IPv4 проти IPv6: Яка різниця?

Інтернет зіткнувся з кризою IP-адрес.

Коли IPv4 було створено у 1980-х роках, воно було розроблено для надання IP-адреси кожному комп’ютеру, підключеному до Інтернету.

Однак, може існувати лише 4.3 мільярда унікальних IPv4 адрес, та у нас уже вісім мільярдів людей.

І це проблема.

Ми все ще значною мірою покладаємося на IPv4, систему, яка вичерпана і працює на обходах через обробку величезних 80% інтернет-трафіку сьогодні.

На щастя, IPv6 було створено для вирішення цієї проблеми.

IPv6 пропонує практично необмежений адресний простір, з 340 ундецильйонів адрес.

Наразі понад 45% користувачів Google використовують IPv6 адресу, і цей показник стабільно зростає. Багато країн, таких як Франція (74%), Німеччина (71%) та Індія (71%), вже масштабно впроваджують IPv6.

Але чому не всі перейшли на цю технологію? І які основні відмінності між цими двома конкуруючими системами?

Давайте розглянемо відмінності між IPv4 та IPv6 — теперішнім та майбутнім інтернету.

Що таке IPv4?

Інтернет-протокол версії 4 (IPv4) є ветераном інтернету. З моменту свого введення на початку 1980-х, IPv4 надійно доставляє пакети даних (ваші електронні листи, повідомлення, відео тощо).

Але IPv4 використовує 32-бітні адреси, які виглядають так: 192.168.0.1.

Кожне число, розділене крапками, може бути від 0 до 255. 

Це дає нам майже 4,3 мільярда унікальних адрес.

Цього було більш ніж достатньо для раннього інтернету, але сьогодні цього абсолютно недостатньо.

Подумайте про це: на Землі ми понад 8 мільярдів людей, і багато з нас мають кілька пристроїв, підключених до інтернету. Якби ми надали кожному смартфону, ноутбуку та розумній холодильнику адресу IPv4, адрес IPv4 просто не вистачило б. 

Цей дефіцит є значною причиною, чому оновлення стало необхідним.

Що таке IPv6?

Розробники почали створювати Інтернет-протокол версії 6 (IPv6) у 1994 році. Він був розроблений для того, щоб вирішити потенційне виснаження доступних адрес. Однак тоді це здавалося складним надмірністю, оскільки ми не очікували такого швидкого розширення інтернету.

Тепер IPv6 є необхідністю.

IPv6 використовує 128-бітні адреси, забезпечуючи астрономічно великий простір адрес приблизно в 340 ундециліонів (2¹²⁸ або 3.4×10³⁸) унікальних адрес.

Щоб усвідомити величезний обсяг адресного простору IPv6, давайте розглянемо деякі порівняння:

• На планеті 8.05 мільярда людей. IPv6 може забезпечити приблизно 46 октильйонів (4.7×10²⁸) унікальних адрес для кожної людини на Землі за поточного рівня населення.
• Адрес IPv6 більше, ніж зерен піску на Землі (оцінюється приблизно у 7,500,000,000,000,000,000 або 7.5×10³⁸).
• Кількість адрес IPv6 більша, ніж кількість зірок у видимому всесвіті (оцінюється приблизно у 7×10²²).

Хоча простір адрес IPv6 може здатися надмірним, він забезпечує достатньо місця для майбутнього розвитку та усуває необхідність у техніках збереження адрес, таких як трансляція мережевих адрес (NAT). Ми повернемося до цього через хвилину.

Оскільки Інтернет речей (IoT) продовжує розширюватися, з прогнозами 100 або більше пристроїв на домогосподарство, що підключені до Інтернету, наявність великого адресного простору гарантує, що ми не зіткнемося з проблемами виснаження адрес протягом дуже тривалого часу.

Де IPv5?

Ви можете здивуватись, чому ми перейшли від IPv4 до IPv6, пропустивши версію 5.

IPv5 було присвоєно експериментальному протоколу під назвою Internet Stream Protocol (ST) наприкінці 1970-х років.

Проте, ST так і не здобув широкого визнання і згодом був залишений. Щоб уникнути плутанини з існуючим протоколом ST, наступна версія Інтернет-протоколу була названа IPv6.

Чому ми не можемо продовжувати використовувати IPv4 так, як робимо це зараз?

Тому що ми вичерпали IPv4 адреси.

