В чем разница между IPv6 и IPv4?

1. Роли IP-адресов в интернете

IP-адреса — это уникальные цифровые идентификаторы, которые используются для адресации устройств в компьютерных сетях. Это аналог обычного почтового адреса, только для компьютеров, серверов, смартфонов и любых других устройств, подключенных к интернету. Благодаря IP-адресам информацию можно передать из одной точки Сети в другую с высокой точностью и с минимальными потерями.

IP-адреса выполняют множество важных ролей в работе интернета:

1. Уникальная идентификация. Каждый устройство в Сети имеет свой уникальный IP-адрес, что позволяет отличать его от всех остальных и передавать данные только на него.
2. Маршрутизация данных. Когда вы отправляете запрос или данные через интернет, ваш IP-адрес используется как пункт отправления для определения маршрута, которым будет проходить информация к получателю ( конечной точке). Роутер анализируют IP-адреса в пакетах данных и направляют их по Сети.
3. Доступ к ресурсам. IP-адреса позволяют получить доступ к разным ресурсам — веб-сайтам, файлам, онлайн-сервисам. Когда вы вводите URL-адрес в браузер, он определяет по таблице доменных имен IP-адрес сервера, связанный с ним, и затем обращается к серверу непосредственно по IP-адресу, чтобы загрузить требуемую страницу или файл.
4. Безопасность. IP-адреса могут использоваться для контроля доступа к ресурсам и защиты сети от несанкционированного вторжения. Администраторы сети могут настроить правила, определяющие, какие устройства или пользователи имеют доступ к определенным ресурсам, а каким IP-адресам стоит его запретить.

2. Зачем нужны протоколы IPv4 и IPv6?

Протокол представляет собой набор правил, определяющих правила передачи данных между устройствами. IPv4 и IPv6 — это два разных протокола, но оба они определяют формат IP-адресов и правила передачи данных в интернете.

IPv4 был первым протоколом, который получил максимальный охват, и он используется до сих пор в большинстве устройств. На заре развития интернета IPv4 было достаточно. Однако с ростом количества подключенных устройств — смартфонов, планшетов, IoT-устройств и т. д. — количество доступных IPv4-адресов стало исчерпываться.

Нехватка адресов стала серьезной проблемой, и она сейчас ограничивает развитие антернета и создает препятствия для подключения новых устройств. Чтобы справиться с этим, был разработан IPv6 — новый протокол с более длинными адресами, который может обеспечить беспрепятственную работу Сети в будущем.

IPv6 использует 128-битные адреса вместо 32-битных (как в IPv4), что многократно увеличивает количество доступных уникальных IP-адресов. Его использование должно обеспечить долговременный задел по количеству адресов для всех устройств, которые могут быть подключены к сети в будущем.

IPv6 также предлагает ряд улучшений по сравнению с IPv4. К ним относятся более эффективная маршрутизация данных, встроенные функции безопасности и упрощенная конфигурация сетей. Переход на IPv6 необходим для того, чтобы интернет мог продолжать расти и развиваться, предоставляя бесперебойный доступ к информации и сервисам для всех пользователей.

3. Проблемы, которые решает переход на IPv6

Протокол IPv6 начал разрабатываться как наследник IPv4, чтобы решить ряд его недостатков. Ключевым преимуществом протокола IPv6 является его простота.

Внутри себя вместо громоздкой структуры IPv4 с раздельными полями для идентификации сети и хоста IPv6 использует более компактный формат адреса, который объединяет сеть и хост. Это упрощает обработку пакетов данных и управление сетями в разы.

Также IPv6 вводит ряд механизмов, автоматизирующие процессы настройки и конфигурации сетей. К ним относится, например, Auto-Configuration Protocol (AutoConf). Он позволяет устройствам автоматически получать IP-адреса и другие параметры без необходимости ручного вмешательства администратора.

