Протокол IPv6: что это, зачем нужен и как работает

Представьте, что вам нужно отправить письмо другу. Вы пишете сообщение на листе бумаги, кладёте его в конверт и заполняете на нём специальные поля: данные отправителя и получателя. Подготовленный конверт вы несёте на почту, чтобы его доставили вашему другу.

Процесс отправки письма должен проходить по определённым правилам и соответствовать требованиям, которые должны соблюдать как вы, так и почтовая служба. Если одно из правил нарушить, например не указать адрес получателя, то письмо рискует потеряться. Похожие правила используют для передачи данных в интернете, только называют их протоколами.

IPv6 (Internet protocol version 6) — это современный протокол, который используют для передачи данных по Сети. Он пришёл на смену IPv4 и решает мировую проблему нехватки IP-адресов в интернете. В этой статье рассказываем, как устроен IPv6 и чем он лучших других протоколов.

Содержание

• Протоколы IPv4 и IPv6
• IPv6-адреса
• Преимущества IPv6
• Проблемы перехода на IPv6
• Главное про IPv6

Протоколы IPv4 и IPv6

История интернета началась в 1960-х годах с идеи соединить два компьютера и передать сообщение между ними. Одними из первых успешно передать данные смогли исследователи Стэнфордского и Калифорнийского университетов. В конце 1969 года они подключили кампусы к сети ARPANET. С этого момента началась история интернета.

Перед исследователями сразу встала задача идентификации компьютеров в Сети. Если их всего два, то передать данные с одного на другой легко, но если появляются ещё устройства, то надо явно указывать получателя. Так появились IP‑адреса — уникальные адреса компьютеров в Сети.

Читайте также:

Модель TCP/IP: что это такое и как она работает

Первое удачное согласование правил передачи данных в Сети появилось только в 1981 году. Им стал протокол IPv4, и вот как он выглядит в общем виде:

Адрес IPv4 состоит из четырёх групп цифр, разделённых точками. Каждая из групп может принимать значения от 0 до 255 в десятичной системе или от 0000000 до 11111111 в двоичной. Такие двоичные разряды называют октетами, а сам октет вмещает в себя восемь двоичных разрядов, или 1 байт. Следовательно, IP-адрес в IPv4 равняется 4 байтам, или 32 битам. Всего протокол вмещает в себя
2³² = 4 294 967 296 адресов. Не так много, учитывая, что только смартфонов в мире более 4 миллиардов.

Со временем в мире начало появляться больше устройств, включая смартфоны, планшеты, умные телевизоры и другие гаджеты. Даже некоторым кофеваркам сейчас нужен выход в интернет. IP-адресов стало не хватать, и примерно в 2019 году IPv4-адреса закончились.

Читайте также:

Бит и байт: гайд по единицам измерения информации

Исследователи ещё в 1996 году предположили, что рано или поздно мир столкнётся с такой проблемой, поэтому начали разрабатывать альтернативу — протокол IPv6. Официально запустили его в 2012 году, но уже в 2008 году протокол начала использовать компания Google.

Одно из главных преимуществ IPv6 — поддержка большего количества адресов. При этом к переходу на новую версию были готовы не все устройства. До сих пор некоторые гаджеты передают данные с помощью устаревшего IPv4. Использовать одновременно IPv4 и IPv6 позволяет технология NAT.

NAT (network address translation) — технология, преобразующая IP-адреса, разделяя номера на локальную и глобальную часть. Например, у вас дома есть несколько компьютеров и телефонов, подключённых к одной сети. Эти устройства образуют собой локальную сеть. В ней обычно немного устройств, поэтому можно использовать IPv4. Для выхода в глобальную сеть уже потребуется IPv6-адрес, который формируется благодаря NAT.

Читайте также:

Что такое NAT и для чего он нужен

IPv6-адреса

Теперь детально разберём, чем IPv6 отличается от IPv4. Главное преимущество новой версии протокола — увеличение количества байтов в адресе вдвое. IPv6‑адрес представляет собой восемь шестнадцатибитных блоков, которые разделены двоеточием. Это равно 16 байтам, или 128 битам, а количество возможных значений превышает 3,4 × 10³⁸ (340 ундециллионов): 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456.

