IPv4 Vs IPv6-Giải thích sự khác biệt

Internet là tập hợp hàng tỷ thiết bị được kết nối với nhau thông qua các mạng khác nhau. Tất cả các thiết bị này phải có thể nhận dạng duy nhất để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp.

Điều đó được thực hiện thông qua địa chỉ IP. IP là viết tắt của Giao thức Internet. Giao thức Internet là gì? 

Giao thức Internet quản lý cách dữ liệu được định tuyến và định địa chỉ trên Internet. 

Một trong những thành phần của Giao thức Internet là địa chỉ IP. Địa chỉ IP là số thập phân hoặc thập lục phân duy nhất được gán cho một thiết bị được kết nối với Internet. Tất cả các thiết bị trên Internet đều sử dụng địa chỉ IP để tìm và kết nối với nhau. 

Nếu không có địa chỉ IP, không thể tương tác với một thiết bị trên Internet. Đây là lý do tại sao địa chỉ IP là cần thiết. 

Ngày nay, có hai loại địa chỉ IP chính đang được sử dụng: IPv4 và IPv6. IPv4 là phiên bản được sử dụng phổ biến nhất, cũ hơn và hoàn thiện hơn, trong khi IPv6 là phiên bản mới hơn và tốt hơn.

Tất nhiên, bạn có thể đã nghĩ, “Tại sao lại có hai phiên bản?” và quan trọng hơn, “Sự khác biệt của chúng là gì?” Chúng tôi sẽ trả lời cả hai câu hỏi này, bắt đầu từ bây giờ.

IPv4 là gì

Địa chỉ IPv4 là số thập phân 32 bit. Định dạng cho các địa chỉ này bao gồm bốn phân đoạn số từ 0 đến 255 và được phân tách bằng dấu chấm. Ví dụ:

192.168.1.1

Đó là địa chỉ IPv4. 

Không gian địa chỉ, là số lượng các kết hợp duy nhất có thể được tạo ra, của IPv4 là khoảng 4 tỷ. Thật không may, có nhiều hơn 4 tỷ thiết bị trên internet do sự gia tăng của điện thoại thông minh và thiết bị IoT. 

Do đó, không gian địa chỉ IPv4 đã được sử dụng hoàn toàn, nghĩa là các thiết bị mới không thể được gán một địa chỉ IPv4 duy nhất. Vì vậy, các thiết bị phải sử dụng lại các địa chỉ cũ bất cứ khi nào chúng khả dụng và dựa vào các giải pháp không hoàn hảo như NAT. Hiện tượng này được gọi là Sự cạn kiệt IPv4.

IPv6 là gì

Địa chỉ IPv6 là một nỗ lực khác để giải quyết không gian địa chỉ bão hòa của IPv4. Đó là lý do tại sao địa chỉ IPv6 bao gồm một số thập lục phân 128 bit. 

Địa chỉ IPv6 bao gồm tám phân đoạn được gọi là octet và mỗi octet có thể có giá trị thập lục phân trong phạm vi từ 0000 đến FFFF. Mỗi phân đoạn được phân tách bằng dấu chấm phẩy. Đây là hình ảnh một địa chỉ IPv6 thông thường trông như thế nào.

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

Trong IPv6, bất kỳ octet nào chỉ có số không đều có thể được ẩn đi và tất cả số không xuất hiện ở đầu octet cũng có thể được ẩn đi. Vì vậy, ví dụ trên cũng có thể trông như thế này.

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

Không gian địa chỉ của IPv6 là 300 Decillion. Đó là một con số khổng lồ về các địa chỉ IP duy nhất. 

Tại sao IPv6 được tạo ra?

IPv6 được tạo ra để giải quyết vấn đề về không gian địa chỉ hạn chế trong IPv4. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn.

Thế tiến thoái lưỡng nan về không gian địa chỉ IPv4 & NAT

IPv4 đã sử dụng hết toàn bộ không gian địa chỉ. Tổ chức chịu trách nhiệm phân bổ địa chỉ IP cho nhiều ISP khác nhau (Ripe NCC) đã tuyên bố rằng vào tháng 11 năm 2019, không gian địa chỉ IPv4 đã chính thức cạn kiệt.

Để giải quyết tình trạng không gian địa chỉ đang nhanh chóng bị thu hẹp, một kỹ thuật có tên là NAT hay Biên dịch địa chỉ mạng đã được tạo ra. Kỹ thuật này cho phép nhiều thiết bị sử dụng cùng một địa chỉ IP. 

Kỹ thuật NAT được tạo ra vào những năm 1990 vì khi đó, tình trạng cạn kiệt IPv4 đã là điều không thể tránh khỏi.

