IPv4 Vs. IPv6: Jaka jest różnica?

Internet stoi w obliczu kryzysu adresów IP.

Kiedy IPv4 zostało stworzone w latach 80., zaprojektowano je tak, aby każdy komputer podłączony do Internetu posiadał adres IP.

Jednak może istnieć tylko 4,3 miliarda unikalnych adresów IPv4, a mamy już osiem miliardów ludzi.

I to jest problem.

Nadal w dużej mierze polegamy na IPv4, systemie, który jest wyczerpany i opiera się na obejściach z powodu obsługi ogromnego 80% ruchu internetowego dzisiaj.

Na szczęście IPv6 zostało stworzone, aby to rozwiązać.

IPv6 oferuje praktycznie nieograniczoną przestrzeń adresową, z 340 undecylionami adresów.

Obecnie ponad 45% użytkowników Google korzysta z adresu IPv6, a liczba ta rośnie dość równomiernie. Wiele krajów, takich jak Francja (74%), Niemcy (71%) i Indie (71%), już na dużą skalę adoptuje IPv6.

Ale dlaczego nie wszyscy przeskoczyli na tę technologię? I jakie są fundamentalne różnice między tymi dwoma konkurującymi systemami?

Zbadajmy różnice między IPv4 a IPv6 — teraźniejszością i przyszłością internetu.

Co to jest IPv4?

Protokół Internetowy wersji 4 (IPv4) jest weteranem internetu. Od swojego wprowadzenia na początku lat 80. XX wieku, IPv4 niezawodnie dostarczał pakiety danych (Twoje e-maile, wiadomości, filmy itp.).

Ale IPv4 używa 32-bitowych adresów, które wyglądają tak: 192.168.0.1.

Każda liczba oddzielona kropkami może mieścić się w zakresie od 0 do 255. 

To daje nam prawie 4,3 miliarda unikalnych adresów.

To było więcej niż wystarczające na potrzeby wczesnego internetu, ale dzisiaj to już nawet nie zbliża się do wystarczającego.

Zastanów się: jesteśmy ponad 8 miliardami ludzi na Ziemi, a wielu z nas ma wiele urządzeń podłączonych do internetu. Gdybyśmy przydzielili każdemu smartfonowi, laptopowi i inteligentnej lodówce adres IPv4, po prostu nie starczyłoby adresów IPv4.

To niedobór jest znaczącym powodem, dla którego konieczne stało się ulepszenie.

Co to jest IPv6?

Programiści rozpoczęli tworzenie protokołu Internet Protocol w wersji 6 (IPv6) w 1994 roku. Został on zaprojektowany, aby zaradzić potencjalnemu wyczerpaniu dostępnych adresów. Jednak wtedy wydawało się to zbyt skomplikowane, ponieważ nie spodziewano się tak szybkiego rozwoju internetu.

Teraz, IPv6 jest koniecznością.

IPv6 używa adresów 128-bitowych, zapewniając astronomicznie ogromną przestrzeń adresową wynoszącą około 340 undecyliardów (2¹²⁸ lub 3.4×10³⁸) unikalnych adresów.

Aby zrozumieć ogrom przestrzeni adresowej IPv6, rozważmy kilka porównań:

• Na planecie żyje 8,05 miliarda osób. IPv6 może zapewnić około 46 oktylionów (4,7×10²⁸) unikalnych adresów dla każdej osoby na Ziemi przy obecnym poziomie populacji.
• Ilość adresów IPv6 jest większa niż liczba ziaren piasku na Ziemi (szacowana na około 7 500 000 000 000 000 000 czyli 7,5×10³⁸).
• Liczba adresów IPv6 jest większa niż liczba gwiazd we wszechświecie obserwowalnym (szacowana na około 7×10²²).

Chociaż przestrzeń adresowa IPv6 może wydawać się nadmierna, zapewnia ona wystarczająco dużo miejsca na przyszły rozwój i eliminuje potrzebę stosowania technik konserwacji adresów, takich jak Tłumaczenie Adresów Sieciowych (NAT). Wrócimy do tego za chwilę.

