Podstawy IPv6

Podstawy

IPv6 zastępuje IPv4, rozszerzając przestrzeń adresową z 32 do 128 bitów.
Adres zapisuje się w ośmiu grupach po cztery cyfry szesnastkowe, np.:

Zasady skracania adresów IPv6

• Można usunąć zera wiodące w każdej grupie.

• Można zastąpić jeden ciąg kolejnych grup zer podwójnym dwukropkiem ::.

• :: wolno użyć tylko raz w adresie.

Przykłady:

Typy adresów IPv6

• Global Unicast (2000::/3) – publiczne adresy routowalne w Internecie.

• Link-Local (fe80::/10) – automatycznie przypisywane każdemu interfejsowi; działają tylko w obrębie jednego segmentu.
  👉 W praktyce wszystkie implementacje używają zakresu fe80::/64.

• Unique Local Address (ULA) (fd00::/8) – prywatne adresy (odpowiednik 192.168.x.x lub 10.x.x.x).
  Struktura ULA:

   

  fd | 40-bitowy losowy Global ID | 16-bit Subnet ID | 64-bit Interface ID

  Zapewnia unikalność przy łączeniu prywatnych sieci.

• Multicast (ff00::/8) – zastępują broadcast.
  Struktura: ffXY::, gdzie

  • X = flaga (np. 0 = permanentny),

  • Y = zakres (1 – interface, 2 – link, 5 – site, 8 – organization, E – global).

• Anycast – ten sam adres przypisany do wielu urządzeń, ruch trafia do najbliższego.

Po co sieci prywatne w IPv6 skoro nie ma NAT?

IPv6 eliminuje potrzebę NAT, ale Unique Local Addresses (ULA) nadal mają zastosowanie:

• Izolacja sieci (niewidoczne z Internetu)

• Dodatkowa warstwa bezpieczeństwa

• Łączenie wielu lokalizacji bez konfliktów adresowych

• Sieci testowe i laboratoryjne

Różnica względem IPv4:
W IPv4 adresy prywatne powstały z powodu braku przestrzeni adresowej.
W IPv6 ULA to świadomy wybór projektowy, nie konieczność.

Struktura adresu IPv6

Adres IPv6 składa się z trzech głównych części:

• Global Routing Prefix – przydzielany przez operatora (np. 2001:db8:abcd::/48)

• Subnet ID – identyfikator podsieci

• Interface Identifier – identyfikator urządzenia (64-bitowy, EUI-64 lub losowy)

Jak powstaje identyfikator interfejsu EUI-64

MAC: 00:1B:21:33:44:55
Podziel na dwie części: 00:1B:21 i 33:44:55
Wstaw FF:FE w środku → 00:1B:21:FF:FE:33:44:55
Odwróć 7. bit (U/L) w pierwszym bajcie:

• jeśli był 0 → ustaw 1

• jeśli był 1 → ustaw 0
  Oznacza to, że adres jest lokalnie zarządzany, nie globalny.

Wynik: 02:1B:21:FF:FE:33:44:55

Przykład pełnego adresu:

• 2001:db8:abcd – globalny prefiks

• 0012 – podsieć

• 021b:21ff:fe33:4455 – identyfikator interfejsu

Podział adresu i prefiks

Maska sieci zapisywana jest jak w IPv4, np. /64.

Typowe długości:

• /64 – sieć lokalna (standardowa)

• /56, /48 – prefiksy przydzielane przez operatorów

Każdy host ma przynajmniej dwa adresy:

• fe80::... (link-local)

• jeden lub więcej globalnych lub lokalnych (fd00::..., 2xxx::...)

Autokonfiguracja – SLAAC i DHCPv6

SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration)

Host nasłuchuje Router Advertisement (RA).
Router podaje prefiks (np. 2001:db8:abcd:1::/64), a host tworzy pełny adres – z MAC (EUI-64) lub losowo.

Ochrona prywatności

Problem z EUI-64 – adres jest śledzalny.
Rozwiązanie – Privacy Extensions (RFC 4941):

• Losowe, tymczasowe adresy globalne

• Regularna zmiana (zwykle co 24h)

• Stare adresy są tymczasowo utrzymywane

Dodatkowo RFC 7217 wprowadza stable privacy addresses – losowe, ale stabilne w obrębie danej sieci (po restarcie ten sam).

