Главной целью изменения системы адресации было не механическое увеличение адресного пространства, а повышение эффективности работы стека TCP/IP в целом.

Вместо прежних двух уровней иерархии адреса (номер сети и номер узла) в IPv6 имеется 4 уровня, из которых три уровня используются для идентификации сетей, а один — для идентификации узлов сети. За счет увеличения числа уров­ней иерархии в адресе новый протокол эффективно поддерживает технологию CIDR. Благодаря этому, а также усовершенствованной системе групповой адре­сации и введению нового типов адресов новая версия IP позволяет снизить затраты на маршрутизацию.

Произошли и чисто внешние изменения — разработчики стандарта предложили использовать вместо десятичной шестнадцатеричную форму записи IP-адреса. Каждые четыре шестнадцатеричные цифры отделяются друг от друга двоеточи­ем. Вот как, например, может выглядеть адрес IPv6:

FEDC: 0A98: 0: 0: 0: 0: 7654: 3210.

Если в адресе имеется длинная последовательность нулей, то запись адреса мож­но сократить. Например, приведенный выше адрес можно записать и так:

FEDC: 0A98:: 7654: 3210.

Сокращение в виде двух двоеточий (::) может употребляться в адресе только один раз. Можно также опускать незначащие нули в начале каждого поля адреса, например, вместо FEDC: 0A98:: 7654: 3210 можно писать FEDC: A98:: 7654: 3210.

Для сетей, поддерживающих обе версии протокола (IPv4 и IPv6), разрешается использовать для младших 4 байт традиционную для IPv4 десятичную запись: 0: 0: 0: 0: 0: FFFF: 129.144.52.38 или:: FFFF: 129.144.52.38.

В новой версии IPv6 предусмотрено три основных типа адресов: индивидуаль­ные адреса, групповые адреса и адреса произвольной рассылки. Тип адреса опре­деляется значением нескольких старших битов адреса, которые названы пре­фиксом формата:

· Индивидуальный адрес (unicast) определяет уникальный идентификатор от­дельного интерфейса конечного узла или маршрутизатора. Назначение адре­са этого типа совпадает с назначением уникальных адресов в версии IPv4 — с их помощью пакеты доставляются определенному интерфейсу узла назна­чения. В версии IPv6, в отличие от версии IPv4, отсутствует понятие класса сети (А, В, С и D) и связанное с ним фиксированное разбиение адреса на но­мер сети и номер узла по границам байтов. Индивидуальные адреса делятся на несколько подтипов для отражения специфики некоторых часто встречаю­щихся в современных сетях ситуаций.

· Групповой адрес (multicast) IPv6 аналогичен по назначению групповому ад­ресу IPv4. Он идентифицирует группу интерфейсов, относящихся, как прави­ло, к разным узлам. Пакет с таким адресом доставляется всем интерфейсам с этим адресом. Групповые адреса используются в IPv6 для замены широковещательных адресов — для этого вводится адрес особой группы, объединяю­щей все интерфейсы подсети.

· Адрес произвольной рассылки (anycast) — это новый тип адреса, который так же, как и групповой адрес, определяет группу интерфейсов. Однако пакет с таким адресом доставляется любому из интерфейсов группы, как правило, «ближайшему» в соответствии с метрикой, используемой протоколами маршрутизации. Синтаксически адрес произвольной рассылки ничем не отличается от индивидуального адреса и назначается из того же диапазона адресов. Адрес произвольной рассылки может быть назначен только интерфейсам маршрутизатора. Интерфейсы маршрутизаторов, входящие в одну группу произвольной рассылки, имеют индивидуальные адреса и, кроме того, общий адрес группы произвольной рассылки. Адреса такого типа ориентированы на маршрутизацию от источника, при которой маршрут прохождения пакета определяется узлом-отправителем путем указания IP-адресов всех промежуточных маршрутизаторов. Например, поставщик услуг может присвоить всем своим маршрутизаторам один и тот же адрес произвольной рассылки и сообщить его абонентам. Если абонент желает, чтобы его пакеты передавались через сеть этого поставщика услуг, то ему достаточно указать этот адрес в цепочке адресов маршрута от источника, и пакет будет передан через ближайший маршрутизатор данного поставщика услуг.

