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.