает на различных IPv6-ядрах), мы считаем, что следующие моменты являются ключом к успеху:

- НИКОГДА не используйте жёстко заданные AF_INET или AF_INET6.

- Используйте getaddrinfo(3) и getnameinfo(3) во всей системе. Никогда не используйте gethostby*(), getaddrby*(), inet_*() или getipnodeby*(). (Для облегчения обновления существующих приложений для поддержки IPv6 иногда может быть полезен getipnodeby*(). Но по возможности старайтесь переписать код для использования getaddrinfo(3) и getnameinfo(3).)

- Если вы хотите подключиться к назначению, используйте getaddrinfo(3) и попробуйте все возвращённые назначения, как это делает telnet(1).

- Некоторые реализации стека IPv6 поставляются с некорректной getaddrinfo(3). Включите минимально рабочую версию в ваше приложение и используйте её в крайнем случае.

Если вы хотите использовать сокет AF_INET6 для исходящих подключений как IPv4, так и IPv6, вам потребуется использовать getipnodebyname(3). Если вы хотите обновить существующее приложение для поддержки IPv6 с минимальными усилиями, можно выбрать этот подход. Однако учтите, что это временное решение, поскольку getipnodebyname(3) сам по себе не рекомендуется, так как он вообще не обрабатывает IPv6-адреса с зоной. Для разрешения IPv6-имён предпочтительным API является getaddrinfo(3). Поэтому вам следует переписать ваше приложение для использования getaddrinfo(3), когда у вас будет время это сделать.

При написании приложений, которые устанавливают исходящие соединения, история становится намного проще, если рассматривать AF_INET и AF_INET6 как совершенно отдельные семейства адресов. Проблемы с {set,get}sockopt упрощаются, проблемы с DNS также станут проще. Мы не рекомендуем полагаться на IPv4-отображённые адреса.

##### 8.1.1.12.1. унифицированный код tcp и inpcb

FreeBSD 4.x использует общий код tcp для IPv4 и IPv6 (из sys/netinet/tcp*) и раздельный код udp4/6. В нём используется унифицированная структура inpcb.

Платформа может быть настроена для поддержки IPv4-отображённых адресов. Конфигурация ядра кратко описана ниже:

- По умолчанию сокет AF_INET6 может принимать IPv4-соединения при определённых условиях и инициировать соединение с IPv4-адресами, встроенными в IPv4-отображённые IPv6-адреса.

- Вы можете отключить это во всей системе с помощью sysctl, как показано ниже.

  `sysctl net.inet6.ip6.mapped_addr=0`

###### 8.1.1.12.1.1. Сторона, принимающая соединения

Каждый сокет может быть настроен для поддержки специальной привязки к подстановочному адресу AF_INET6 (включено по умолчанию). Это можно отключить для каждого отдельного сокета с помощью setsockopt(2), как показано ниже.

    	int on;

    	setsockopt(s, IPPROTO_IPV6, IPV6_BINDV6ONLY,
    		   (char *)&on, sizeof (on)) < 0));

Сокет с универсальной привязкой AF_INET6 перехватывает IPv4-подключение тогда и только тогда, когда выполнены следующие условия:

- нет AF_INET сокета, соответствующего IPv4-подключению

- Сокет AF_INET6 настроен на прием IPv4-трафика, т.е., getsockopt(IPV6_BINDV6ONLY) возвращает 0.

Нет проблем с порядком открытия/закрытия.

###### 8.1.1.12.1.2. Инициирующая сторона

FreeBSD 4.x поддерживает исходящее соединение с IPv4-отображённым адресом (::ffff:10.1.1.1), если узел настроен на поддержку IPv4-отображённых адресов.

#### 8.1.1.13. sockaddr_storage

Когда RFC2553 был близок к завершению, велись дискуссии о том, как называть элементы структуры `sockaddr_storage`. Одно предложение заключалось в добавлении "" перед именами элементов (например, "ss_len"), так как к ним не следует обращаться напрямую. Другое предложение было не добавлять префикс (например, "ss_len"), поскольку необходимо прямое обращение к этим элементам. Четкого консенсуса по этому вопросу достигнуто не было.

