Ipv6-адрес

Факторы исчерпания адресов

Хотя основной причиной исчерпания адресного пространства IPv4 является недостаточная проектная мощность инфраструктуры Интернета, в которую не закладывался столь быстрый рост, ряд дополнительных факторов усугубляет эту проблему. Каждый из них связан со спросом на IP-адреса, который не был предусмотрен авторами оригинальной инфраструктуры сети.

Мобильные устройства

IPv4 стал стандартом де-факто в цифровой связи, а стоимость вложения дополнительной вычислительной мощности в портативные устройства упала. Поэтому мобильные телефоны стали полноценными интернет-хостами. Новые спецификации устройств 4G требуют использования адресации IPv6.

Постоянные соединения

На протяжении 1990-х годов доминирующим способом интернет-соединения являлся коммутируемый удалённый доступ при помощи телефонного модема. Быстрый рост основанных на dial-up сетей увеличил количество используемых адресов и пул присваиваемых IP-адресов был распределён между большим числом пользователей. В 2007 году процент использования широкополосного интернет-доступа начал превышать 50 % на многих рынках. В отличие от коммутируемого доступа, широкополосные соединения чаще всего постоянно активны, и сетевые устройства (маршрутизаторы, широкополосные модемы) редко выключаются. Это приводит к тому, что количество задействованных IP-адресов увеличивается.

Расширение Интернета

Существуют сотни миллионов домашних хозяйств в развитых странах мира. В 1990 году интернет-подключение имело только незначительное количество домохозяйств. Всего 15 лет спустя почти половина из них имеет постоянное широкополосное соединение. Большое количество новых пользователей интернета проживает в густонаселённых Китае и Индии, что ещё больше ускоряет исчерпание адресного пространства.

Неэффективное использование адресов

Организации, которые получили IP-адреса в 1980-х годах, часто имеют большее количество IP-адресов, чем им реально требуется, поскольку используемый изначально метод классовой адресации предопределяет недостаточно эффективное использование адресного пространства. Например, крупным компаниям или университетам были присвоены адресные блоки класса A, содержащие более 16 миллионов IPv4-адресов, так как предыдущая по размеру единица, блок класса B с 65 536 адресами, являлся слишком малым для предполагаемого количества используемых адресов.

Многие организации продолжают использовать публичные IP-адреса для устройств, не доступных вне локальной сети. С точки зрения глобального распределения адресного пространства это неэффективно в большинстве случаев.

Виртуализация

С расширением технических возможностей, мощности процессоров серверов и улучшения оборудования стало возможным одновременное использование нескольких операционных систем на одном компьютере. Каждая из таких систем требует публичного IP-адреса.

Ipv6 и ipv4: разница

Ниже мы рассмотрим основные различия между двумя типами протоколов. Во-первых, отличие заключается в размерах IP: IPv4 — 32 бита, а IPv6 – 128. Основное отличие — это адресное пространство, которое у ипв6 гораздо больше. Что касается безопасности, IPv6 разработан таким образом, чтобы передача информации была абсолютно безопасной. Заголовок пакета ипв6 не имеет лишних полей. Используется 8 полей, в отличие от IPv4, у которого их 13. На сегодняшний день дополнительные поля не обязательное расширение для заголовка. Считается, что меньшее количество полей легче обрабатывается в маршрутизаторе, поэтому их передача будет гораздо быстрее.

Большинство современных интернет провайдеров предлагают клиентам подключение и к ипв4, и к ипв6. Среди некоторых экспертов  распространено мнение, что ипв6 существенно упростил маршрутизацию, если сравнивать с другой версией. С мобильными сетями лучше совмещается IPv6.

QoS

Приоритет пакетов маршрутизаторы определяют на основе первых шести бит поля Traffic Class. Первые три бита определяют класс трафика, оставшиеся биты определяют приоритет удаления. Чем больше значение приоритета, тем выше приоритет пакета.

Разработчики IPv6 рекомендуют использовать для определённых категорий приложений следующие коды класса трафика:

Маска ip адреса, адрес подсети.

