Пояснення різниці між IPv4 та IPv6

Інтернет – це сукупність мільярдів пристроїв, підключених один до одного через різні мережі. Усі ці пристрої мають бути однозначно ідентифікованими, щоб полегшити зв’язок.

Це робиться через IP-адреси. IP означає Інтернет-протокол. Що таке Інтернет-протокол? 

Інтернет-протокол визначає спосіб маршрутизації та адресації даних через Інтернет. 

Однією зі складових Інтернет-протоколу є IP-адреса. IP-адреса — це унікальне десяткове або шістнадцяткове число, призначене пристрою, підключеному до Інтернету. Усі пристрої в Інтернеті використовують IP-адреси для пошуку та підключення один до одного. 

Без IP-адреси неможливо взаємодіяти з пристроєм в Інтернеті. Ось чому потрібні IP-адреси. 

Сьогодні використовуються два основних типи IP-адрес: IPv4 і IPv6. IPv4 є найпоширенішою, старішою та зрілішою версією, тоді як IPv6 є новішою та кращою версією.

Звичайно, ви могли подумати: "Чому існує дві версії?" і, що більш важливо, "Які вони відрізняються?" Ми відповімо на обидва ці питання, починаючи з цього моменту.

Що таке IPv4

Адреси IPv4 є 32-розрядними десятковими числами. Формат цих адрес складається з чотирьох сегментів чисел від 0 до 255, розділених крапками. Наприклад:

192.168.1.1

Це адреса IPv4. 

Адресний простір IPv4, тобто кількість унікальних комбінацій, які можна створити, становить приблизно 4 мільярди. На жаль, завдяки поширенню смартфонів і пристроїв Інтернету речей в Інтернеті існує понад 4 мільярди пристроїв. 

У результаті адресний простір IPv4 повністю використано, а це означає, що новим пристроям не можна призначати унікальну адресу IPv4. Таким чином, пристрої повинні повторно використовувати старі адреси, коли вони доступні, і покладатися на недосконалі рішення, такі як NAT. Це явище називається виснаженням IPv4.

Що таке IPv6

Адреси IPv6 є ще однією спробою впоратися з насиченим адресним простором IPv4. Ось чому адреса IPv6 складається з 128-бітного шістнадцяткового числа. 

Адреси IPv6 складаються з восьми сегментів, відомих як октети, і кожен октет може мати шістнадцяткове значення в діапазоні від 0000 до FFFF. Кожен сегмент відокремлюється крапкою з комою. Ось як виглядає типова адреса IPv6.

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

У IPv6 будь-які октети, які мають лише нулі, можна приховати, а також усі нулі, які стоять на початку октету, також можна приховати. Отже, наведений вище приклад теж може виглядати так.

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

Адресний простір IPv6 становить 300 Decillion. Це астрономічне число унікальних IP-адрес. 

Чому було створено IPv6?

IPv6 був створений для вирішення проблеми обмеженого адресного простору в IPv4. Розберемося в цьому докладніше.

Дилема адресного простору IPv4 і NAT

IPv4 використовує весь адресний простір. Організація, відповідальна за призначення IP-адрес різним провайдерам (Ripe NCC), оголосила, що в листопаді 2019 року адресний простір IPv4 офіційно вичерпано.

Для боротьби зі швидким скороченням адресного простору було створено техніку під назвою NAT або трансляція мережевих адрес. Ця техніка дозволяє кільком пристроям використовувати одну IP-адресу. Технологія NAT була створена в 1990-х роках, тому що на той час вичерпання IPv4 було наперед вирішеним.

Використання NAT також створило те, що ми зараз називаємо публічними та приватними IP-адресами. Приватна IP-адреса призначається одному пристрою. Однак він не поширюється в Інтернеті. Він використовується лише у внутрішній мережі. Таким чином, багато пристроїв у різних мережах можуть мати однакову приватну IP-адресу.

Загальнодоступна IP-адреса призначається точці доступу до Інтернету (ваш домашній маршрутизатор або пристрій WiFi). Усі пристрої, підключені до однієї точки доступу, використовуватимуть її публічну IP-адресу для підключення до решти Інтернету.

Точка доступу знає, як спрямувати трафік на правильний пристрій, використовуючи його MAC-адресу. Він може відстежувати всі запити на інтернет-ресурси та пристрій, з якого вони надходять, тому весь вхідний трафік із певного інтернет-ресурсу автоматично перенаправляється на пристрій, з якого він походить.

Ви можете скористатися онлайн-інструментом, щоб перевірити свою публічну IP-адресу. Це інструменти, які можуть перевіряти та повідомляти вам вашу загальнодоступну IP-адресу. У конфігурації NAT використання таких інструментів має повертати однакову IP-адресу для всіх пристроїв.

Щоб перевірити свою приватну IP-адресу, потрібно використовувати системні команди, наприклад ipconfig, у командному рядку або терміналі. 

Проблеми з NAT

Хоча NAT є рішенням, воно має досить недоліки. Нижче наведено деякі його недоліки, які вимагають переходу на IPv6.

