IPv6

Что такое IPv6?

IPv6 (Internet Protocol Version 6) — это второе поколение стандартных протоколов для протоколов сетевого уровня, также известное как IPng (IP Next Generation). Он обеспечивает услуги передачи данных без установления соединения на сетевом уровне, где он функционирует. IPv6 является усовершенствованной версией IPv4, разработанной IETF. Он устраняет многие недостатки текущей версии IPv4. Существенное различие между IPv6 и IPv4 заключается в том, что длина IP-адреса была увеличена с исходных 32 бит до 128 бит. IPv6 будет играть важную роль в будущей конкуренции на рынке благодаря упрощенному формату заголовка сообщения, большому адресному пространству, иерархической структуре адресов, гибкому заголовку расширения и усовершенствованному механизму обнаружения соседей.

Почему IPv6?

IP (Internet Protocol) — это протокол сетевого уровня в семействе протоколов TCP/IP. Основная задача протокола сетевого уровня заключается в обработке передачи IP-дейтаграмм по сети с помощью таблиц маршрутизации. Протокол IPv4 сегодня является широко используемым интернет-протоколом. На ранних этапах развития Интернета IPv4 быстро получил распространение благодаря простоте протокола, легкости реализации и хорошей совместимости. Однако в связи с быстрым ростом сети и проблемой нехватки адресов IETF предложила четыре проекта стандартов: IPv6, IPv7, IPv8 и IPv9, надеясь, что один из этих протоколов сможет заменить IPv4. После тщательного обсуждения IETF окончательно выбрала IPv6 в качестве замены IPv4, а IPv7, IPv8 и IPv9 с тех пор исчезли.

Преимущества IPv6

IPv6 имеет 128-битную структуру адресов, обеспечивающую обширное адресное пространство. Утверждается, что он позволяет назначить IP-адрес каждой песчинке на Земле.

Иерархическая агрегация повышает эффективность маршрутизации. IPv6 может предоставлять значительно больший сетевой префикс, чем IPv4, и одна и та же организация может использовать только один префикс в своей сети. Для интернет-провайдеров доступно значительно большее адресное пространство. Это позволяет провайдерам объединить всех клиентов в один префикс и распределить его. Иерархическая агрегация приводит к уменьшению количества записей в глобальной таблице маршрутизации и повышает эффективность пересылки данных.

IPv6 позволяет автоматически назначать пользователям IP-адреса, обеспечивая сетевое подключение по принципу plug-and-play.

Повышенная безопасность: IPSec является неотъемлемой частью IPv6, обеспечивая высокий уровень безопасности сети IPv6 с помощью расширенных заголовков AH (Authentication Header) и ESP (Encapsulating Security Payload).

Поддерживает качество обслуживания: новая маркировка потоков в IPv6 позволяет пользователям сети требовать качественной связи.

IPv4 и IPv6

IPv4 и IPv6 во многом существенно отличаются друг от друга. В этой главе будут рассмотрены различия между IPv4 и IPv6 в отношении адресного пространства, форматов заголовков, адресации, автоматической адресации, безопасности, QoS и масштабируемости.

Адресное пространство: длина адреса IPv4, равная 32 битам, позволяет назначить 2^32 адреса, то есть около 4,3 миллиарда, тогда как длина адреса IPv6 увеличена со стандартных для IPv4 32 бит до 128 бит, что дает 2^128 адресов.

Формат заголовка: IPv6 имеет более простую структуру заголовка данных по сравнению с IPv4, что значительно сокращает время, необходимое для обработки заголовков.

Кодирование IPv6-адресов использует иерархическую структуру, аналогичную CIDR, а его состав похож на структуру телефонного номера. Например, телефонный номер состоит из «кода страны или региона + кода зоны + номера телефона», а кодирование IPv6-адреса состоит из «идентификатора агрегации верхнего уровня + идентификатора вторичной агрегации + идентификатора агрегации на уровне сайта»; оба варианта включают три разных кода на разных уровнях. Поскольку сетевой префикс IPv6 можно дополнительно разделить на несколько уровней сети, его иерархическая структура адресации является очень гибкой и позволяет эффективно выполнять агрегацию, упрощать маршрутизацию, тем самым сокращая количество записей в таблице маршрутизации, которые должен поддерживать маршрутизатор, и ускоряя сходимость маршрутов.

