Что такое IPv6?

Готовность к обнаружению IPv6Протокол Интернета нового поколения (IP), который должен прийти на смену IPv4? В этой статье мы расскажем вам об особенностях этого протокола. Вы узнаете, что такое IPv6, включая его особенности, структуру и состав пакетов.

Содержание:

1. Что такое IPv6?
2. IPv6 против IPv4: основные различия
3. Структура адресов IPv6
4. Разбор IPv6-адреса
5. Типы адресов IPv6
6. Структура и состав пакетов IPv6
7. Сжатие адресов IPv6
8. FAQ по IPv6
9. Заключение

1. Что такое IPv6?

IPv6 (определено в разделе RFC2460) - это обновленная версия Интернет-протокол известный как IPv4. Он был разработан IETF в 90-х годах для решения проблемы ограничения адресного пространства IPv4. В нем используется 128-битная адресация, что значительно расширяет количество возможных IP-адресов. Адреса IPv6 намного длиннее адресов IPv4. Их длина составляет 128 бит по сравнению с 32 битами для IPv4. Это дает первому гораздо больше возможных адресов. 

Такое расширение адресации необходимо, потому что Интернет сильно разросся и адресов IPv4 не хватает. Хотя IPv6 напрямую не совместим с IPv4, существуют переходные механизмы, помогающие осуществить переход (ознакомьтесь с преимуществами и методами миграции)

Помимо расширения адресного пространства, IPv6 также упрощает маршрутизацию, расширяет возможности многоадресной рассылки и включает положения по безопасности и настройке устройств. Эти адреса записываются в виде восьми групп из четырех шестнадцатеричных цифр и для удобства могут быть сокращены. Например, такой адрес может быть "2607:f8b0:4005:0800:0000:0000:0000:200e", который при сокращении становится "2607:f8b0:4005:800::200e".

Интересный факт! IPv6 имеет 128-битное адресное пространство, в котором теоретически может разместиться 340 недециллионов (это 340, а затем 36 нулей) уникальных IP-адресов. Этого достаточно, чтобы присвоить IP-адрес каждому микробному организму на Земле и при этом иметь запас адресов - в несколько раз больше!

2. IPv6 против IPv4 (основные различия)

IPv6 может назначить в общей сложности 2^128 интерфейсов, что позволит подключить бесчисленное количество устройств и пользователей в постоянно действующих технологиях. В то время как IPv4 может назначить в общей сложности 2^32 интерфейса (без учета зарезервированных адресов). Такой адрес состоит из 128 бит, разделенных на восемь 16-битных блоков, в шестнадцатеричной системе счисления, в то время как в IPv4 используется точечно-десятичная адресация.

IPv6 также улучшает IPv4 по ряду других аспектов. Он иерархически распределяет адреса, что делает маршрутизацию более эффективной и облегчает управление адресами. IPv6 присваивает адреса интерфейсам, признавая, что на одном узле может быть несколько интерфейсов. Кроме того, вы можете назначить несколько адресов на один интерфейс (DHCPv6).

IPv6 также включает встроенные функции безопасности, такие как IPsec. Этот протокол обеспечивает конфиденциальность, аутентификацию и целостность данных. В IPv4 такие средства безопасности были необязательными.

В целом, протокол IPv6 призван улучшить маршрутизацию, автоконфигурацию сети и масштабируемость. Это прочный фундамент для будущего интернета. Подробнее об этой теме см. различия между обоими протоколами.

3. Структура адреса. 

Подсети IPv6 работают так же, как и IPv4, но с шестнадцатеричными идентификаторами. Обычно мы записываем такие адреса в виде восьми групп из четырех шестнадцатеричных цифр, разделенных двоеточиями. Например, вы можете увидеть такой адрес

Полный адрес состоит из 16 октетов (всего 128 бит). Этот адрес записывается в шестнадцатеричном виде и делится на 8 групп, разделенных двоеточиями. Каждая группа состоит из 4 шестнадцатеричных цифр и представляет собой 16 бит или 2 октета. 

Давайте разберем это обращение: 

Примечание: Этот конкретный адрес (2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334) служит для целей документации. 

• Первые 48 бит - это префикс сайта (2001:0db8:85a3). Эта часть указывает на вашу публичную сеть, обычно предоставляемую интернет-провайдером.
• Следующий 16-битный блок - это идентификатор вашей подсети (0000). Эта часть обозначает расположение вашей внутренней сети.
• Последние 64 бита образуют идентификатор интерфейса (0000:8a2e:0370:7334). Эта последняя часть генерируется из MAC-адреса или задается вручную. Идентификаторы интерфейсов уникальны для подсети, генерируются автоматически или задаются вручную (см. RFC 3513 для ручных настроек).

Интересный факт! Устройства с поддержкой IPv6 могут генерировать свой собственный IP-адрес сразу после подключения к сети с помощью протокола обнаружения соседей IPv6. Эта функция также известна как автоконфигурация адреса без статического изменения (SLAAC). 