Việc sử dụng NAT cũng tạo ra cái mà chúng ta hiện gọi là địa chỉ IP Công khai và Riêng tư. Địa chỉ IP riêng tư được gán cho một thiết bị duy nhất. Tuy nhiên, nó không được chia sẻ trên internet. Nó chỉ được sử dụng trong mạng nội bộ. Do đó, nhiều thiết bị trong các mạng khác nhau có thể có cùng một IP riêng tư.

Địa chỉ IP công khai được gán cho một điểm truy cập internet (bộ định tuyến gia đình hoặc thiết bị WiFi của bạn). Tất cả các thiết bị được kết nối với một điểm truy cập sẽ sử dụng địa chỉ IP công khai của điểm đó để kết nối với phần còn lại của internet.

Điểm truy cập biết cách định tuyến lưu lượng đến đúng thiết bị bằng địa chỉ MAC của điểm đó. Nó có thể theo dõi tất cả các yêu cầu về tài nguyên internet và thiết bị mà chúng bắt nguồn, do đó, tất cả lưu lượng truy cập đến từ một tài nguyên internet cụ thể sẽ tự động được chuyển hướng đến thiết bị mà nó bắt nguồn.

Bạn có thể sử dụng công cụ trực tuyến để kiểm tra địa chỉ IP công khai của bạn. Đây là những công cụ có thể kiểm tra và báo cáo địa chỉ IP công khai của bạn cho bạn. Trong cấu hình NAT, việc sử dụng các công cụ như vậy sẽ trả về cùng một địa chỉ IP cho tất cả các thiết bị.

Để kiểm tra IP riêng của bạn, bạn phải sử dụng lệnh hệ thống như ipconfig trong dấu nhắc lệnh hoặc thiết bị đầu cuối. 

Các vấn đề với NAT

Mặc dù NAT là một giải pháp, nhưng nó có khá nhiều lỗi. Dưới đây là một số nhược điểm của nó, đòi hỏi phải chuyển sang IPv6.

• Cấu hình phức tạp: Thiết lập và quản lý NAT có thể phức tạp, đặc biệt là đối với các mạng lớn.
• Phá vỡ giao tiếp trực tiếp: NAT phá vỡ giao tiếp đầu cuối, gây ra các sự cố về giao thức (ví dụ: ứng dụng VoIP hoặc P2P).
• Chi phí hiệu suất: NAT thêm quá trình xử lý bổ sung, có thể làm chậm hiệu suất mạng.
• Vấn đề với một số giao thức: Các giao thức như IPsec và FTP yêu cầu các quy trình và nỗ lực bổ sung để hoạt động tốt với NAT.
• IP công cộng hạn chế: Chia sẻ một IP công cộng duy nhất giữa nhiều thiết bị có thể hạn chế số lượng kết nối đồng thời.
• Khó theo dõi thiết bị: Khó theo dõi thiết bị nội bộ nào chịu trách nhiệm cho một hành động vì nhiều thiết bị chia sẻ một IP công cộng IP.
• Các vấn đề về ứng dụng P2P: Các ứng dụng ngang hàng thường gặp khó khăn khi kết nối do các hạn chế của NAT.
• Những thách thức trong dịch vụ lưu trữ: Các dịch vụ lưu trữ đằng sau NAT yêu cầu các cấu hình phức tạp như chuyển tiếp cổng.
• Không phải là giải pháp bảo mật mạnh mẽ: NAT ẩn IP nội bộ nhưng không cung cấp các biện pháp bảo mật thực sự như mã hóa.

IPv6 giải quyết các vấn đề này như thế nào

Như chúng tôi đã nêu trước đó, không gian địa chỉ của IPv6 là 300 Decillion. Đó là 33 số 0 theo sau số 300. Đây là hình ảnh trông như thế nào.

300.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

Đó là một không gian địa chỉ rộng lớn. Trên thực tế, đó là đủ không gian để cung cấp một địa chỉ IP duy nhất cho tất cả các thiết bị trên Trái đất và vẫn còn nhiều chỗ trống. Điều này có nghĩa là không cần NAT nữa. Do đó, với IPv6, chúng ta có thể tránh được mọi nhược điểm khi sử dụng NAT.

IPv4 và IPv6 khác nhau như thế nào

Bây giờ chúng ta đã biết những điều cơ bản về cả IPv4 và IPv6, hãy cùng xem xét những điểm khác biệt chính của chúng.

Chúng ta đã biết về những thứ như sự khác biệt về định dạng và không gian địa chỉ, vì vậy chúng ta sẽ bỏ qua chúng. 

Độ phức tạp của tiêu đề

Giống như tất cả các giao thức mạng khác, Giao thức Internet cũng có tiêu đề. Tiêu đề cung cấp thông tin quan trọng cần thiết để xử lý tải trọng của giao thức.

