Мир сетей держится на интернет-протоколе (IP) - наборе правил, определяющих отправку, получение и адресацию пакетов данных в сети. Со временем спрос на IP-адреса рос в геометрической прогрессии, что привело к переходу от IPv4 к IPv6. В этом блоге рассматривается тема "IPv4 против IPv6: в чем разница? В частности, их соответствующие преимущества и почему IPv6 считается будущим интернета.
Оглавление
Что такое протокол Интернета (IP)?
Протокол Интернета (IP) - это набор правил, регулирующих передачу и прием данных по сетям. Являясь основой интернета, он облегчает связь между устройствами, предоставляя уникальные адреса и управляя маршрутизацией пакетов данных. Каждое устройство, подключенное к сети, присваивает себе IP-адрес, гарантируя, что информация дойдет до нужного адресата.
Как IP Произведения:
Обращение к сайту: Сетевое устройство присваивает каждому устройству уникальный идентификатор - IP-адрес (например, 192.168.1.1 для IPv4 или более длинную шестнадцатеричную строку для IPv6). Благодаря этому устройства могут отправлять и получать данные без путаницы.
Пакетирование: Система разбивает большие данные на более мелкие фрагменты, называемые пакетами, каждый из которых содержит IP-адреса источника и назначения.
Маршрутизация: Эти пакеты проходят через ряд маршрутизаторов и коммутаторов, используя IP-адрес, чтобы направить их к месту назначения.
Сборка: В пункте назначения система собирает пакеты в исходную форму.
Версии IP:
IPv4 (Версия протокола Интернета 4): Наиболее часто используемая версия, характеризующаяся 32-битной схемой адресации.
IPv6 (Протокол Интернета версии 6): Более новый протокол, разработанный для преодоления ограничений IPv4 с 128-битным адресным пространством и расширенными возможностями.
Что такое IPv4?
Что такое IPv4?
Целевая группа по разработке Интернета (IETF) создала IPv4, или Протокол Интернета версии 4, в качестве четвертой итерации Протокола Интернета в 1983 году. Он является основой современной интернет-коммуникации, выступая в качестве основного протокола для присвоения уникальных числовых адресов устройствам. Благодаря 32-битной структуре адресов IPv4 позволяет использовать около 4,3 миллиарда уникальных адресов.
Благодаря простоте конструкции и раннему внедрению IPv4 стал самым распространенным протоколом для сетевых коммуникаций. Он используется для идентификации устройств в сети, обеспечивая правильную маршрутизацию пакетов данных от отправителя к получателю.
Расширенная информация:
- Адреса IPv4 обычно отображаются в десятичном формате с точками, например
192.168.0.1. - Он поддерживает такие функции, как подсети, которые разделяют большую сеть на более мелкие, управляемые сегменты.
- Несмотря на ограничения адресного пространства IPv4, сетевые администраторы широко применяют такие методы, как трансляция сетевых адресов (NAT), чтобы расширить возможности его использования.
Плюсы и минусы IPv4
Плюсы:
- Широкомасштабное внедрение: На протяжении десятилетий протокол IPv4 утвердился в качестве стандарта де-факто, обеспечивая его поддержку практически всеми сетевыми устройствами, системами и программным обеспечением.
- Простота: 32-битная система адресов проста, что делает IPv4 легким в настройке и реализации.
- Совместимость: Поскольку он широко используется, он обеспечивает совместимость в различных сетевых средах.
Cons:
- Устранение истощения: Стремительный рост числа подключенных к Интернету устройств (например, гаджетов IoT и смартфонов) почти исчерпал лимит в 4,3 миллиарда адресов, что привело к необходимости таких решений, как IPv6.
- Ограничения безопасности: IPv4 не был разработан с учетом современных требований безопасности. В нем отсутствуют встроенные функции шифрования и аутентификации, что делает его уязвимым для таких угроз, как подмена IP-адресов.
- Неэффективность: Использование NAT для компенсации нехватки адресов может привести к усложнению сети и снижению ее эффективности.
Что такое IPv6?
Что такое IPv6?
Разработчики создали протокол IPv6 (Internet Protocol version 6), чтобы устранить недостатки протокола IPv4, включая ограниченное адресное пространство и отсутствие современных функций. Введенный в конце 1990-х годов, протокол IPv6 использует 128-битную схему адресов, предоставляя около 340 дециллионов уникальных IP-адресов - достаточно, чтобы удовлетворить постоянно растущее число подключенных к Интернету устройств. Кроме того, IPv6 предоставляет расширенные функциональные возможности, такие как повышенная безопасность, улучшенная маршрутизация и беспрепятственная интеграция с новыми технологиями, такими как IoT (Интернет вещей).
- Формат адресации: Адреса IPv6 строятся в шестнадцатеричном формате, состоящем из восьми групп по четыре шестнадцатеричных цифры, разделенных двоеточиями (например, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). Для упрощения читаемости можно опустить последовательные нули в IPv6-адресе и заменить их двойным двоеточием (::), но такой пропуск может быть только один раз в адресе (например, 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334).
- Гибкость и расширяемость: По замыслу разработчиков IPv6 должен быть более гибким и расширяемым, позволяя в будущем разрабатывать новые функции и протоколы без нарушения существующей функциональности.
- Отказ от NAT: IPv6 не требует трансляции сетевых адресов (NAT), поскольку предоставляет достаточно адресов, чтобы каждое устройство имело уникальный, глобально маршрутизируемый адрес. Это устраняет сложность и потенциальные проблемы безопасности, связанные с NAT в сетях IPv4.
Плюсы и минусы IPv6
Плюсы:
- Расширенный адресное пространство: Обширный пул адресов IPv6 обеспечивает масштабируемость на десятилетия, удовлетворяя потребности интеллектуальных устройств и сетей IoT.
- Повышенная безопасность: В протокол IPv6 встроен протокол IPsec, обеспечивающий шифрование и аутентификацию для защиты целостности и конфиденциальности данных.
- Улучшенная производительность: Например, такие функции, как упрощенная структура заголовков и отказ от трансляции сетевых адресов (NAT), повышают эффективность и снижают задержки.
- Поддержка современных технологий: Разработанный для IoT, протокол IPv6 упрощает связь и управление устройствами.
Конс:
- Проблемы переходного периода: Переход с IPv4 на IPv6 требует существенного обновления инфраструктуры, включая оборудование, программное обеспечение и специалистов.
- Совместимость вопросы: Некоторые устаревшие системы и приложения до сих пор не имеют полной поддержки IPv6, что приводит к потенциальным трудностям интеграции.
IPv4 против IPv6: в чем разница?
| Характеристика | IPv4 | IPv6 |
| Поля | 10 основных полей (заголовок + опции) | 8 основных полей (упрощенный заголовок) |
| Длина адреса | 32 бита | 128 бит |
| Количество адресов | ~4,3 млрд. | ~340 недециллионов (примерно 3,4 x 10^38) |
| Адресное пространство | Исчерпано (с NAT и CIDR) | Практически неограниченно |
| Занятия | Адресация на основе классов (A, B, C, D, E) | Иерархическая адресация (CIDR-подобная) |
| Конфигурация адреса | Вручную, DHCP или APIPA | SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration) или DHCPv6 |
| VLSM (маскирование подсети переменной длины) | Поддерживается | Поддерживается (более эффективно за счет большего адресного пространства) |
| Меры безопасности | Ограниченный (IPSec опционально) | Усовершенствованный IPsec (обязательный в некоторых реализациях) |
| Фрагментация | Поддерживается отправителем и маршрутизаторами (но не рекомендуется) | Поддерживается только отправителем (маршрутизаторы не фрагментируют). |
| Идентификация потока пакетов | Отсутствуют метки потока | Для более эффективного управления дорожным движением предусмотрены метки потока |
| Шифрование и аутентификация | Не присуще (IPSec опционально) | Неотъемлемая часть IPsec (обязательна в средах, где используется только IPv6) |
| Схема передачи | Широковещательная и одноадресная рассылка | Многоадресная рассылка, любая передача и одноадресная рассылка |
