IPv4 по-прежнему используется и сегодня. Этот раздел посвящен IPv6, который в конечном итоге заменит IPv4. Чтобы лучше понять, почему вам нужно знать протокол IPv6, он помогает понять ограничения IPv4 и преимущества IPv6.

На протяжении многих лет разрабатывались дополнительные протоколы и процессы для решения новых задач. Тем не менее даже в результате изменений IPv4 по-прежнему имеет три основных недостатка.

• Нехватка IP-адресов. - IPv4 может предложить лишь ограниченное количество уникальных публичных IP4-адресов. Несмотря на то что существует примерно 4 миллиарда IPv4-адресов, возросшее число новых устройств, в которых используется протокол IP, а также потенциальный рост менее развитых регионов привели к необходимости дополнительного увеличения количества адресов.
• Нехватка сквозных соединений. - Преобразование сетевых адресов (NAT) представляет собой технологию, которая обычно применяется в сетях IPv4. NAT позволяет различным устройствам совместно использовать один публичный IPv4-адрес. При этом, поскольку публичный IPv4-адрес используется совместно, IPv4-адрес узла внутренней сети скрыт. Это может представлять проблему при использовании технологий, для которых необходимы сквозные соединения.
• Повышенная сложность сети — несмотря на то, что NAT продлил срок службы IPv4, он был предназначен только как механизм перехода на IPv6. NAT в своей разнообразной реализации создает дополнительную сложность в сети, создавая задержку и затрудняя поиск и устранение неисправностей.

В начале 90-х годов специалисты инженерной группы по развитию Интернета (IETF) подняли вопрос о недостатках протокола IPv4 и начали поиски альтернативных решений. Результатом поисков стала разработка протокола IP версии 6 (IPv6). IPv6 помогает преодолеть ограничения протокола IPv4 и значительно расширяет доступные возможности, предлагая функции, которые оптимально соответствуют текущим и прогнозируемым сетевым требованиям.

К улучшениям, которые предлагает протокол IPv6, относятся следующие.

• Расширенное адресное пространство. IPv6-адреса используют 128-битную иерархическую адресацию, в отличие от протокола IPv4, использующего 32 бита.
• Улучшенная обработка пакетов. Структура заголовка IPv6 была упрощена благодаря уменьшению количества полей.
• Отсутствие необходимости в использовании NAT. Благодаря большому количеству публичных IPv6-адресов нет необходимости в преобразовании сетевых адресов (NAT) между частными и публичными адресами IPv4. Это позволяет избежать некоторых проблем, связанных с NAT, с которыми сталкиваются приложения, требующие сквозного подключения.

32-битное адресное пространство IPv4 предусматривает примерно 4294967296 уникальных адресов. Адресное пространство протокола IPv6 поддерживает 340282366920938463463374607431768211456 или 340 ундециллионов адресов. Это примерно эквивалентно каждой песчинке на Земле.

На рисунке представлено визуальное сравнение адресного пространства протоколов IPv4 и IPv6.

Одним из основных конструктивных улучшений протокола IPv6 по сравнению с IPv4 является упрощенный заголовок IPv6.

Например, заголовок IPv4 состоит из 20 октетов (до 60 байт, если используется поле «Параметры») и 12 основных полей заголовка, не учитывая поля «Параметры» и «Заполнитель».

Как видно на рисунке, в IPv6 некоторые поля остались прежними, некоторые поля заголовка IPv4 более не используются, а в некоторых полях изменены названия и расположение.

Напротив, упрощенный заголовок IPv6, показанный на следующем рисунке, состоит из заголовка фиксированной длины в 40 октетов (в основном из-за длины адресов IPv6 источника и назначения).

Упрощенный заголовок IPv6 позволяет более эффективно обрабатывать заголовки IPv6.

Схема заголовков IP-протокола на рисунке определяет поля IPv6-пакета.

Пакет IPv6 также может содержать заголовки расширений (EH), которые предоставляют дополнительную информацию сетевого уровня. Заголовки расширений являются дополнительными и помещаются между заголовком IPv6 и полезной нагрузкой. Заголовки расширений используются для фрагментации, обеспечения безопасности, поддержки мобильности и многого другого.

В отличие от IPv4, маршрутизаторы не делят на части направленные IPv6-пакеты.

Нажмите кнопку «Воспроизведение», чтобы просмотреть видеоролик об изучении заголовков IPv6 с помощью программы Wireshark.