Переход на IPv6 призван решить ряд проблем, связанных с IPv4:

• Нехватку адресов. IPv4 уже пришел к пределу обеспечения уникальных адресов для всех устройств в мире. IPv6 решает эту проблему, предлагая просто огромное количество адресов (128 бит против 32 бит в IPv4 дают нам 340 секстиллионов адресов против чуть более 4 миллиардов).
• Сложность управления сетями. IPv4 сети становятся громоздкими и сложными для управления при большом количестве подключенных устройств. IPv6 упрощает управление благодаря своей простой структуре протокола, автоматизации настройки и расширенным механизмам маршрутизации.

Переход на IPv6 — это не просто замена одной версии протокола другой, а радикальное изменение подхода к организации интернет-коммуникаций.

4. Основные характеристики, структура и проблемы IPv4

IPv4 — это четвертый протокол сетевых коммуникаций, который стал впоследствии основным (и лег в основу) интернета. До IPv4 существовало несколько версий протокола TCP, которые были сфокусированы на передаче данных. Первая вышла в 1973 году, вторая — в 1977-м. Довольно быстро стало понятно, что TCP не подходит для передачи данных по сети и маршрутизации, а потому было решено разделить TCP и IP. Уже в 1978 году появились отдельные протоколы TCP версии 3 и IPv3. Это самостоятельное развитие IP-протокола позже привело к появлению в 1981 году версии IPv4, который описан в стандарте RFC 791.

Что касается IPv5, то это экспериментальный протокол, разработанный для передачи голоса по пакетным сетям. В связи с развитием технологий (широковещательных сетей, приложений и компрессии) необходимость в IPv5 отпала, и он так и не получил широкого распространения.

Основные характеристики IPv4:

• Каждый адрес в IPv4 имеет размер 32 бит, и состоит из четырех чисел от 0 до 255, разделенных точками (например, 192.168.1.1).
• Каждое из четырех чисел представляет сегмент сети, который может быть разным по размеру. Все IP-адреса по этому признаку делятся на классы от A до E, а также на адреса для частных (приватных) сетей. Так, адреса 0.0.0.0 и 127.0.0.1 указывают на внутреннюю сеть компьютера.

По своей структуре IPv4 состоит из заголовка и данных. Заголовок содержит информацию о адресах отправителя и получателя, длине пакета и протоколе, используемом для передачи данных, то есть информации, передаваемой по Сети.

Проблем у протокола тоже хватает, в том числе из-за его возраста:

• Нехватка уникальных адресов. В настоящее время количество доступных IPv4-адресов исчерпано. Это приводит к сложностям в присвоении новых адресов устройствам и тормозит расширение Сети.
• Сложность управления большими сетями. С ростом числа устройств управление большими сетями, работающими по протоколу IPv4, становится все более сложным и трудоемким.
• Уязвимость к атакам и угрозам безопасности. Протокол IPv4 был разработан еще в прошлом веке, когда не было даже понятия компьютерных атак, таких как перехват данных, подмена IP-адресов и denial-of-service (DoS) атаки.

В связи с этими проблемами развивается новый протокол — IPv6, который обладает большей емкостью адресов, улучшенными механизмами безопасности и более эффективной структурой управления.

5. Основные характеристики, структура и проблемы IPv6

В 1996 году был выпущен стандарт RFC 8200, описывающий протокол IPv6.

IPv6 имеет ряд важных особенностей, которые отличают его от IPv4:

1. 128-битное адресация. В отличие от 32 бит в IPv4, IPv6 использует 128-битовые адреса, что обеспечивает практически неограниченное количество уникальных IP-адресов. Это решает проблему исчерпания адресов, которая актуальна для IPv4.
2. Упрощенный заголовок. Структура заголовка IPv6 более простая и компактная по сравнению с IPv4, что ускоряет маршрутизацию данных и снижает нагрузку на сетевые устройства.
3. Встроенные функции безопасности. IPv6 имеет встроенную поддержку таких функций, как IPsec (Internet Protocol Security), что повышает уровень защиты трафика в сети.