Так же как и в IPv4, в IPv6 имеются так называемые частные адреса, предназна­ченные для использования в автономных сетях. В отличие от версии IPv4 в вер­сии IPv6 эти адреса представлены двумя разновидностями:

· Адреса локальных сетей, не разделенных на подсети, содержат только 64-разрядное поле идентификатора интерфейса, а остальные разряды, кроме префикса формата, должны быть нулевыми, поскольку потребность в номере подсети здесь отсутствует.

· Адреса локальных сетей, разделенных на подсети, содержат по сравнению с предыдущими адресами дополнительное двухбайтовое поле номера подсети.

Основным подтипом индивидуального адреса является глобальный агрегируемый уникальный адрес. Такие адреса могут агрегироваться для упрощения мар­шрутизации. В отличие от уникальных адресов узлов версии IPv4, которые состоят из двух полей — номера сети и номера узла, глобальные агрегируемые адреса IPv6 имеют более сложную структуру, включающую шесть полей (рис. 1).

Рис. 1. Структура глобального агрегируемого уникального адреса в пакете IPv6

· Префикс формата (Format Prefix, FP) для этого типа адресов имеет размер три бита и значение 001.Следующие три поля — агрегирования верхнего (Top-Level Aggregation, TLA), следующего (Next-Level Aggregation, NLA) и местного (Site-Level Aggregation, SLA) уровней — описывают три уровня идентификации сетей.

· Поле TLA предназначено для идентификации сетей самых крупных поставщиков услуг. Конкретное значение этого поля представляет собой общую часть адресов, которыми располагает данный поставщик услуг. Сравнительно небольшое количество разрядов, отведенных под это поле (13), выбрано спе­циально для ограничения размера таблиц маршрутизации в магистральных маршрутизаторах самого верхнего уровня Интернета. Это поле позволяет пе­ренумеровать 8196 сетей поставщиков услуг верхнего уровня, а значит, число записей, описывающих маршруты между этими сетями, также будет ограни­чено значением 8196, что ускорит работу магистральных маршрутизаторов. Следующие 8 разрядов зарезервированы на будущее для расширения при не­обходимости поля TLA.

· Поле NLA предназначено для нумерации сетей средних и мелких поставщи­ков услуг. Значительный размер поля NLA позволяет путем агрегирования адресов отразить многоуровневую иерархию поставщиков услуг.

· Поле SLA предназначено для адресации подсетей отдельного абонента, на­пример подсетей одной корпоративной сети. Предполагается, что поставщик услуг назначает некоторому предприятию номер его сети, состоящий из фиксированного значения полей TLA и NLA, которые в совокупности являются аналогом номера сети версии IPv4. Остальная часть адреса — поля SLA и иден­тификатор интерфейса — поступает в распоряжение администратора корпо­ративной сети, который полностью берет на себя формирование адреса и не должен согласовывать этот процесс с поставщиком услуг. Причем поле иден­тификатора интерфейса имеет вполне определенное назначение — оно долж­но хранить физический адрес узла. На этом уровне также можно агрегиро­вать адреса небольших подсетей в более крупные подсети, и размер поля SLA в 16 бит обеспечивает достаточную свободу и гибкость построения внутрикорпоративной иерархии адресов.

