Автор:
Сравнение IPv4 и IPv6. В чем их различия? Каковы их преимущества и недостатки?
На данный момент IPv4 является наиболее распространенной и широко используемой версией интернет-протокола. Хотя он по-прежнему является тем, на чем держится интернет, IPv6 (его более новая версия) постепенно завоевывает интерес.
В этом посте мы рассмотрим оба IP-протокола. Мы объясним их различия с помощью подробного технического разбора. Затем мы опишем их 11 ключевых отличий.
Содержание
- Что такое IPv4?
- Что такое IPv6?
- 11 ключевых отличий: IPv4 и IPv6
- Количество комбинаций адресов
- Различные обозначения адресов
- Методы сокращения
- Типы адресов и области их применения различаются
- Глобальные уникальные адреса в сравнении с общедоступными адресами
- Различные назначения локальных адресов
- Различия в заголовках (контрольных битах)
- Кому нужно NAT (преобразование сетевых адресов)?
- Внедрение IPSec
- Бродкасты, мультикасты и аникасты
- Сравнение IPv4 и IPv6 по скорости. Что быстрее?
- IPv6 и IPv4: таблица сравнения.
- IPv4 и IPv6 - часто задаваемые вопросы
Что такое IPv4?
IPv4 (Интернет-протокол версии 4) является доминирующим сетевым протоколом, который обеспечивает работу всей сети. Это описано в RFC 791 от 1981 года.
Размер пакета IPv4 может варьироваться в битах в зависимости от параметров и полей данных. Минимальный размер пакета IPv4 может составлять от 20 байт (для элемента управления) до максимум 60 байт. IP-пакет содержит элементы управления (заголовок) и уровни передачи данных (полезная нагрузка).
Первые четыре бита пакета (версия) указывают версию IP. Стрелка указывает на первые биты в заголовке пакета, где отображается версия протокола.
Знание того, что содержит IPv4 в своих управляющих полях, поможет вам понять принципиальные различия между IPv4 и IPv6.
Итак, давайте определим, что представляют собой эти поля пакета:
- Версия (4 бита): указывает версию пакета
- IHL (4 бита): длина интернет-заголовка определяет длину заголовка
- Тип сервиса (TOS – 8 битов): указывает, как обрабатывается дейтаграмма
- Общая длина (16 битов): длина дейтаграммы
- Идентификация (16 битов): идентифицирует фрагменты других дейтаграмм
- Флаги (3 бита): фрагмент, отсутствие фрагмента или больше фрагментов
- Офсет фрагмента (13 битов): собрать фрагменты
- Срок службы (TTL – 8 битов): определяет срок службы дейтаграммы
- Протокол (8 битов): в этом поле указывается следующий инкапсулированный протокол
- Контрольная сумма заголовка (16 битов): помогает обнаруживать поврежденные пакеты
- Адрес отправителя (32 бита): IP-адрес источника (отправителя)
- Адрес получателя (32 бита): IP-адрес получателя
- Опции (разное кол-во битов): необязательные параметры
- Данные (до 524,120 битов или 65 килобайтов): содержит IP-данные (если таковые имеются) для отправки получателю
Ниже приведено изображение того, как будет выглядеть пакет IPv4 с помощью анализатора пакетов (Wireshark). С помощью перехвата IP-пакетов вы можете определить, какие управляющие параметры используются для конкретного пакета. Как показано стрелкой (рисунок ниже), этот IP-пакет имеет версию 4. Ниже приведено шестнадцатеричное число (45), представляющее версию и длину пакета.
Интересный факт! Итак, что случилось с IPv1, IPv2, IPv3 и IPv5? IEEE и ученым потребовалось поэкспериментировать с тремя версиями (IPv1, IPv2 и IPv3), пока они не разработали полностью работоспособную схему IP-адресации: IPv4. И когда появился IPv5, он использовался в качестве эксперимента для потокового протокола (SP), поэтому ученые в области IP решили изменить название на IPv6, чтобы избежать путаницы с экспериментами.
b. Формат адреса IPv4
Компьютеры разговаривают шестнадцатеричными числами. Но поскольку шестнадцатеричный формат нелегко усваивается человеком, адреса IPv4 используют десятичную систему счисления. Адреса IPv4 записываются в десятичной системе счисления, отделяя их четыре октета (32 бита/4 = 8) точками. Каждый октет (8 бит) может находиться в десятичном диапазоне от 0 до 255. Адрес делится на идентификатор сети и идентификатор хоста, длина которых варьируется в зависимости от класса адреса IPv4 (A, B или C) и нескольких зарезервированных битов (которые определяют класс).
