Co je to IPv6 a jak funguje v sítích?
IPv6, neboli Internet Protocol verze 6, je moderní nástupce protokolu IPv4, který byl vyvinut organizací IETF (Internet Engineering Task Force). Hlavním impulsem pro vznik IPv6 byla nutnost řešit nedostatek IP adres, který se projevil s rostoucím počtem zařízení připojených k internetu, zejména v rámci internetu věcí. Jednou z klíčových výhod IPv6 je jeho obrovský adresní prostor. V tomto článku se podrobněji podíváme na to, co IPv6 v sítích znamená, jak vypadá IPv6 adresa, a prozkoumáme výhody a nevýhody tohoto protokolu.
Adresa IPv6: Jak je strukturována?
IPv6 adresa je 128bitová alfanumerická sekvence, která jednoznačně identifikuje zařízení v rámci internetové sítě. Předpokládá se, že díky IPv6 vznikne více než 340 undecilionů unikátních IP adres. To je čtyřikrát více, než kolik adres umožňuje IPv4. IPv6 adresy se skládají z čísel a písmen, uspořádaných do osmi skupin, které se nazývají hextety. Každý hextet je tvořen 16 bity a jednotlivé hextety jsou odděleny dvojtečkami (:). Používají se číslice 0 až 9 a písmena A až F, které reprezentují binární čísla od 0000000000000000 do 1111111111111111. Příkladem IPv6 adresy může být: AC08:EB00:0000:0AED:5261:13BC:0012:352D.
Rozdělení IPv6 adresy
128 bitová adresa IPv6 se dělí na dvě hlavní části:
-
Síťová část: Jedná se o prvních 64 bitů adresy, které se využívají pro směrování síťového provozu.
-
Hostitelská část: Zahrnuje zbývajících 64 bitů adresy, sloužících k identifikaci konkrétního rozhraní v síti.
Nyní se podíváme, jak počítače čtou IPv6 adresy.
Převod adresy IPv6 na binární kód
Každý znak v IPv6 adrese představuje 4 bity. Jak už bylo zmíněno, IPv6 adresa využívá číslice 0-9 a písmena A-F, přičemž písmena reprezentují čísla 10 až 15. Pro převod do binární formy se používá tabulka 4bitových hextetů.
Tabulka 4bitových hextetů
8
4
2
1
Tato tabulka zobrazuje hodnotu každého bitu. Použijeme výše uvedenou IP adresu AC08:EB00:0000:0AED:5261:13BC:0012:352D pro demonstraci převodu do binárního kódu. Každý bit v hextetu má buď hodnotu 1, nebo 0. Vezmeme první hextet, AC08. A má hodnotu 10, C má hodnotu 12. Nyní zjistíme, jaké kombinace čísel z tabulky dají dohromady čísla 10, 12, 0 a 8. Pro 10 to je 8+2, pro 12 je to 8+4, 0 je 0 a 8 je 8. Všechny použité číselné hodnoty jsou reprezentovány 1, ostatní 0.
Převeďme první hextet:
| Hextet | A | C | 0 | 8 | ||||||||||||
| Tabulka hextetu | 8 | 4 | 2 | 1 | 8 | 4 | 2 | 1 | 8 | 4 | 2 | 1 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| Binární konverze | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
Binární ekvivalent pro AC08 je tedy 1010110000001000. Stejný postup se aplikuje na všechny hextety.
| Binární konverze | Tabulka hextetu | 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 |
Binární podoba adresy IPv6 AC08:EB00:0000:0AED:5261:13BC:0012:352D je tedy 1010110000001000:1110101100000000:0000000000000000:0000101011101101:0101010001100001:0001001110111100:0000000000010010:0011010100101101.
Typy adres IPv6
V sítích se setkáváme s následujícími typy IPv6 adres:
- Unicast adresy: Identifikují konkrétní síťové rozhraní. Obvykle reprezentují komunikaci mezi jedním odesílatelem a jedním příjemcem.
- Multicast adresy: Jsou určeny skupině IP zařízení, které mají přijímat stejné datové pakety.
- Anycast adresy: Adresy, které jsou přiřazeny skupině zařízení v různých uzlech.
Struktura IPv6 paketu
IPv6 paket se skládá ze tří hlavních částí: hlavičky, jedné nebo více rozšiřujících hlaviček a datové jednotky vyšší vrstvy (PDU). PDU obsahuje hlavičku protokolu vyšší vrstvy a data, která mohou být například ICMPv6, TCP nebo UDP pakety.
Hlavička IPv6 se skládá z:
- Verze: 4bitové pole s hodnotou 6, označující verzi protokolu.
- Třída provozu (Traffic Class): 8bitové pole, které řídí manipulaci s datovými pakety během přenosu. Podobně jako u IPv4 se skládá z DSCP a ECN.
