IPv4 против IPv6: В чем разница?

Интернет сталкивается с кризисом IP-адресов.

Когда IPv4 был создан в 1980-х годах, он был разработан для того, чтобы каждому компьютеру, подключенному к Интернету, присваивался IP-адрес.

Однако может существовать только 4,3 миллиарда уникальных IPv4 адресов, а у нас уже восемь миллиардов человек.

И это проблема.

Мы все еще в значительной степени зависим от IPv4, системы, которая исчерпана и работает на костылях из-за обработки огромного объема интернет-трафика — 80% сегодня.

К счастью, IPv6 был создан для решения этой проблемы.

IPv6 предлагает практически неограниченное адресное пространство, с 340 ундециллионами адресов.

В настоящее время более 45% пользователей Google используют адрес IPv6, и этот показатель достаточно стабильно растет. Многие страны, такие как Франция (74%), Германия (71%) и Индия (71%), уже масштабно переходят на IPv6.

Но почему не все перешли на эту технологию? И каковы основные различия между этими двумя конкурирующими системами?

Давайте рассмотрим различия между IPv4 и IPv6 — настоящим и будущим интернета.

Что такое IPv4?

Internet Protocol версии 4 (IPv4) является ветераном интернета. С момента своего введения в начале 1980-х годов, IPv4 надежно передает пакеты данных (ваши электронные письма, сообщения, видео и т.д.).

Но IPv4 использует 32-битные адреса, которые выглядят так: 192.168.0.1.

Каждое число, разделённое точками, может быть в диапазоне от 0 до 255. 

Это дает нам почти 4,3 миллиарда уникальных адресов.

Этого было более чем достаточно для раннего интернета, но сегодня этого явно недостаточно.

Подумайте об этом: на Земле более 8 миллиардов человек, и многие из нас используют несколько устройств, подключенных к интернету. Если каждому смартфону, ноутбуку и умному холодильнику выдать адрес IPv4, просто не хватит адресов IPv4.

Этот дефицит является значительной причиной, по которой обновление стало необходимым.

Что такое IPv6?

Разработчики начали создание протокола интернета версии 6 (IPv6) в 1994 году. Он был разработан для решения потенциального исчерпания доступных адресов. Однако тогда это казалось сложным излишеством, поскольку мы не ожидали такого быстрого расширения интернета.

Теперь IPv6 необходим.

IPv6 использует 128-битные адреса, обеспечивая астрономически огромное адресное пространство примерно в 340 ундециллионов (2¹²⁸ или 3.4×10³⁸) уникальных адресов.

Чтобы оценить огромность адресного пространства IPv6, давайте рассмотрим некоторые сравнения:

• На планете 8.05 миллиарда человек. IPv6 может предоставить около 46 октиллионов (4.7×10²⁸) уникальных адресов для каждого человека на Земле при текущем уровне населения.
• Адресов IPv6 больше, чем зерен песка на Земле (оценивается примерно в 7,500,000,000,000,000,000 или 7.5×10³⁸).
• Количество адресов IPv6 превышает число звезд в наблюдаемой вселенной (оценивается примерно в 7×10²²).

Хотя адресное пространство IPv6 может показаться избыточным, оно обеспечивает достаточно места для будущего роста и исключает необходимость в техниках сохранения адресов, таких как трансляция сетевых адресов (NAT). Мы вернемся к этому через минуту.

По мере расширения Интернета вещей (IoT), с прогнозами подключения к интернету 100 или более устройств в каждом домохозяйстве, наличие обширного адресного пространства гарантирует, что проблемы с исчерпанием адресов не возникнут в течение очень долгого времени.

Где IPv5?

Возможно, вы задаетесь вопросом, почему мы перешли с IPv4 на IPv6, пропустив пятую версию.

IPv5 был присвоен экспериментальному протоколу под названием Internet Stream Protocol (ST) в конце 1970-х годов. 

Однако ST так и не получил широкого распространения и был впоследствии заброшен. Чтобы избежать путаницы с существующим протоколом ST, следующая версия Интернет-протокола была названа IPv6.

Почему мы не можем продолжать использовать IPv4 как прежде?

