Co to jest adres IPv6 w sieci?

Protokół IPv6, czyli Internet Protocol w wersji 6, stanowi nowocześniejsze podejście do adresowania w sieci w porównaniu do swojego poprzednika, IPv4. Został opracowany przez IETF (Internet Engineering Task Force) w odpowiedzi na kurczące się zasoby adresów IPv4, w obliczu rosnącej liczby urządzeń IoT. Jedną z jego najbardziej znaczących cech jest ogromna przestrzeń adresowa, którą oferuje. W niniejszym artykule zgłębimy, czym jest IPv6 w kontekście sieciowym, jak zbudowany jest jego adres oraz jakie są jego zalety i ograniczenia.

Czym charakteryzuje się adres IPv6 w sieci?

Adres IPv6 to 128-bitowy ciąg alfanumeryczny, służący do jednoznacznej identyfikacji urządzeń w globalnej sieci Internet. Szacuje się, że dzięki swojej strukturze generuje on ponad 340 sekstylionów unikalnych adresów. Przestrzeń adresowa, którą oferuje IPv6, jest nieporównywalnie większa od tej, którą oferuje IPv4. Adresy IPv6 składają się z kombinacji cyfr i liter, podzielonych na osiem segmentów, zwanych hextetami. Każdy hextet reprezentuje 16 bitów i jest oddzielony od kolejnego dwukropkiem (:). Używane cyfry mieszczą się w przedziale od 0 do 9, a litery od A do F. Hextety reprezentują wartości binarne od 0000000000000000 do 1111111111111111. Przykład poprawnego adresu IPv6 to: AC08:EB00:0000:0AED:5261:13BC:0012:352D.

Składowe adresu IPv6

Z uwagi na to, że IPv6 jest 128-bitowym adresem, jego struktura dzieli się na dwie zasadnicze części:

• Część sieciowa: to górne 64 bity adresu, które wykorzystywane są do wyznaczania trasy pakietów w sieci.

• Część węzła: to dolne 64 bity adresu, służące do identyfikacji konkretnego interfejsu sieciowego w danej podsieci.

Wymienione elementy definiują strukturę adresu IPv6. Poniżej przyjrzymy się, w jaki sposób komputery interpretują adresy IPv6 na poziomie binarnym.

Konwersja adresów IPv6 na kod binarny

Każdy znak w adresie IPv6 odpowiada 4 bitom. Jak wspomniano wcześniej, adresy IPv6 składają się z cyfr (0-9) i liter (A-F), gdzie litery odpowiadają liczbom dwucyfrowym od 10 do 15. Aby dokonać konwersji adresu IPv6 na kod binarny, wykorzystuje się 4-bitowy system szesnastkowy.

System szesnastkowy 4-bitowy
8
4
2
1

W tym systemie każda liczba odpowiada wartości danego bitu. Przykładowo, adres IP AC08:EB00:0000:0AED:5261:13BC:0012:352D przekonwertujemy na kod binarny, używając tabeli szesnastkowej. Każdy bit w hextetcie jest reprezentowany jako 1 lub 0. Pierwszy hextet to AC08. Wartość A to 10, a C to 12. Zatem kombinacje z tabeli szesnastkowej, które dają 10, 12, 0 i 8, to kolejno 8+2, 8+4, 0 i 8. Sumujące się liczby reprezentowane są przez 1, pozostałe zaś przez 0.

Przeanalizujmy konwersję pierwszego hextetu przy użyciu podanego adresu IPv6:

Hextet
A
C
0
8
System szesnastkowy
8
4
2
1
8
4
2
1
8
4
2
1
8
4
2
1
Konwersja binarna
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0

Zatem binarna reprezentacja AC08 to 1010110000001000. Ten proces należy powtórzyć dla wszystkich hextetów.

Konwersja binarna
System szesnastkowy
8
4
2
1
8
4
2
1
8
4
2
1
8
4
2
1
EB00
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0000
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0AED
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
5261
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
13BC
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0012
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
352D
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1

Pełna binarna reprezentacja adresu IPv6 to: 1010110000001000:1110101100000000:00000000000000000:0000101011101101:0101010001100001:0001001110111100:00000000000010010:0011010100101101

Typy adresów IPv6

Wyróżniamy następujące typy adresów IPv6 w sieci:

• Adresy unicast: przypisywane są do konkretnych interfejsów sieciowych, oznaczając pojedynczego odbiorcę lub nadawcę danych.

• Adresy multicast: identyfikują grupę urządzeń, które są przeznaczone do odbierania danych z danego źródła.

• Adresy anycast: przypisywane do urządzeń, które należą do różnych węzłów i pozwalają na kierowanie danych do najbliższego z nich.

Struktura pakietów IPv6

Pakiet IPv6 składa się z nagłówka podstawowego, opcjonalnych nagłówków rozszerzeń oraz jednostki danych protokołu (PDU) wyższej warstwy. PDU wyższej warstwy zawiera nagłówek protokołu wyższej warstwy (np. TCP, UDP) oraz dane właściwe.

Nagłówek IPv6 składa się z następujących pól:

• Wersja: 4-bitowe pole z wartością 6, identyfikujące wersję protokołu.

• Klasa ruchu: 8-bitowe pole odpowiedzialne za obsługę pakietu przez urządzenia pośredniczące. Składa się z dwóch części: DSCP (6 bitów) i ECN (2 bity).

• Etykieta przepływu: 20-bitowe pole, identyfikujące sekwencję pakietów wymienianych pomiędzy źródłem i celem, co pozwala routerom na efektywniejszą ich obsługę.

