Обзор протокола Интернета версии 6 (IPv6)

2025-06-17

Протокол Интернета версии 6 (IPv6) — это набор стандартных протоколов для сетевого уровня Интернета. IPv6 предназначен для решения многих проблем текущей версии набора протоколов Интернета (известного как IPv4) об истощении адресов, безопасности, автоматической конфигурации, расширяемости и т. д. IPv6 расширяет возможности Интернета для включения новых видов приложений, включая одноранговые и мобильные приложения. Ниже приведены основные проблемы текущего протокола IPv4:

Быстрое истощение адресного пространства.

Это привело к использованию переводчиков сетевых адресов (NAT), которые сопоставляют несколько частных адресов с одним общедоступным IP-адресом. Основными проблемами, которые создает этот механизм, являются накладные расходы на обработку и отсутствие сквозного подключения.
Отсутствие поддержки иерархии.

Из-за своей предопределенной организации классов IPv4 не имеет истинной иерархической поддержки. Невозможно структурировать IP-адреса таким образом, чтобы действительно сопоставлять топологию сети. Этот важный недостаток дизайна создает потребность в больших таблицах маршрутизации для доставки пакетов IPv4 в любое расположение в Интернете.
Сложная конфигурация сети.

При использовании IPv4 адреса должны назначаться статически или использовать протокол конфигурации, например DHCP. В идеальной ситуации хосты не должны полагаться на администрирование инфраструктуры DHCP. Вместо этого они смогут настроить себя на основе сетевого сегмента, в котором они находятся.
Отсутствие встроенной проверки подлинности и конфиденциальности.

IPv4 не требует поддержки любого механизма, предоставляющего проверку подлинности или шифрование обмененных данных. Это меняется с IPv6. Безопасность протокола Интернета (IPSec) — это требование поддержки IPv6.

Новый набор протоколов должен соответствовать следующим основным требованиям:

Крупномасштабная маршрутизация и адресация с низкими затратами.
Автоматическая настройка для различных ситуаций подключения.
Встроенная проверка подлинности и конфиденциальность.

Адресация IPv6

В IPv6 длина адресов составляет 128 бит. Одна из причин такого большого адресного пространства заключается в том, чтобы разделить доступные адреса в иерархию доменов маршрутизации, которые отражают топологию Интернета. Другая причина заключается в сопоставлении адресов сетевых адаптеров (или интерфейсов), которые подключают устройства к сети. IPv6 предоставляет встроенные возможности для разрешения адресов на самом низком уровне, который находится на уровне сетевого интерфейса, а также имеет возможности автоматической настройки.

Текстовое представление

Ниже приведены три стандартные формы, используемые для представления адресов IPv6 в виде текстовых строк:

Шестнадцатеричная форма двоеточия:

Это предпочтительная форма n:n:n:n:n:n:n:n. Каждый n представляет шестнадцатеричное значение одного из восьми 16-разрядных элементов адреса. Например: 3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.
Сжатые формы:

Из-за длины адреса обычно используются адреса, содержащие длинную строку нуля. Чтобы упростить написание этих адресов, используйте сжатую форму, в которой одна последовательная последовательность из 0 блоков представлена символом двойной двоеточия (::). Этот символ может отображаться только один раз в адресе. Например, многоадресный адрес FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 в сжатой форме FFED::BA98:3210:4562. Одноадресный адрес 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 в сжатой форме 3FFE:FFFF::8:800:20C4:0. Адрес обратной петли 0:0:0:0:0:0:0:1 в сжатой форме — это ::1. Неуказанный адрес 0:0:0:0:0:0:0:0 в сжатой форме ::.
Смешанная форма:

Эта форма объединяет адреса IPv4 и IPv6. В этом случае формат адреса n:n:n:n:n:n:d.d.d.d, где каждый n представляет шестнадцатеричные значения шести старших высокопорядковых 16-битных адресных элементов IPv6, и каждый d представляет десятичное значение IPv4-адреса.