· Идентификатор интерфейса является аналогом номера узла в IPv4. Отличием версии IPv6 является то, что в общем случае идентификатор интерфейса просто совпадает с его локальным (аппаратным) адресом, а не представляет собой произвольно назначенный администратором номер узла. Идентификатор интерфейса имеет длину 64 бита, что позволяет поместить туда МАС-адрес (48 бит), адрес Х.25 (до 60 бит), адрес конечного узла ATM (48 бит) или номер виртуального соединения ATM (до 28 бит), а также, вероятно, даст возможность использовать локальные адреса технологий, которые могут по­явиться в будущем. Такой подход в стиле протокола IPX делает ненужным протокол ARP, поскольку процедура отображения IP-адреса на локальный адрес становится тривиальной — она сводится к простому отбрасыванию старшей части адреса. Кроме того, в большинстве случаев отпадает необходимость ручного конфигурирования конечных узлов, так как младшую часть адреса — идентификатор интерфейса — узел узнает от аппаратуры (сетевого адаптера и т. п.), а старшую — номер подсети — ему сообщает маршрутизатор.

Очевидно, что при таком изобилии сетей, которое предоставляется клиенту в IPv6, совершенно теряет смысл операция использования масок для разделения сетей на подсети, в то время как обратная процедура — объединение подсетей — приобретает особое значение. Разработчики стандартов IPv6 считают, что агрегирование адресов является основным спо­собом эффективного использования адресного пространства в новой версии протокола IP.

Пример

Пусть клиент получил от поставщика услуг пул адресов IPv6, определяемый следую­щим префиксом:

20: 0А: 00: С9: 74: 05/48.

Давайте проведем анализ этого числа. Поскольку, его первые 3 бита равны 001, следо­вательно, это глобальный агрегируемый уникальный адрес (рис. 2).

Рис.2. Структура глобального агрегируемого уникального адреса

Адрес этот принадлежит поставщику услуг верхнего уровня, у которого все сети имеют префикс 20: 0А/16. Он может выделить поставщику услуг второго уровня некоторый диапазон адресов с общим префиксом, образованным его собственным префиксом, а также частью поля NLA. Длина поля NLA, отводимая под префикс, определяется маской, которую поставщик услуг верхнего уровня также должен сообщить своему клиенту — поставщику услуг второго уровня. Пусть в данном примере маска состоит из 32 единиц в старших разрядах, а результирующий префикс поставщика услуг вто­рого уровня имеет вид:

20: 0А: 00: С9/32.

В распоряжении поставщика услуг второго уровня остается 16 разрядов поля NLA для нумерации сетей своих клиентов. В качестве клиентов могут выступать поставщи­ки услуг третьего и более низких уровней, а также конечные абоненты — предприятия и организации.

Пусть, например, следующий байт (01110100) в поле NLA поставщик услуг использовал для передачи поставщику услуг более низкого (третьего) уровня, а тот, в свою очередь, использовал последний байт поля NLA для назначения пула ад­ресов клиенту. Таким образом, с участием поставщиков услуг трех уровней был сфор­мирован префикс 20: 0А: 00: С9: 74: 05/48, который получил клиент.

Протокол IPv6 оставляет в полном распоряжении клиента 2 байта (поле SLA) для нумерации сетей и 8 байт (полем идентификатора интерфейса) для нумера­ции узлов. Имея такой огромный диапазон номеров подсетей, администратор может использовать его по-разному. Он может выбрать простую плоскую орга­низацию своей сети, назначая каждой имеющейся подсети определенное зна­чение из диапазона в 65 535 адресов, игнорируя оставшиеся. В крупных сетях более эффективным способом (сокращающим размеры таблиц корпоративных маршрутизаторов) может оказаться иерархическая структуризация сети на осно­ве агрегирования адресов. В этом случае используется та же технология CIDR, но уже не поставщиком услуг, а администратором корпоративной сети.

Помимо подробно рассмотренного выше глобального агрегируемого адреса, су­ществуют и другие разновидности индивидуального адреса.

- Адрес обратной петли 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1 играет в версии IPv6 ту же роль, что и адрес 127.0.0.1 в версии IPv4.

- Неопределенный адрес, состоящий из одних нулей, является аналогом адре­са 0.0.0.0 протокола IPv4. Этот адрес может появляться в IP-пакетах только в качестве адреса источника, и это означает, что пакет послан до того, как узел изучил свой IP-адрес (например, до получения его от DHCP-сервера).