У IPv6 есть три формы представления:

• Шестнадцатеричная форма. Стандартное представление, которое состоит из восьми шестнадцатибитных блоков, разделённых двоеточием: f2c6:e19b: da60:52ad: 2cef: 62fe: 0279:af3f.
• Краткая форма. Запись IPv6-адреса можно сократить, если в нём есть последовательность из нескольких нулей. Например, в адресе f2c6:e19b:0:0:0: 62fe: 0279:af3f мы можем заменить нули двойным двоеточием: f2c6:e19b:62fe: 0279:af3f. Если адрес не задан, то в нём все блоки будут равны нулю: 0:0:0:0:0:0:0:0. В краткой форме это можно записать так — ::.
• Смешанная форма. В локальных сетях, виртуальных машинах и в Docker часто используют смешанную форму записи, которая сочетает в себе протоколы IPv4 и IPv6. Такой адрес может выглядеть так: f2c6:0:0:52ad: 192:168:3:1. Видно, что первые группы задаются в нём в виде 16-битных блоков, а символы в конце — IPv4-адрес.

Преимущества IPv6

IPv6 по возможностям и удобству превосходит своего предшественника. Вот главные достоинства:

• Больше адресов. Количество возможных адресов в 7,9 × 10²⁸ раз больше, чем у IPv4. Это решает проблему нехватки адресов, которая возникла при использовании IPv4.
• Работает с мобильными устройствами. IPv6 подходит для использования в сетях с постоянно меняющимися подключениями, например при использовании смартфонов.
• Автоматизация. Устройства с IPv6 могут самостоятельно настраивать свои адреса.
• Безопасность. В протоколе есть встроенная система шифрования и проверки целостности данных.
• Улучшенная производительность. Маловажные опции удалили из IPv6 или перенесли в конце заголовка пакета. Это помогло ускорить работу протокола.

Проблемы перехода на IPv6

IPv6 практически во всём лучше IPv4, но устаревшую версию протокола всё равно используют по сей день, а проблему нехватки адресов решили с помощью технологии NAT. Из-за этого переход с IPv4 на IPv6 вызывает следующие проблемы:

• Совместимость с IPv4. Не все устройства поддерживают IPv6, например старые маршрутизаторы, винтажные принтеры и операционные системы. Их до сих пор используют во многих компаниях.
• Сложность настройки. Администраторам сложнее настраивать IPv6, особенно если речь идёт об устаревшем оборудовании. Поэтому чаще решают продолжать использовать IPv4.
• Обновление оборудования. Чаще всего для перехода на IPv6 надо обновить всё оборудование в компании. Это очень дорого и долго.
• Обучение сотрудников. Вместе с оборудованием придётся обучать сотрудников работе с IPv6.

Главное про IPv6

• IP (Internet protocol) — адрес компьютерного устройства в Сети, состоящий из цифр.
• IPv4 (Internet protocol version 4) — первое в мире удачное соглашение правил для идентификации устройств в Сети. Главный недостаток протокола — небольшое количество IP-адресов. В нём доступно всего 4,3 миллиарда адресов.
• IPv4-адрес состоит из четырёх восьмибитных групп, разделённых точками. Каждая группа может принимать значение от 0 до 255 (8 бит — 1 байт). А всего IPv4-адрес занимает 8 байт.
• NAT (network address translation) — технология, разделяющая IP-адрес на локальную и глобальную части, что позволяет расширить диапазон устройств, работающих на IPv4.
• IPv6 (Internet protocol version 6) — соглашение правил адресования устройств в Сети шестой версии. Оно решает мировую проблему нехватки адресов в интернете.
• IPv6-адрес состоит из четырёх шестнадцатибитных значений, разделённых двоеточиями.
• Всего IPv6-адрес вмещает в себя 16 байт, что позволяет создать очень большое количество адресов — 3,4 × 10³⁸ (примерно 340 ундециллионов).