• Складна конфігурація: Налаштування й керування NAT може бути складним, особливо для великих мереж.
• Порушує пряме спілкування: NAT порушує наскрізний зв’язок, викликаючи проблеми з протоколом (e.g., VoIP or P2P apps).
• Накладні витрати на продуктивність: NAT додає додаткову обробку, яка може сповільнити роботу мережі.
• Проблеми з деякими протоколами: Такі протоколи, як IPsec і FTP, вимагають додаткових процедур і зусиль, щоб добре працювати з NAT.
• Обмежені публічні IP-адреси: Спільне використання однієї публічної IP-адреси багатьма пристроями може обмежити кількість одночасних підключень.
• Важко відстежити пристрої: Важко відстежити, який внутрішній пристрій відповідає за дію, оскільки кілька пристроїв мають одну публічну IP-адресу.
• Проблеми з програмою P2P: Одноранговим програмам часто важко підключитися через обмеження NAT.
• Проблеми в послугах хостингу: Послуги хостингу за NAT вимагають складних конфігурацій, таких як переадресація портів.
• Ненадійне рішення безпеки: NAT приховує внутрішні IP-адреси, але не забезпечує реальних заходів безпеки, таких як шифрування.

Як IPv6 вирішує ці проблеми

Як ми зазначали раніше, адресний простір IPv6 становить 300 децилійонів. Це 33 нулі після 300. Ось як це виглядає.

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

Це величезний адресний простір. Фактично, цього достатньо, щоб надати унікальну IP-адресу всім пристроям на Землі, і при цьому залишиться багато місця. Це означає, що NAT також не потрібен. Таким чином, за допомогою IPv6 ми можемо уникнути всіх недоліків використання NAT.

Чим відрізняються IPv4 і IPv6

Тепер, коли ми знаємо основи про IPv4 та IPv6, давайте перевіримо їх основні відмінності.

Ми вже знаємо про різницю у форматі та адресному просторі, тому залишимо їх поза увагою. 

Складність заголовка

Як і всі інші мережеві протоколи, Інтернет-протокол також має заголовки. Заголовки надають важливу інформацію, необхідну для роботи з корисним навантаженням протоколу.

У IPv4 розмір заголовка значно більший, і це означає, що маршрутизаторам доводиться більше працювати для обробки пакетів IPv4. Ось деякі з важливих компонентів заголовка IPv4.

• Має дванадцять полів
• Містить адреси джерела та призначення, де кожна адреса має 32 біти
• Визначає час життя (TTL) кожного пакета
• Має контрольну суму заголовка для виявлення помилок
• Має різні варіанти додавання функцій, але це також призводить до більшої складності.

IPv6, з іншого боку, має набагато простіші заголовки

• Він має лише вісім полів.
• Немає поля контрольної суми, оскільки обробку помилок віднесено до іншого рівня моделі OSI.
• Немає поля параметрів. Щоб додати більше функцій, натомість використовуються заголовки розширення.
• Має заголовки фіксованої довжини.

Функції безпеки

Зараз безпека є невід’ємною частиною Інтернету, але спочатку про безпеку думали пізніше. 

IPv4 був незахищеним за замовчуванням. IPsec був створений пізніше для шифрування IP-пакетів. Отже, в IPv4 IPsec потрібно налаштовувати вручну.

IPv6, з іншого боку, має вбудоване шифрування та автентифікацію, тому за замовчуванням є більш безпечним. 

Трансляція та багатоадресна передача

Пакети IPv4 транслюються в мережі. Трансляція означає, що сигнал надсилається на всі пристрої в мережі, незалежно від того, призначений він для них чи ні. Пристрої, які не мають відношення до пакетів, про які йдеться, ігнорують їх, тоді як інші використовують їх.

Трансляція перевантажує мережу, переповнюючи її непотрібним трафіком, тому це не є гарним рішенням.

Пакети IPv6, з іншого боку, є груповими, а не широкомовними. Багатоадресна розсилка відрізняється від широкомовної передачі тим, що вона передає пакети лише на певні пристрої, а не на всю мережу. Це більш ефективне рішення, яке зменшує перевантаження мережі.

Обробка фрагментації

Фрагментація пакетів означає розбиття пакетів на кілька менших пакетів (тобто фрагментів), щоб гарантувати їх передачу до сегмента мережі. 

Фрагментація необхідна, коли сегменти мережі не можуть обробляти пакети, розмір яких перевищує певний розмір. 

У IPv4 фрагментація обробляється маршрутизаторами. Вони мають обробляти фрагментацію, яка створює затримки.

У IPv6 відправник обробляє фрагментацію. Відправник створює пакети оптимального розміру, тому їх не потрібно фрагментувати. Це зменшує обсяг обробки, який мають виконувати маршрутизатори, тому маршрутизація ефективніша та швидша.

Сумісність

IPv4 і IPv6 несумісні між собою. Ви не можете надіслати пакет IPv6 через мережу IPv4 і навпаки.

Однак, оскільки IPv4 набагато поширеніший, трафік IPv6 потребує способу роботи в мережах IPv4. 

Сьогодні використовуються два рішення:

• Подвійний стек – пристрої одночасно працюють з IPv4 і IPv6.
• Тунелювання – трафік IPv6 загортається в пакети IPv4 для надсилання через мережу IPv4

Підсумок IPv4 VS IPv6

Висновок

Ось і все, відмінності між IPv4 і IPv6. Прийняття IPv6 стає все більш поширеним, тому варто дізнатися про це. Основними перешкодами на шляху впровадження IPv6 є витрати, пов’язані з оновленням мережевої інфраструктури для забезпечення функціональності IPv6. Однак через кілька років це більше не буде проблемою, оскільки уряди та провайдери працюють над заміною старої інфраструктури. На цьому наша дискусія про IPv4 та IPv6 завершується.