Протокол IPv6

IPv6 (Internet Protocol version 6 — интернет-протокол версии 6) — это шестая версия интернет-протокола, разработанная для решения проблемы исчерпания адресного пространства IPv4 и предоставления новых функциональных возможностей для современных сетевых приложений.​

Структура IPv6-адреса

IPv6-адрес состоит из 128 бит, что в четыре раза больше, чем 32 бита в IPv4. Адрес записывается в виде восьми групп по четыре шестнадцатеричные цифры, разделённые двоеточиями:​

Пример: 

2dfc:0000:0000:0217:cbff:fe8c:0000:0001

Общее количество возможных адресов:

$2^{128}=\mathrm{340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456}$ (более 340 секстиллионов адресов). Это примерно в $\mathrm{7,9}\times {10}^{28}$ раз больше, чем в IPv4.​

Сокращение записи IPv6-адреса

IPv6 поддерживает несколько методов сокращения записи адреса для удобства:​

Опускание нулей: в каждой группе можно опустить ведущие нули.

Например,

2dfc:0000:0000:0217:cbff:fe8c:0000:0001

можно написать как 

2dfc:0:0:0217:cbff:fe8c:0:1

Двойное двоеточие (::): если в адресе есть одна или несколько последовательных групп нулей, их можно заменить на двойное двоеточие, но только один раз в адресе. Например: 

2dfc::0217:cbff:fe8c:0:1

Типы IPv6-адресов

В IPv6 используются три основных типа адресов:​

Одноадресные адреса (Unicast) — адреса, предназначенные для передачи данных одному конкретному узлу. Одноадресный адрес IPv6 делится на две части: префикс адреса (определяет сеть) и идентификатор интерфейса (определяет конкретное устройство в сети).​

Групповые адреса (Multicast) — адреса, используемые для отправки данных группе узлов. Существует два типа групповых адресов:​

• Известные адреса многоадресной рассылки — зарезервированы для заданных групп устройств, таких как маршрутизаторы, серверы DNS и другие.​
• Адреса многоадресной рассылки запрашиваемых узлов — специальные адреса, используемые при автоматической конфигурации узлов.​

Произвольные адреса (Anycast) — адреса, которые присваиваются нескольким интерфейсам. Пакеты, отправленные на адрес anycast, доставляются только одному из этих интерфейсов — обычно тому, который находится ближе всего.​

Заголовок IPv6-пакета

Пакеты IPv6 состоят из 40-байтного заголовка (по сравнению с минимум 20-байтным заголовком IPv4) и полезной нагрузки. Несмотря на большие размеры адреса, заголовок IPv6 более эффективен — малозначимые опции удалены или перенесены в конец пакета.​

Преимущества IPv6

Решение проблемы адресного пространства: IPv6 обеспечивает практически неограниченное количество уникальных адресов, полностью решая проблему исчерпания адресов в IPv4.​

Встроенная безопасность: IPv6 включает встроенный протокол IPsec, обеспечивающий шифрование и проверку целостности данных на уровне протокола. Это улучшает защиту от несанкционированного доступа и перехвата данных.​

Автоматическая настройка: устройства с IPv6 могут самостоятельно настраивать свои адреса без необходимости DHCP-сервера (хотя DHCPv6 также поддерживается). Это упрощает развёртывание и администрирование сетей.​

Улучшенная мобильность: IPv6 обладает встроенной поддержкой мобильных устройств с изменяющимися подключениями, таких как смартфоны и ноутбуки.​

Повышенная производительность: маршрутизаторы работают эффективнее благодаря:​

• Отсутствию необходимости подсчёта контрольной суммы на уровне 3 (IP)​
• Увеличению пропускной способности примерно на 20% за счёт уменьшения служебных данных​
• Более эффективной маршрутизации​

Совместимость с современными технологиями: IPv6 хорошо интегрируется с интернетом вещей (IoT), облачными вычислениями и другими современными технологиями.​

Гибкая адресация: благодаря возможности агрегирования адресов IPv6 позволяет значительно сократить размер таблиц маршрутизации и упростить управление сетью.​

Отличия от IPv4

Типы адресов в IPv6

Помимо классификации по типам (unicast, multicast, anycast), IPv6 включает специальные типы адресов:​

• Глобальные одноадресные адреса — адреса, маршрутизируемые в интернете, аналогичные публичным IPv4-адресам.
• Локальные адреса канала (Link-Local) — адреса, действительные только в пределах локального сегмента сети, автоматически назначаемые каждому интерфейсу.
• Адреса обратной связи (Loopback) — специальный адрес $::1$::1 для коммуникации с самим собой (аналог 127.0.0.1 в IPv4).

Длина префикса в IPv6

IPv6 использует нотацию косой черты для обозначения длины префикса, аналогично IPv4 CIDR. Например, $2dfc::\mathrm{/}32$2dfc::/32 означает, что первые 32 бита составляют сетевую часть адреса.​

Текущее состояние внедрения

Несмотря на многочисленные преимущества, переход на IPv6 идёт медленнее, чем ожидалось, из-за сложности миграции существующей инфраструктуры и необходимости поддерживать обратную совместимость с IPv4. Однако постепенное внедрение IPv6 продолжается, особенно в регионах, где истощился пул IPv4-адресов.​