У 2011 році Інтернет-організація з призначення номерів (IANA) роздала останні блоки адрес IPv4 Регіональним інтернет-реєстратурам (RIRs).  Ці RIRs з тих пір розтягують свої залишки адрес IPv4, але деякі регіони вже повністю вичерпали свої запаси.

Це не нова проблема.

У червні 1992 року несподіване експоненціальне зростання Інтернету призвело до публікації RFC 1338, Supernetting: an Address Assignment and Aggregation Strategy. Цей меморандум був першим, що обговорював наслідки “неминучого виснаження 32-бітного простору IP-адрес”.

Через два роки, RFC 1631, Транслятор мережевих адрес IP (NAT), був опублікований.

Розуміння причин, чому ми все ще маємо функціональний інтернет, вимагає розуміння концепцій та технічних аспектів, що стосуються маршрутизації та мережевих технологій.

Простими словами, ми зараз ділимося та повторно використовуємо IP-адреси, де це можливо, завдяки технологіям, таким як Carrier-Grade NAT (CGN).

Ось спрощений огляд CGN та чому це стає проблемою:

Припустимо, у вас є один роутер вдома (припустимо, це ваш Wi-Fi роутер), який має одну глобальну IP-адресу.

Коли ви підключаєте пристрій до вашого WiFi, роутер призначає вам локальну IP-адресу, тоді як ваша глобальна IP-адреса залишається такою ж, як у вашого роутера.

Усі ваші інтернет-запити, такі як перегляд Instagram reels, відео на YouTube або читання цього блогу, відправляються через ваш роутер та єдину глобальну IP.

Тепер, якщо ваш роутер не активний вночі, ваш провайдер інтернет-послуг (ISP) призначить вашу IP адресу комусь, хто хоче скористатися інтернетом.

Якщо ви подумаєте про це, ви побачите, як це стає проблемою, коли до інтернету підключається все більше пристроїв і вони вимагають доступу 24/7, як ваші голосові асистенти (Alexa Echo Dot, Google Home, Apple Home тощо) або ваші камери безпеки.

Хоча CGN може допомогти, він також вводить нові проблеми — зниження продуктивності мережі, складності маршрутизації та проблеми для додатків, які потребують прямого з’єднання між користувачами.

IPv6 безпосередньо вирішує ці проблеми за рахунок величезного адресного простору. Оскільки IPv6 дозволяє справжнє кінцеве-до-кінцеве з’єднання, більше не буде спільного використання. Вона також має підвищену безпеку, спрощене налаштування мережі та кращу підтримку мобільних пристроїв.

Наскільки критичний дефіцит IPv4?

Інтернет-провайдери та їхні кліенти вже роками турбуються про нестачу адрес IPv4 — як свідчить пост цього користувача ServerFault. Для роботи з доступним пулом адрес IPv4, постачальники мережі роблять наступне:

1. Постачальники інтернет-послуг постійно переміщують блоки IPv4 між містами, що викликає короткочасні відключення та перезавантаження з’єднань для клієнтів.
2. Для економії адрес DHCP час оренди було скорочено з днів до хвилин. Це означає, що якщо ваш маршрутизатор неактивний кілька хвилин, постачальник інтернет-послуг призначить вашу IP-адресу комусь іншому.
3. Включення NAT на обладнанні клієнта (CPE), навіть для тих клієнтів, які відмовилися, оскільки вільних IP не залишилося.
4. Обмеження кількості пристроїв, які можуть одночасно підключатися до мережі, за допомогою обмежень за MAC-адресами.
5. Впровадження мережевого NAT великого масштабу (CGN) для клієнтів, які раніше мали реальну IP-адресу.

Проблема? Ці заходи знижують якість обслуговування клієнтів провайдерів.

Фрагментація адресного простору IPv4 також призвела до адміністративних перевантажень, збільшення витрат та навіть відключень через обмеження ємності пам’яті, доступної за змістом (CAM), на магістральних роутерах.

Хоча NAT був тимчасовим рішенням проблеми нестачі адрес IPv4, він стає все більш недостатнім.

Інтернет-провайдери вже мають кілька рівнів NAT, що призводить до менш надійного з’єднання та мережевих проблем, які стають надзвичайно складними для ідентифікації та виправлення.

IPv4 проти IPv6: У чому різниця?

Ми обговорили необхідність IPv6 та його рівень упровадження. Тепер давайте безпосередньо порівняємо IPv4 та IPv6.