Владение двоичной арифметикой обязательно для любого профессионального администратора. Нужно уметь безошибочно переводить IP-адреса из десятичной формы в двоичную и обратно. Это может делаться в уме или на бумажке. Обходиться в таких вопросах без калькулятора — это требование суровой действительности.

Адрес 192.168.8.0 называется адресом подсети

Обратите внимание на все обнулённые биты на позициях, которые соответствуют нулям в маске. Адрес подсети обычно нельзя использовать в качестве адреса для интерфейса того или иного хоста

Если, наоборот эти же биты превратить в единицы, то получится адрес 192.168.15.255. Такой адрес называется направленным бродкастом (то есть широковещательным) для данной сети. Сейчас особого смысла в нём нет, но когда-то раньше считалось, что все хосты в подсети должны на него откликаться. Сейчас это неактуально, однако этот адрес тоже (обычно) нельзя использовать как адрес хоста.

Получается, из каждой подсети выбрасывается два адреса. Остальные адреса в диапазоне от 192.168.8.1 до 192.168.15.254 включительно — это полноправные адреса хостов внутри подсети 192.168.8.0/21. Их, все без исключения, можно использовать для назначения на компьютерах.

Зрительно адрес как бы делится на две части. Та часть адреса, которой соответствуют единицы в маске, является идентификатором подсети — или адресом подсети. Обычно её называют «префикс».

Вторая часть, которой соответствуют нули в маске — это идентификатор хоста внутри подсети.

Очень часто встречается адрес подсети в таком виде:

Когда маршрутизатор прокладывает в сети маршруты для передачи трафика, он оперирует именно префиксами.

Как ни странно, он не интересуется местонахождением хостов внутри подсетей. Об этом знает только шлюз по умолчанию конкретной подсети (технологии канального уровня могут отличаться).

Главное: в отрыве от подсети адрес хоста не используется совсем.

IPv4 vs IPv6

IPv4 и IPv6 — это адреса, которые используются для идентификации компьютеров, подключенных к сети. Они одинаковы в принципе, но разные по своей работе. Тогда каковы различия между IPv4 и IPv6? Следующие описания помогут вам найти ответы.

Производительность

По сравнению с IPv4, IPv6 увеличивает IP-адрес с 32 до 128 бит для поддержки более высоких требований к адресу. Предполагается, что на поверхности Земли имеется 4×10^18 адресов IPv6 на квадратный метр, поэтому в обозримом будущем IP-адреса не закончатся. Кодирование адресов IPv6 использует иерархию похоже на CIDR, что упрощает маршрутизацию.

Формат заголовка IP

В формате заголовка IPv4 будут некоторые избыточные домены, которые были либо удалены, либо перечислены как расширенные заголовки в адресах IPv6. Хотя размер IP-заголовка IPv6-адреса в 4 раза больше, чем IPv4-адреса, заголовки IPv6 только в 2 раза больше IPv4. Это значительно снижает накладные расходы на обработку пакетов и пропускную способность заголовка.

Поддержка опций

Опции IPv4 помещаются в заголовок, а IPv6 — в отдельный и расширенный заголовок. Заголовок не будет обрабатываться, пока вы не укажете маршрутизатор, что значительно повышает производительность маршрутизации. Строгие требования к длине опций были смягчены IPv6 (до 40 байт для опций IPv4), и новые опции будут введены, когда вам нужно. Многие из новых функций IPV6 предоставляются такими опциями, как поддержка безопасности на уровне IP (IPSEC), jumbogram, мобильный IP и так далее.

Сетевая безопасность

Для IPv4 Internet Protocol Security (IPSec) является необязательной опцией или требует поддержки оплаты. А IPSec является обязательной опцией для IPv6. Кроме того, проверка идентичности и согласованность данных были добавлены в IPv6, что значительно повышает безопасность и конфиденциальность вашей сети.