4. Типы адресов:

IPv6 представляет собой более сложную и универсальную систему адресации по сравнению со своим предшественником IPv4. В ней адреса делятся на несколько типов, каждый из которых служит отдельной цели в сетевом взаимодействии. Понимание этих типов адресов очень важно для понимания того, как они способствуют эффективной и гибкой интернет-коммуникации.

• Одноадресная рассылка: Ссылки на интерфейс одного узла. Одноадресные адреса - самый распространенный тип адресов IPv6. Они позволяют осуществлять прямую связь между двумя конкретными устройствами. Существует два типа одноадресных адресов: 
  • Глобальная одноадресная рассылка: Уникальный адрес во всем Интернете. Например, глобальный одноадресный адрес 2001:db8:3c4d:15::/64 включает в себя публичную и частную топологию, а также идентификатор интерфейса.
  • Ссылка-локальная: Локальные адреса, например fe80::/10, работают только в пределах локальной сети (не распознаются за ее пределами). Они взаимодействуют в пределах одного сегмента сети. Локальные адреса автоматически настраиваются на всех интерфейсах.
• Многоадресная рассылка: Адреса многоадресной рассылки обеспечивают связь "один ко многим". Он подключается к нескольким интерфейсам, часто на разных узлах, и распространяет пакеты среди всех членов группы. Узнайте все, что вам нужно знать об этом на Многоадресная рассылка IPv6. 
• Любая передача: Anycast - это новая функция (недоступная в IPv4). Адреса этого типа назначаются нескольким интерфейсам (обычно на разных узлах). Пакет, отправленный на anycast-адрес, доставляется на ближайший интерфейс (с точки зрения расстояния маршрутизации), которому был присвоен этот адрес. 

Подробные сведения о многоадресной рассылке и адресах anycast подробно описаны в разделе RFC 3306 и RFC 3307

Интересный факт! В IPv6 не используются широковещательные адреса (как в IPv4). Вместо этого он использует многоадресную рассылку и адреса anycast для связи, предназначенной для нескольких адресатов. Это снижает сетевой трафик и повышает эффективность.

 Узнайте больше о типах адресов из нашего исчерпывающего руководства Типы адресов IPv6. 

5. Структура и состав пакетов IPv6.

Пакеты IPv6 состоят из двух основных частей: заголовка и полезной нагрузки. Структура разработана таким образом, чтобы упростить маршрутизацию и обработку данных через Интернет или другие сети на базе IP. Для получения подробной информации о структуре адресов IPv6 см. RFC 2374.

На следующем рисунке наглядно представлена структура и состав пакетов IPv6. 40-байтовый заголовок IPv6 имеет фиксированный размер, что обеспечивает простую и эффективную обработку сетевыми устройствами. Полезная нагрузка может быть разного размера, но несет основные данные, предназначенные для адресата. 

a. Основной заголовок IPv6:

IPv6 имеет 40-байтовый заголовок фиксированной длины, который содержит только основную информацию, необходимую для доставки. 

• Версия: В этом поле указывается версия используемого IP-адреса; для IPv6 это значение равно 6.
• Класс трафика: Подобно Type of Service (ToS) в IPv4, это поле предназначено для управления качеством обслуживания (QoS).
• Этикетка потока: Помечает последовательности пакетов, которые требуют специальной обработки промежуточными маршрутизаторами IPv6.
• Длина полезной нагрузки: Указывает размер полезной нагрузки в октетах, включая любые заголовки расширения.
• Следующий заголовок: Определяет тип заголовка, следующего непосредственно за заголовком, и определяет интерпретацию данных, содержащихся в пакете.
• Предельная скорость: Заменяет поле Time to Live (TTL) в IPv4, указывая максимальное количество переходов (маршрутизатор или промежуточные устройства), через которые пакет может пройти, прежде чем он будет отброшен.
• Адрес источника: 128-битный адрес узла отправления.
• Адрес назначения: 128-битный адрес узла-получателя.

b. Полезная нагрузка IPv6:

Полезная нагрузка идет после заголовка и представляет собой часть пакета, содержащую фактические данные. Полезная нагрузка может составлять до 65 535 байт, но может быть увеличена с помощью опции jumbo payload.

• Заголовки расширений: Дополнительные заголовки, обеспечивающие дополнительную функциональность, например маршрутизацию, фрагментацию и функции безопасности, размещаются между стандартным заголовком и полезной нагрузкой.
• Пакет данных с верхнего уровня: Это относится к инкапсулированным данным с более высоких уровней сетевого стека, таким как сегменты TCP или UDP, которые передаются пакетом IPv6.

Интересный факт! Заголовки IPv6 проще, чем заголовки IPv4. Эта простота делает сайт заголовок легче обрабатывается маршрутизаторами. Это связано с тем, что несущественные и необязательные поля были перенесены в заголовки расширения, которые размещаются после заголовка.