В результате, RFC2553 определяет структуру sockaddr_storage следующим образом:

    	struct sockaddr_storage {
    		u_char	__ss_len;	/* address length */
    		u_char	__ss_family;	/* address family */
    		/* and bunch of padding */
    	};

Напротив, черновик XNET определяет следующее:

    	struct sockaddr_storage {
    		u_char	ss_len;		/* address length */
    		u_char	ss_family;	/* address family */
    		/* and bunch of padding */
    	};

В декабре 1999 года было согласовано, что RFC2553bis должен принять последнее (XNET) определение.

Текущая реализация соответствует определению XNET, основанному на обсуждении RFC2553bis.

Если вы рассмотрите несколько реализаций IPv6, то сможете увидеть оба определения. Для программиста в пользовательском пространстве наиболее переносимый способ работы с этим:

1. с помощью GNU autoconf сконфигурировать доступ к `ss_family` и/или `ss_len` на целевой платформе,

2. добавить -Dss_family=ss_family для унификации всех использований (включая заголовочный файл) ss_family, или

3. никогда не трогайте __ss_family. Приводите к sockaddr * и используйте sa_family, например:

       	struct sockaddr_storage ss;
       	family = ((struct sockaddr *)&ss)->sa_family

### 8.1.2. Драйверы сетевых устройств

В настоящее время следующие два пункта должны поддерживаться стандартными драйверами:

1. Требование к кластеризации mbuf. В этом стабильном выпуске мы изменили MINCLSIZE на MHLEN+1 для всех операционных систем, чтобы все драйверы работали так, как мы ожидаем.

2. многоадресная рассылка (multicast). Если ifmcstat(8) не выводит ни одной многоадресной группы для интерфейса, этот интерфейс необходимо исправить.

Если какие-либо драйверы не поддерживают требования, то их нельзя использовать для IPv6 и/или IPsec-связи. Если вы обнаружили проблему с вашей картой при использовании IPv6/IPsec, пожалуйста, сообщите об этом в Список рассылки FreeBSD, посвящённый сообщениям о проблемах.

(NOTE: Раньше мы требовали, чтобы все драйверы PCMCIA содержали вызов in6_ifattach(). Теперь такого требования нет)

### 8.1.3. Транслятор

Мы классифицируем трансляторы IPv4/IPv6 на 4 типа:

- Транслятор А --- Он используется на раннем этапе перехода, чтобы позволить установить соединение с IPv6-хоста на IPv6-острове к IPv4-хосту в IPv4-океане.

- Транслятор Б --- Он используется на раннем этапе перехода, чтобы обеспечить возможность установления соединения с IPv6-узлом на IPv6-острове от IPv4-узла в IPv4-океане.

- Транслятор C --- Он используется на позднем этапе перехода, чтобы сделать возможным установление соединения с IPv6-узлом в IPv6-океане от IPv4-узла на IPv4-острове.

- Транслятор D --- Он используется на позднем этапе перехода, чтобы сделать возможным установление соединения с IPv6-хоста в IPv6-океане на IPv4-хост на IPv4-острове.

### 8.1.4. IPsec

IPsec состоит в основном из трёх компонент.

1. Управление политиками

2. Управление ключами

3. Обработка AH и ESP

#### 8.1.4.1. Управление политиками

Ядро реализует экспериментальный код управления политикой безопасности. Существует два способа управления политикой безопасности. Первый — настройка политики для каждого сокета с помощью setsockopt(2). В этом случае конфигурация политики описана в ipsec_set_policy(3). Второй способ — настройка политики на основе фильтра пакетов ядра с использованием интерфейса PF_KEY через setkey(8).

Запись политики не переупорядочивается вместе со своими индексами, поэтому порядок добавления записей очень важен.

#### 8.1.4.2. Управление ключами

Код управления ключами, реализованный в этом наборе (sys/netkey), представляет собой собственную реализацию PFKEY v2. Это соответствует RFC2367.

В комплект включена "домашняя" реализация демона IKE — "racoon" (kame/kame/racoon). Обычно вам потребуется запустить racoon в качестве демона, затем настроить политику для требования ключей (например, `ping -P 'out ipsec esp/transport//use'`). Ядро будет связываться с демоном racoon по мере необходимости для обмена ключами.