Область применения

В настоящее время IPv6 успешно разворачивается в сетях уже много лет. Однако область применения IPv4 более обширна, чем IPv6. Так как эта ситуация возникает? Очевидно, что после развертывания IPv6 возникло много проблем, таких как плохая совместимость с существующей инфраструктурой, трудности перехода с IPv4 на IPv6 и т. д. Это также привело к медленной развитию IPv6. Возьмите Google в качестве примера, на следующем графике показан процент пользователей, которые обращаются к Google через IPv6 с 2009 по 2019 год. Из таблицы видно, что на ранних стадиях скорость развития IPv6 очень низкая. До сих пор доля пользователей обращается к Google через IPv6 все еще не так хороша как IPv4.

IPv6 vs IPv4 Specification

ПЛАН ПРЕЖДЕ ВСЕГО

Многие организации уже приступили к планированию перехода к IPv6 или даже к его осуществлению. Как показывают результаты опроса более 100 ведущих ИТ-руководителей, проведенного Cisco в США в апреле, 78% респондентов реализуют проекты перехода на IPv6 (в основном в течение последних двух лет), остальные намерены сделать это в ближайшие девять месяцев.

Половина респондентов называет главным фактором перехода на IPv6 связь с Интернетом, но значительная их часть (18%) выражает желание подключить к корпоративной сети персональные устройства. Такое же количество опрошенных хотят воспользоваться протоколом IPv6 для получения конкурентных преимуществ. В процессе миграции опасения вызывают, главным образом, информационная безопасность (60%), поддержка переходных технологий (53%) и их внедрение (50%). В большинстве организаций (63%) переход на IPv6 поддерживается руководством и считается одним из главных приоритетов для отделов ИТ. По данным другого исследования (IPv6 Deployment Survey), проведенного экспертами в сотрудничестве с региональными интернет-регистраторами, выдающими IP-адреса провайдерам, около половины респондентов называют главным препятствием на пути к внедрению IPv6 отсутствие спроса, а свыше 40% признают, что не имеют никакого опыта работы с IPv6.

Эксперты не рекомендуют операторам сетей и владельцам сайтов рассчитывать на длительное использование механизмов, обеспечивающих сосуществование IPv4 и IPv6 (устройств NAT, шлюзов уровня приложений и др.), и советуют не затягивать с миграцией на IPv6. Если планировать ее как последовательность этапов в общей стратегии развития сети, то переход с IPv4 на IPv6 не будет болезненным.

Поэтапный переход — наиболее экономически эффективный способ миграции с IPv4 на IPv6, поскольку полная замена оборудования — это слишком дорогое и рискованное мероприятие. Операторам связи, провайдерам и корпоративным заказчикам не следует переводить на IPv6 сразу всю сетевую инфраструктуру. Инвентаризация сети с оценкой текущего состояния «готовности к IPv6» должна дать представление о том, что надо сделать и какие инвестиции являются приоритетными. Возможно, в отдельных сегментах встроенная поддержка IPv6 пока не требуется, и на определенный период достаточно туннелирования трафика IPv6. Особенно это касается приложений, для которых задержки по времени не критичны.

Переход на IPv6 мало повлияет на некоторые приложения и сервисы. Однако от наиболее важных для бизнеса зависит взаимодействие с заказчиками, и для них нужно проанализировать доступные варианты перехода на IPv6. Переходные технологии помогут справиться с начальным потоком трафика IPv6. Специально разработанные двухпротокольные решения призваны помочь организациям осуществить переход без дорогостоящей модернизации.

Brocade рекомендует учитывать грядущий переход на IPv6 при планировании замены применяемых продуктов в соответствии с их жизненным циклом и, что бы ни говорили продавцы, не приобретать решения, не совместимые с IPv6. Многие коммутаторы, маршрутизаторы и устройства безопасности уже успешно протестированы на поддержку IPv6 международными организациями (получили логотип IPv6-ready) и государственными учреждениями США (испытания на соответствие спецификациям USGv6).

При покупке сетевого оборудования нужно выяснить, какие его средства поддерживают или не поддерживают IPv6, отвечает ли его производительность требованиям IPv6, какое влияние окажет IPv6 на имеющиеся сетевые устройства, обладает ли приобретаемое устройство необходимым интеллектом для трансляции адресов из одного формата в другой.