Типы адресов

Ведущие биты в адресе определяют конкретный тип адреса IPv6. Поле переменной длины, содержащее эти ведущие биты, называется префиксом формата (FP).

Одноадресный адрес IPv6 делится на две части. Первая часть содержит префикс адреса, а вторая — идентификатор интерфейса. Краткий способ выражения сочетания IPv6-адреса и префикса выглядит следующим образом: ipv6-address/prefix-length.

Ниже приведен пример адреса с 64-разрядным префиксом.

3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.

Префикс в этом примере .3FFE:FFFF:0:CD30 Адрес также можно записать в сжатой форме, как 3FFE:FFFF:0:CD30::/64.

IPv6 определяет следующие типы адресов:

Одноадресный адрес:

Идентификатор для одного интерфейса. Пакет, отправляемый этому адресу, передается в определенный интерфейс. Одноадресные адреса отличаются от многоадресных адресов по значению октета высокого порядка. Старший октет многоадресных адресов имеет шестнадцатеричное значение FF. Любое другое значение для этого октета определяет одноадресный адрес. Ниже приведены различные типы одноадресных адресов:
- Локальные адреса ссылки:
  
  Эти адреса используются в одной ссылке и имеют следующий формат: FE80::*InterfaceID* Локальные адреса связи используются между узлами по ссылке для настройки автоадресов, обнаружения соседей или при отсутствии маршрутизаторов. Адрес локальной связи используется в основном при запуске и когда система еще не получила адреса более широкого диапазона.
- Локальные адреса сайта:
Эти адреса используются на одном сайте и имеют следующий формат: FEC0::*SubnetID*:*InterfaceID* Локальные адреса сайта используются для адресации внутри сайта без необходимости глобального префикса.
- Глобальные одноадресные адреса IPv6:
Эти адреса можно использовать в Интернете и иметь следующий формат: *GlobalRoutingPrefix*::*SubnetID*:*InterfaceID*
Адрес многоадресной рассылки:

Идентификатор набора интерфейсов (обычно принадлежащих разным узлам). Пакет, отправляемый этому адресу, доставляется всем интерфейсам, определяемым адресом. Типы адресов многоадресной рассылки заменяют адреса широковещательной рассылки IPv4.
Адрес «anycast»:

Идентификатор набора интерфейсов (обычно принадлежащих разным узлам). Пакет, отправляемый этому адресу, доставляется только одному интерфейсу, определяемму адресом. Это ближайший интерфейс, определяемый метриками маршрутизации. Адреса anycast взяты из адресного пространства unicast и не являются синтаксически различимыми. Адресный интерфейс выполняет различие между одноадресной рассылкой и адресами любой рассылки в качестве функции его конфигурации.

Как правило, узел всегда имеет локальный адрес ссылки. Он может иметь локальный адрес сайта и один или несколько глобальных адресов.

Маршрутизация IPv6

Гибкий механизм маршрутизации — это преимущество IPv6. Из-за того, как были и выделены идентификаторы сети IPv4, большие таблицы маршрутизации должны поддерживаться маршрутизаторами, которые находятся в магистрали Интернета. Эти маршрутизаторы должны знать все маршруты для пересылки пакетов, которые потенциально направлены на любой узел в Интернете. Благодаря возможности агрегирования адресов IPv6 позволяет гибко обращаться и резко сокращает размер таблиц маршрутизации. В этой новой архитектуре адресации промежуточные маршрутизаторы должны отслеживать только локальную часть сети, чтобы перенаправить сообщения соответствующим образом.

Обнаружение соседей

Ниже перечислены некоторые функции, предоставляемые обнаружением соседей :

Обнаружение маршрутизатора: Это позволяет узлам определять локальные маршрутизаторы.
Разрешение адресов: Это позволяет узлам определять адрес канального уровня для соответствующего адреса следующего прыжка (замена протокола разрешения адресов [ARP]).
Автоматическая настройка адреса: Это позволяет узлам автоматически настраивать локальные и глобальные адреса сайта.