Trong IPv4, kích thước tiêu đề lớn hơn đáng kể và điều này có nghĩa là bộ định tuyến phải làm việc nhiều hơn để xử lý các gói tin IPv4. Sau đây là một số thành phần quan trọng của tiêu đề IPv4.

• Nó có mười hai trường
• Chứa cả địa chỉ nguồn và đích, trong đó mỗi địa chỉ là 32 bit
• Xác định thời gian tồn tại (TTL) của mỗi gói tin
• Có tổng kiểm tra tiêu đề để phát hiện lỗi
• Có nhiều tùy chọn khác nhau để thêm chức năng, nhưng điều đó cũng dẫn đến phức tạp hơn.

Ngược lại, IPv6 có tiêu đề đơn giản hơn nhiều.

• Nó chỉ có tám trường.
• Không có trường tổng kiểm tra vì việc xử lý lỗi được chuyển sang một lớp khác của mô hình OSI.
• Không có trường tùy chọn. Để thêm nhiều chức năng hơn, tiêu đề mở rộng được sử dụng thay thế.
• Có tiêu đề có độ dài cố định.

Tính năng bảo mật

Bảo mật hiện là một phần không thể thiếu của Internet, nhưng ban đầu, bảo mật chỉ là một ý nghĩ sau này. 

IPv4 không an toàn theo mặc định. IPsec được tạo ra sau đó để mã hóa các gói IP. Vì vậy, trong IPv4, IPsec phải được cấu hình thủ công.

Ngược lại, IPv6 có mã hóa và xác thực tích hợp, vì vậy theo mặc định, nó an toàn hơn. 

Phát sóng và Đa hướng

Các gói IPv4 được phát sóngtrong một mạng. Phát sóng có nghĩa là một tín hiệu được gửi đến tất cả các thiết bị trong mạng, bất kể tín hiệu đó có dành cho các thiết bị đó hay không. Các thiết bị không liên quan đến các gói tin đang được đề cập sẽ bỏ qua chúng, trong khi các thiết bị khác sử dụng chúng.

Phát sóng làm tắc nghẽn mạng bằng cách làm tràn ngập mạng bằng lưu lượng không cần thiết, do đó, đây không phải là giải pháp tốt.

Mặt khác, các gói tin IPv6 là đa hướng thay vì phát sóng. Đa hướng khác với phát sóng ở chỗ nó chỉ truyền các gói tin đến một số thiết bị nhất định thay vì toàn bộ mạng. Đây là giải pháp hiệu quả hơn giúp giảm tắc nghẽn mạng.

Xử lý phân mảnh

Phân mảnh gói tin đề cập đến việc chia một gói tin thành nhiều gói tin nhỏ hơn (tức là các phân mảnh) để đảm bảo chúng có thể được truyền đến một phân đoạn mạng. 

Phân mảnh là bắt buộc khi các phân đoạn mạng không thể xử lý các gói tin lớn hơn một kích thước nhất định. 

Trong IPv4, phân mảnh được xử lý bởi các bộ định tuyến. Chúng phải xử lý phân mảnh, tạo rachậm trễ.

Trong IPv6, người gửi xử lý việc phân mảnh. Người gửi tạo các gói có kích thước tối ưu để chúng không cần phải phân mảnh. Điều này làm giảm quá trình xử lý mà bộ định tuyến phải thực hiện, do đó việc định tuyến hiệu quả hơn và nhanh hơn.

Khả năng tương thích

IPv4 và IPv6 không tương thích với nhau. Bạn không thể gửi một gói IPv6 qua mạng IPv4 và ngược lại.

Tuy nhiên, vì IPv4 phổ biến hơn nhiều nên lưu lượng IPv6 cần có cách để hoạt động trên mạng IPv4. 

Hai giải pháp đang được sử dụng hiện nay là:

• Dual-Stack – Thiết bị chạy cả IPv4 và IPv6 cùng lúc.
• Đường hầm – Lưu lượng IPv6 được gói trong các gói IPv4 để gửi qua mạng IPv4

Tóm tắt IPv4 so với IPv6

Kết luận

Bạn thấy đấy, sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6. Việc áp dụng IPv6 đang trở nên phổ biến hơn, vì vậy, bạn nên tìm hiểu về nó. Rào cản lớn nhất trong việc áp dụng IPv6 là chi phí liên quan đến việc nâng cấp cơ sở hạ tầng mạng để hỗ trợ chức năng IPv6. Tuy nhiên, trong một vài năm nữa, điều đó sẽ không còn là vấn đề nữa vì các chính phủ và ISP đang nỗ lực thay thế cơ sở hạ tầng cũ. Như vậy là kết thúc cuộc thảo luận của chúng ta về IPv4 và IPv6.