Ipv4 vs ipv6 - що це таке і для чого він використовується в мережах

Інтернет і світ мереж не були б такими, якими ми його знаємо, і навіть не існували б, якби не IPv4 адресація. Протокол, що має найважливіше значення у зв’язках між пристроями через мережу, як фізично, так і бездротово. Сьогодні ми побачимо все, що стосується IP, і проаналізуємо відмінності між IPv4 та IPv6, пояснивши його основні характеристики.

Зміст індексу

IPv4 та модель OSI

Нам доведеться почати з базового, який полягає у визначенні та розумінні, що таке IP-адреса, чи це IPv4 чи IPv6.

OSI моделює мережевий стандарт

І для цього ми повинні зробити швидке посилання на модель OSI (Open System Interconection). Це еталонна модель, а не мережева архітектура для різних мережевих протоколів, які втручаються в комунікації за допомогою комп'ютерної техніки. Модель розділяє телекомунікаційні системи на 7 рівнів, щоб розмежувати різні етапи переходу даних від однієї точки до іншої, а також протоколів, що беруть участь у кожній.

Що таке модель OSI: повне пояснення

Ми вже знаємо, що існує модель, яка класифікує, так би мовити, мережеві протоколи, а саме IPv4 та IPv6 - два з цих мережевих протоколів. У цьому випадку вони працюють на одному з найнижчих рівнів моделі, мережевому шарі або шарі 3. Цей шар відповідає за маршрутизацію пакетів між двома підключеними мережами. Це зробить доступними дані від передавача до приймача через необхідне перемикання та маршрутизацію з однієї точки в іншу.

Під ним у нас є шар зв'язку даних (шар 2), в якому працюють комутатори, а над ним - рівень 4 або транспортний шар, в який втручається протокол TCP, який переносить пакети через дейтаграми.

Що таке IP-адреса

Ми говоримо про IP-адресу як числовий набір у десятковій чи шістнадцятковій формі (ми побачимо), що ідентифікує логічно та відповідно до ієрархії мережевий інтерфейс. Кожному пристрою, підключеному до мережі, повинна бути призначена IP-адреса, тимчасовий ідентифікатор, такий як наш DNI, поки ми знаходимося в цьому світі, або номер телефону, коли ми уклали контракт на телефонну послугу. Завдяки IP, різні комп'ютери можуть спілкуватися між собою, змушуючи пакети подорожувати по мережі, поки вони не знайдуть свого одержувача.

IP-адреса може бути фіксованою ( фіксований IP) або динамічною (DHCP або протокол конфігурації динамічного хоста), завжди призначається сервером або маршрутизатором, який працює на мережевому рівні. Коли ми говоримо про фіксований IP, це означає, що хост завжди матиме однакову IP-адресу, навіть якщо він вимкнений і знову включений. Якщо в DHCP IP-адреса динамічно присвоюється хосту, коли він увімкнено, звичайно, вузлам мережі зазвичай надається однаковий IP-адресу завжди після того, як вперше пов'язано з маршрутизатором.

У архітектурі мережі ми повинні розрізняти загальнодоступну мережу, якою буде Інтернет, і приватну мережу, таку, яка знаходиться за нашим маршрутизатором, де стоять наші комп’ютери та смартфон або планшети, якщо ми підключаємось до Wi-Fi. У першому випадку ми говоримо про зовнішній IP, який би був адресою, яка призначається маршрутизатору для зв'язку з Інтернетом, динамікою, майже завжди наданою нашим Інтернет-провайдером. У другому ми говоримо про внутрішній IP, до адреси, яку роутер надає комп'ютерам нашої мережі, які майже завжди мають тип 192.168.xx

Ми не повинні плутати IP- адресу з MAC-адресою, що є іншою фіксованою та унікальною адресою, яка ідентифікує кожен комп'ютер у мережі. Це заводський набір, як IMEI телефону, хоча можливо змінити його ідентифікує хост у транспортному шарі моделі OSI. Насправді комутатор або маршрутизатор - це те, що він пов'язує MAC з IP. MAC - це 48-розрядний код, виражений у шістнадцятковій нотації у 6 дво символьних блоках.

