IPv6: будущее интернет-адресации

Протокол IPv6: что это?

Отправка и получение писем, посылок, бандеролей, квитанций на оплату услуг ЖКХ – все это оказалось бы невозможным без почтовых адресов. Подобное применимо и к интернету, только вместо почтовых – там используются IP-адреса. Расшифровка аббревиатуры “IP” – “интернет-протокол”, то есть набор алгоритмов и инструментов, благодаря которым внутри локальных и глобальных сетей происходит обмен данными, устройства, ноутбуки, компьютеры, роутеры, модемы, серверы, взаимодействуют друг с другом.

Наиболее популярной версией протокола продолжает оставаться IPv4, однако, постепенно ей на смену приходит IPv6. В чем ее особенности? Каковы преимущества?

Причины появления

Версия IPv4 появилась еще в 80-х годах минувшего столетия. Она предполагает 32-битный формат написания, так что количество доступных комбинаций – около 4 миллиардов 300 миллионов. Конечно, в годы появления количество выглядело вполне достаточным для удовлетворения потребностей всех пользователей, ведь интернет не был слишком распространенной и доступной технологией.

Времена изменились. Население планеты стремится к 8 миллиардам, в кармане у подавляющего большинства лежит смартфон, в портфеле или рюкзаке – ноутбук, а дома стоит компьютер. Каждое из перечисленных устройств умеет выходить в интернет, а потому нуждается в собственном IP-адресе. IPv4 критически не хватает для удовлетворения потребностей.

Протокол IPv6 подразумевает не 32, а 128-битное написание, благодаря которому количество доступных комбинаций адресов составляет совершенно астрономическую цифру - 3,4 x 10^38. Это с запасом перекрывает потребности не просто на годы, а на десятилетия и столетия вперед.

Дата официального мирового дебюта IPv6 – 6 июня 2012 года, хотя первые испытания и тестирования начались гораздо раньше. С каждым годом версия становится все более распространенной, поддерживается современным сетевым оборудованием, роутерами, маршрутизаторами, базовыми станциями сотовой связи, работающих в формате 4G и более высоких.

Согласно статистическим данным, общий объем мирового трафика, относящегося к IPv6, составляет пока менее половины, около 35-40 процентов, но он стабильно растет.

Написание

Как отмечено выше, длина адреса IPv6 – 128 бит. Запись представлена 8 группами по 4 цифры 16-ричного формата, разделенными двоеточиями. Пример написания – “2001:0db8:abf2:29ea:5298:ad71:2ca0:4ff1”. Для большего удобства были введены некоторые правила:

Возможность опускания при написании начальных нулей. Например, группа “0db8” превратится в “db8”.
Использование двойного двоеточия для замены групп, следующих друг за другом, сформированных исключительно нулями.
Использование строчных, а не заглавных, символов латинского алфавита.

Структура заголовка

Информационный пакет содержит не только основные доставляемые сведения, но и заголовок, определяющий эффективность и точность доставки. Размера адреса в IPv6 увеличился четырехкратно, с 32 до 128 бит, но заголовок – только вдвое, что свидетельствует о его хорошей оптимизации.

В фиксированной части заголовка находятся все сведения, требуемые для маршрутизации:

Версия протокола. В данном случае – IPv6.
Класс трафика. От него зависит, насколько срочно должен быть доставлен конкретный пакет. Вместе с классом, повышается и приоритет доставки.
Поточная метка. Ее получателями являются маршрутизаторы. В ней содержатся данные о специфике, порядке передачи пакетов в определенном потоке информации.
Протяженность полезной нагрузки. Определяет размер пакета в полезной нагрузке.
Адреса. Фиксируют IP-адреса устройства, отправившего пакет, и места его назначения.

Вне фиксированной части заголовка могут находиться и другие данные, в том числе сведения о необходимости активации шифрования, вспомогательных устройствах при транзитной передаче, аутентификации.

