Объяснение разницы между IPv4 и IPv6

Интернет — это совокупность миллиардов устройств, подключенных друг к другу через различные сети. Все эти устройства должны быть уникально идентифицируемы для облегчения коммуникации.

Это делается через IP-адреса. IP означает Internet Protocol. Что такое Internet Protocol? 

Интернет-протокол управляет маршрутизацией и адресацией данных в Интернете. Одним из компонентов Интернет-протокола является IP-адрес. IP-адрес — это уникальное десятичное или шестнадцатеричное число, назначенное устройству, подключенному к Интернету. Все устройства в Интернете используют IP-адреса для поиска и подключения друг к другу. 

Без IP-адреса невозможно взаимодействовать с устройством в Интернете. Вот почему необходимы IP-адреса. Сегодня используются два основных типа IP-адресов: IPv4 и IPv6.

IPv4 — наиболее часто используемая, старая и более зрелая версия, в то время как IPv6 — более новая и лучшая версия. Естественно, вы могли подумать: «Почему существуют две версии?» и, что еще важнее, "В чем их различия?" Мы ответим на оба этих вопроса, начиная с этого момента.

Что такое IPv4

Адреса IPv4 — это 32-битные десятичные числа. Формат этих адресов состоит из четырех сегментов чисел от 0 до 255, разделенных точками. Например:

192.168.1.1

Это адрес IPv4.

Адресное пространство, которое представляет собой число уникальных комбинаций, которые могут быть созданы, IPv4 составляет приблизительно 4 миллиарда. К сожалению, в Интернете гораздо больше 4 миллиардов устройств из-за распространения смартфонов и устройств IoT. 

В результате адресное пространство IPv4 было полностью использовано, что означает, что новым устройствам не может быть назначен уникальный адрес IPv4. Поэтому устройствам приходится повторно использовать старые адреса, когда они доступны, и полагаться на несовершенные решения, такие как NAT. Это явление называется истощением IPv4.

Что такое IPv6

Адреса IPv6 — это еще одна попытка справиться с переполненным адресным пространством IPv4. Вот почему адрес IPv6 состоит из 128-битного шестнадцатеричного числа. 

Адреса IPv6 состоят из восьми сегментов, известных как октеты, и каждый октет может иметь шестнадцатеричное значение от 0000 до FFFF. Каждый сегмент отделяется точкой с запятой. Вот как выглядит типичный адрес IPv6.

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

В IPv6 любые октеты, которые содержат только нули, могут быть скрыты, и все нули, которые идут в начале октета, также могут быть скрыты. Таким образом, приведенный выше пример может выглядеть так же.

2001:db8:85a3:8a2e:370:7334

Адресное пространство IPv6 составляет 300 дециллионов. Это астрономическое число уникальных IP-адресов. 

Зачем был создан IPv6?

IPv6 был создан для решения проблемы ограниченного адресного пространства в IPv4. Давайте разберемся в этом подробнее.

Дилемма адресного пространства IPv4 и NAT

IPv4 исчерпал все свое адресное пространство. Организация, ответственная за назначение IP-адресов различным интернет-провайдерам (Ripe NCC), заявила, что в ноябре 2019 года адресное пространство IPv4 было официально исчерпано.

Чтобы справиться с быстро сокращающимся адресным пространством, была создана технология NAT или Network Address Translation. Эта технология позволяет нескольким устройствам использовать один и тот же IP-адрес. Техника NAT была создана в 1990-х годах, поскольку к тому времени исчерпание IPv4 было предрешено.

Использование NAT также создало то, что мы сейчас называем публичными и частными IP-адресами. Частный IP-адрес назначается одному устройству. Однако он не распределяется по всему Интернету. Он используется только во внутренней сети. Таким образом, многие устройства в разных сетях могут иметь один и тот же частный IP-адрес. Публичный IP-адрес назначается точке доступа в Интернет (домашнему маршрутизатору или устройству WiFi). Все устройства, подключенные к одной точке доступа, будут использовать ее публичный IP-адрес для подключения к остальной части Интернета.

Точка доступа знает, как направить трафик на нужное устройство, используя его MAC-адрес. Она может отслеживать все запросы на интернет-ресурсы и с какого устройства они исходят, поэтому весь входящий трафик с определенного интернет-ресурса автоматически перенаправляется на устройство, с которого он исходит.

Вы можете использовать онлайн-инструмент для проверки вашего публичного IP-адреса. Это инструменты, которые могут проверить и сообщить вам ваш публичный IP-адрес. В конфигурации NAT использование таких инструментов должно возвращать тот же IP-адрес для всех устройств.

Чтобы проверить свой частный IP-адрес, вам необходимо использовать системные команды, такие как ipconfig, в командной строке или терминале. 

Проблемы с NAT

Хотя NAT является решением, оно довольно несовершенно. Ниже приведены некоторые из его недостатков, которые требуют перехода на IPv6.