В качестве примера на рисунке ниже показан класс B, IPv4-адрес 172.16.254.1, 32-разрядный адрес, разделенный на четыре (8-разрядные) секции.
Интересный факт! Общая возможная комбинация IPv4—адресов составляет около 4 миллиардов - почти по одному IP-адресу на каждых двух человек в мире. Но, несмотря на такое огромное количество комбинаций, IP-адресов по-прежнему недостаточно для обеспечения связи по всему миру. Есть много причин для такого истощения, включая устройства Интернета вещей, виртуализацию, облако и особенно неправильное распределение IPv4.
2. Что такое IPv6?
Технология IPv6 определена в соответствии с RFC 2460 с соответствующими обновлениями и доработками. Адрес IPv6 использует 128-битное адресное пространство, что приводит к 2^128 адресам, в отличие от 32-битного в IPv4, что приводит к 2^32. Комбинация из 128 бит приводит к получению адресов в двоичной системе счисления, которые было бы слишком сложно запомнить человеку, поэтому IPv6 записывается в шестнадцатеричной системе счисления.
Давайте посмотрим на картинку с примером ниже. Длина IPV6-адреса (0123:4567:89ab:cdef:0123:4567:89ab:cdef) составляет 16 байт (или 128 бит). Он состоит из восьми групп по 16 бит, разделенных двоеточиями (:). Всего 8 x 16 = 128 бит.
Адреса IPv6, такие как 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329, могут быть довольно сложными в управлении, запоминании и использовании. Поэтому, IPv6 ввел такие правила, как пропуск начальных и последовательных секций нулей, чтобы помочь сократить время. Например, прежний адрес может быть сокращен до 2001:db8::ff00:42:8329 после применения этих правил.
Адреса IPv6 делятся пополам. Самые важные биты (крайние левые), 64 бита, представляют сеть и используются в качестве префикса маршрутизации в интернете. В другой половине (n-128) 64 бита наименее значимой части (крайние правые) представляют идентификатор интерфейса — и используются для хостов в локальных сетях.
a. Пакет IPv6
Форматы пакетов IPv6 и IPv4 очень похожи. IPv6 также поставляется с пространством “данных”, известным как полезная нагрузка, используемым для передачи данных, и пространством “управления”, известным как заголовок. Минимальный размер всего пакета IPv6 с заголовком и полезной нагрузкой составляет 1280 байт — фиксированные 40 байт для заголовка и “необязательная полезная нагрузка”, составляющая 1240 байт.
Когда вы смотрите на формат пакетов IPv6, вы сразу заметите, что он намного проще, чем формат IPv4. Он проще, но намного больше!
Фиксированный контрольный пакет IPv6 состоит из 320 бит (40 байт) и следующих данных:
- Версия (4 бита): первые четыре бита пакета IPv4 или IPv6 похожи; они будут определять версию IP
- Класс трафика (8 битов): определяет приоритет пакета
- Flow Label (20 битов): определяет QoS (качество обслуживания)
- Длина нагрузки (16 битов): указывает длину, зарезервированную для данных
- Следующий заголовок (8 битов): это поле указывает на следующий заголовок
- Лимит ссылок (8 битов): время жизни ограничивает максимальное количество переходов (ссылок) между двумя узлами IPv6
- Адрес отправителя (128 битов): откуда поступает пакет (источником может быть IPv4 или IPv6 в средах с двумя стеками)
- Адрес получателя (128 битов): куда направляется пакет (это может быть IPv4 или IPv6 в средах с двумя стеками)
Контрольный пакет IPv6 также может быть расширен, чтобы содержать подробную информацию о пакетах, такую как фрагментация, маршрутизация или безопасность (IPSec). Последнее расширение, IPSec, широко используемое сегодня в качестве основного протокола VPN, было встроено в IPv6.