IP-протокол

IP-адреса - це ідентифікатор, що належить до протоколу IP (Internet Protocol), який є системою адресації IPv4 та IPv6 як новішою версією та підготовлений до майбутнього. Це протокол, який працює на мережевому рівні і не орієнтований на з'єднання, це означає, що зв’язок між двома кінцями мережі та обміном даними може здійснюватися без попередньої домовленості. Іншими словами, приймач передає дані, не знаючи, чи приймач доступний, тому він надійде до приймача, коли він увімкнений і підключений.

IPv4 та IPv6 передавали комутовані пакети даних через фізичні мережі, які працюють відповідно до моделі OSI. Це робиться завдяки маршрутизації, техніці, яка дозволяє пакету знайти найшвидший маршрут до пункту призначення, але без гарантій того, що він прибуде, звичайно, цю гарантію надає шар передачі даних з TCP, UDP або іншим протоколом.

Дані, що обробляються протоколом IP, поділяються на пакети, звані дейтаграми, які не мають будь-якого типу захисту або контролю помилок для надсилання. Незалежно від того, чи буде передана дейтаграма лише з IP-адресою, вона може надходити, порушена або повна і у випадковому порядку. Він містить лише інформацію про вихідну та цільову IP-адресу разом із даними. Звичайно, це не здається дуже надійним, тому в транспортному шарі ця дейтаграма береться і загортається в сегмент TCP або UDP, що додає поводження з помилками та набагато більше інформації.

IPv4

Тепер зупинимось на протоколі IPv4, який працює в мережах з 1983 року, коли була створена перша мережа обміну пакетами ARPANET, яка визначена стандартом RFC 791. І як видно з назви, це протокол IP версії 4, але це те, що у нас не було впроваджено попередніх версій, і це було першим з усіх.

IPv4 використовує 32-бітну адресу (32 одиниці та нулі у двійковій), розташовану в 4 октети (8-бітові числа), розділені крапками у десятковій нотації. Перетворити це на практиці буде таке число, що:

192.168.0.102

Таким чином ми можемо мати адреси, які переходять від 0, 0.0, 0 до 255, 255, 255, 255. якщо ми переведемо попередній IP-код у його двійковий код, у нас буде:

192.168.0.102 = 11000000.10101000.00000000.01100110

Іншими словами, 32 біти, тому за допомогою IPv4 ми зможемо вирішити загальну кількість:

2 ³² = 4 294 967 296 господарів

Це може здатися чималим, але в даний час адреси IPv4 практично вичерпані, оскільки 4 мільярди комп’ютерів сьогодні є досить нормальною цифрою. Насправді, вже в 2011 році вони стали дефіцитними, коли орган, відповідальний за надання IP-адрес у Китаї, використав останній пакет, тому на допомогу виявився протокол IPv6. Ми використовуємо цю адресу майже 40 років, так що все життя це не погано.

Ми повинні мати на увазі, що внутрішні IP-адреси завжди будуть однаковими в локальних мережах, і зовнішні IP-адреси не будуть впливати на них. Це означає, що у внутрішній мережі ми можемо мати хост, який має 192.168.0.2, і цим також будуть користуватися інші хости в іншій внутрішній мережі, маючи можливість повторювати стільки разів, скільки нам потрібно. Але зовнішні IP-адреси бачать у всій мережі Інтернет, і вони не можуть бути повторені ні в якому разі.

Заголовок IPv4

Тому зручно переглянути структуру заголовка IPv4, який має мінімальний розмір 20 байт і максимум 40 байт.