Потому что у нас закончились IPv4 адреса.

В 2011 году Агентство по распределению номеров в Интернете (IANA) выдало последние блоки адресов IPv4 Региональным интернет-реестрам (RIRs). Эти RIRs продолжают рационально использовать оставшиеся адреса IPv4, но некоторые регионы уже полностью исчерпали свои запасы.

Это не новая проблема.

В июне 1992 года неожиданный экспоненциальный рост Интернета привел к публикации RFC 1338, Supernetting: an Address Assignment and Aggregation Strategy. Это сообщение было первым, в котором обсуждались последствия «предстоящего истощения 32-битного адресного пространства IP».

Через два года был опубликован RFC 1631, Транслятор сетевых адресов IP (NAT).

Для понимания того, почему у нас все еще функционирует интернет, необходимо разобраться в концепциях и технических аспектах маршрутизации и Networking.

Проще говоря, в настоящее время мы используем общие и повторно используемые IP-адреса благодаря технологиям, таким как Carrier-Grade NAT (CGN).

Вот упрощенный обзор CGN и почему это становится проблемой:

Предположим, у вас дома есть один роутер (допустим, это ваш Wi-Fi роутер), у которого есть один глобальный IP-адрес.

Когда вы подключаете устройство к вашему WiFi, роутер присваивает вам локальный IP, в то время как ваш глобальный IP-адрес остается таким же, как у вашего роутера.

Все ваши интернет-запросы, такие как просмотр роликов в Instagram, видео на YouTube или чтение этого блога, отправляются через ваш роутер и единый глобальный IP.

Теперь, если ваш маршрутизатор неактивен ночью, ваш поставщик интернет-услуг (ISP) переназначит ваш IP-адрес кому-то, кто хочет использовать интернет.

Если подумать, вы увидите, как это становится проблемой по мере того, как к интернету подключается все больше устройств, требующих круглосуточного доступа, например, ваши голосовые помощники (Alexa Echo Dot, Google Home, Apple Home и т. д.) или ваше оборудование видеонаблюдения.

Хотя CGN может помочь, он также вводит новые проблемы — падение производительности сети, сложности маршрутизации и проблемы для приложений, требующих прямого соединения между пользователями.

IPv6 напрямую решает эти проблемы, предоставляя огромное адресное пространство. Поскольку IPv6 позволяет создавать настоящее конечное соединение, больше не будет необходимости в совместном использовании. Это также обеспечивает улучшенную безопасность, упрощает настройку сети и лучше поддерживает мобильные устройства.

Насколько серьезна нехватка IPv4?

Провайдеры Интернет-услуг и их клиенты уже много лет беспокоятся о дефиците адресов IPv4 — как подтверждает пост этого пользователя ServerFault. Для работы с доступным пулом адресов IPv4 провайдеры сети делают следующее:

1. Провайдеры постоянно перераспределяют блоки IPv4 между городами, что вызывает кратковременные отключения и сбросы подключений для клиентов.
2. Для экономии адресов время аренды DHCP сокращено с дней до минут. Это означает, что если ваш маршрутизатор неактивен в течение нескольких минут, провайдер назначит ваш IP кому-то другому.
3. Включение NAT на оборудовании клиента (CPE), даже для тех, кто отказался от этого, поскольку свободных IP не осталось.
4. Ограничение количества устройств, которые могут одновременно подключаться к сети, с использованием ограничений по MAC-адресам.
5. Внедрение NAT крупного оператора (CGN) для клиентов, у которых ранее был реальный IP-адрес.

Проблема? Эти меры снижают качество услуг для клиентов интернет-провайдеров.

Фрагментация адресного пространства IPv4 также привела к административным издержкам, увеличению затрат и даже к перебоям из-за ограничений емкости памяти с контент-адресуемым доступом (CAM) в магистральных роутерах.

Хотя NAT был временным решением проблемы нехватки адресов IPv4, он становится всё более недостаточным.

У Интернет-провайдеров уже есть несколько уровней NAT, что приводит к менее надежной связи и сетевым проблемам, которые становятся чрезвычайно сложными для выявления и устранения.

IPv4 против IPv6: В чем разница?