Агрегация маршрутов IPv4 обычно основывается на одинаковых IP-префиксах, поэтому по сравнению с IPv6 у этого метода агрегации есть два недостатка: во-первых, если IP-адреса не являются последовательными, их нельзя агрегировать; во-вторых, агрегацию нельзя выполнять по нескольким уровням, как в IPv6. При использовании агрегации IPv6 для агрегации адресов маршрутизатор магистрального ядра корпоративной сети теоретически должен поддерживать не более 8192 записей таблицы, тогда как при использовании агрегации IPv4 для агрегации адресов количество записей таблицы, поддерживаемых маршрутизатором, может достигать десятков тысяч или даже превышать сто тысяч. Таким образом, из метода агрегации IPv6 видно, что он значительно сокращает затраты маршрутизатора на адресацию и хранение. Метод агрегации IPv6 значительно сокращает затраты маршрутизатора на адресацию и хранение.

Автоматическая адресация, IPv6 предоставляет два типа конфигурации адресов:

Протокол динамической конфигурации узла, унаследованный от протокола IPv4, то есть конфигурация состояния адреса, выполняемая через сервер DHCP.

IPv6 обладает уникальной функцией автоматического подключения и настройки, а в сценариях, где DHCP-сервер недоступен, адрес интерфейса можно получить с помощью конфигурации адреса без отслеживания состояния.

При конфигурации адресов без сохранения состояния хосты в одном и том же канале автоматически настраивают интерфейс с IPv6-адресом, соответствующим этому каналу (так называемым локальным адресом канала), или IPv6-адресом, полученным из префикса, объявленного локальным маршрутизатором, с использованием протокола обнаружения соседей.

Процесс конфигурирования локального адреса канала без сохранения состояния занимает всего одну секунду. В отличие от этого, хост IPv4, использующий DHCP, при сбое DHCP должен отказаться от конфигурации DHCP, а затем самостоятельно настроить адрес IPv4; этот процесс занимает целую минуту.

IPv6 использует встроенные механизмы безопасности для аутентификации и шифрования пакетов протокола IP, защищая таким образом определённый трафик данных протокола IP. В настоящее время IPv6 поддерживает механизмы AH (Authentication Header) и ESP (Encapsulated Security Payload).IPv6 обеспечивает аутентификацию и шифрование пакетов на сетевом уровне. Механизм аутентификации позволяет получателю подтвердить подлинность отправителя и проверить, не были ли данные изменены во время передачи. Аутентификация позволяет получателю проверить подлинность отправителя и убедиться, что данные не были изменены во время передачи. Механизм шифрования кодирует данные для обеспечения их конфиденциальности; IPv4 не предоставляет аналогичного механизма безопасности на сетевом уровне.

QoS (Quality of Service) — это технология, используемая для решения проблем с задержками и перегрузкой сети. QoS в IPv4 в основном использует поле типа обслуживания, которое определяет 3 бита и 8 приоритетов. В IPv6 вместо него используется поле класса трафика, определяющее в общей сложности 4 бита и 16 приоритетов, а IPv6 добавляет дополнительное 20-битное поле метки потока. Промежуточные устройства пересылки могут напрямую распознавать различные предварительно определённые метки потоков без передачи заголовка и определять узел назначения по метке потока. В настоящее время применение метки потока IPv6 всё ещё находится на экспериментальной стадии.

Масштабируемость: IPv6 обладает высокой масштабируемостью, и новые функции могут добавляться в заголовок расширения, следующий за заголовком IPv6.При этом заголовок IPv4 может опционально поддерживать максимум 60 байт, тогда как размер заголовка расширения IPv6 ограничен только максимальным количеством байт всего пакета IPv6.