Cisco предлагает переходить на новую версию IP в три этапа: Preserve (сохранение старого), Prepare (подготовка к новому) и Prosper (получение преимуществ). Своим заказчикам компания обещает сохранение инвестиций в уже развернутые продукты, получение преимуществ от внедрения полномасштабной версии IPv6 с помощью тщательного аудита установленных систем и применения переходных технологий, позволяющих в ряде случаев использовать сразу оба протокола — IPv6 и IPv4.

Принцип работы протокола IPv4

Internet Protocol представляет собой датаграмму, содержит заголовок и полезную нагрузку. Заголовок шифрует адреса источника и назначение информационного пакета, в то время как полезная нагрузка переносит фактические данные. В отличие от сетей прямой коммутации канала, критичных к выходу из строя любого транзитного узла, передача данных с помощью интернет-протокола IPv4 осуществляется пакетным способом. При этом используются разные маршруты передачи ip-пакетов. Допустима ситуация, когда пакеты нижнего уровня достигают конечного узла раньше, чем пакеты верхнего. Некоторые из них теряются во время трансляции. В этом случае посылается повторный запрос, происходит восстановление потерянных фрагментов.

Каждый сетевой узел в модели TCP/IP имеет собственный IP-адрес. Это обеспечивает гарантированную идентификацию устройств при установке соединения и обмене данными. В то же время отличают два уровня распределения адресов по протоколу TCP/ IPv4 – публичные и частные. Первые уникальны для всех без исключения устройств, осуществляющих обмен данными в общемировой WEB-сети. Например, IP-адрес 8.8.8.8 принадлежит компании Google и является адресом публичного DNS-сервера компании. При построении локальной подсети Ethernet идентификация внутренних устройств передачи данных осуществляется путем назначения собственных ip-адресов для каждой единицы оборудования. Коммутация осуществляется через порты роутера (маршрутизатора), каждому присваивается отдельный сетевой адрес с возможным дополнительным разделением на подсети за счет использования маски IP-адреса.

Изначально адресация в IP-сетях систематизировалась по классовому принципу путем деления на большие блоки, что делало ее неудобной в использовании как конечными пользователями, так и провайдерами. Ей на смену пришла бесклассовая схема под названием Classless Inter-Domain Routing (CIDR).

Основной атрибут протокола TCP/IPv4, его адрес, состоит из тридцати двух бит (четырех байт) и записывается четырьмя десятичными числами от 0 до 255, которые разделены точками. Есть альтернативные способы записи (двоичное, десятичное, без точки и т.д.), но они не меняют принципа работы протокола. В стандартном формате запись CIDR производится в виде IP-адреса, следующего за ним символа «/» и числа, обозначающего битовую маску подсети: 13.14.15.0/24. В данной комбинации число 24 означает количество битов в маске подсети, имеющих приоритетное значение. Полный IP-адрес состоит из 32 бит, маской являются старшие 24, соответственно, общее количество возможных адресов в сети составит 32 — 24 = 8 бит (256 IP-адресов). В этом диапазоне описываются сети, состоящие из различного количества доступных адресов путем их вариативной комбинации. Одна большая сеть может быть раздроблена на несколько более мелких подсетей нижнего уровня.

Что такое IPv4?

IPv4 — это аббревиатура от Internet Protocol version 4 (Интернет Протокол версии 4) – представляет собой основной тип адресов, используемый на сетевом уровне модели OSI, для осуществления передачи пакетов между сетями. IP-адреса состоят из четырех байт, к примеру 192.168.100.111.

Присвоение IP-адресов хостам осуществляется:

• вручную, настраивается системным администратором во время настройки вычислительной сети;
• автоматически, с использование специальных протоколов (в частности, с помощью протокола DHCP — Dynamic Host Configuration Protocol, протокол динамической настройки хостов).

Протокол IPv4 разработан в сентябре 1981 года.

