Что такое IPv6 и почему оно лучше IPv4

В чем сложность? Разговор о том, что такое IPV6, нужно начать с того, что первооткрыватели Интернета сделали большую ошибку. Ведь почти 50 лет назад они даже представить себе не могли, что в кармане каждого из нас будет компьютер, сопоставимый с тем, который отправлял ракету на Луну.

Что делать? Да, мы говорим об интернет-протоколе IPV4, возможности которого не способны охватить потребности современного мира. И потому уже давно идет речь об IPV6, который должен решить проблемы своего предшественника. Но что же это такое?

Что такое протокол IPv4 и IPv6

Сетевой протокол TCP/IPv4 обеспечивает передачу данных в интернете и по локальным сетям в зашифрованном виде. Эта технология используется на протяжении уже более 30 лет. При этом каждый узел глобальной и локальной сети наделяется уникальным адресом.

Однако к началу 1990-х годов обнаружился серьезный недостаток такого подхода. Количество возможных IP-адресов ограничено — оно не должно быть более 4,23 млрд. Рано или поздно это бы произошло, поэтому потребовалось разработать новый протокол шестой версии — IPv6. Что это такое простыми словами – расскажем далее. Здесь же упомянем о некоторых сложностях массового внедрения новой технологии. Тем не менее, в США данный протокол успешно используется уже большей частью пользователей.

Вернемся к IPv4. Как было упомянуто, масштабируемость уникальных IP-адресов в этой версии сетевого протокола жестко ограничена. На уровне программных записей адреса здесь формируются в 32-битном формате в диапазоне от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. Локальные сети наделяются дополнительным атрибутом «маска подсети», который пишется после символа «/».

В итоге каждый узел внутри Ethernet обычно имеет один внешний IP-адрес, который назначается интернет-провайдером и записывается как шлюз (маршрутизатор). Чтобы осуществить обмен данными между отдельными устройствами внутри локальной сети с возможностью выхода в глобальный интернет, потребуется сложное администрирование. А получение статических IP-адресов в рамках маршрутизации скорее всего повлечет за собой дополнительные расходы.

Мы подошли к вопросу, что такое доступ к IPv6 и каким образом этот доступ обеспечивается. Адрес здесь формируется по 128-битной системе и выглядит как последовательность из восьми 16-битных блоков, разделенных двоеточиями (например, 2dfc:0:0317:0:0:cfbf:fec8:0). Таким образом, максимальное число IP-адресов составляет уже 2 в 128 степени, и в случае масштабного внедрения данного протокола полностью снимается проблема нехватки сетевых адресов на обозримое будущее.

Узнай, какие ИТ - профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb

doc 1,7mb

Уже скачали 31984

При этом в технологии IPv6 реализована возможность сжатия кода. Соседние нулевые блоки автоматически сокращаются, оставляя вместо себя лишь парные символы двоеточия. То есть, внешний вид адреса FFEA:0:0:0:0:CF28:1612:4154 меняется на FFEA::CF28:1612:4154. Это существенно облегчает процессы записи, хранения и обработки кода.

В соответствии с регламентом протокола все сетевые адреса назначаются устройствам автоматически по уникальным MAC-адресам этих устройств. Иначе говоря, любая единица оборудования, имеющая доступ к всемирной сети, приобретает собственный IP-адрес, дающий возможность беспрепятственно соединяться с другими такими же единицами. Существует также альтернативная система генерации адресных кодов — с помощью специально настраиваемых маршрутизаторов.

Адреса подсети также предоставляются в огромном диапазоне. Подключаясь по IPv6, пользователь может получить более 256 адресов по маске «/128».

А вот сравнение двух протоколов по скорости передачи данных дает весьма неоднозначные результаты. По умолчанию технология IPv6 более скоростная, нежели IPv4, если оценивать показатель по какому-то выбранному сетевому устройству.

С другой стороны, в протоколе IPv4 используется NAT, позволяющий транслировать адреса пользователей и хранить в памяти сведения об установленных соединениях. Данная технология существенно нагружает оборудование, приводящее к резкому падению скорости передачи данных в пиковые моменты.

Шестая версия протокола отличается от четвертой также отсутствием необходимости в обработке отправляемых пакетов. Кроме того, не отслеживаются открытые соединения при маршрутизации доступа к узлам сети. Благодаря этому существенно снижается нагрузка на сетевые устройства, а у конечного пользователя — выравнивается скорость интернет-соединения. В итоге у провайдеров появляется возможность использовать более дешевое оборудование, потребляющее меньше ресурсов.

Дополнительные преимущества протокола IPv6

Какие еще функциональные нововведения были реализованы в протоколе IPv6?