Обнаружение соседей использует протокол управления сообщениями в Интернете для IPv6 (ICMPv6), включающий:

Объявление маршрутизатора: Отправляется маршрутизатором на псевдо-периодической основе или в ответ на запрос маршрутизатора. Маршрутизаторы IPv6 используют объявления маршрутизаторов для объявления их доступности, префиксов адресов и других параметров.
Запрос маршрутизатора: Отправляется узлом, чтобы запросить у маршрутизаторов на канале связи немедленную отправку объявления маршрутизатора.
Запрос соседа: Отправляется узлами для разрешения адресов, обнаружения повторяющихся адресов или проверки того, что сосед по-прежнему доступен.
Реклама соседа: Отправляется узлами, чтобы ответить на запрос соседей или уведомить соседей об изменении адреса уровня ссылок.
Перенаправление: Отправляется маршрутизаторами, чтобы указать оптимальный адрес следующего узла к конкретному пункту назначения для отправляющего узла.

Автоматическая настройка IPv6

Одной из важных целей для IPv6 является поддержка узла Plug and Play. То есть можно подключить узел к сети IPv6 и настроить его автоматически без вмешательства человека.

Типы автоматической конфигурации

IPv6 поддерживает следующие типы автоматической настройки:

Автоматическая настройка с сохранением состояния:

Для этого типа конфигурации требуется определенный уровень вмешательства человека, так как для установки и администрирования узлов требуется протокол конфигурации динамического узла для IPv6 (DHCPv6). Сервер DHCPv6 хранит список узлов, которым он предоставляет сведения о конфигурации. Он также поддерживает сведения о состоянии, чтобы сервер знал, сколько времени используется каждый адрес, и когда он может быть доступен для переназначения.
Автоконфигурация без сохранения состояния:

Этот тип конфигурации подходит для небольших организаций и отдельных лиц. В этом случае каждый хост определяет свои адреса из содержания полученных объявлений маршрутизатора. Используя стандарт IEEE EUI-64 для определения части адреса идентификатора сети, разумно предположить уникальность адреса узла по ссылке.

Независимо от того, как определяется адрес, узел должен убедиться, что его потенциальный адрес является уникальным для локальной ссылки. Это делается путем отправки соседского сообщения о запросе в потенциальный адрес. Если узел получает любой ответ, он знает, что адрес уже используется и должен определить другой адрес.

Мобильность IPv6

Распространение мобильных устройств ввело новое требование: устройство должно иметь возможность произвольно изменять расположения в Интернете IPv6 и по-прежнему поддерживать существующие подключения. Чтобы обеспечить эту функциональность, мобильному узлу назначается домашний адрес, по которому его всегда можно достать. Когда мобильный узел находится дома, он подключается к домашней сети и использует свой домашний адрес. Когда мобильный узел вдали от дома, домашний агент, который обычно является маршрутизатором, передает сообщения между мобильным узлом и узлами, с которыми он взаимодействует.

Отключение или включение IPv6

Чтобы использовать протокол IPv6, убедитесь, что вы используете версию операционной системы, поддерживающую IPv6, и убедитесь, что операционная система и сетевые классы настроены правильно.

Действия по настройке

В следующей таблице перечислены различные конфигурации

Включена IPv6-версия ОС?	Включен код IPv6?	Описание
❌ Нет	❌ Нет	Может анализировать IPv6-адреса.
❌ Нет	✔️ Да	Может анализировать IPv6-адреса.
✔️ Да	❌ Нет	Может анализировать и разрешать адреса IPv6, используя методы разрешения имен, которые не помечены как устаревшие.
✔️ Да	✔️ Да	Может анализировать и разрешать IPv6-адреса, используя все методы, включая помеченные устаревшие.

Протокол IPv6 включен по умолчанию. Чтобы настроить этот параметр в переменной среды, используйте DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6 переменную среды. Дополнительные сведения см. в разделе переменных среды .NET: DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6.