Протокол IPv4 работает на межсетевом (сетевом) уровне стека протокола TCP/IP. Основной задачей протокола является осуществление передачи блоков данных (дейтаграмм) от хоста-отправителя, до хоста-назначения, где отправителями и получателями выступают вычислительные машины, однозначно идентифицируемые адресами фиксированной длины (IP-адресами). Также интернет протокол IP осуществляет, в случае необходимости, фрагментацию и сбору отправляемых дейтаграмм для передачи данных через другие сети с меньшим размером пакетов.

Недостатком протокола IP является ненадежность протокола, то есть перед началом передачи не устанавливается соединение, это говорит о том, что не подтверждается доставка пакетов, не осуществляется контроль корректности полученных данных (с помощью контрольной суммы) и не выполняется операция квитирования (обмен служебными сообщения с узлом-назначения и его готовностью приема пакетов).

Протокол IP отправляет и обрабатывает каждую дейтаграмму как независимую порцию данных, то есть не имея никаких других связей с другими дейтаграммами в глобальной сети интернет.

После отправки дейтаграммы протоколом IP в сеть, дальнейшие действия с этой дейтаграммой никак не контролируются отправителем. Получается, что если дейтаграмма, по каким-либо причинам, не может быть передана дальше по сети, она уничтожается. Хотя узел, уничтоживший дейтаграмму, имеет возможность сообщить о причине сбоя отправителю, по обратному адресу (в частности с помощью протокола ICMP). Гарантию доставки данных возложены на протоколы вышестоящего уровня (транспортный уровень), которые наделены для этого специальными механизмами (протокол TCP).

Как известно, на сетевом уровне модели OSI работают маршрутизаторы. Поэтому, одной из самых основных задач протокола IP – это осуществление маршрутизации дейтаграмм, другими словами, определение оптимального пути следования дейтаграмм (с помощью алгоритмов маршрутизации) от узла-отправителя сети к любому другому узлу сети на основании IP адреса.

Предпосылки к IPv6

Основной протокол, по которому в Интернете передадаются данные, называется IP (Internet Protocol). Всякие HTTP, ICQ и сервисы работают поверх него (с TCP или UDP в промежутке). IP умеет упаковывать данные в пакеты и передавать их между компьютерами. Понятно, желающим обменяться данными нужно как-то друг друга идентифицировать. Для этой цели используются IP-адреса.

А вот с адресами и начинаются проблемы. IP был придуман в 80-х годах XX века, когда никто и не предполагал, что доступ в Интернет через какие-то пятнадцать лет будет не то, что у каждой уважающей себя фирмы, а вовсе у каждого школьника. Поэтому адреса сделали длиной в четыре байта (от 0.0.0.0 до 255.255.255.255). Их 2^32 = 4294967296, казалось, что хватит всем. Прямо как 640 килобайт.

Но это еще не самый большой просчет. На ранних этапах развития сети адреса можно было получать не сколько тебе реально надо, а только блоками по 16777216, 65536 или 256 адресов. Если тебе надо 500 адресов, бери сразу 65536. Если надо 66000, бери 16 миллионов. Явно не самый эффективный расход адресного пространства.

Есть и еще один прикол: сеть 224.0.0.0/4 (268435456 адресов) выделили для многоадресной рассылки (через нее, в частности, работает IPTV), а адреса после нее зарезервировали для использования в будущем. Многие разработчики сетевого оборудования поставили аппаратный фильтр на эти зарезервированные адреса, и теперь если разрешить их использование, часть исторической инфраструктуры не сможет с ними работать.

Но до какого-то момента это все не имело значения, поскольку Интернет был только у военных и в университетах.

Когда число пользователей сети начало стремительно возрастать, стало ясно, что адресов не так уж и много. В первую очередь отказались от дурацкой классовой адресации (той самой выдачи блоками фиксированного размера) и сделали возможным выдавать адреса в минимально нужном количестве.
Потом и это перестало помогать, тогда подумали, что во имя спасения сети можно отказаться от уникальности адреса каждой машины и выдавать по одному уникальному адресу на сеть, чтобы все машины сети ходили в Интернет через него. Так появился NAT (Network Address Translation), который подменяет адрес источника у соединений вовне сети на адрес маршрутизатора. Для сетей за такими маршрутизаторами выделили всем теперь известные сети 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16.