Адрес IPv6 представлен шестнадцатеричными числами от 0000 до FFFF, разделенными точками (:) и состоит из восьми групп таких чисел. Пример: 2001:db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. Для упрощения можно опускать начальные нули в числах (то есть записать адрес как 2001:db8:85a3:0:0:8a2e:370:7334) или даже заменить одну повторяющуюся последовательность нулей двумя двоеточиями (2001:db8:85a3::8a2e:0370:7334).

Не обошли, увы, стандарт и проблемы:

• Не все устройства и программное обеспечение поддерживают IPv6, что может создавать проблемы с совместимостью. Проблема сохраняется до сих пор. Даже при поддержке вашими сетевыми картами или роутерам IPv6, он может не поддерживаться вашим интернет-провайдером.
• Внедрение IPv6 в существующие сети оказалось трудоемким и затратным процессом. Иногда его использование приводило к уменьшению скорости передачи данных по сравнению с IPv4.
• Сложность запоминания IP-адреса по сравнению с IPv4. Для человека запомнить четыре числа от 0 до 256 гораздо проще, чем восемь групп шестнадцатеричных числе из четырех значений.

6. Основные различия между IPv4 и IPv6

Соберем в таблицу основные различия между протоколами.

7. Преимущества IPv6 перед IPv4

Если выделить главное, то IPv6 имеет следующие преимущества перед IPv4:

• IPv6 предоставляет невероятно большое количество уникальных IP-адресов, что устраняет проблему нехватки адресов в интернете.
• IPv6 имеет функции безопасности, встроенные внутрь протокола. К ним относятся, например, поддержка авторизации и шифрования, которые делают сети защищенней от атак.
• IPv6 упрощает маршрутизацию данных за счет упрощения протокола и хранения информации в одном месте, что уменьшает нагрузку на сеть.

8. Проблемы при переходе на IPv6

Если IPv6 — это будущее интернета, то почему же на него до сих пор не перешли полностью, отбросив устаревший IPv4? С момента принятия стандарта прошло уже много лет, а «воз и ныне там».

Несмотря на очевидные преимущества нового протокола, переход от IPv4 к IPv6 сталкивается с рядом серьезных препятствий.

Сперва играла роль несовместимость старой инфраструктуры. Большинство существующих устройств, в том числе маршрутизаторы, компьютеры, смартфоны, а также многие программные приложения, были разработаны и оптимизированы для работы с IPv4. Если вы посмотрите на настройки своего роутера, то увидите, что вам предлагают искать его именно по IPv4-адресу, но при этом он же будет поддерживать IPv6.

Но основная проблема — в том, что для использования IPv6 необходимо либо модернизировать все оборудование (в том числе магистральное, причем у всех интернет-провайдеров), либо искать совместимые альтернативы. Это может быть дорогостоящим и трудоемким процессом, особенно для крупных организаций с сложной IT-инфраструктурой.

Другой причиной является сложность переноса данных и сервисов с IPv4 на IPv6. Переезд на новый протокол это не просто смена адресов. Необходимо пересмотреть и изменить конфигурации сетевых устройств, приложений и серверов от корневых серверов Интернет до конечных устройств пользователей.

И главная причина — это отсутствие стимулов для быстрой миграции. IP-адреса четвертой версии протокола хоть и в дефиците, но не закончились полностью. Для многих пользователей и компаний работа с IPv4 не вызывает проблем, они не видят смысла тратить время и деньги на переход на IPv6. Нехватка поддержки IPv6-сервисов и приложений со стороны разработчиков также служит препятствием для широкого внедрения нового протокола.

В свою очередь, для обеспечения плавного перехода многие компании сегодня используют Dual Stack — современное решение, которое поддерживает оба протокола одновременно. Это позволяет использовать преимущества обоих стандартов, но при этом создает дополнительную сложность в настройке и управлении сетью.

Вывод следующий: переход на IPv6 неизбежен для обеспечения бесперебойной работы интернета в будущем, и как бы мы не откладывали этот момент, перехода не миновать.