| Конечное соединение | Может потребоваться NAT для частной адресации | Отсутствие NAT, истинное сквозное подключение |
| Контрольная сумма | Контрольная сумма заголовка присутствует | Без контрольной суммы заголовка (упрощенная обработка) |
| Параметры заголовка | Сложные и переменные (опции могут увеличить размер заголовка) | Упрощенные и фиксированные размеры (расширения рассматриваются отдельно) |
| Трансляция сетевых адресов (NAT) | Часто используется для сохранения адресов | Не требуется (из-за большого адресного пространства) |
| Адрес Скоуп | Одноадресная, широковещательная и ограниченная многоадресная рассылка | Unicast, anycast и multicast (более гибкие). |
| Длина заголовка | Переменная (20-60 байт с опциями) | Фиксированный (40 байт) |
| Заголовки расширений | Не используется | Используется для дополнительных функций (например, маршрутизации, фрагментации). |
| QoS (качество обслуживания) | Ограниченная поддержка (поле "Тип обслуживания") | Расширенная поддержка (поля Flow Label и Traffic Class) |
| ICMP (протокол управляющих сообщений Интернета) | ICMPv4 | ICMPv6 (с новыми типами сообщений и кодами) |
| ARP (протокол разрешения адресов) | ARP используется для разрешения IPv4-адресов на MAC-адреса | Протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol) используется для разрешения IPv6-адресов на MAC-адреса. |
| DNS (система доменных имен) | Введены записи AAAA для адресов IPv6 | Двухэтапное разрешение DNS (записи A и AAAA) |
В чем преимущество IPv6 перед IPv4?
IPv6 обладает многочисленными преимуществами по сравнению с IPv4, такими как:
- Неограниченная адресация:
- Устраняет риск исчерпания адресов: IPv6 предоставляет гораздо большее адресное пространство (3,4 x 10^38 адресов) по сравнению с IPv4 (4,3 миллиарда адресов). Это гарантирует, что каждое устройство, подключенное к Интернету, будет иметь уникальный IP-адрес, что устраняет необходимость использования таких методов, как NAT (трансляция сетевых адресов) и подсети для сохранения адресов.
- Упрощает управление сетью: Имея уникальные адреса для каждого устройства, сетевые администраторы могут легче управлять сетями и устранять неполадки.
- Интегрированная безопасность:
- Обеспечивает целостность и конфиденциальность данных: В IPv6 встроена поддержка IPsec (Internet Protocol Security), которая обеспечивает аутентификацию, целостность и шифрование IP-пакетов. Следовательно, это помогает защитить данные от подслушивания, подделки и других видов атак.
- Уменьшение накладных расходов на безопасность: IPv6 обладает рядом преимуществ по сравнению со своим предшественником, IPv4. Одно из этих преимуществ - возможность интегрировать функции безопасности непосредственно в протокол. Таким образом, IPv6 позволяет снизить потребность в дополнительном программном и аппаратном обеспечении безопасности, что снижает затраты и сложность.
- Усовершенствованная маршрутизация:
- Уменьшение задержки: IPv6 упрощает заголовки пакетов, уменьшая их размер и сложность. Это может привести к ускорению обработки пакетов и снижению задержек, что важно для приложений реального времени, таких как видеоконференции и онлайн-игры.
- Повышает эффективность работы сети: Более простые заголовки также означают, что маршрутизаторы могут обрабатывать пакеты более эффективно, уменьшая перегрузку сети и повышая общую производительность.
- Масштабируемость:
- Идеально подходит для Интернета вещей (IoT): Обширное адресное пространство IPv6 особенно хорошо подходит для Интернета вещей (IoT), где миллиарды устройств будут подключаться к Интернету. Благодаря этому каждое устройство может иметь свой собственный уникальный адрес, что, в свою очередь, способствует лучшему управлению устройствами, безопасности и совместимости. Все эти преимущества имеют решающее значение для обеспечения бесперебойной и безопасной работы IoT-устройств в различных приложениях.
- Поддержка будущего роста: При использовании IPv6 не нужно беспокоиться об исчерпании адресов, даже если количество подключенных устройств продолжает расти в геометрической прогрессии.