• Использование более простого заголовка

Были исключены малозначительные параметры. Тем самым уменьшена нагрузка на маршрутизаторы во время обработки запросов.

• Повышение уровня безопасности

В саму технологию изначально заложены более защищенная аутентификация и максимальная конфиденциальность данных.

• Quality of Service (QoS)

Реализация этой функции позволяет выявлять пакеты, чувствительные к задержке.

• Внедрение многоадресных групп для передачи широковещательных пакетов

  Читайте также!

  День программиста: дата праздника и история возникновения

  Подробнее
  
• Использование встроенного адресного пространства FF00::/8

Благодаря этому реализована технология мультивещания.

• Поддержка стандарта Ipsec

Этот стандарт шифрования существенно повышает уровень безопасности. Данные теперь шифруются независимо от какого-либо прикладного программного обеспечения.

Автоматическая генерация IP-адресов по MAC-адресам устройств может быть использована злоумышленниками для получения доступа к пользовательским данным.

Суть пакетов IPv6

Пакеты, которые передаются по технологии IPv6, включают в себя непосредственно пересылаемый контент и технические данные, необходимые для доставки. Но так как размер адреса в данном протоколе увеличен с 32 до 128 бит, заголовки пакетов также увеличились в размере с 20 до 40 байт. Вместе с тем структура заголовка упростилась. Видно, что с увеличением размера IPv6-адреса в 4 раза заголовочный блок пакета увеличился лишь в 2 раза.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 01 декабря

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

• Версия протокола

Здесь это значение равняется 0110 в двоичной системе (или 8 в десятичной системе). На данный параметр, как видно, выделяется поле размером 4 бита.

• Класс трафика

Определяет приоритет для доставки конкретного пакета. Представляет собой значение длиной 8 бит, из которых старшие 6 бит отводятся на классификацию пакета, а оставшиеся 2 бита служат для контроля перегрузки.

• Метка потока

Передается маршрутизаторам для установления последовательности передачи пакетов в конкретном потоке. На значение отводится поле заголовка длиной 20 бит.

• Длина полезной нагрузки

Задает размер пакета в его полезной нагрузке. Размещается в поле 16 бит.

• Следующий заголовок

Здесь задается тип расширенного заголовка, который идет следующим. Для этого выделяется поле длиной 8 бит.

• Предельное число шагов

Данный параметр аналогичен TTL в протоколе IPv4. Имеет размер 8 бит.

• Адреса отправителя и получателя

В оставшихся двух полях по 128 бит размещаются необходимые сведения соответственно об отправителе и получателе пакета.

Расширенный заголовок расположен между фиксированным и следующим, более высоким по рангу. Здесь также размещается информация, дополнительно используемая при отправке пакетов. Обработка таких заголовков осуществляется конечными устройствами. Исключением является Hop-By-Hop Options. Этот заголовок обрабатывается всеми промежуточными узлами, включая отправителя и получателя.

3 основных типа адресов IPv6

Здесь более детально разберем, что такое IPv6 адрес. Он бывает трех типов:

• Unicast

Используется для идентификации интерфейса узла, поддерживающего данный протокол.

Только до 25.11

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

• Multicast

Применяется в случаях доставки пакетов нескольким адресатам. Фактически заменяет собой более ранний широковещательный формат (broadcast).

• Anycast

В данном случае один адрес присваивается нескольким получателям. Отправка пакета при этом осуществляется адресату, ближайшему к отправителю из имеющих anycast.

Внутри unicast-адресов существует также разделение на подтипы:

• Global. Представляет собой публичный адрес, аналогичный подобным в протоколе IPv4. При такой адресации доступно прокладывание полноценных маршрутов в интернете. Эти адреса уникальны и могут использоваться и как статические, и как динамические.
• Unique Local. Аналогичен частному адресу в четвертой версии протокола. В IPv6 не предназначен для глобальной маршрутизации.
• Link Local. Также называется канальным или локальным адресом. Присваивается устройству хостом автоматически. Пакеты, передаваемые по данной адресной системе, не предназначены для маршрутизации в глобальной сети и могут применяться лишь внутри того канала, где были созданы. В данном случае уже не требуется глобальная уникальность адресов. Они будут уникальными только внутри отдельных подсетей. Один из вариантов использования локальных адресов — обнаружение соседних узлов. В этом смысле Link Local аналогичен ARP в четвертой версии протокола. Адресное пространство здесь ограничено диапазоном fe80::/10 (адреса первого гекстета принимают значения от fe80 до febf).