Кількість доступних адрес

IPv4 використовує 32-бітні адреси, тоді як IPv6 використовує 128-бітні адреси. Ця різниця істотно впливає на кількість доступних адрес:

	IPv4	IPv6
Довжина адреси	32 біти	128 бітів
Унікальні адреси	~4.3 мільярди	~340 ундеціліонів
Формат адреси	Десятковий формат з точками (напр., 192.0.2.1)	Шістнадцятковий (напр., 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

Більший простір адрес IPv6 усуває необхідність використання NAT. З IPv6 кожен пристрій отримує свою унікальну, глобально маршрутизовану адресу, що спрощує конфігурацію мережі та дозволяє прямі підключення.

Для наочності, якщо ми спробуємо призначити адресу IPv4 кожній з восьми мільярдів людей на Землі, то адреси швидко закінчаться.

Проте, нам довелося б призначити 47 октильйонів адрес на особу на Землі, щоб закінчитися IPv6.

Структура заголовка пакета

Пакети IPv4 та IPv6 подібні до конвертів, які переносять дані через інтернет.

Так само як конверти, вони мають заголовок, який містить важливу інформацію для доставки. Однак, IPv4 та IPv6 мають різні дизайни заголовків:

	IPv4	IPv6
Розмір заголовка	Змінний (20–60 байтів)	Фіксований (40 байтів)
Поля заголовка	13 (включаючи контрольну суму)	8
Контрольна сума заголовка	Так	Ні
Фрагментація	Дозволена джерелом і маршрутизаторами	Дозволена лише джерелом

Заголовки IPv4 схожі на конверти зі змінними розмірами. Вони містять 12 полів інформації та контрольну суму, яка допомагає забезпечити, що вміст не був змінений.

IPv4 також дозволяє як відправнику, так і поштовому відділенню (маршрутизаторам) розбивати великі пакети на менші частини за потреби.

З іншого боку, заголовки IPv6 схожі на стандартні конверти з фіксованим розміром. Вони містять лише вісім полів інформації і не мають контрольної суми. IPv6 дозволяє лише відправнику розділяти великі пакети, а не поштовому відділенні (маршрутизатору).

Ця спрощена структура пропонує переваги:

• Швидша обробка: Завдяки меншій кількості полів і фіксованому розміру поштове відділення може сортувати і доставляти пакети IPv6 швидше, зменшуючи затримки та покращуючи загальну швидкість мережі.
• Ефективніше пересилання: Оскільки в IPv6 немає контрольної суми, роутеру не потрібно перевіряти пломбу на кожному етапі, що прискорює процес доставки. Також, оскільки пакети можуть розбиватися лише відправником, роутерам лише необхідно їх пересилати.
• Краща підтримка додатків: IPv6 має спеціальні заголовки, які можуть приєднуватися до основного конверта, дозволяючи ефективно додавати нові функції, такі як безпека, мобільність та пріоритетне оброблення.

Безпека

	IPv4	IPv6
Підтримка IPsec	Не обов’язково	Обов’язково
Розширення конфіденційності	Недоступно	Доступно

IPv6 вимагає IPsec, набору протоколів, які шифрують, автентифікують та захищають цілісність IP-пакетів. Це забезпечує безпечний трафік IPv6 та знижує ризик підглядання та зміни даних.

IPv6 також включає розширення конфіденційності, які дозволяють пристроям генерувати випадкові адреси, що ускладнює завдання атакуючим відстежувати окремі пристрої в різних мережах.

Обов’язкова підтримка IPsec в IPv6 надає кілька переваг у порівнянні з IPv4:

• Конфіденційність: IPsec шифрує дані всередині IP-пакетів, захищаючи їх від несанкціонованого доступу.
• Покращена цілісність: Перевірки цілісності даних IPsec запобігають їх змінам, гарантуючи, що дані досягають свого пункту призначення непошкодженими.
• Надійна аутентифікація: IPsec забезпечує взаємну аутентифікацію між відправником та одержувачем, підтверджуючи їхні особи та запобігаючи атакам з підробкою.

Розширення конфіденційності IPv6 також вирішують потенційну проблему з безстатусною автоконфігурацією адрес (SLAAC).

Пристрій може створити IPv6 адресу, використовуючи свою MAC адресу при підключенні до мережі. Однак, оскільки MAC адреса не змінюється автоматично, пристрій може бути відстежений у різних мережах.