Но это все временные меры, которые только помогли бы продержаться до внедрения нового протокола с большим адресным пространством.

Правила сокращения IPv6 адресов

Несмотря на то, что мы записываем IPv6 адреса с помощью шестнадцатеричных цифр, адреса все равно получаются очень длинными, поэтому были выработаны правила сокращения IP адресов для повышения удобства их записи.

Первое правило сокращения адресов IPv6 заключается в том, что ведущие нули в каждой группе чисел разделенных двоеточием, можно сократить. Например, мы можем удалить вот эти нули. (картинка ниже)

Адрес стал заметно короче, его удобнее записывать.

Но мы можем пойти дальше, следующее правило заключается в том, что если в нашем адресе IPv6 есть две или больше идущих подряд групп нулей, то эти группы можно пропустить. Например, вот эти две группы нулей мы можем пропустить, и у нас получится два двоеточия. (картинка ниже)

Это позволяет получить еще более короткую форму записи адреса IPv6. Данное правило особенно полезно для записи префиксов IPv6 или адресов подсети, в которых очень много нулей, все эти нули можно сократить, и префикс будет записываться гораздо короче. (картинка ниже)

Неправильные сокращения

Однако при сокращении IPv6 адресов нужно быть очень внимательными, и не совершать ошибки. Давайте рассмотрим, какие ошибки случаются чаще всего.

Во-первых нельзя сокращать нули, которые идут в конце группы цифр, например, нельзя удалить вот эти 3 нуля. (картинка ниже)

Потому что после сокращения не понятно, что должно быть вот в этой группе, должны ли быть нули перед единицей или после нее. (картинка ниже)

Допускается сокращение только ведущих нулей в группе, поэтому такое сокращение неправильное. Правильное сокращение вот такое, мы удаляем ведущие нули, а там где нули находятся в конце группы, их необходимо оставить. (картинка ниже)

Другая проблема возможна, если в нашем адресе IPv6, есть несколько групп идущих подряд нулей. Например, вот такой IP  адрес здесь две подряд идущих группы нулей, и три подряд идущих группы нулей. (картинка ниже)

Если мы сократим обе группы, то никак нельзя понять куда и сколько нулей вставлять. Правильный вариант сокращения нужно пропустить ту группу, которая содержит больше всего подряд идущих нулей, в нашем случае это вторая группа, так как в ней три подряд идущих группы нулей, а в первой части мы просто сокращаем ведущие нули получаются вот такая форма записи.

Протокол IPv6

Одним из самых главных недостатков интернет протокола IPv4 является относительно небольшое количество выдаваемых адресов около 4,23 миллиарда адресов, так как это число уже не кажется столь большим в сравнении с количеством задействованных устройств подключенных к сети интернет. По сей день использование IPv4 проходит штатно, поскольку используются различные технологии экономии использования сетевых адресов, в частности технология NAT (NetworkAddressTranslation, преобразование сетевых адресов), но уже всем понятно, что дни эксплуатации IPv4 подходят к концу, поскольку в ближайшем будущем предусматривается наделять возможностью доступа к интернету всех бытовых приборов (холодильников, СВЧ-печей), для осуществления управления данными приборами удаленно, посредством сети с любой точки Земли.

В сложившейся ситуации переход на новый формат сетевого адреса становится крайне остров. Хотя многие специалисты предвидели проблему нехватки сетевых адресов еще в начале 1990 года, в то же время начала работать группа проектирования Интернета IETF над новой версией сетевого протокола — IPv6.

Основные решаемые задачи:

• Возможность доступа к глобальной сети миллиардов хостов даже при нерациональном использовании адресного пространства.
• Сокращение размера таблиц маршрутизации
• Упрощение протокола для ускорения обработки пакетов маршрутизации
• Повышение уровня безопасности протокола
• Упрощение работы многоадресных рассылок с помощью указания областей рассылки.
• Перспективы дальнейшего развития протокола в будущем
• Организация совместимости старого и нового протокола

Протокол IPv6 разработан в конце 1992 года.