6. Сжатие адресов IPv6

Адреса IPv6 имеют длину 128 бит, что делает их довольно длинными и сложными. Кроме того, 128-битные адреса могут затруднять их использование и запоминание (для человека). Для решения этой проблемы в протокол включены методы сжатия адресов. Эти методы упрощают представление этих адресов, не меняя их фактического значения или функции. Такое сжатие необходимо для простоты использования, особенно при ручной настройке адресов IPv6, а также для удобства чтения.

Например, в IPv6 часто встречаются поля, заполненные нулями. Вы можете сжать их с помощью "::" для представления последовательных нулевых полей (блоков по 16 бит), превратив 2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b в 2001:0db8:3c4d:0015::1a2f:1a2b. Обратите внимание, что этот метод сжатия нуля может быть использован только один раз в адресе, чтобы избежать двусмысленности.

Второй способ сжатия таких адресов - отказ от ведущих нулей. В каждом 16-битном блоке можно опустить ведущие нули. Например, блок 0008 можно упростить до 8. Этот метод часто используется в сочетании со сжатием нулей.

Чтобы узнать больше об этой теме, проверьте Правила сжатия данных IPv6

7. FAQ по IPv6.

a. Как отключить IPv6? 

Отключение IPv6 обычно связано с изменением сетевых настроек на устройстве или в операционной системе, часто путем снятия флажка IPv6 в свойствах сети или изменения системных файлов конфигурации. Узнайте, как Отключить IPv6 на всех платформах и операционных системах. 

b. Сколько бит содержится в адресе IPv6?

Адрес IPv6 состоит из 128 бит.

c. Почему NAT не нужен в IPv6? 

IPv6 не требует NAT, поскольку имеет достаточно большое адресное пространство, чтобы предоставить каждому устройству уникальный глобальный адрес. Это означает, что IPv6 устраняет необходимость разделять один публичный IPv4-адрес между несколькими устройствами. Подробнее о Почему NAT не нужен в IPv6?

d. Почему мы сейчас переходим с IPv4 на IPv6? 

Переход на IPv6 обусловлен, прежде всего, исчерпанием адресов IPv4: их просто не хватает, чтобы удовлетворить растущее число подключенных к Интернету устройств.

e. Какие два типа сообщений IPv6 используются вместо ARP для разрешения адресов? 

В IPv6 для разрешения адресов вместо ARP используется протокол Neighbor Discovery Protocol (NDP) с двумя типами сообщений, Neighbor Solicitation и Neighbor Advertisement.

f. Какое преимущество дает упрощенный заголовок IPv6 по сравнению с IPv4?

Одним из преимуществ упрощенного заголовка IPv6 является повышение эффективности обработки пакетов за счет минимизации количества полей, которые должны проверять маршрутизаторы, что позволяет ускорить маршрутизацию пакетов.

g. Как форматируются префиксы маршрутизации IPv6?

В IPv6 для маршрутизации пакетов используются префиксы, представленные в виде префикс/длина в битах, например 2001:db8:3c4d::/48. Конкретные префиксы, например 2001:db8::/32, зарезервированы для документации.

h. Какую функцию использует IPv6 для поддержки перехода от IPv4?

IPv6 поддерживает встраивание адресов IPv4, чтобы помочь пакетам туннелировать через сети IPv4. В первом случае также используются механизмы, подобные двойному стеку, TeredoISATAP и туннелирование 6to4 для облегчения перехода с IPv4, чтобы оба протокола могли сосуществовать.

i. Как подключиться по SSH к устройству с поддержкой IPv6?

Чтобы подключиться по SSH к устройству с поддержкой IPv6, используйте команду SSH client, за которой следует имя пользователя и IPv6-адрес, например "ssh username@[IPv6 Address]". Убедитесь, что сеть и устройство поддерживают IPv6 и служба SSH прослушивает IPv6-адрес. Ознакомьтесь с нашим полным руководством по SSH на IPv6

j. Почему переход с адресов IPv4 на IPv6 занимает так много времени? 

Переход с IPv4 на новый протокол занимает много времени из-за огромной инфраструктуры, построенной на базе IPv4. Кроме того, по-прежнему существует большая потребность в совместимости устройств и сетей с IPv6. Кроме того, существование временных решений, таких как NAT, снижает актуальность перехода для некоторых организаций. Другие материалы по этой теме на почему так долго происходит переход с адресов IPv4 на IPv6.

8. Заключение

IPv6 - это не просто будущее, он уже наступил, чтобы изменить способы связи по всему миру. Он обладает практически неограниченным адресным пространством и расширенными возможностями, которые преодолевают ограничения IPv4, устанавливая новый стандарт интернет-коммуникаций. 

Примите изменения, поймите преимущества и подготовьтесь к плавному переходу с помощью нашей подробной информации. Мы надеемся, что эта статья помогла вам понять, что такое IPv6.