Ми швидко пояснимо кожен розділ, оскільки деякі пізніше будуть розширюватися до IPv6

• Версія (4 біти): ідентифікує версію протоколу, будучи 0100 для v4 та 0110 для v6. IHL (4 біти): це розмір заголовка, який може бути від 20 байт до 60 байт або той самий, що становить від 160 біт до 480 біт. Час обслуговування (8 біт): ідентифікатор у випадку, якщо пакет спеціальний, наприклад більш важливий з урахуванням терміновості доставки. Загальна довжина (16 біт): відображає загальний розмір дейтаграми або фрагмента в октетах. Ідентифікатор (16 біт): він використовується, якщо дейтаграма фрагментована, щоб згодом вона могла приєднатися до прапорів (3 біта) та зміщення або положення фрагмента (13 біт): 1-й біт буде 0, другий біт (0 = ділиться, 1 не ділиться), 3-й біт (0 = останній фрагмент, 1 = проміжний фрагмент) TTL (8 біт): термін служби пакету IPv4. Він відображає кількість стрибків у маршрутизаторах, які він може приймати, будучи 64 або 128. Коли пакет вичерпається, його видаляють. Протокол: вказує протокол, якому дейтаграма повинна доставлятись на більш високих рівнях, наприклад, TCP, UDP, ICMP тощо. Контрольна сума: контролювати цілісність пакету, перераховуючи кожен раз, коли будь-яке попереднє значення змінюється.

IPv6 та відмінності з IPv4

Хоча повне пояснення одного з цих протоколів є світом, ми не можемо цього зробити назавжди, тому ми продовжимо роботу з IPv6 або Інтернет-протоколом версії 6. А де версія 5? Ну ніде, це було лише експериментально, тож давайте подивимося, що це таке і в чому полягають відмінності з IPv4.

Абсолютно всі ми коли-небудь бачили IP-адресу від попередніх, але, безумовно, один із цих багатьох менших разів, або ми навіть не помічали. IPv6 був реалізований у 2016 році з визначенням його стандарту RFC 2460, і він, в основному, призначений замінити IPv4 при необхідності. Цей стандарт народився через необхідність надавати азіатам більше IP-адрес. IP-адреси зарезервовані так би мовити, а останній пакет був зарезервований у 2011 році, як обговорювалося вище. Це не означає, що всі вони вже використовуються, оскільки компанії використовують їх, коли в мережу додається більше вузлів.

IPv6 також розроблений для забезпечення фіксованого IP для всіх типів пристроїв. Але скільки ще IP-адрес ми можемо дати за допомогою цієї нової версії? Що ж, їх буде декілька, оскільки ця адреса використовує 128 біт із механікою, аналогічною попередній. Але цього разу це робиться з використанням шістнадцяткових позначень, щоб зайняти менше місця, оскільки надання 128 біт в октетах призведе до надзвичайно довгої адреси. Так що в цьому випадку він складається з 8 секцій, кожен з них 16 біт.

Перенесення цього повернення до практики буде буквено-цифровим числом, яке буде виглядати приблизно так:

fe80: 1a7a: 80f4: 3d0a: 66b0: b24b: 1b7a: 4d6b

Таким чином ми можемо мати адреси від 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 до ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff. Цього разу ми не збираємось перекладати цю адресу у двійковий код лише для того, щоб уникнути депресії, але це було б 128 нулів та одиниць. Коли ми бачимо будь-яку з цих адрес на нашому комп’ютері чи будь-якому іншому хості, можливо, вона представлена ​​меншою кількістю груп, і це можливо, що якщо у нас є групи лише з нулями, вони можуть бути опущені, поки вони праворуч.

Тепер із IPv6 та цими 128 бітами ми зможемо вирішити загальну кількість:

2 ¹²⁸ = 340, 282, 366, 920, 938, 463, 463, 374, 607, 431, 768, 211, 456 хостів

Таким чином, китайці зможуть встановити всі сервери, які хочуть, без будь-яких обмежень, оскільки їх потужність справді обурлива. Хоча наразі це не працює поодинці, наші комп'ютери вже мають IPv6-адресу на своїй мережевій карті.

