IPv6

Чи траплялося вам бачити дивні довгі IP-адреси з літерами та двокрапками замість звичних чисел?

IPv6 – це нова версія інтернет-протоколу, яка використовується для адресації пристроїв у мережі та має 128-бітну структуру.

У цій статті розповідаємо, як влаштований IPv6 і чим він кращий за інші протоколи. Правило комп’ютерних мереж, якого дотримується весь світ.

Як працює протокол IPv6

Уявіть, що вам потрібно надіслати листа другу. Ви пишете повідомлення на аркуші паперу, кладете його в конверт і заповнюєте на ньому спеціальні поля: дані відправника й одержувача. Підготовлений конверт ви несете на пошту, щоб його доставили вашому другу.

Процес надсилання листа має відбуватися за певними правилами та відповідати вимогам, яких повинні дотримуватися як ви, так і поштова служба. Якщо одне з правил порушити, наприклад не вказати адресу одержувача, то лист ризикує загубитися. Схожі правила використовують для передачі даних в інтернеті, тільки називають їх протоколами.

IPv6 (Internet protocol version 6) – це сучасний протокол, який використовують для передавання даних Мережею. Він прийшов на зміну IPv4 і розв’язує світову проблему нестачі IP-адрес в інтернеті.

Протоколи IPv4 та IPv6

Історія інтернету розпочалася в 1960-х роках з ідеї з’єднати два комп’ютери та передати повідомлення між ними. Одними з перших успішно передати дані змогли дослідники Стенфордського і Каліфорнійського університетів. Наприкінці 1969 року вони під’єднали кампуси до мережі ARPANET. З цього моменту почалася історія інтернету.

Перед дослідниками відразу постало завдання ідентифікації комп’ютерів у Мережі. Якщо їх усього два, то передати дані з одного на інший легко, але якщо з’являються ще пристрої, то треба явно вказувати одержувача. Так з’явилися IP-адреси – унікальні адреси комп’ютерів у Мережі.

Перше вдале узгодження правил передавання даних у Мережі з’явилося тільки 1981 року. Ним став протокол IPv4, і ось який він має загальний вигляд:

Адреса IPv4 складається з чотирьох груп цифр, розділених крапками. Кожна з груп може набувати значень від 0 до 255 у десятковій системі або від 0000000 до 11111111 у двійковій.

Такі двійкові розряди називають октетами, а сам октет вміщує в себе вісім двійкових розрядів, або 1 байт. Отже, IP-адреса в IPv4 дорівнює 4 байтам, або 32 бітам. Загалом протокол вміщує в себе
232 = 4 294 967 296 адрес. Не так багато, враховуючи, що тільки смартфонів у світі понад 4 мільярди.

Можна помітити, що версія протоколу починається з 4-ї, а наступна одразу йде 6-та. Де ж тоді IPv1, IPv2, IPv3 та IPv5? Річ у тім, що IPv4 – перша стабільна версія, а всі спроби до неї були експериментами.

Протокол IPv5 розробляли разом з IPv6. Він отримав робочу назву Stream protocol і створювали його для потокової передачі аудіо та відео. У підсумку його так і не прийняли.

Згодом у світі почало з’являтися більше пристроїв, включно зі смартфонами, планшетами, розумними телевізорами та іншими гаджетами. Навіть деяким кавоваркам зараз потрібен вихід в інтернет. IP-адрес стало не вистачати, і приблизно 2019 року IPv4-адреси закінчилися.

Дослідники ще 1996 року припустили, що рано чи пізно світ зіткнеться з такою проблемою, тому почали розробляти альтернативу – протокол IPv6. Офіційно запустили його 2012 року, але вже 2008 року протокол почала використовувати компанія Google.

Одна з головних переваг IPv6 – підтримка більшої кількості адрес. При цьому до переходу на нову версію були готові не всі пристрої. Досі деякі гаджети передають дані за допомогою застарілого IPv4. Використовувати одночасно IPv4 та IPv6 дає змогу технологія NAT.

NAT (network address translation) – технологія, що перетворює IP-адреси, розділяючи номери на локальну і глобальну частину. Наприклад, у вас вдома є кілька комп’ютерів і телефонів, підключених до однієї мережі. Ці пристрої утворюють собою локальну мережу. У ній зазвичай небагато пристроїв, тому можна використовувати IPv4. Для виходу в глобальну мережу вже потрібна IPv6-адреса, яка формується завдяки NAT.