- Эффективный поток данных:
- Поддержка многоадресной рассылки и anycast: В IPv6 реализована поддержка многоадресной и anycast-адресации, что позволяет повысить эффективность доставки данных. Многоадресная рассылка отправляет один пакет одновременно в несколько пунктов назначения, сокращая использование полосы пропускания и задержки. Anycast позволяет нескольким интерфейсам использовать один и тот же адрес, обеспечивая избыточность и балансировку нагрузки.
- Повышает производительность приложений: Эффективный поток данных имеет решающее значение для оптимизации производительности различных приложений. Эффективный поток данных позволяет повысить производительность широкого спектра приложений, таких как потоковое мультимедиа, облачные вычисления и средства совместной работы в режиме реального времени. Эти улучшения могут повысить удобство работы пользователей и общую эффективность системы.
Часто задаваемые вопросы об IPv4 и IPv6 (FAQs)
Вы можете проверить свой IP-адрес с помощью настроек системы или онлайн-инструментов. Вот некоторые методы:
Окна: Oв Командной строке введите ipconfig. Найдите поля "IPv4-адрес" и "IPv6-адрес" под используемым сетевым адаптером.
macOS: Откройте Терминал и введите ifconfig или ip a. Найдите адреса "inet" (IPv4) и "inet6" (IPv6).
Linux: Откройте терминал и введите ip a или ifconfig. Найдите адреса "inet" (IPv4) и "inet6" (IPv6).
Онлайн-инструменты: Такие сайты, как whatismyipaddress.com или ipinfo.io может показать ваши публичные адреса IPv4 и IPv6.
В большинстве современных устройств IPv6 включен по умолчанию. Если он не включен, вы можете проверить или включить его в настройках сети. Вот несколько общих шагов:
Windows: Откройте Центр управления сетями и общим доступом, щелкните используемое сетевое подключение, выберите Свойства, а затем дважды щелкните Протокол Интернета версии 6 (TCP/IPv6). Убедитесь, что выбраны опции "Получать IP-адрес автоматически" и "Получать адрес DNS-сервера автоматически".
macOS: Как правило, в большинстве систем IPv6 включен по умолчанию. Однако, чтобы проверить это и убедиться, что все настроено правильно, откройте "Системные настройки", нажмите "Сеть", выберите сетевое подключение и нажмите "Дополнительно". Перейдите на вкладку TCP/IP и найдите настройки IPv6.
Linux: Поддержка IPv6 зависит от вашего дистрибутива и сетевого менеджера. Обычно ее можно включить через графический интерфейс сетевого менеджера или путем редактирования файлов конфигурации сети.
IPv6, как правило, лучше для масштабируемости, безопасности и современных приложений. Однако IPv4 по-прежнему широко используется для совместимости со старыми системами и устройствами.
Хотя IPv6 обеспечивает лучшую маршрутизацию и эффективность заголовков, фактическая разница в скорости зависит от конфигурации сети и инфраструктуры. В большинстве случаев разница в скорости между IPv4 и IPv6 незначительна.
Широкое распространение IPv4 и его совместимость с существующими системами затрудняют его полную замену. Многие старые устройства и приложения все еще работают на базе IPv4, и переход на IPv6 может быть сложным и дорогостоящим.
IPv4 проще и лучше совместим со старыми устройствами и системами. Он также более привычен для сетевых администраторов и разработчиков, которые работают с ним уже несколько десятилетий. Однако по мере того как адресов IPv4 становится все меньше, IPv6 становится все более необходимым для новых сетей и приложений.
Основной причиной замены IPv6 на IPv4 является исчерпание адресов. Во многих регионах ограниченное адресное пространство IPv4 исчерпано, что приводит к необходимости использования NAT и других методов сохранения адресов.Следовательно, Огромное адресное пространство IPv6 необходимо для глобального масштабирования и поддержки растущего числа подключенных устройств.
Используйте IPv6, если он поддерживается вашей сетью и приложениями. IPv6 обеспечивает лучшую масштабируемость, безопасность и эффективность маршрутизации. Однако если ваша сеть или приложения не поддерживают IPv6, IPv4 остается надежным вариантом. Во многих случаях устройства и сети поддерживают одновременно IPv4 и IPv6.