Розширення конфіденційності вирішують цю проблему, дозволяючи пристроям генерувати випадкові IPv6 адреси, які змінюються періодично, ускладнюючи відстеження пристрою та покращуючи конфіденційність користувача.

Якість обслуговування (QoS)

Quality of Service (QoS) — це спосіб надання пріоритету певним типам інтернет-трафіку над іншими. Це важливо для таких речей, як відеодзвінки або онлайн-ігри, де дані мають прибути швидко і без затримок або перерв.

IPv4 та IPv6 мають різні способи обробки QoS:

Особливості	IPv4	IPv6
Механізм QoS	Поле Type of Service (ToS)	Поле Flow Label
Довжина поля	8 біт	20 біт

IPv4 має невелике поле “Type of Service” для пріоритетизації трафіку, але воно обмежене лише 8 бітами.

IPv6 вводить більше поле “Flow Label”, яке дозволяє краще маркування та пріоритизацію трафіку.

Це допомагає мережі ідентифікувати важливі дані, такі як відеодзвінки або ігри, та забезпечує кращу продуктивність і стабільність навіть під час перевантаження мережі.

Мультикаст

Multicast – це спосіб одночасної передачі даних багатьом пристроям, що корисно для таких речей, як потокове відео або онлайн-ігри. IPv4 та IPv6 обробляють multicast по-різному.

Особливості	IPv4	IPv6
Діапазон мультикаст-адрес	224.0.0.0/4	ff00::/8
Призначення мультикаст-адрес	Призначено IANA	Автоматично призначено

У IPv4, IANA призначає обмежену кількість мультикаст-адрес у діапазоні 224.0.0.0/4.

IPv6 має набагато більший пул таких адрес та дозволяє пристроям автоматично призначати ці адреси собі. Це спрощує використання мультикасту для таких речей, як одночасна трансляція відео багатьом людям.

IPv6 також має спеціальні адреси “solicited-node“, які кожен пристрій отримує автоматично. Це допомагає пристроям знаходити одне одного в мережі та уникати конфліктів адрес, що сприяє більш плавній роботі мережі.

Підтримка DNS

Система доменних імен (DNS) схожа на телефонний довідник для інтернету. Вона перетворює назви вебсайтів, які ви вводите у свій браузер (наприклад, www.example.com), на конкретні IP-адреси, які комп’ютери використовують для взаємного знаходження.

Особливості	IPv4	IPv6
Тип запису DNS	A	AAAA
Тип зворотнього запису DNS	IN-ADDR.ARPA	IP6.ARPA
Адреса сервера DNS	Адреса IPv4	Адреса IPv6

Основні відмінності у підтримці DNS між IPv4 та IPv6 включають:

1. IPv6 адреси зберігаються в AAAA записах (вимовляється “четвертий-А”), які є еквівалентом A записів у IPv4.
2. IPv6 використовує домен IP6.ARPA для зворотніх DNS пошуків, тоді як IPv4 використовує IN-ADDR.ARPA.
3. DNS сервери мають мати IPv6 адреси, щоб бути доступними через мережі IPv6.

Для плавного переходу на IPv6, DNS сервери та програми потребують оновлення для розуміння як IPv4, так і IPv6 записів. Це дозволяє обом типам адрес співпрацювати під час переходу.

IPv6 в Інтернеті речей (IoT)

IPv6 є важливим для “Інтернету речей” (IoT), який охоплює всі різноманітні пристрої, що підключаються до Інтернету, такі як гаджети для розумного дому та промислове обладнання. Ось як IPv6 порівнюється з IPv4 для IoT:

Особливості	IPv4	IPv6
Простір адрес	Обмежений (4.3 мільярда)	Практично необмежений (340 ундециліонів)
Призначення адрес	Вимагає DHCP або ручної конфігурації	Підтримує автоконфігурацію без стану (SLAAC)
Підтримка мультикаст	Обмежена	Покращена

IPv6 пропонує кілька переваг для IoT:

1. Наявність адрес: IPv4 має обмежену кількість адрес (4,3 мільярда), тоді як IPv6 має величезну кількість (340 ундециліонів). Це означає, що IPv6 може підтримувати значно більше IoT-пристроїв, ніж IPv4.
2. Налаштування: IPv4 вимагає ручного налаштування або DHCP для призначення адреси, тоді як IPv6 дозволяє пристроям автоматично створювати свої адреси (SLAAC). Це спрощує налаштування IoT-пристроїв для IPv6.
3. Комунікація: IPv6 має кращі можливості мультикасту, ніж IPv4, що дозволяє ефективніше комунікувати між IoT-пристроями та контролерами.
4. Безпека: IPv6 має вбудоване обов’язкове шифрування (IPsec), що забезпечує кращу безпеку для IoT-пристроїв. У IPv4 цього за замовчуванням немає.