Мы обсудили необходимость IPv6 и темпы его внедрения. Теперь давайте напрямую сравним IPv4 и IPv6.

Количество доступных адресов

IPv4 использует 32-битные адреса, в то время как IPv6 использует 128-битные адреса. Это различие существенно влияет на количество доступных адресов:

	IPv4	IPv6
Длина адреса	32 бита	128 бит
Уникальные адреса	~4.3 миллиарда	~340 ундециллионов
Формат адреса	Десятичный с точками (напр., 192.0.2.1)	Шестнадцатеричный (напр., 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

Большое адресное пространство IPv6 исключает необходимость в NAT. С IPv6 каждое устройство получает свой уникальный, имеющий глобальную маршрутизацию адрес, что упрощает конфигурацию сети и позволяет осуществлять прямые подключения.

Чтобы представить это в перспективе, у нас закончились бы адреса IPv4, если бы мы попытались присвоить один каждому из восьми миллиардов человек на Земле.

Однако нам придется выделить каждому человеку на Земле 47 октиллионов адресов, чтобы исчерпать запасы IPv6.

Структура заголовка пакета

Пакеты IPv4 и IPv6 подобны конвертам, которые переносят данные через интернет.

Так же как конверты, они имеют заголовок, который содержит важную информацию для доставки. Однако, IPv4 и IPv6 имеют различные дизайны заголовков:

	IPv4	IPv6
Размер заголовка	Переменный (20–60 байт)	Фиксированный (40 байт)
Поля заголовка	13 (включая контрольную сумму)	8
Контрольная сумма заголовка	Да	Нет
Фрагментация	Разрешена источником и роутерами	Разрешена только источником

Заголовки IPv4 похожи на конверты переменного размера. Они содержат 12 полей информации и контрольную сумму, которая помогает убедиться, что содержимое не было изменено.

IPv4 также позволяет отправителю и почтовому отделению (маршрутизаторам) при необходимости разбивать большие пакеты на меньшие части.

С другой стороны, заголовки IPv6 похожи на стандартизированные конверты фиксированного размера. Они содержат только восемь полей информации и не имеют контрольной суммы. IPv6 позволяет только отправителю разбивать большие пакеты, а не почтовому отделению (маршрутизатору).

Эта упрощенная структура предлагает преимущества:

• Более быстрая обработка: С меньшим количеством полей и фиксированным размером, почтовое отделение может сортировать и доставлять пакеты IPv6 быстрее, уменьшая задержки и повышая общую скорость сети.
• Более эффективная пересылка: Поскольку в IPv6 отсутствует контрольная сумма, роутеру не нужно проверять пломбу на каждой остановке, что ускоряет процесс доставки. К тому же, поскольку пакеты может разбивать только отправитель, роутерам нужно только пересылать их.
• Лучшая поддержка дополнений: IPv6 имеет специальные заголовки, которые могут быть прикреплены к основному конверту, позволяя эффективно добавлять новые функции, такие как безопасность, мобильность и приоритетная обработка.

Безопасность

	IPv4	IPv6
Поддержка IPsec	Необязательно	Обязательно
Расширения конфиденциальности	Недоступно	Доступно

IPv6 требует IPsec, набора протоколов, которые шифруют, аутентифицируют и защищают целостность IP-пакетов. Это обеспечивает безопасный обмен данными по IPv6 и снижает риск подслушивания и изменения данных.

IPv6 также включает в себя расширения конфиденциальности, которые позволяют устройствам генерировать случайные адреса, что затрудняет атакующим отслеживание отдельных устройств в разных сетях.

Обязательная поддержка IPsec в IPv6 предоставляет несколько преимуществ по сравнению с IPv4:

• Конфиденциальность: IPsec шифрует данные внутри IP-пакетов, защищая их от несанкционированного доступа.
• Повышенная целостность: Проверки целостности данных IPsec предотвращают их подделку, гарантируя, что данные достигнут своей цели в неизменном виде.
• Надежная аутентификация: IPsec обеспечивает взаимную аутентификацию отправителя и получателя, подтверждая их личности и предотвращая атаки с подменой адреса.