#### 8.1.4.3. Обработка AH и ESP

Модуль IPsec реализован в виде "хуков" к стандартной обработке IPv4/IPv6. При отправке пакета функция ip{,6}_output() проверяет, требуется ли обработка ESP/AH, путем поиска соответствующей базы данных политик безопасности (SPD — Security Policy Database). Если ESP/AH необходим, вызывается {esp,ah}{4,6}_output(), и mbuf соответствующим образом обновляется. При получении пакета функция {esp,ah}4_input() вызывается на основе номера протокола, т.е. (*inetsw[proto])(). {esp,ah}4_input() расшифровывает/проверяет подлинность пакета, а также удаляет цепочку заголовков и выравнивание для ESP/AH. Безопасно удалять заголовок ESP/AH при получении пакета, так как полученный пакет никогда не будет использоваться в "сыром" виде.

Использование ESP/AH влияет на эффективный размер сегмента данных TCP4/6 из-за дополнительных цепочечных заголовков, вставляемых ESP/AH. Наш код учитывает этот случай.

Основные криптографические функции можно найти в каталоге `sys/crypto`. Преобразования ESP/AH перечислены в `{esp,ah}_core.c` с обёрточными функциями. Если вы хотите добавить какой-либо алгоритм, добавьте обёрточную функцию в `{esp,ah}_core.c` и поместите код вашего криптографического алгоритма в `sys/crypto`.

Режим туннеля частично поддерживается в этом выпуске со следующими ограничениями:

- Туннель IPsec не объединён с универсальным туннельным интерфейсом GIF. Это требует особой осторожности, так как может возникнуть бесконечный цикл между `ip_output()` и `tunnelifp→if_output()`. Мнения расходятся относительно того, лучше ли их объединить или нет.

- MTU и бит Don’t Fragment (IPv4) требуют дополнительной проверки, но в основном работают нормально.

- Модель аутентификации для туннеля AH должна быть пересмотрена. Нам потребуется улучшить механизм управления политиками в конечном итоге.

#### 8.1.4.4. Соответствие RFC и ID

Код IPsec в ядре соответствует (или пытается соответствовать) следующим стандартам:

Спецификация "старого IPsec", описанная в rfc182[5-9].txt

Спецификация "new IPsec" описана в rfc240[1-6].txt, rfc241[01].txt, rfc2451.txt и draft-mcdonald-simple-ipsec-api-01.txt (черновик устарел, но его можно взять по ссылке ftp://ftp.kame.net/pub/internet-drafts/). (ПРИМЕЧАНИЕ: Спецификации IKE, rfc241[7-9].txt, реализованы в пользовательском пространстве в виде демона IKE "racoon")

В настоящее время поддерживаются следующие алгоритмы:

- old IPsec AH

  - нулевая криптографическая контрольная сумма (нет документа, только для отладки)

  - MD5 с ключом и с 128-битной криптографической контрольной суммой (rfc1828.txt)

  - SHA1 с ключом и с 128-битной криптографической контрольной суммой (без документа)

  - HMAC MD5 с 128-битной криптографической контрольной суммой (rfc2085.txt)

  - HMAC SHA1 с 128-битной криптографической контрольной суммой (без документа)

- old IPsec ESP

  - нулевое шифрование (нет документа, аналогично rfc2410.txt)

  - Режим DES-CBC (rfc1829.txt)

- new IPsec AH

  - нулевая криптографическая контрольная сумма (нет документа, только для отладки)

  - MD5 с ключом и с 96-битной криптографической контрольной суммой (нет документа)

  - SHA1 с ключом и с 96-битной криптографической контрольной суммой (без документа)

  - HMAC MD5 с 96-битной криптографической контрольной суммой (rfc2403.txt)

  - HMAC SHA1 с 96-битной криптографической контрольной суммой (rfc2404.txt)

- new IPsec ESP

  - нулевое шифрование (rfc2410.txt)

  - DES-CBC с производным IV (draft-ietf-ipsec-ciph-des-derived-01.txt, черновик истек)

  - DES-CBC с явным вектором инициализации (rfc2405.txt)

  - 3DES-CBC с явным вектором инициализации (rfc2451.txt)

  - BLOWFISH CBC (rfc2451.txt)

  - CAST128 CBC (rfc2451.txt)

  - RC5 CBC (rfc2451.txt)

  - каждый из вышеперечисленных может быть объединён с:

    - Аутентификация ESP с HMAC-MD5 (96 бит)

    - Аутентификация ESP с HMAC-SHA1(96 бит)

Следующие алгоритмы НЕ поддерживаются:

- old IPsec AH

  - HMAC MD5 с 128-битной криптографической контрольной суммой + 64-битная защита от повторного воспроизведения (rfc2085.txt)

  - SHA1 с ключом и с 160-битной криптографической контрольной суммой
    32-битное дополнение (rfc1852.txt)

IPsec (в ядре) и IKE (в пользовательском пространстве как "racoon") были протестированы на нескольких мероприятиях по тестированию взаимодействия и известно, что они хорошо работают со многими другими реализациями. Кроме того, текущая реализация IPsec поддерживает довольно широкий спектр криптографических алгоритмов IPsec, описанных в RFC (мы поддерживаем только алгоритмы без проблем с интеллектуальной собственностью).

#### 8.1.4.5. Учёт ECN в IPsec-туннелях

Поддерживается ECN-совместимый IPsec-туннель, как описано в draft-ipsec-ecn-00.txt.

Обычный IPsec-туннель описан в RFC2401. При инкапсуляции поле TOS IPv4 (или поле класса трафика IPv6) копируется из внутреннего IP-заголовка во внешний IP-заголовок. При декапсуляции внешний IP-заголовок просто отбрасывается. Правило декапсуляции несовместимо с ECN, так как бит ECN в поле TOS/класса трафика внешнего IP-заголовка будет потерян.

Чтобы сделать IPsec-туннель дружественным к ECN, следует изменить процедуры инкапсуляции и декапсуляции. Это описано в http://www.aciri.org/floyd/papers/draft-ipsec-ecn-00.txt, глава 3.

Реализация туннеля IPsec может обеспечить три варианта поведения, в зависимости от значения параметра `net.inet.ipsec.ecn` (или `net.inet6.ipsec6.ecn`):

- RFC2401: отсутствие учёта ECN (значение sysctl -1)

- ECN запрещён (значение sysctl 0)

- ECN разрешён (значение sysctl 1)

Обратите внимание, что поведение настраивается для каждого узла, а не для каждой SA (в draft-ipsec-ecn-00 предлагается настройка для каждой SA, но это кажется излишним).

Поведение можно обобщить следующим образом (подробности см. в исходном коде):

    encapsulate                     decapsulate
                    ---                             ---
    RFC2401         copy all TOS bits               drop TOS bits on outer
                    from inner to outer.            (use inner TOS bits as is)

    ECN forbidden   copy TOS bits except for ECN    drop TOS bits on outer
                    (masked with 0xfc) from inner   (use inner TOS bits as is)
                    to outer.  set ECN bits to 0.

    ECN allowed     copy TOS bits except for ECN    use inner TOS bits with some
                    CE (masked with 0xfe) from      change.  if outer ECN CE bit
                    inner to outer.                 is 1, enable ECN CE bit on
                    set ECN CE bit to 0.            the inner.

Общая стратегия настройки выглядит следующим образом:

- если оба конечных пункта туннеля IPsec поддерживают поведение, дружественное к ECN, лучше настроить оба конца на "разрешено ECN" (значение sysctl 1).

- если другая сторона очень строга к биту TOS, используйте "RFC2401" (значение sysctl -1).

- в остальных случаях используйте "ECN запрещено" (значение sysctl 0).

Поведение по умолчанию — "ECN запрещён" (значение sysctl 0).

Для получения дополнительной информации обратитесь к:

http://www.aciri.org/floyd/papers/draft-ipsec-ecn-00.txt, RFC2481 (Явное Уведомление о Перегрузке), src/sys/netinet6/{ah,esp}_input.c

(Благодарности Kenjiro Cho kjc@csl.sony.co.jp за детальный анализ)

#### 8.1.4.6. Совместимость

Вот некоторые из платформ, на которых код KAME тестировал взаимодействие IPsec/IKE в прошлом. Обратите внимание, что обе стороны могли изменить свои реализации, поэтому используйте следующий список только в справочных целях.

Altiga, Ashley-laurent (vpcom.com), Data Fellows (F-Secure), Ericsson ACC, FreeS/WAN, HITACHI, IBM AIX®, IIJ, Intel, Microsoft® Windows NT®, NIST (linux IPsec + plutoplus), Netscreen, OpenBSD, RedCreek, Routerware, SSH, Secure Computing, Soliton, Toshiba, VPNet, Yamaha RT100i

Изменено: 15 марта 2026 г. by Vladlen Popolitov

Назад
Главная
Далее