Протокол IPv6 (Internet Protocol version 6) — это новая версия интернет протокола (IP), созданная с целью решения проблем, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в интернете, одна из которых – это использование длины адреса 128 бит вместо 32.

В наше время протокол IPv6 активно используется во множестве сетей по всему миру, но пока ещё не получил столь широкого распространения в Интернете, как IPv4.

Интернет протокол IPv6 хорошо справляется с основными поставленными задачами. Ему присущи достоинствами интернет протокола IP и лишен некоторых недостатков, к тому не обладает некоторыми новыми возможностями. В общем случае протокол IPv6 несовместим с протоколом IPv4, но зато совместим со всеми остальными протоколами Интернета, включая TCP, UDP, ICMP, OSPF, DNS для чего иногда требуются небольшие изменения.

Особенности IPv6:

Протокол IPv6 имеет длину 16 байт, что решает основную проблему — обеспечить практически неограниченный запас интернет – адресов.
Протокол IPv6 по сравнению с IPv4 имеет более простой заголовок пакета. Таким образом, маршрутизаторы могут быстрее обрабатывать пакеты, что повышает производительность.
Улучшенная поддержка необязательных параметров

Подобное изменение действительно было существенным, так как в новом заголовке требуемые прежде поля стали необязательными.
Повышен уровень безопасности, аутентификация и конфиденциальность являются ключевыми чертами нового IP-протокола
Уделено больше внимание типу представляемых услуг. Для этой цели в заголовке пакета IPv4 было отведено 8-разрядное поле.

Цели создания IPv6

Может возникнуть вопрос, зачем нужен еще один протокол сетевого уровня, если уже есть протокол IPv4, который работает хорошо. Проблема протокола IPv4 заключается в нехватке IP адресов. Длина IP адресов в протоколе IPv4 — 4 байта, то есть максимальное количество адресов IPv4 примерно 4,3 миллиарда. Когда протокол создавался это было большое количество IP адресов, но сейчас, когда интернет стал очень популярной сетью, стало понятно, что 4 миллиарда адресов это не так уж и много.

Для сравнения, население Земли сейчас составляет более, чем 7 миллиардов, при этом многие люди используют не одно устройство, а несколько, это может быть ноутбук, планшет, смартфон, умные часы и многое другое.

Также, необходимо учитывать сервер и сетевое оборудование в инфраструктуре интернет и сетевых сервисов, а такие технологии, как интернет вещей еще больше увеличивают требования к количеству IP адресов.

Количество доступных адресов IPv4 стремительно сокращается, последний крупный блок адресов IPv4 класса А, был выдан в 2011 году, и уже близко то время, когда какая-то компания или человек захотят подключиться к интернет, но не смогут этого сделать, из-за того что им не хватит адреса IPv4.

Было предложено несколько временных решений, проблемы нехватки IP адресов, которые оказались достаточно успешными. Самые популярные это технология трансляции сетевых адресов NAT, эта технология позволяет подключиться к сети интернет используя всего лишь один IP адрес, сеть, состоящую из большого количества устройств с использованием частных или приватных IP адресов.

Также справиться с проблемой нехватки IP адресов помогла технология бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Inter-Domain Routing, CIDR), которая обеспечила возможность использовать маски переменной длины, и распределять IP адреса блоками разной длины, а не классами A, B и C как было раньше.

Протокол IPv6 создан для долговременного решения проблемы нехватки IP адресов. Для этого длина IP адресов в протоколе IPv6 увеличена до 16 байт, количество IP адресов в протоколе IPv6 — 3,4*1038. Такого количества IP адресов хватит, для того чтобы подключить к интернету все устройства, как сейчас так и в достаточно далеком будущем.

Также при разработке IPv6 постарались упростить протокол, для того чтобы маршрутизаторы могли обрабатывать пакеты  IPv6 быстрее, и обеспечили возможность защиты данных с помощью шифрования.