Jako że Internet Rzeczy (IoT) ciągle się rozszerza, z prognozami 100 lub więcej urządzeń na gospodarstwo domowe podłączonych do Internetu, posiadanie obszernej przestrzeni adresowej zapewnia, że nie będziemy mierzyć się z problemami wyczerpania adresów przez bardzo długi czas.

Gdzie jest IPv5?

Możesz się zastanawiać, dlaczego przeskoczyliśmy z IPv4 na IPv6, pomijając wersję 5.

IPv5 zostało przypisane do eksperymentalnego protokołu o nazwie Internet Stream Protocol (ST) pod koniec lat 70. 

Jednakże ST nigdy nie zdobyło szerokiego uznania i zostało później porzucone. Aby uniknąć zamieszania z istniejącym protokołem ST, następna wersja Protokołu Internetowego została nazwana IPv6.

Dlaczego nie możemy kontynuować używania IPv4 tak jak dotychczas?

Ponieważ skończyły nam się adresy IPv4.

W 2011 roku Internet Assigned Numbers Authority (IANA) rozdała ostatnie bloki adresów IPv4 Regionalnym Rejestrom Internetowym (RIRs). Te RIRs od tego czasu rozciągają swoje pozostałe adresy IPv4, ale niektóre regiony już całkowicie się wyczerpały.

To nie jest nowy problem.

W czerwcu 1992 roku nieoczekiwany eksponencjalny wzrost Internetu doprowadził do opublikowania RFC 1338, Supernetting: an Address Assignment and Aggregation Strategy. Ten memorandum był pierwszym omawiającym konsekwencje “ewentualnego wyczerpania 32-bitowej przestrzeni adresowej IP.”

Dwa lata później, RFC 1631, The IP Network Address Translator (NAT), zostało opublikowane.

Zrozumienie, dlaczego nadal mamy funkcjonalny internet, wymaga zrozumienia koncepcji i technicznych aspektów związanych z routingiem i Networking.

Prostymi słowy, obecnie dzielimy i ponownie wykorzystujemy adresy IP gdzie to możliwe za pomocą technologii takich jak Carrier-Grade NAT (CGN).

Oto uproszczony przegląd CGN i dlaczego staje się problemem:

Załóżmy, że masz jeden router w domu (przyjmijmy, że jest to Twój router Wi-Fi), który posiada jeden globalny adres IP.

Kiedy podłączasz urządzenie do swojego WiFi, router przypisuje ci lokalne IP , podczas gdy twoje globalne adres IP pozostaje takie samo jak adres twojego routera.

Wszystkie Twoje żądania internetowe, takie jak te podczas oglądania filmików na Instagramie, filmów na YouTube, czy czytania tego bloga, są przesyłane przez Twój router i pojedynczy globalny IP.

Teraz, jeśli twój router jest nieaktywny w nocy, twój dostawca usług internetowych (ISP) przydzieli twoje IP komuś, kto chce korzystać z internetu.

Jeśli się nad tym zastanowisz, zrozumiesz, jak to staje się problemem, gdy więcej urządzeń łączy się z internetem i wymaga stałego dostępu 24/7, takich jak twoje asystenty głosowe (Alexa Echo Dot, Google Home, Apple Home itp.) lub twoje kamery bezpieczeństwa.

Chociaż CGN może pomóc, wprowadza również nowe problemy — spadki wydajności sieci, złożoności routingu oraz problemy dla aplikacji wymagających bezpośredniego połączenia między użytkownikami.

IPv6 bezpośrednio odpowiada na te obawy dzięki ogromnej przestrzeni adresowej. Ponieważ IPv6 umożliwia prawdziwe połączenie koniec-do-końca, nie będzie już więcej współdzielenia. Oferuje również ulepszoną ochronę, prostsze konfigurowanie sieci oraz lepsze wsparcie dla urządzeń mobilnych.

Jak poważny jest niedobór IPv4?