11 ключевых отличий: IPv4 и IPv6
Ниже приведены 11 ключевых различий между IPv4 и IPv6.
1. IPv6 предоставляет невероятное количество адресов
IPv6 был создан для решения проблемы окончания запаса адресов IPv4. Размер адреса IPv4 составляет 32 бита, в то время как размер адреса IPv6 составляет 128 бит. Формат IPv6 может поддерживать ошеломляюще большое количество комбинаций сетевых адресов. В то время как IPv4 дает около 4 миллиардов адресов, IPv6 может дать около 340 триллионов триллионов триллионов IP-адресов. Со дня разработки IPv6 и по сегодняшний день протокол IPv6 решает проблему окончания запаса ресурсов IPv4 и предоставляет дополнительные преимущества и услуги.
2. IPv4 и IPv6 имеют разные обозначения адресов
Адрес IPv4 использует десятичную систему счисления, в то время как адрес IPv6 использует шестнадцатеричную систему счисления, что является наиболее эффективным способом их чтения и запоминания. Из-за меньшего размера IPv4-файлов (32 бита) их можно записывать и запоминать, используя десятичную систему счисления, в результате чего получается четыре десятичных числа. Но было бы невозможно использовать IPv6 (128 бит) с десятичными знаками, поэтому адреса IPv6 используют шестнадцатеричные числа. Каждое шестнадцатеричное число состоит из 4 бит, в результате чего получается 32 шестнадцатеричных числа.
IPv6 поставляется с методами сокращения, IPv4 — нет
Формат IPv6 помогает расширить возможности адресации. IPv6-адрес может быть сокращен с использованием двойной точки с запятой и пропуском начальных нулей. Двойная точка с запятой может пропускать целые разделы IPv6-адреса. Например, IPv6-адрес ff06:0:0:0:0:0:0: c3 может быть записан как ff06::c3. Эта аббревиатура была сделана для уменьшения размера IPv6.
4. Типы адресов IPv6 и IPv4 и области их применения отличаются
IPv6 имеет три типа адресов: глобальный одноадресный адрес, уникальный локальный адрес и локальный по ссылке. Глобальный одноадресный адрес IPv6 служит для той же цели, что и общедоступный адрес IPv4 — маршрутизация в Интернете. Интернет-организации выделяют эти адреса интернет-провайдерам или LIR, которые распределяют их посредством сдачи в аренду или продажи. Разница между IPv4 и IPv6 заключается во внутренних локальных адресах или частном адресном пространстве. IPv4 использует внутренние адреса с зарезервированными диапазонами номеров (класс A, B и C), которые публично не маршрутизируются в интернете. Однако IPv6 использует два типа внутренних адресов: уникальные и локальные по ссылке. Уникальные адреса маршрутизируются по внутренней сети или VPN, в то время как локальные ссылки используются для одного сетевого домена и не маршрутизируются извне или внутри компании.
5. Глобальные уникальные адреса IPv6 отличаются от общедоступных адресов IPv4
Форматы адресов IPv4 и IPv6 разделены на сетевые и хостовые, а также третья часть, которая является результатом подсети. Но, тем не менее, IPv6 пришлось разрабатывать с дополнительными настройками, чтобы справиться с их большим размером. IPv6-адреса могут опускать целые префиксы хоста. Функция, которая может помочь уменьшить размер таблиц маршрутизации и обеспечить более быструю и эффективную маршрутизацию через интернет. Например, сетевые префиксы IPv6 (верхние 64 бита) могут быть сгруппированы в отдельные префиксы (например /48 или /64), в то время как префикс хоста может быть полностью опущен.
6. Различные распределения локальных адресов (DHCP или самоназначение)
В IPv4 локальный адрес назначается с помощью стороннего DHCP-сервера или ручной настройки, а в некоторых случаях самостоятельно назначается локальный IP-адрес в подсети: 169.254.0.0/16. Для локальных адресов IPv6 динамическое назначение через DHCPv6 также возможно, но не обязательно. Адреса IPv6 могут быть динамически назначены с использованием двух типов автоконфигурации (с сохранением состояния и без сохранения состояния). Автоконфигурация IPv6 с сохранением состояния или DHCPv6 схожа с IPv4 DHCP, в то время как автоконфигурация без сохранения состояния отличается и теперь является режимом по умолчанию в средах IPv6. В автоконфигурации IPv6 без учета состояния нижние 64 бита (идентификатор интерфейса) выводятся из физического адреса (MAC) с использованием рекомендаций формата расширенного уникального идентификатора (EUI-64).