IPv6 vs IPv4 заголовок та інші новини

Важливим для впровадження нової адреси є зробити її сумісною з попередніми протоколами та працювати в інших шарах. Використання IPv6 можна використовувати з іншими протоколами прикладного та транспортного шарів з невеликою модифікацією до заголовків, крім FTP або NTP, оскільки вони інтегрують адреси мережевого рівня.

Ми також вивчали, як спростити заголовок протоколу, зробивши його більш простим, ніж у IPv4, і фіксованої довжини, що значно допомагає швидкості його обробки та ідентифікації дейтаграми. Це означає, що ми повинні надсилати інформацію з IPv4 або IPv6, але не з обома змішаними. Давайте подивимося цей заголовок:

Тепер заголовок спрощено, незважаючи на те, що він удвічі довший за IPv4, якщо ми не додамо параметри у вигляді заголовків розширень.

• Версія (4 біти) Клас трафіку (8 біт): він такий самий, як управління пріоритетом пакетів Мітка потоку (20 біт): вона управляє довжиною даних QoS (16 біт): очевидно, наскільки вона вимірює простір для даних 64 КБ як стандартний розмір і визначається jumboframes Наступний заголовок (8 біт): відповідає розділу протоколу IPv4 Межа стрибків (8 біт): замінює заголовки розширення TTL : вони додають додаткові параметри для фрагментації, для шифрування тощо. В IPv6 є 8 типів заголовків розширень

Серед новинок, включених до цього протоколу, можна виділити більшу потужність адреси навіть у підмережах або внутрішніх мережах та у більш спрощеній формі. Тепер ми можемо мати до 2 ⁶⁴ хостів у підмережі лише змінивши декілька ідентифікаторів вузлів.

До цього додається можливість, що кожен вузол може бути самоконфігурований, коли він включений у resv IPv6. У цьому випадку від маршрутизатора не буде запитуватися IP, а запит, який запитує параметри конфігурації ND, це називається автоконфігурацією адреси без стану (SLAAC). Хоча ви також можете використовувати DHCPv6, якщо це неможливо.

IPsec у цьому випадку не є необов'язковим, але є обов'язковим та реалізується безпосередньо в IPv6 для маршрутизаторів, які вже працюють з цим протоколом. До цього ми додаємо підтримку Jumbograms, тобто дейтаграм Jumbo набагато більше, ніж IPv4, максимум 64 КБ, і тепер може доходити до 4 ГБ.

Підводячи підсумок тут, ми залишаємо вам дві таблиці, щоб відзначити різницю між обома заголовками IPv4 проти IPv6.

• Синій: загальні поля в обох заголовках Червоний: поля, які були видалені Зелений: поля, які були перейменовані в Жовті: нові поля

Як знати нашу приватну, публічну та IP-адресу IPv6

Перш ніж закінчити, ми навчаємо себе, як знати наші IP-адреси, обладнання та маршрутизатор.

Щоб дізнатися локальні адреси IPv4 та IPv6 в Windows 10, існує кілька методів, але найшвидший спосіб - за допомогою командного рядка. Отже, ми відкриваємо Пуск, набираємо CMD і натискаємо Enter. Там ми будемо писати

ipconfig

І отримаємо результат.

І щоб знати публічну IP-адресу, нам доведеться вдатися до нашого браузера або маршрутизатора. ми можемо зробити на сторінці:

Що-мі-іп

І нарешті ми можемо перевірити, чи є у нас загальнодоступна IPv6-адреса таким чином:

Тест-IPv6

Ми залишаємо вам декілька мережевих навчальних посібників, пов'язаних із цією темою

Чи знаєте ви, що на вашому ПК є IPv6, чи знаєте ви, що він існує? Якщо у вас є якісь питання або ви хочете щось вказати, ми будемо раді допомогти вам у коментарях.