Dostawcy usług internetowych (ISP) i ich klienci od lat martwią się o niedobór adresów IPv4 — jak widać w poście tego użytkownika ServerFault. Aby pracować z dostępnym zasobem adresów IPv4, dostawcy sieci wykonują następujące czynności:

1. Dostawcy usług internetowych powtarzają przenoszenie bloków IPv4 między miastami, co powoduje krótkie przerwy w działaniu i resetowanie połączeń dla klientów.
2. Aby zaoszczędzić adresy, czas trwania dzierżawy DHCP został skrócony z dni na minuty. Oznacza to, że jeśli Twój router jest nieaktywny przez kilka minut, dostawca usług internetowych przydzieli Twój IP komuś innemu.
3. Włączenie NAT na sprzęcie klienta (CPE), nawet dla klientów, którzy zrezygnowali, ponieważ nie było już dostępnych IP.
4. Ograniczenie liczby urządzeń, które mogą jednocześnie łączyć się z siecią poprzez stosowanie ograniczeń adresów MAC.
5. Wdrażanie NAT klasy operatorskiej (CGN) dla klientów, którzy wcześniej mieli rzeczywisty adres IP.

Problem? Te środki obniżają jakość usług dla klientów ISP.

Fragmentacja przestrzeni adresowej IPv4 również doprowadziła do zwiększenia obciążenia administracyjnego, wzrostu kosztów oraz nawet do awarii z powodu ograniczeń pojemności pamięci adresowalnej zawartością (CAM) w routerach głównych.

Chociaż NAT był tymczasowym rozwiązaniem na niedobór adresów IPv4, staje się coraz bardziej niewystarczający.

Dostawcy usług internetowych już mają wiele warstw NAT, co prowadzi do mniej niezawodnej łączności i problemów sieciowych, które stają się niezwykle trudne do zidentyfikowania i zdiagnozowania.

IPv4 a IPv6: Jaka jest różnica?

Dyskutowaliśmy o potrzebie IPv6 i jego wskaźnikach adopcji. Teraz porównajmy bezpośrednio IPv4 z IPv6.

Liczba dostępnych adresów

IPv4 używa 32-bitowych adresów, podczas gdy IPv6 używa 128-bitowych adresów. Ta różnica znacząco wpływa na liczbę dostępnych adresów:

	IPv4	IPv6
Długość adresu	32 bity	128 bitów
Unikalne adresy	~4,3 miliarda	~340 undecylionów
Format adresu	Dziesiętny z kropkami (np. 192.0.2.1)	Szesnastkowy (np. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

Większa przestrzeń adresowa IPv6 eliminuje potrzebę stosowania NAT. W IPv6 każde urządzenie otrzymuje swój własny unikalny adres z możliwością globalnego routingu, co upraszcza konfiguracje sieciowe i umożliwia bezpośrednie połączenia.

Aby to zobrazować, zabrakłoby nam adresów IPv4, gdybyśmy próbowali przypisać jeden dla każdej z ośmiu miliardów osób na Ziemi.

Jednakże, musielibyśmy przypisać 47 oktylionów adresów na osobę na Ziemi, aby wyczerpać IPv6.

Struktura Nagłówka Pakietu

Pakiety IPv4 i IPv6 są jak koperty, które przenoszą dane przez internet.

Tak jak koperty, mają nagłówek, który zawiera ważne informacje dla dostawy. Jednakże, IPv4 i IPv6 mają różne projekty nagłówków:

	IPv4	IPv6
Rozmiar nagłówka	Zmienny (20–60 bajtów)	Stały (40 bajtów)
Pola nagłówka	13 (zawiera sumę kontrolną)	8
Suma kontrolna nagłówka	Tak	Nie
Fragmentacja	Dozwolona przez źródło i routery	Dozwolona tylko przez źródło

Nagłówki IPv4 są jak koperty o zmiennych rozmiarach. Mają 12 pól informacji i sumę kontrolną, która pomaga zapewnić, że zawartość nie została naruszona.

IPv4 również umożliwia zarówno nadawcy, jak i urzędom pocztowym (routerom) dzielenie dużych pakietów na mniejsze części, jeśli jest to potrzebne.

Z drugiej strony, nagłówki IPv6 są jak standardowe koperty o stałym rozmiarze. Mają tylko osiem pól informacyjnych i brak sumy kontrolnej. IPv6 pozwala tylko nadawcy dzielić duże pakiety, a nie urzędowi pocztowym (routerowi).

Ta uproszczona struktura oferuje zalety:

• Szybsze przetwarzanie: Dzięki mniejszej liczbie pól i ustalonej wielkości, urząd pocztowy może sortować i dostarczać pakiety IPv6 szybciej, redukując opóźnienia i poprawiając ogólną prędkość sieci.
• Większa efektywność przekazywania: Ponieważ IPv6 nie ma sumy kontrolnej, router nie musi sprawdzać pieczęci na każdym przystanku, co przyspiesza proces dostawy. Ponadto, ponieważ pakiety mogą być dzielone tylko przez nadawcę, routery muszą je tylko przekazywać.
• Lepsze wsparcie dla dodatków: IPv6 posiada specjalne nagłówki, które można dołączyć do głównej koperty, umożliwiając efektywne dodawanie nowych funkcji takich jak bezpieczeństwo, mobilność i priorytetowe traktowanie.

Bezpieczeństwo

	IPv4	IPv6
Wsparcie IPsec	Opcjonalne	Obowiązkowe
Rozszerzenia prywatności	Niedostępne	Dostępne

IPv6 wymaga IPsec, zestawu protokołów, które szyfrują, uwierzytelniają i chronią integralność pakietów IP. Zapewnia to bezpieczny ruch IPv6 i zmniejsza ryzyko podglądania oraz modyfikacji danych.

IPv6 zawiera również rozszerzenia prywatności, które pozwalają urządzeniom generować losowe adresy, utrudniając atakującym śledzenie poszczególnych urządzeń w różnych sieciach.

Obowiązkowe wsparcie IPsec w IPv6 oferuje kilka zalet w porównaniu z IPv4:

• Poufność: IPsec szyfruje dane zawarte w pakietach IP, chroniąc je przed nieautoryzowanym dostępem.
• Poprawiona integralność: Kontrole integralności danych w IPsec zapobiegają ingerencji, gwarantując, że dane dotrą do miejsca przeznaczenia nienaruszone.
• Wzmocniona autentykacja: IPsec umożliwia wzajemną autentykację nadawcy i odbiorcy, weryfikując ich tożsamość i zapobiegając atakom typu spoofing.

Rozszerzenia prywatności IPv6 radzą sobie również z potencjalnym problemem bezstanowej automatycznej konfiguracji adresów (SLAAC).

Urządzenie może utworzyć adres IPv6 wykorzystując swój adres MAC podczas łączenia się z siecią. Jednakże, ponieważ adres MAC nie zmienia się automatycznie, urządzenie może być śledzone między różnymi sieciami.

Rozszerzenia prywatności rozwiązują ten problem, pozwalając urządzeniom generować losowe adresy IPv6, które zmieniają się okresowo, utrudniając śledzenie urządzenia i poprawiając prywatność użytkownika.

Jakość Usług (QoS)

Jakość usług (QoS) to sposób na priorytetyzację pewnych typów ruchu internetowego nad innymi. Jest to ważne dla takich rzeczy jak rozmowy wideo czy granie online, gdzie dane muszą dotrzeć szybko i płynnie, bez opóźnień czy przerw.

IPv4 i IPv6 mają różne sposoby obsługi QoS:

Funkcje	IPv4	IPv6
Mechanizm QoS	Pole Typu Usługi (ToS)	Pole Etykiety Przepływu
Długość pola	8 bitów	20 bitów

IPv4 ma małe pole “Type of Service” do priorytetyzacji ruchu, ale jest ograniczone do tylko 8 bitów.

IPv6 wprowadza większe pole „Flow Label”, które umożliwia lepsze etykietowanie i priorytetyzację ruchu.

To pomaga sieci identyfikować ważne dane, takie jak rozmowy wideo lub gry, i zapewnia lepszą wydajność oraz stabilność, nawet podczas przeciążeń sieci.

Multicast

Multicast to sposób wysyłania danych do wielu urządzeń jednocześnie, co jest przydatne w przypadkach takich jak strumieniowanie wideo czy granie online. IPv4 i IPv6 obsługują multicast w różny sposób.

Funkcje	IPv4	IPv6
Zakres adresów Multicast	224.0.0.0/4	ff00::/8
Przypisanie adresów Multicast	Przypisane przez IANA	Automatycznie przypisane

W IPv4, IANA przydziela ograniczoną liczbę adresów multicast w zakresie 224.0.0.0/4.