Второй распределяет префиксы адресов Северной Америки. Реестр APNIC действует в пределах Азиатского и Тихоокеанского регионов, LACNIC — соответственно, в пределах стран Латинской Америки, AfricNIC — в пределах Африканского континента и дополнительно территории Индийского океана. В частности для RIPE NCC доступно адресное пространство 2001: 800::/23. Реестр ARIN в свою очередь получил диапазон 2001: 0400::/23.

Отдельные адресные пространства зарезервированы и недоступны для использования. Таковыми являются диапазоны fd для Unique Local, ff для Multicast, fe80 для Link Local.

Разделение адресов IPv6 на подсети

Как правило, префикс глобальной маршрутизации одновременно идентифицирует всю сеть, где зарегистрирован данный адрес. Обычно на такой идентификатор отводится 48 бит. Идентификация интерфейса в свою очередь требует 64 бита для определения сетевого интерфейса конкретного узла. Остальная часть глобального идентификатора определяет подсеть. Для этого чаще всего выделяется 16 бит, чего достаточно для создания 65536 подсетей в диапазоне от 0000 до ffff.

Настройка адресов в шестой версии протокола обычно выполняется автоматически. От маршрутизатора при этом запрашивается доступный в данный момент префикс, который с точки зрения маршрутизатора состоит из собственно префикса глобальной маршрутизации и идентификатора конкретной подсети. На это выделяются первые 64 бита.

Для внутренней идентификации узлов в пределах одной подсети применяется канальная адресация. Каждое устройство автоматически заполняет 64 бита идентификаторы интерфейса с помощью префикса fe80, для чего могут быть использованы несколько возможностей.

Чаще всего используется уникальный MAC-адрес интерфейса данного узла. Идентификатор интерфейса при этом создается по особому алгоритму. Например, для MAC-адреса f8:ac65:2b:ba:11 выполняется следующая последовательность действий;

• запись приводится к формату f8ac:65ff:fe2b:ba11 путем вставки фрагмента ff:fe в середину этой записи;
• первый октет получившегося адреса (f8) переводится в двоичную систему (11111000);
• шестой бит, считая от нулевого, инвертируется (11111010);
• полученное двоичное число переводится обратно в шестнадцатеричный формат (fa);
• данное значение вставляется вместо первого октета адреса (fаac:65ff:fe2b:ba11).

Популярные статьи

Высокооплачиваемые профессии сегодня и в ближайшем будущем

Дополнительный заработок в Интернете: варианты для новичков и специалистов

Востребованные удаленные профессии: зарабатывайте, не выходя из дома

Разработчик игр: чем занимается, сколько зарабатывает и где учится

Как выбрать профессию по душе: детальное руководство + ценные советы

Итак, для автоматической регистрации адреса в IPv6 используется MAC-адрес данного устройства. В этом состоит отличие от IPv4, где адрес выдается по DHCP.

Что дало подключение IPv6

Протокол начал разрабатываться еще в далеком 1992 году. Но к тестированию приступили лишь 8 июня 2011 года. Эта дата отмечается как Международный день IPv6. После успешного испытания протокола появилась возможность для его дальнейшего совершенствования и последующего внедрения.

Но интернет-гигант Google поспешил протестировать протокол еще раньше — в 2008 году. Спустя 4 года проведенных испытаний 6 июня 2012 года IPv6 был наконец официально запущен в эксплуатацию. Протокол фактически приобрел статус сетевого стандарта, его внедрили в своей продукции крупнейшие производители сетевого оборудования Cisco и D-Link.

Читайте также!

Что такое браузер и как он работает

Подробнее

Мобильные сети LTE теперь в обязательном порядке поддерживают технологию IPv6. Протокол используется на главных сайтах Google, Microsoft и Yahoo. Он все шире распространяется в локальных корпоративных и домашних сетях.

По статистике от Google к началу 2020 года весь мировой трафик на 30% осуществлялся по протоколу IPv6. Среди российских пользователей популярность данной технологии оказалась гораздо ниже. Доля IPv6 от общероссийского трафика составляет всего 4,5%. Но, с другой стороны, на этот протокол постепенно переводятся DNS-серверы отечественных хостеров и регистраторов доменных имен.

Главная проблема протокола IPv4, заключающаяся в жестком ограничении диапазона допустимых адресов, на некоторое время может решаться использованием динамических адресов. Причем эта задача перекладывается на плечи конечных пользователей, которым приходится самостоятельно настраивать маршрутизацию и тратить деньги на дополнительные IP-адреса.

С другой стороны, число сетевых узлов во всем мире растет с очень большой скоростью. Прямая коммуникация даже в простейших случаях между двумя устройствами требует выходить на новый уровень выстраивания связей.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование