CC BY
15
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ОБРАБОТКИ ТРАФИКА НА МАРШРУТИЗАТОРАХ ПРИ ПЕРЕХОДЕ С 1РУ4 НА 1РУ6 ПРОТОКОЛ
А.В. Макаров, студент
А.М. Андреев, канд. техн. наук, доцент
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2021-4-1-71-74
Аннотация. Статья посвящена анализу перехода маршрутизации с протокола IPv4 на ^6 по увеличении пропускной способности на коммутаторах. Проанализировано время задержки, возникающее на узлах связи маршрута сети при обработке пакетов данных. Определяются преимущества по времени обработки нового протокола. Рассмотрены случаи задержек, при которых пакет вынужден пересылаться заново в IPv4. В результате определено, что протокол IPv6 имеет существенные преимущества над IPv4 при передачи больших пакетов данных и огромного числа одновременных пользователей сети.
Ключевые слова: протокол, пакет, IPv6, IPv4, размер, байт.
На сегодняшний день существуют два основных поколения протокола транспортного протокола. Первый протокол, имеющий наименование "IPv4", был описан еще в 1981 году [1]. Но его основной недостаток состоял в ограничении адресного пространства в 4,3 млрд адресов. Что приводит к перегрузкам в маршрутизации, сложностям массовых изменениях 1Р-адресов, прикрепления на один и тот же адрес сразу нескольких адресатов и множество других проблем [2].
ГРу6 протокол должен со временем заменить 1Ру4. У него есть несколько преимуществ [3]. Это не только решение проблемы дефицита !^4-адресов, но и позво-
лит ускорить доставку сообщений. Благодаря этому протоколу была сокращена потребность в изменении сетевых адресов -NAT, которая ранее решала проблему недостатков IPv4-адресов. Также IPv6 использует многоадресную маршрутизацию и упрощённые заголовки, что значительно увеличивает эффективность маршрутизации. В нем применяется встроенная аутентификация, защита конфиденциальности, а также гибкие опции с поддержкой расширений.
Недавно Китай начал массово переходить на новый протокол IPv6 [4]. И пример изменения емкости протоколов сети Шанхая продемонстрирован на рисунке 1.
z»™ и (H) В И £1 El 133 EE) J
\i W4 12
10 8
4 2
0
Vj" 1";: 'л
Рис. 1. Процент емкости работы коммутаторов на IPv6 в Шанхае
Так как коммутаторы массового применения в основном производятся именно в этой стране, то железо, работающее с этим
протоколом, будет в скором времени импортироваться в Россию. Этот факт приводит к разумным требованиям узнать, на-
сколько новый протокол изменит загруженность и скорость работы сети.
Под загруженностью сети подразумеваются несколько значений. В их числе увеличение скорости передачи сообщений, максимальное количество сообщений, обрабатываемое коммутаторами, а также уменьшение времени передачи сообщений из одной точки в другую.
Сам стандарт IEEE 802.3 накладывает следующие ограничения на размер передаваемых по сети кадров: минимальный размер кадра - 64 байта. Максимальный размер пакета - 1500 байт. Кроме того, каждый пакет содержит по крайней мере стандартный заголовок Ethernet длиной 22 байта, в котором содержится преамбула (последовательность длиной 7 байт). Каждый пакет завершается контрольной суммой (4 байта). Итого S0 = 90 байт
Первым рассматриваемым изменением является сами заголовки пакетов. В IPv4 размер только заголовка S = 20 байтам, а у IPv6 размер заголовка S2 = 40 байтам.
Для перевода размера заголовка во время обработки необходимо взять для примера расчета устройство модема 14400 со скоростью V = 1,8 Кбайт/с. В итоге скорость обработки только заголовка устаревшего протокола равна приблизительно по формуле 1 равна 60 мс, следовательно, у IPv6 скорость обработки заголовка равна 70 мс по схожей формуле 2.
T4 = (So + S)/V (1) T 6, = (So + S2)/ V (2)
Для больших пакетов, возможна фрагментация. Так для протокола IPv4 максимальный размер пакета без фрагментации является 576 байт, а для IPv6 1280 байт. Однако для IPv6 фрагментация возможна только со стороны хостов, тогда как в IPv4 фрагментация есть и на маршрутизаторах, которые являются промежуточными узлами связи, что замедляет передачу пакетов в них до полной сборки самого пакета в каждом промежуточном узле связи. С такими задержками передача самого пакета размером с S6n=1500 байт через x мар-
шрутизаторов по IPv4 будет равняться (993+ To6 *2)* x мс
T42 = (S* + (So + S) * (div(S6n /556)+1) + To6 * 2) * x/ V
(3)
Где div это деление нацело, Те является временем обработки маршрутизатором. Для 1Ру6 по формуле 4 задержка составля-
ет 955* x + To6 *2мс.
Т62 = ((^ + (50 + /1240) + 1))*х + Таб)/V (4)
Данное время указано с учетом времени на обработку пакетов (фрагментацию и дефрагментацию). Сама сборка пакета в конечном или промежуточном узле под собой предполагает выделение некого буфера, в который будут складываться фрагменты 1Р пакета для каждого маршрутизатора, действующего по протоколу IPv4. Это приводит к следующему недостатку. Потеря случайного фрагмента приводит к повторной отправке всего пакета, существенное влияние может оказать передача других пакетов в канале. В протоколе IPv6 сборка пакетов осуществляется непосредственно на хосте, следовательно, неожиданные задержки, вызванные сборкой внутри промежуточных маршрутизаторов, исчезают.
Еще одним преимуществом нового протокола является отсутствие NAT в связи с его невостребованностью. Эта технология позволяет за одним публичным адресом скрывать множество других устройств [5]. Однако она также требует дополнительной обработки Гоб2 со стороны промежуточного маршрутизатора за котором и скрывается внутренняя сеть. Скорость обработки пакетов прямо зависит от частоты F работы самих промежуточных устройств и вычисляется по формуле 5.
Тоб 2 = S/(N * F)
(5)
Где S размер пакета (бит), N разрядность устройства(бит)
Примера схемы работы NAT представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Пример работы NAT
промежуточных узлах связи. На дальних расстояниях передачи трафика время задержки может существенно сократиться, что будет заметно для пакетов, имеющих огромное размеры как видео или большие данные. Однако переход должен состояться массовый, иначе значительных преимуществ невозможно будет добиться.
Так же при большом количестве запросов механизм NAT перестает пропускать пакеты или даже может посчитать эти запросы в качестве Dos-атаки [6].
Заключение. В качестве заключения можно утверждать по математическим выкладкам, что переход позволит незначительно сократить время передачи на коротких расстояниях и малом количестве
Библиографический список
1. Описание интернет протокола RFC 791. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://tools.ietf.org/html/rfc791 (дата обращения: 14.03.2021)
2. Описание недостатков протокола IPv4. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.on-lan.ru/6/article1.7-8.199839.html (дата обращения: 17.03.2021)
3. Описание IPv6. Интернет издание посвященное интернет технологиям. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://internet--technologies-ru.turbopages.org/internet-technologies.ru/s/articles/newbie/aktualnost-protokola-ipv6-ego-preimuschestva.html (дата обращения: 17.03.2021)
4. David Dawson "China Telecom's IPv6 efforts are beginning to show in the numbers" // Журнал APNIC. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://blog.apnic.net/2021/01/12/china-telecoms-ipv6-efforts-are-beginning-to-show-in-the-numbers/ (дата обращения: 23.03.2021)
5. Описание NAT. Журнал ИТ база знаний. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://wiki.merionet.ru/seti/13/nat-na-palcax-chto-eto/ (дата обращения: 15.03.2021)
6. Андрей Жуков. Типы Network Address Translation (NAT). - [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://aoz.com.ua/2009/01/26/nat-types/ (дата обращения: 17.03.2021)
- TexHuuecKue HayKU -
ANALYSIS OF CHANGES IN THE SPEED OF TRAFFIC PROCESSING ON ROUTERS DURING THE TRANSITION FROM IPV4 TO IPV6 PROTOCOL
A.V. Makarov, Student
A.M. Andreev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Bauman Moscow State Technical University (Russia, Moscow)
Abstract. The article is devoted to the analysis of the transition of routing from IPv4 to IPv6 by increasing the bandwidth on the switches. The delay time that occurs at the communication nodes of the network route when processing data packets is analyzed. The advantages of processing time of the new protocol are determined. The cases of delays in which the packet is forced to be forwarded again in IPv4 are considered. As a result, it is determined that the IPv6 protocol has significant advantages over IPv4 when transmitting large data packets and a huge number of simultaneous network users.
Keywords: protocol, packet, IPv6, IPv4, size, byte.