IPv6 posiada znacznie większy pulę tych adresów i pozwala urządzeniom automatycznie przypisywać sobie te adresy. Ułatwia to korzystanie z multicastu do takich zastosowań jak strumieniowe przesyłanie wideo do wielu osób jednocześnie.

IPv6 posiada również specjalne adresy “solicited-node“, które każde urządzenie otrzymuje automatycznie. Pomagają one urządzeniom odnajdywać się nawzajem w sieci i unikać konfliktów adresów, co sprawia, że sieć działa płynniej.

Wsparcie DNS

System Nazw Domenowych (DNS) jest jak książka telefoniczna dla internetu. Tłumaczy nazwy stron internetowych wpisywane przez Ciebie w przeglądarce (np. www.example.com) na konkretne adresy IP, których komputery używają do odnajdywania się nawzajem.

Funkcje	IPv4	IPv6
Typ rekordu DNS	A	AAAA
Typ rekordu odwrotnego DNS	IN-ADDR.ARPA	IP6.ARPA
Adres serwera DNS	Adres IPv4	Adres IPv6

Kluczowe różnice w obsłudze DNS między IPv4 a IPv6 obejmują:

1. Adresy IPv6 są przechowywane w rekordach AAAA (wymawiane “quad-A”), które są odpowiednikami rekordów A w IPv4.
2. IPv6 używa domeny IP6.ARPA do odwrotnych wyszukiwań DNS, podczas gdy IPv4 używa IN-ADDR.ARPA.
3. Serwery DNS muszą posiadać adresy IPv6, aby były dostępne w sieciach IPv6.

Aby płynnie przejść na IPv6, serwery DNS oraz programy wymagają aktualizacji, aby rozumieć zarówno rekordy IPv4, jak i IPv6. Pozwala to na współpracę obu typów adresów podczas przejścia.

IPv6 w Internecie Rzeczy (IoT)

IPv6 jest ważne dla “Internetu Rzeczy” (IoT), który odnosi się do wszystkich różnych urządzeń łączących się z Internetem, takich jak inteligentne urządzenia domowe i sprzęt przemysłowy. Oto jak IPv6 porównuje się do IPv4 dla IoT:

Funkcje	IPv4	IPv6
Przestrzeń adresowa	Ograniczona (4,3 miliarda)	Praktycznie nieograniczona (340 undecylionów)
Przydzielanie adresów	Wymaga DHCP lub konfiguracji manualnej	Obsługuje bezstanową konfigurację adresów automatyczną (SLAAC)
Wsparcie dla multicast	Ograniczone	Rozszerzone

IPv6 oferuje kilka korzyści dla IoT:

1. Dostępność adresów: IPv4 ma ograniczoną liczbę adresów (4,3 miliarda), podczas gdy IPv6 ma ogromną liczbę (340 undecylionów). Oznacza to, że IPv6 może obsłużyć znacznie więcej urządzeń IoT niż IPv4.
2. Konfiguracja: IPv4 wymaga ręcznej konfiguracji lub DHCP do przydzielania adresów, podczas gdy IPv6 pozwala urządzeniom automatycznie tworzyć swoje adresy (SLAAC). To czyni IPv6 prostszym w konfiguracji urządzeń IoT.
3. Komunikacja: IPv6 posiada lepsze funkcje multicast niż IPv4, co pozwala na efektywniejszą komunikację między urządzeniami IoT a kontrolerami.
4. Bezpieczeństwo: IPv6 ma wbudowane obowiązkowe szyfrowanie (IPsec), zapewniające lepsze zabezpieczenia dla urządzeń IoT. IPv4 nie posiada tego domyślnie.

W miarę wzrostu liczby urządzeń IoT, IPv6 stanie się coraz ważniejsze ze względu na swoją większą przestrzeń adresową, prostsze ustawienia, ulepszoną komunikację i lepsze zabezpieczenia w porównaniu do IPv4.