IPv6-адреси

Тепер детально розберемо, чим IPv6 відрізняється від IPv4. Головна перевага нової версії протоколу – збільшення кількості байтів в адресі вдвічі. IPv6-адреса являє собою вісім шістнадцятибітних блоків, які розділені двокрапкою. Це дорівнює 16 байтам, або 128 бітам, а кількість можливих значень перевищує 3,4 × 1038 (340 ундециліонів): 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456.

У IPv6 є три форми подання:

• Шістнадцяткова форма. Стандартне подання, яке складається з восьми шістнадцятибітних блоків, розділених двокрапкою: f2c6:e19b:da60:52ad:2cef:62fe:0279:af3f.
• Коротка форма. Запис IPv6-адреси можна скоротити, якщо в ньому є послідовність із кількох нулів. Наприклад, в адресі f2c6:e19b:0:0:0:62fe:0279:af3f ми можемо замінити нулі подвійною двокрапкою: f2c6:e19b::62fe:0279:af3f. Якщо адреса не задана, то в ній усі блоки дорівнюватимуть нулю: 0:0:0:0:0:0:0:0. У короткій формі це можна записати так – ::.
• Змішана форма. У локальних мережах, віртуальних машинах і в Docker часто використовують змішану форму запису, яка поєднує в собі протоколи IPv4 і IPv6. Така адреса може виглядати так: f2c6:0:0:52ad:192:168:3:1. Видно, що перші групи задаються в ній у вигляді 16-бітних блоків, а символи в кінці – IPv4-адреса.

Переваги IPv6

IPv6 за можливостями і зручністю перевершує свого попередника. Ось головні переваги:

• Більше адрес. Кількість можливих адрес у 7,9 × 1028 разів більша, ніж у IPv4. Це вирішує проблему нестачі адрес, яка виникла під час використання IPv4.
• Працює з мобільними пристроями. IPv6 підходить для використання в мережах із постійно мінливими під’єднаннями, наприклад під час використання смартфонів.
• Автоматизація. Пристрої з IPv6 можуть самостійно налаштовувати свої адреси.
• Безпека. У протоколі є вбудована система шифрування і перевірки цілісності даних.
• Покращена продуктивність. Важливі опції видалили з IPv6 або перенесли в кінці заголовка пакета. Це допомогло прискорити роботу протоколу.

Проблеми переходу на IPv6

IPv6 практично в усьому кращий за IPv4, але застарілу версію протоколу все одно використовують донині, а проблему нестачі адрес вирішили за допомогою технології NAT. Через це перехід з IPv4 на IPv6 викликає такі проблеми:

• Сумісність з IPv4. Не всі пристрої підтримують IPv6, наприклад старі маршрутизатори, вінтажні принтери та операційні системи. Їх досі використовують у багатьох компаніях.
• Складність налаштування. Адміністраторам складніше налаштовувати IPv6, особливо якщо йдеться про застаріле обладнання. Тому частіше вирішують продовжувати використовувати IPv4.
• Оновлення обладнання. Найчастіше для переходу на IPv6 треба оновити все обладнання в компанії. Це дуже дорого і довго.
• Навчання співробітників. Разом з обладнанням доведеться навчати співробітників роботі з IPv6.

Головне про IPv6

• IP (Internet protocol) – адреса комп’ютерного пристрою в Мережі, що складається з цифр.
• IPv4 (Internet protocol version 4) – перша у світі вдала угода правил для ідентифікації пристроїв у Мережі. Головний недолік протоколу – невелика кількість IP-адрес. У ньому доступно всього 4,3 мільярда адрес.
• IPv4-адреса складається з чотирьох восьмибітних груп, розділених крапками. Кожна група може приймати значення від 0 до 255 (8 біт – 1 байт). А всього IPv4-адреса займає 8 байт.
• NAT (network address translation) – технологія, що розділяє IP-адресу на локальну і глобальну частини, що дає змогу розширити діапазон пристроїв, які працюють на IPv4.
• IPv6 (Internet protocol version 6) – угода правил адресування пристроїв у Мережі шостої версії. Вона вирішує світову проблему нестачі адрес в інтернеті.
• IPv6-адреса складається з чотирьох шістнадцятибітних значень, розділених двокрапками.
• Загалом IPv6-адреса вміщує в себе 16 байт, що дає змогу створити дуже велику кількість адрес – 3,4 × 1038 (приблизно 340 ундециліонів).

Висновок

IPv6, це необхідний крок для подальшого розвитку інтернету. Стара система не витримала навантаження від кількості пристроїв, які постійно зростають.

IPv6 дав можливість інтернету розширитися й адаптуватися до нових реалій: розумних міст, мільйонів підключених датчиків, зростання хмарних сервісів і мобільних мереж.