Зі збільшенням кількості пристроїв Інтернету речей, IPv6 ставатиме все більш важливим через його більший адресний простір, простіше налаштування, покращене спілкування та кращу безпеку порівняно з IPv4.

Як вирішити: IPv4 проти IPv6

Хоча всі пристрої і надалі залишатимуться сумісними з IPv4 у передбачуваному майбутньому, має сенс зробити кілька кроків на шляху до переходу на мережу IPv6. Щоб допомогти вам вирішити, ось підсумок усіх відмінностей між IPv6 та IPv6, які ми розглянули вище.

Переваги IPv4

IPv4, стабільний стандарт, може похвалитися майже всесвітньою сумісністю з існуючими пристроями та мережами. Його знайомство з адміністраторами мереж спрощує управління. Роки використання призвели до розробки та широкого впровадження протоколів безпеки, таких як IPsec та SSL/TLS, що підвищує їхню безпеку.

Переваги IPv6

IPv6, з іншого боку, пропонує значно більший простір адрес завдяки своїм 128-бітним адресам, рішення для збільшення кількості пристроїв, підключених до інтернету. Налаштування та управління мережею є простішими з SLAAC та кращою підтримкою мультикасту в IPv6.

Безпека покращена завдяки обов’язковій підтримці IPsec, основній функції IPv6, що зменшує ризики підслуховування та втручання. Поле Flow Label у IPv6 дозволяє краще пріоритезувати трафік, що є ідеальним для сучасних потреб, таких як відеоконференції.

Практичні розгляди

Організаціям слід враховувати кілька практичних факторів при розгляді переходу з IPv4 на IPv6. Основним фактором є сумісність.

Більшість сучасних пристроїв та програмного забезпечення без проблем працюють з IPv6. Однак деякі застарілі системи можуть не підтримувати це. Оцініть ваше обладнання та програмне забезпечення, щоб визначити, чи можлива міграція, або чи потребуватиме вона оновлення обладнання.

Будь-яка міграція потребує витрат, чи то через оновлення апаратного забезпечення, чи через час, вкладений у процес, і перехід на IPv6 не є винятком.

Подумайте про витрати на обладнання, програмне забезпечення та навчання у порівнянні з довгостроковими перевагами впровадження IPv6.

Примітка: Під час переходу обидва протоколи будуть співіснувати у вашій мережі, і насправді вам знадобиться система, сумісна з попередніми версіями, поки Інтернет все ще переходить на IPv6.

Який найкращий вибір між IPv4 та IPv6?

Вибір прийняття IPv6 залежить від вашої поточної конфігурації. Якщо вашій організації не вистачає адрес IPv4, потрібні розширені функції, такі як краща підтримка мультикасту, або просто хочеться підготуватися до майбутнього, то перехід на IPv6 точно варто розглянути.

Також, оглядаючи різницю між IPv4 та IPv6, IPv6 є більш відповідним вибором для сучасного інтернету. Вона була створена для світу з практично необмеженою кількістю пристроїв, кожен з яких потребує надійного та безпечного підключення, тоді як IPv4 не була на це розрахована.

Але ви можете бути готовими до цієї зміни. Коли ви використовуєте пристрої та працюєте з онлайн-проектами, переконайтеся, що вони підтримують IPv6. Цей вибір чудовий для бізнесу, який хоче продовжувати рости. Обираючи IPv6, ви обираєте можливість бути виявленими більшою кількістю людей в інтернеті, як зараз, так і в майбутньому.

Шукаєте партнера, що допоможе вам увійти в майбутнє інтернету?

Знайдіть провайдера хостингу, який розуміє важливість IPv6. DreamHost, наприклад, має надійну підтримку IPv6, тому ви будете готові до того, що чекає впереді.

Не чекайте, поки IPv4 стане застарілим. Змініть на IPv6 вже сьогодні.