IPv6 считается новым протоколом, однако работа над ним началась еще в 1990 году, когда впервые задумались о возможной проблеме исчерпания адресов IPv4. Первый вариант стандарта протокола IPv6 был принят в документе RFC 1883 в 1995 году, а действующий стандарт протокола IPv6 документ RFC 2460 был принят в 1998 году. Таким образом протоколу IPv6 уже больше 20 лет, и новым его можем называть только по сравнению с протоколом IPv4.

Сравнение с IPv4

Иногда утверждается, что новый протокол может обеспечить до 5·1028 адресов на каждого жителя Земли. Такое большое адресное пространство было введено ради иерархичности адресов (это упрощает маршрутизацию). Тем не менее, увеличенное пространство адресов сделает NAT необязательным. Классическое применение IPv6 (по сети /64 на абонента; используется только unicast-адресация) обеспечит возможность использования более 300 млн IP-адресов на каждого жителя Земли.

Из IPv6 убраны функции, усложняющие работу маршрутизаторов:

• Маршрутизаторы больше не должны фрагментировать пакет, вместо этого пакет отбрасывается с ICMP-уведомлением о превышении MTU и указанием величины MTU следующего канала, в который этому пакету не удалось войти. В IPv4 размер MTU в ICMP-пакете не указывался и отправителю требовалось осуществлять подбор MTU техникой . Для лучшей работы протоколов, требовательных к потерям, минимальный MTU поднят до 1280 байт. Фрагментация поддерживается как опция (информация о фрагментации пакетов вынесена из основного заголовка в расширенные) и возможна только по инициативе передающей стороны.
• Из IP-заголовка исключена контрольная сумма. С учётом того, что канальные (Ethernet) и транспортные (TCP и UDP) протоколы имеют свои контрольные суммы, ещё одна контрольная сумма на уровне IP воспринимается как излишняя. Кроме того, модификация поля hop limit (или TTL в IPv4) на каждом маршрутизаторе в IPv4 приводила к необходимости её постоянного перерасчёта.

Несмотря на больший по сравнению с предыдущей версией протокола размер адреса IPv6 (16 байтов вместо 4), заголовок пакета удлинился всего лишь вдвое: с 20 до 40 байт.

Улучшения IPv6 по сравнению с IPv4:

• В сверхскоростных сетях возможна поддержка огромных пакетов (джамбограмм) — до 4 гигабайт;
• Time to Live переименовано в Hop Limit;
• Появились метки потоков и классы трафика;
• Появилось многоадресное вещание.

Автоконфигурация (Stateless address autoconfiguration — SLAAC)

При инициализации сетевого интерфейса ему назначается локальный IPv6-адрес, состоящий из префикса fe80::/10 и идентификатора интерфейса, размещённого в младшей части адреса. В качестве идентификатора интерфейса часто используется 64-битный расширенный уникальный идентификатор , часто ассоциируемый с MAC-адресом. Локальный адрес действителен только в пределах сетевого сегмента канального уровня и используется для обмена информационными ICMPv6 пакетами.

Для настройки других адресов узел может запросить информацию о настройках сети у маршрутизаторов, отправив ICMPv6 сообщение «Router Solicitation» на групповой адрес маршрутизаторов. Маршрутизаторы, получившие это сообщение, отвечают ICMPv6 сообщением «Router Advertisement», в котором может содержаться информация о сетевом префиксе, адресе шлюза, адресах рекурсивных DNS серверов, MTU и множестве других параметров. Объединяя сетевой префикс и идентификатор интерфейса, узел получает новый адрес. Для защиты персональных данных идентификатор интерфейса может быть заменён на псевдослучайное число.

Для большего административного контроля может быть использован DHCPv6, позволяющий администратору маршрутизатора назначать узлу конкретный адрес.

Для провайдеров может использоваться функция делегирования префиксов клиенту, что позволяет клиенту просто переходить от провайдера к провайдеру, без изменения каких-либо настроек.