7. IPv6 имеет более компактные заголовки, чем IPv4
В IPv4 длина заголовка ограничена 60 байтами, в то время как в IPv6 ее максимальная длина составляет 40 байт. Одна из причин заключается в том, что заголовок IPv6 не использует поле контрольной суммы, как это было бы в пакетах IPv4. Поле контрольной суммы является ненужным в IP, поскольку проверка ошибок выполняется на других уровнях, таких как TCP. Проверка и пересчет контрольных сумм на двух или трех уровнях делает маршрутизацию неэффективной. Другим примером является поле фрагментации. Фрагментация должна обеспечиваться уровнями ниже IPv6 и отправителем. В IPv6 поле фрагментации было перенесено из обязательного в необязательное.
8. IPv4 нуждается в NAT; IPv6 - нет
В мире IPv4 преобразование сетевых адресов (NAT) - это протокол, необходимый для повторного использования пространства IP-адресов. NAT сопоставляет общедоступные IP-адреса с частными, делая сети более безопасными и экономя адресное пространство. Тем не менее, плохая реализация NAT может сделать сети более медленными и сложными. У IPv6 нет нехватки адресов, поэтому ему не нужен NAT. Дополнительное адресное пространство, предоставляемое NAT, не сравнится с огромным адресным пространством, возможным при с охватом IPv6-адресов. Фактически, новым сетевым решениям, которые хотят использовать IPv6, рекомендуется держаться подальше от NAT.
9. В IPv4 должен быть реализован IPSec, в то время как в IPv6 он встроен
Интернет-протокол безопасности (IPSec) - это сетевой протокол, который обеспечивает механизмы аутентификации пакетов данных и шифрования. IPSec - популярный протокол безопасности в виртуальных частных сетях (VPN). В IPv4 IPSec является необязательным полем; в IPv6 он встроен — всегда доступен. Хотя это по-прежнему необязательно (это означает, что вы можете отключить его), любая новая версия IPv6 выходит с поддержкой IPSec. Несмотря на то, что IPSec встроен в IPv6, это не означает, что он автоматически более безопасен, чем IPv4. Плохая реализация IPSec так же небезопасна, как и полное отсутствие безопасности.
10. IPv4 выполняет бродкаст, в то время как IPv4 делает многоадресную и одноадресную рассылки
Бродкаст доступен по протоколу IPv4. С помощью бродакаста любое устройство может отправить пакет всем подключенным узлам. Тем не менее, бродкаст в IPv4 должен быть ограничен из-за проблем с производительностью. Концепция бродкаста в IPv6 давно ушла в прошлое. IPv6 полагается на другие методы, такие как многоадресная или одноадресная рассылки, для обеспечения аналогичных функциональных возможностей. Многоадресная рассылка - это сообщения, отправляемые в определенный домен, определенный определенной группой. Кроме того, IPv6 ввел новую концепцию одноадресную рассылку, которая представляет собой сообщения, отправляемые любому члену группы устройств.
11. Скорость IPv4 по сравнению со скоростью IPv6. Какой из них быстрее?
Что касается скорости, то между этими двумя протоколами существуют лишь незначительные различия. Теоретически, IPv6 должен быть немного быстрее, поскольку ему не нужен NAT (Network Address Translate) для сопоставления IP-адреса с другим. Однако IPv6 имеет более длинные пакеты данных, поэтому теоретически он должен быть медленнее, чем IPv4. Как показано в предыдущем разделе, IPv6 использует 128 бит по сравнению с IPv4, который использует 32 бита.