DHCPv6

• Stateful – serwer przydziela adresy i dane dodatkowe (DNS, NTP)

• Stateless – adres przez SLAAC, reszta z DHCPv6

Router kontroluje sposób konfiguracji flagami w RA:

• M (Managed) = 1 → używaj DHCPv6 do adresów

• O (Other) = 1 → używaj DHCPv6 do innych opcji (DNS)

• A (Autonomous) = 1 → używaj SLAAC

W praktyce większość systemów (Windows, Linux, macOS) obsługuje SLAAC + DHCPv6 hybrydowo.

ICMPv6 i Neighbor Discovery Protocol (NDP)

Zastępuje kilka protokołów z IPv4:

• Router Solicitation (RS) – host pyta o routery

• Router Advertisement (RA) – router ogłasza prefiks i parametry

• Neighbor Solicitation (NS) – „kto ma adres X?” (zastępuje ARP)

• Neighbor Advertisement (NA) – odpowiedź „to mój adres”

• Duplicate Address Detection (DAD) – sprawdza, czy adres jest unikalny

• Redirect – informuje host o lepszej trasie

Adresy multicastowe NDP:

• ff02::1 – wszystkie hosty

• ff02::2 – wszystkie routery

• ff02::1:ffXX:XXXX – solicited-node multicast (DAD, NS)

Zarezerwowane i specjalne adresy IPv6

Brak NAT i komunikacja end-to-end

IPv6 przywraca model bezpośredniej komunikacji.
Każde urządzenie może mieć globalny adres.
Bezpieczeństwo zapewnia firewall, nie translacja.

IPsec jest zintegrowany z IPv6, ale nieobowiązkowy (RFC 6434).
Może być stosowany end-to-end dla poufności i autentykacji.

Struktura nagłówków IPv6

Nagłówek podstawowy ma stałe 40 bajtów (vs zmienne w IPv4):

Nagłówki rozszerzeń (Extension Headers)

Modularne podejście – kolejne nagłówki łańcuchowo:

• Hop-by-Hop Options (0) – sprawdzane przez każdy router

• Routing (43) – źródłowy routing

• Fragment (44) – fragmentacja

• Authentication (51) – IPsec AH

• Encapsulating Security Payload (50) – IPsec ESP

• Destination Options (60) – opcje dla hosta końcowego

RFC 8200 zaleca ograniczanie liczby nagłówków, ponieważ niektóre routery lub firewalle odrzucają zbyt długie łańcuchy.

Fragmentacja w IPv6

• Tylko host źródłowy może fragmentować pakiety

• Routery nie fragmentują

• Jeśli pakiet jest zbyt duży, router wysyła komunikat ICMPv6 Type 2 – “Packet Too Big”

• Host dostosowuje rozmiar przez Path MTU Discovery (PMTUD)

• Minimalne MTU = 1280 bajtów

Zalety: prostsze przetwarzanie, większa wydajność.

Mechanizmy współpracy IPv4 i IPv6

• Dual Stack – równoczesna obsługa IPv4 i IPv6

• 6to4, Teredo, ISATAP – historyczne metody tunelowania

• NAT64/DNS64 – translacja IPv6 ↔ IPv4 (używana w ISP)

Przykład współczesnego zastosowania: IPv6-only w sieciach 5G

Nowoczesne sieci 5G działają w trybie IPv6-only z translacją NAT64/DNS64 do usług IPv4.
Umożliwia to:

• prostsze zarządzanie adresacją (brak NAT w rdzeniu),

• efektywniejsze QoS i routing,

• natywne wsparcie dla IoT i milionów urządzeń,

• lepszą integrację z sieciami chmurowymi.

Przykład:
Operatorzy tacy jak T-Mobile, Verizon czy Orange wdrażają sieci 5G z IPv6-only w rdzeniu (tzw. IPv6-only mobile core).

Podsumowanie

IPv6 to logiczna ewolucja IPv4 oferująca:

• Ogromną przestrzeń adresową (3.4×10³⁸ adresów)

• Eliminację NAT i komunikację end-to-end

• Zaawansowaną autokonfigurację (SLAAC, DHCPv6)

• Hierarchię: globalny prefiks → podsieć → host

• Wbudowane mechanizmy bezpieczeństwa (IPsec, Privacy Extensions)

• Uproszczone nagłówki, wydajniejszy routing

• Multicast i anycast zamiast broadcastu