- Označení toku (Flow Label): 20bitové pole, které identifikuje sekvenci paketů mezi odesílatelem a příjemcem a určuje, jak se mají směrovače k těmto paketům chovat.
- Délka dat (Payload Length): 16bitové pole s maximální délkou 65 535 bajtů, které udává délku rozšiřujících hlaviček.
- Další hlavička (Next Header): 8bitové pole, které udává typ první rozšiřující hlavičky, nebo PDU vyšší vrstvy.
- Limit skoku (Hop Limit): 8bitové pole, které zabraňuje cyklickému šíření datových paketů. Hodnota se snižuje o 1 po každém průchodu směrovačem, a pokud dosáhne 1, je paket zahozen.
- Adresa zdroje: 128bitové pole, které udává adresu odesílatele paketu.
- Cílová adresa: 128bitové pole, které udává adresu příjemce paketu.
- Rozšiřující hlavičky: Nový koncept v IPv6, který umožňuje definovat další možnosti zpracování paketů, jako je přeskok, směrování, fragmentace, a zabezpečení.
Charakteristické rysy IPv6
Kromě struktury adresy, IPv6 nabízí následující klíčové vlastnosti:
- Rozsáhlý adresní prostor, řešící problém vyčerpání adres IPv4.
- Zjednodušená struktura hlavičky, která zrychluje směrování.
- Automatická konfigurace, která umožňuje vzájemnou komunikaci zařízení bez nutnosti serveru.
- Zvýšená bezpečnost díky zabudované podpoře zabezpečení internetového protokolu (IPsec).
- Přímá konektivita mezi zařízeními s unikátními adresami, bez nutnosti překladu.
- Rozšiřitelnost hlaviček pro podporu nových funkcí.
- Podpora mobility, která umožňuje plynulé připojení mobilních zařízení.
Vzhledem k výhodám IPv6 se dále podíváme na jeho výhody a nevýhody.
Obrázek Gerda Altmanna z Pixabay
Výhody a nevýhody IPv6
Nyní si shrneme klady a zápory protokolu IPv6:
Výhody:
- Lepší a spolehlivější internetové připojení.
- Efektivnější přenos velkých datových paketů.
- Zabudovaná podpora zabezpečení (IPsec).
- Pokročilé možnosti směrování s multicast a anycast adresami.
- Podpora mobility.
- Jednodušší konfigurace sítě.
- Zlepšený tok dat pro multimediální obsah.
Nevýhody:
- Bezpečnostní rizika spojená s manipulací hlaviček, duálním stohováním, provozem a mobilitou.
- Složitější konfigurace DNS serveru.
- Nákladná migrace z IPv4.
- Obtížnější ruční zadávání dlouhých IP adres.
Výhody IPv6 oproti IPv4
Nyní si porovnáme hlavní výhody IPv6 oproti staršímu IPv4:
- Efektivnější směrování internetového provozu s pomocí ISP.
- Vyšší úroveň zabezpečení a celkově lepší výkon.
- IPv6 hlavička odesílá datové pakety přímo do transportní vrstvy, která kontroluje chyby. Na rozdíl od IPv4, kde je pro opravu chyb nutný kontrolní součet.
- I když oba protokoly využívají IPsec pro zabezpečení, IPv6 nabízí pokročilejší firewally a autentizační mechanismy, což zlepšuje bezpečnost a soukromí.
- Datový tok je rychlejší díky využití multicastu, namísto broadcastu u IPv4.
Spolupráce IPv4 a IPv6
Obě verze IP protokolu mají své výhody i nevýhody. Jejich souběžné používání může být přínosné. V tomto scénáři počítače i směrovače používají oba protokoly současně. Tento přístup se nazývá síť s duálním stohováním a podporuje ho většina síťových prodejců. Dalšími metodami je tunelování a překlad síťových adres.
Kdo používá IPv6?
Podle Google je globální nasazení IPv6 na úrovni 34 %, v USA je to údajně 46 %. Mezi první uživatele IPv6 patří poskytovatelé internetových služeb a telekomunikační sítě. Velké společnosti jako Google, Yahoo, Amazon, Telcom a Comcast již přešly na duální stohování, zatímco Microsoft, CERNET a T-Mobile začaly používat IPv6. Při rozhodování o migraci je třeba zvážit rozpočet, složitost a časové aspekty.
***
I přes některé nevýhody je přechod na IPv6 stále více preferován, jelikož řeší problémy, které přináší IPv4. Doufáme, že tento článek vám poskytl ucelený přehled o tom, co IPv6 v sítích znamená. Pokud máte jakékoli dotazy nebo návrhy, neváhejte je zanechat v komentářích níže.