Так какое же на самом деле различие скорости IPv4 и IPv6? На данный момент разница в скорости между этими двумя протоколами определяется тем, что IPv4 (включая всю базовую инфраструктуру, программное обеспечение и т.д.) гораздо более устоявшийся, поддерживаемый и оптимизированный, чем IPv6. Но поскольку в IPv6 отсутствует NAT и используется технология многоадресной рассылки, тестирование при прямом подключении выполняется быстрее. Таким образом, по мере развития технологии IPv6 ее скорость будет увеличиваться. Примером приложения, которое намного лучше с точки зрения скорости, являются прокси-серверы IPv6..
4. IPv6 и IPv4: таблица сравнения
Итак, теперь, когда вы разобрались с каждой версией IP, давайте определим их фундаментальные различия. Мы сделаем это с помощью таблицы сравнения. Следующая таблица поможет вам увидеть различия между адресами IPv4 и IPv6.
| IPv4 | IPv6 | |
| Год создания | 1981 | 1999 |
| Размер адреса (в битах) | 32 бита | 128 битов |
| Обозначение | Четыре двоичных октета представлены в десятичном формате | Восемь двоичных квартетов представлены в шестнадцатеричном формате |
| Формат | 192.168.0.0/24 | 2001:db8::/48 |
| Размер пакета | 576 байтов (требуется фрагментация) | 1280 байтов (без фрагментации) |
| Количество адресов | 2^32 ≈ 4 миллиарда | 2^128 ≈ 340 триллионов триллионов триллионов |
| Полезная нагрузка (данные) | Длина поля полезной нагрузки - 16-бит (данные) | Длина поля полезной нагрузки - 16-бит (для данных) |
| Адрес обратной связи | 120.0.0.1 | ::1 |
| Заголовок | Заголовок переменной длины | Заголовок фиксированной длины. |
| Заголовок фиксированной длины | DHCP | DHCPv6 или SLAAC |
| Фрагментация | Маршрутизаторы и отправляющие хосты | Только отправляющие хосты |
| Бродкаст | Бродкаст-сообщения доступны | Без бродкаста (но используется мультикаст) |
| IPSec | По желанию | Встроен. Всегда доступен. |
| L3-L2 разрешения | ARP-бродкаст | Запрос многоадресной рассылки соседу |
| Обнаружение маршрутизатора | По желанию | Обязательно |
| Идентификация потока | Недоступно | Доступно на IPv6 |
| Контрольная сумма | Доступно на IPv4 | Нет необходимости |
| Безопасность | Необязательно | Встроен IPSec |
5. IPv4 и IPv6 – часто задаваемые вопросы
a. Для чего используется IPv6?
IPv6 был создан для решения проблемы окончания запасов IPv4-адресов. Он делает то же самое, что и IPv4, обеспечивая адресацию и идентификацию устройств в сети, но в гораздо большем масштабе. IPv6 поможет справиться с растущим спросом на устройства интернета вещей, виртуализацию и облако.
b. Что быстрее: IPv4 или IPv6?
Ни один механизм не работает быстрее другого. Протокол IPv6 действительно обеспечивает более компактный и простой заголовок, что может привести к более эффективной маршрутизации и обработке пакетов. В дополнение к свободе от NAT. Но плохая реализация IPv6 все равно может привести к гораздо более медленной работе сети IPv4.
c. Что безопаснее: IPv6 или IPv4?
Разница между IPv4 и IPv6 с точки зрения безопасности зависит от применения. Это связано с тем, что IPv6 и IPv4 имеют разные функции безопасности и уязвимости. Однако IPv6 был разработан с учетом соображений безопасности, включая несколько функций безопасности, отсутствующих в IPv4. Например, IPv6 включает IPSec (Internet Protocol Security) (протокол VPN) в качестве обязательной функции, которая обеспечивает шифрование и аутентификацию сетевого трафика. Кроме того, IPv6 поддерживает пакеты большего размера, что затрудняет злоумышленникам выполнение определенных типов атак, таких как атаки фрагментации. IPv4, с другой стороны, является более старым протоколом, который не был разработан с учетом безопасности в качестве основной задачи. Хотя IPv4 также поддерживает IPSec, это не обязательная функция, и многие устройства и сети ее не используют.
d. IPv4 и IPv6 для VPN?