• Сложная конфигурация: Настройка и управление NAT могут быть сложными, особенно для больших сетей.
• Нарушает прямую связь: NAT нарушает сквозную связь, вызывая проблемы с протоколами (например, приложения VoIP или P2P).
• Накладные расходы на производительность: NAT добавляет дополнительную обработку, которая может замедлить производительность сети.
• Проблемы с некоторыми протоколами: Такие протоколы, как IPsec и FTP, требуют дополнительных процедур и усилий для хорошей работы с NAT.
• Ограниченные публичные IP-адреса: Совместное использование одного публичного IP-адреса многими устройствами может ограничить количество одновременных подключений.
• Трудноотслеживаемые устройства: Трудно отследить, какое внутреннее устройство отвечает за действие, поскольку несколько устройств используют один публичный IP-адрес.
• Проблемы с приложением P2P: Приложения Peer-to-Peer часто испытывают трудности с подключением из-за ограничений NAT.
• Проблемы хостинга: Услуги хостинга за NAT требуют сложных конфигураций, таких как переадресация портов.
• Не надежное решение безопасности: NAT скрывает внутренние IP-адреса, но не обеспечивает реальных мер безопасности, таких как шифрование.

Как IPv6 решает эти проблемы

Как мы уже говорили, адресное пространство IPv6 составляет 300 дециллионов. Это 33 нуля после 300. Вот как это выглядит.

300,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

Это огромное адресное пространство. Фактически, этого достаточно, чтобы предоставить уникальный IP-адрес всем устройствам на Земле и еще останется много места. Это означает, что нет необходимости в NAT. Таким образом, с IPv6 мы можем избежать всех недостатков использования NAT.

Чем отличаются IPv4 и IPv6

Теперь, когда мы знаем основы IPv4 и IPv6, давайте рассмотрим их основные различия.

Мы уже знаем о таких вещах, как разница в форматах и ​​адресном пространстве, поэтому мы их опустим. 

Сложность заголовка

Как и все другие сетевые протоколы, протокол Интернета также имеет заголовки. Заголовки предоставляют важную информацию, необходимую для работы с полезной нагрузкой протокола.

В IPv4 размер заголовка значительно больше, и это означает, что маршрутизаторам приходится работать интенсивнее для обработки пакетов IPv4. Вот некоторые важные компоненты заголовка IPv4.

• Имеет двенадцать полей
• Содержит как исходный, так и целевой адрес, где каждый адрес имеет длину 32 бита.
• Определяет время жизни (TTL) каждого пакета.
• Имеет контрольную сумму заголовка для обнаружения ошибок.
• Имеет различные возможности добавления функций, но это также приводит к большей сложности.

С другой стороны, IPv6 имеет гораздо более простые заголовки.

• В нем всего восемь полей.
• Поле контрольной суммы отсутствует, поскольку обработка ошибок отнесена к другому уровню модели OSI.
• Нет поля опций. Для добавления дополнительных функций используются заголовки расширений.
• Имеет заголовки фиксированной длины.

Функции безопасности

Сейчас безопасность является неотъемлемой частью Интернета, но изначально о ней думали не так уж и много.

IPv4 был небезопасен по умолчанию. IPsec был создан позже для шифрования IP-пакетов. Поэтому в IPv4 IPsec необходимо настраивать вручную.

С другой стороны, IPv6 имеет встроенное шифрование и аутентификацию, поэтому по умолчанию он более безопасен.

Вещание и многоадресная передача

Пакеты IPv4 транслируются в сети. Широковещательная передача означает, что сигнал отправляется всем устройствам в сети, независимо от того, предназначался ли он им или нет. Устройства, не имеющие отношения к рассматриваемым пакетам, игнорируют их, в то время как остальные используют их.

Трансляция перегружает сеть, перегружая ее ненужным трафиком, поэтому это не лучшее решение.

Пакеты IPv6, с другой стороны, являются многоадресными, а не широковещательными. Многоадресная рассылка отличается от широковещательной тем, что она передает пакеты только определенным устройствам, а не всей сети. Это более эффективное решение, которое снижает перегрузку сети.

Обработка фрагментации

Фрагментация пакетов — это разбиение пакета на несколько более мелких пакетов (т. е. фрагментов) для обеспечения возможности их передачи в сегмент сети. 

Фрагментация необходима, когда сегменты сети не могут обрабатывать пакеты, размер которых превышает определенный размер. 

В IPv4 фрагментация обрабатывается маршрутизаторами. Им приходится обрабатывать фрагментацию, что создает задержки.

В IPv6 отправитель обрабатывает фрагментацию. Отправитель создает пакеты оптимального размера, чтобы их не нужно было фрагментировать. Это уменьшает объем обработки, которую должны выполнять маршрутизаторы, поэтому маршрутизация становится более эффективной и быстрой.

Совместимость

IPv4 и IPv6 несовместимы друг с другом. Вы не можете отправить пакет IPv6 по сети IPv4 и наоборот.

Однако, поскольку IPv4 гораздо более распространен, трафик IPv6 должен работать в сетях IPv4. 

Сегодня используются два решения:

• Dual-Stack – Устройства одновременно поддерживают протоколы IPv4 и IPv6.
• Tunneling – Трафик IPv6 упаковывается в пакеты IPv4 для отправки по сети IPv4.

IPv4 против IPv6: краткое изложение

Заключение

Вот вам и различия между IPv4 и IPv6. Внедрение IPv6 становится все более распространенным, поэтому неплохо бы узнать об этом. Главным препятствием для внедрения IPv6 являются затраты, связанные с обновлением сетевой инфраструктуры для обеспечения функциональности IPv6. Однако через несколько лет это уже не будет проблемой, поскольку правительства и интернет-провайдеры работают над заменой старой инфраструктуры. На этом мы завершаем обсуждение IPv4 и IPv6.