Классификация адресов

В протоколе IPv6 используются адреса следующих типов:

Unicast. Нужны для точного распознавания интерфейса узла, функционирующего на IPv6.
Multicast. Позволяют отправлять данные сразу на несколько адресов. Аналоги широкополосных адресов, характерных для предыдущей версии.
Anycast. Такие адреса присваиваются сразу нескольким устройствам, однако, пакет поступает на ближайшее.

На несколько категорий также можно разделить Unicast-адреса:

Global. Публичные. По сути, это аналоги тех же адресов в IPv4. Сетевое оборудование может построить до них полноценный путь для эффективной передачи данных. Эти адреса уникальны и неповторимы, допускают как статическую настройку, так и динамическую.
Unique local. Их аналоги в 4-й версии протокола IP – частные. Для глобальной маршрутизации они не применяются, но используются в частных сетях малого масштаба.
Link local. Эти адреса в IPv6 принадлежат к нижнему уровню. Их назначение автоматизировано, процесс контролируется и управляется хостом. Маршрутизация в глобальной сети невозможна, сфера применения ограничивается каналом, в котором сформирован адрес. Уникальность необязательна.

Преимущества

Протокол IPv6 отличается от предшественника в лучшую сторону не только максимальным количеством возможных адресов, но и другими преимуществами. Наиболее значимые выглядят следующим образом:

Усовершенствованные алгоритмы маршрутизации. Процесс протекает быстрее и эффективнее, что положительно сказывается на общей надежности, стабильности сети, ускоряет передачу информации. Преимущество становится все более актуальным и ощутимым с распространением оптоволоконных линий и высокоскоростных стандартов сотовой связи, LTE, 4G, 5G. Такую скорость однозначно оценят любители онлайн-игр и кинотеатров. Пинг уменьшится.
Упрощенные заголовки, не содержащие лишних данных. Это также повышает скорость обмена информацией, вдобавок снижает нагрузку на сетевое оборудование.
Максимальная безопасность. Протоколом IPv6 предусмотрена поддержка функций, защищающих информацию от перехвата, обеспечивающих их передачу в зашифрованном виде, делающим перехват бесполезным. Например, поддерживается IPSec, то есть даже без вспомогательных программных и аппаратных средств удастся достичь высокого уровня безопасности, не переживать по поводу хакерских атак, взломов сети, кражи или намеренного повреждения информации.
Совместимость с новыми технологиями. Далеко не все инновационные разработки удается использовать на IPv4, из-за ограниченного адресного пространства и не лучших алгоритмов маршрутизации. IPv6 решает проблему, позволяет в полной мере раскрыть потенциал IoT, интернета вещей, вычислений в облачных сервисах, машинного обучения и других технологий.
Поддержка функции QoS, позволяющей фиксировать пакеты информации, максимально чувствительные к падениям скорости, передача которых должна вестись в первую очередь.

Проблемы и решения

Несмотря на очевидные преимущества IPv6, существуют некоторые проблемы, мешающие его распространению. В частности, нужно отметить следующие ограничивающие факторы:

Несовместимость протоколов. Устройство, поддерживающее IPv4, не может соединиться с аналогом, работающим на IPv6. Требуется модернизация или использование посреднических сетевых компонентов, в обоих случаях придется столкнуться с дополнительными расходами.
Ограниченность приложений, программного обеспечения. Не все программы пока позволяют эффективно взаимодействовать с IPv6. Решение проблемы аналогично предыдущей, требуется модернизация, обновление, переход на актуальные версии.
Недостаточная информированность пользователей. Профессионалам уже давно известны преимущества IPv6, чего не скажешь о простых пользователях, продолжающих жить в мире, где существует только 4-я версия. Интернет-корпорациям, провайдерам нужно более активно продвигать новую версию.

Подведение итогов

Несмотря на сложности, ограничивающие распространение, однозначно можно сказать, что будущее – за протоколом IPv6. Дело не только в исчерпании запаса свободных адресов IPv4, но и в технических преимуществах новой версии, ее способности передавать данные на более высокой скорости, поддержке функций, обеспечивающих защиту и безопасность. При покупке сетевых устройств, будь то роутеры, маршрутизаторы, сетевые платы, модемы, стоит обращать внимание на их поддержку IPv6.