• Długość ładunku: 16-bitowe pole, określające długość danych pakietu (maksymalnie 65 535 bajtów), w tym nagłówków rozszerzeń.

• Następny nagłówek: 8-bitowe pole, wskazujące typ pierwszego nagłówka rozszerzenia lub protokołu PDU wyższej warstwy.

• Limit przeskoków: 8-bitowe pole, ograniczające cyrkulację pakietu w sieci. Wartość zmniejsza się o 1 przy każdym przejściu przez router. Pakiet jest odrzucany, gdy limit osiągnie 0.

• Adres źródłowy: 128-bitowe pole, określające adres nadawcy pakietu.

• Adres docelowy: 128-bitowe pole, określające adres odbiorcy pakietu.

• Nagłówki rozszerzeń: nowa koncepcja w IPv6, zawierająca opcjonalne dane, takie jak nagłówek opcji „hop-by-hop”, nagłówek routingu, fragmentacji, opcji docelowych, uwierzytelniania i enkapsulacji.

Charakterystyczne cechy IPv6

Znając strukturę adresu IPv6, warto przyjrzeć się jego charakterystycznym cechom:

• IPv6 oferuje znacznie większą przestrzeń adresową w porównaniu do IPv4.
• Charakteryzuje się uproszczonym formatem nagłówka.
• Zapewnia autokonfigurację, umożliwiając komunikację wewnętrzną bez potrzeby serwera.
• Jest bardziej bezpieczny niż IPv4 dzięki implementacji zabezpieczeń IPsec na poziomie sieci.
• Dzięki indywidualnym adresom dla każdego urządzenia, zapewnia łączność end-to-end bez potrzeby tłumaczenia adresów.
• Uproszczona struktura nagłówka przyspiesza proces routingu.
• Funkcja mobilności umożliwia utrzymanie łączności z urządzeniami mobilnymi.
• Nagłówki IPv6 są rozszerzalne.

W związku z tym, że cechy IPv6 będą kluczowe w przyszłości, w kolejnej części artykułu przyjrzymy się jego zaletom i wadom.

Obraz Gerhard Gellinger z Pixabay

Zalety i wady IPv6

Po omówieniu budowy adresu IPv6, przejdźmy do jego zalet:

• Zapewnia lepszą łączność z internetem.
• Jest wydajny w przesyłaniu dużych ilości danych jednocześnie.
• Wspiera zabezpieczenia poprzez protokół IPsec.
• Umożliwia multirouting za pomocą adresów multicast i anycast.
• Obsługuje mobilność urządzeń.
• Oferuje doskonałą konfigurację sieciową.
• Zapewnia płynny przepływ danych w aplikacjach multimedialnych.

Oto wady IPv6:

• Występują problemy bezpieczeństwa związane z manipulacją nagłówkami, konfiguracją dual-stack, ruchem i mobilnością.

• Konfiguracja serwera DNS jest skomplikowana.
• Przejście z IPv4 na IPv6 generuje wysokie koszty.
• Ręczne wprowadzanie długiego adresu IP jest trudne.

Powyżej omówiono główne zalety i wady IPv6.

Przewaga IPv6 nad IPv4

Znając strukturę adresu IPv6 oraz jego mocne i słabe strony, warto porównać go do IPv4. Oto zalety IPv6 nad IPv4:

• Zapewnia bardziej efektywny routing internetowy dzięki wsparciu dostawców usług internetowych.
• IPv6 oferuje większą przejrzystość, bezpieczeństwo i wydajność.
• W przeciwieństwie do IPv4, gdzie do wykrywania błędów używana jest suma kontrolna, nagłówek IPv6 przekazuje pakiet danych bezpośrednio do warstwy transportowej, która kontroluje błędy, oszczędzając czas i przyspieszając przetwarzanie pakietów.
• Chociaż oba protokoły wykorzystują IPsec, IPv6 oferuje lepsze zapory ogniowe i tryby uwierzytelniania, takie jak site-to-site, co zwiększa bezpieczeństwo i poufność.
• Przepływ danych w IPv6 jest szybszy dzięki zastosowaniu multicastu, w przeciwieństwie do broadcastu w IPv4.

Współpraca IPv4 i IPv6

Obie wersje protokołu IP mają swoje mocne i słabe strony, ale również korzyści wynikające ze współdziałania. W takim podejściu komputery i routery obsługują oba protokoły. Jest to popularne podejście wśród głównych dostawców sieci. Nazywa się to siecią dual-stack. Inne rozwiązania to tunelowanie i translacja adresów sieciowych.

Kto korzysta z IPv6?

Według Google, wdrożenie IPv6 na świecie wynosi 34%, a w Stanach Zjednoczonych 46%. Dostawcy usług internetowych i sieci operatorów jako jedni z pierwszych zaczęli wdrażać protokół IPv6. Duże firmy takie jak Google, Yahoo, Amazon, Telcom i Comcast przeszły na implementację dual-stack, a Microsoft, CERNET i T-Mobile na korzystanie wyłącznie z IPv6. Budżet, złożoność i czas to czynniki, które należy brać pod uwagę przy planowaniu migracji.

***

Mimo istniejących wad, przejście na IPv6 jest dowodem jego przewagi nad IPv4. Mamy nadzieję, że ten artykuł przybliżył ci, czym jest IPv6 w sieci. Zachęcamy do zadawania pytań i dzielenia się sugestiami w sekcji komentarzy.