И то, и другое можно использовать для VPN, но есть некоторые моменты, которые вам необходимо учитывать. IPv4 - это более старый и широко используемый протокол. Поэтому, многие VPN по-прежнему полагаются исключительно на IPv4. Однако IPv6 имеет некоторые преимущества перед IPv4 в отношении VPN. IPv6 может обеспечить более высокую производительность и безопасность VPN-подключений за счет использования встроенного шифрования IPSec и аутентификации. IPv6 также позволяет избежать некоторых проблем с NAT, которые могут вызвать проблемы для VPN, использующих IPv4. Но, к сожалению, IPv6 пока не получил такого широкого распространения, как IPv4. Многие организации и поставщики услуг еще не полностью перешли на IPv6. И то же самое касается VPN, которые все еще могут не поддерживать VPN-соединения IPv6.
d. IPv6 или IPv4 для игр?
IP предоставляет вам адресацию и идентификацию; это не повлияет на ваше приложение. Но все же есть некоторые различия между использованием IPv4 и IPv6 в играх. Основное отличие заключается в том, что IPv4 зависит от NAT, что может привести к задержке игрового процесса (FPS), когда пакет проходит через несколько NAT.
e. Как я узнаю, у меня IPv4 или IPv6?
Самый простой способ узнать, используете ли вы в данный момент IPv4 или IPv6, - это выполнить быстрый онлайн-тест, такой как test-my-IPv6 или ipv6-test.com. Вы также можете открыть “командную строку” в Windows или “терминал” в macOS или Linux и ввести “ipconfig” или “ifconfig”. Там вы найдете сводную информацию об IP-адресах вашего интерфейса.
f. Закончится ли в конце концов IPv6-адреса?
Хотя это число не бесконечно, IPv6 был разработан с почти бесконечным пулом. Существует 340 триллионов, триллионов, триллионов IPv6-адресов, чего более чем достаточно для поддержки триллионов триллионов устройств, подключающихся к интернету. IPv6-адреса не закончатся в скором будущем.
g. Когда закончится время IPv4-адресов?
Это факт, что у нас заканчиваются протоколы IPv4, и именно поэтому IPv6 становится актуальнее. Это решает проблему окончания запасов адресов IPv4, а также открывает множество дверей для инноваций и услуг. Несмотря на то, что переход на IPv6 происходил медленно, прошло около десяти лет с тех пор, как появился IPv6, IPv6 все еще не получил широкого распространения. Но, тем не менее, показатели внедрения IPv6 неуклонно растут.
h. IPv6 и IPv4 в играх. Какой из них лучше?
Тот факт, что все новые игровые приставки поддерживают IPv6, делает необходимость перехода очевидной. Компании, занимающиеся видеоиграми, знают о различиях между играми по протоколу IPv6 и IPv4. Хотя IPv4 является хорошо зарекомендовавшей себя и зрелой технологией, производительность, скорость и безопасность в IPv6 намного лучше. Во-первых, IPv6 не нуждается в какой-либо переадресации портов, UPnP или NAT-PMP, поэтому это значительно повышает скорость и производительность. Кроме того, поскольку устройства с поддержкой IPv6 автоматически настраивают свой адрес, возможности геймера также значительно расширяются.
i. Классифицируется ли IPv6 по классам так же, как и IPv4?
IPv6 не подразделяется на классы так как IPv4. В IPv4 IP-адреса делятся на классы A, B, C, D и E. Класс основывается на количестве битов, используемых для представления сетевой и хостовой частей адреса. Эта система классификации позволяла распределять IP-адреса иерархически. Таким образом, вместо организации по классам IPv6 использует более простую схему адресации, в которой адрес делится на две части: префикс и идентификатор интерфейса.
j. Срок существования IPv4 и IPv6?
В IPv4 и IPv6 поле предельного срока существования (TTL) используется для ограничения срока службы сетевых пакетов. Хотя в обоих протоколах цель одна и та же, существуют некоторые существенные различия. В IPv4 поле TTL представляет собой поле длиной 1 байт, что означает, что максимальное значение TTL равно 255. Напротив, поле TTL в IPv6 представляет собой 2-байтовое поле, которое допускает гораздо большее максимальное значение - 65 535. С IPv6 пакеты потенциально могут совершать больше переходов, прежде чем перестанут действовать, что может быть полезно для очень больших или сложных сетей.
0Комментарии