Jak zdecydować: IPv4 kontra IPv6

Chociaż wszystkie urządzenia będą nadal kompatybilne wstecz z IPv4 na przewidywalną przyszłość, ma sens podjąć kilka kroków w kierunku przejścia na sieć IPv6. Aby pomóc Ci podjąć decyzję, oto podsumowanie wszystkich różnic między IPv6 a IPv6, które omówiliśmy powyżej.

Korzyści z IPv4

IPv4, uznany standard, może pochwalić się niemal wszechstronną kompatybilnością z istniejącymi urządzeniami i sieciami. Jego znajomość wśród administratorów sieci ułatwia zarządzanie. Lata użytkowania doprowadziły do rozwoju i powszechnej adopcji protokołów bezpieczeństwa takich jak IPsec i SSL/TLS, zwiększając ich bezpieczeństwo.

Korzyści z IPv6

IPv6, z drugiej strony, oferuje znacznie większą przestrzeń adresową dzięki swoim 128-bitowym adresom, co jest rozwiązaniem na zwiększającą się liczbę urządzeń podłączonych do internetu. Konfiguracja i zarządzanie siecią są prostsze z SLAAC IPv6 i lepszym wsparciem multicast.

Bezpieczeństwo jest zwiększone dzięki obowiązkowemu wsparciu IPsec, kluczowej funkcji IPv6, która zmniejsza ryzyko podsłuchiwania i manipulacji. Pole Flow Label w IPv6 umożliwia lepszą priorytetyzację ruchu, co jest idealne dla dzisiejszych potrzeb, takich jak wideokonferencje.

Praktyczne Rozważania

Organizacje powinny rozważyć kilka praktycznych czynników przy rozważaniu przejścia z IPv4 na IPv6. Podstawowym czynnikiem jest kompatybilność.

Większość nowoczesnych urządzeń i oprogramowania obsługuje IPv6 bez problemów. Jednak niektóre starsze systemy mogą tego nie robić. Oceń swoje urządzenia i oprogramowanie, aby określić, czy migracja jest możliwa, czy wymagałaby uaktualnienia sprzętu.

Każda migracja wiąże się z kosztami, czy to ze względu na ulepszenia sprzętu, czy na czas poświęcony, i przejście na IPv6 nie jest wyjątkiem.

Zastanów się nad kosztami sprzętu, oprogramowania i szkolenia w stosunku do długoterminowych korzyści z wdrożenia IPv6.

Uwaga: Podczas przejścia oba protokoły będą współistniały w Twojej sieci, i faktycznie będziesz potrzebował systemu kompatybilnego wstecz, podczas gdy Internet nadal przechodzi na IPv6.

Jaki jest najlepszy wybór między IPv4 a IPv6?

Wybór wdrożenia IPv6 zależy od obecnej konfiguracji. Jeśli Twoja organizacja zaczyna brakować adresów IPv4, potrzebuje zaawansowanych funkcji takich jak lepsze wsparcie dla multicastu, lub po prostu chce zabezpieczyć swoje sieci na przyszłość, to przejście na IPv6 jest zdecydowanie czymś, co warto rozważyć.

Również, patrząc wstecz na różnice między IPv4 a IPv6, IPv6 jest bardziej odpowiednim wyborem dla dzisiejszego internetu. Zostało stworzone dla świata z praktycznie nieograniczoną liczbą urządzeń, które wszystkie muszą się połączyć niezawodnie i bezpiecznie, podczas gdy IPv4 nie zostało do tego przystosowane.

Ale możesz być przygotowany na tę zmianę. Podczas korzystania z urządzeń i pracy nad projektami online, upewnij się, że obsługują one IPv6. Ten wybór jest świetny dla firm, które chcą się rozwijać. Wybierając IPv6, wybierasz możliwość bycia odkrytym przez więcej osób w Internecie, zarówno teraz, jak i w przyszłości.

Szukasz partnera, który pomoże Ci wkroczyć w przyszłość internetu?

Znajdź dostawcę hostingu, który rozumie znaczenie IPv6. DreamHost, na przykład, ma solidne wsparcie dla IPv6, więc będziesz przygotowany na to, co nadejdzie.

Nie czekaj, aż IPv4 stanie się przestarzałe. Przejdź na IPv6 już dziś.