Расширения конфиденциальности IPv6 также решают возможную проблему с безсостоянийной автоконфигурацией адресов (SLAAC).

Устройство может создать IPv6-адрес, используя свой MAC-адрес при подключении к сети. Однако, поскольку MAC-адрес не изменяется автоматически, устройство может быть отслежено в разных сетях.

Расширения конфиденциальности решают эту проблему, позволяя устройствам генерировать случайные IPv6-адреса, которые периодически изменяются, что затрудняет отслеживание устройства и повышает конфиденциальность пользователя.

Качество обслуживания (QoS)

Качество обслуживания (QoS) — это способ приоритизации определенных типов интернет-трафика перед другими. Это важно для таких вещей, как видеозвонки или онлайн-игры, где данные должны приходить быстро и плавно без задержек или перебоев.

IPv4 и IPv6 имеют разные способы обработки QoS:

Особенность	IPv4	IPv6
Механизм QoS	Поле Type of Service (ToS)	Поле Flow Label
Длина поля	8 бит	20 бит

IPv4 имеет небольшое поле “Type of Service” для приоритизации трафика, но оно ограничено всего 8 битами.

IPv6 представляет более крупное поле «Flow Label», которое позволяет лучше маркировать трафик и устанавливать приоритеты.

Это помогает сети определять важные данные, такие как видеозвонки или игры, и обеспечивает лучшую производительность и стабильность, даже при перегрузках в сети.

Мультикаст

Multicast — это способ отправки данных одновременно на множество устройств, что полезно для таких вещей, как потоковое видео или онлайн-игры. IPv4 и IPv6 обрабатывают multicast по-разному.

Особенности	IPv4	IPv6
Диапазон мультикаст-адресов	224.0.0.0/4	ff00::/8
Назначение мультикаст-адреса	Назначено IANA	Автоматически назначено

В IPv4, IANA назначает ограниченное количество мультикаст-адресов в диапазоне 224.0.0.0/4.

IPv6 имеет гораздо больший пул этих адресов и позволяет устройствам автоматически назначать себе эти адреса. Это упрощает использование мультикаста для таких вещей, как трансляция видео одновременно многим людям.

IPv6 также имеет специальные “solicited-node” адреса, которые каждое устройство получает автоматически. Они помогают устройствам находить друг друга в сети и избегать конфликтов адресов, что делает работу сети более плавной.

Поддержка DNS

Система доменных имен (DNS) подобна телефонному справочнику для интернета. Она преобразует названия веб-сайтов, которые вы вводите в свой браузер (например, www.example.com), в конкретные IP-адреса, которые компьютеры используют для поиска друг друга.

Особенности	IPv4	IPv6
Тип записи DNS	A	AAAA
Тип обратной записи DNS	IN-ADDR.ARPA	IP6.ARPA
Адрес сервера DNS	Адрес IPv4	Адрес IPv6

Основные различия в поддержке DNS между IPv4 и IPv6 включают:

1. IPv6 адреса сохраняются в записях AAAA (произносится как “четыре A”), которые являются эквивалентом записей A в IPv4.
2. IPv6 использует домен IP6.ARPA для обратных DNS-запросов, в то время как IPv4 использует IN-ADDR.ARPA.
3. DNS-серверы должны иметь IPv6 адреса, чтобы быть доступными в сетях IPv6.

Для плавного перехода на IPv6, серверам DNS и программам необходимо обновление для понимания записей IPv4 и IPv6. Это позволяет обоим типам адресов работать вместе во время перехода.

IPv6 в Интернете вещей (IoT)

IPv6 важен для “Интернета вещей” (IoT), который относится ко всем различным устройствам, подключенным к Интернету, таким как умные домашние устройства и промышленное оборудование. Вот как IPv6 сравнивается с IPv4 для IoT:

Особенности	IPv4	IPv6
Адресное пространство	Ограничено (4.3 миллиарда)	Практически неограничено (340 ундециллионов)
Назначение адреса	Требуется DHCP или ручная настройка	Поддерживает автоконфигурацию адресов без состояния (SLAAC)
Поддержка мультикаста	Ограничена	Расширенная

IPv6 предлагает несколько преимуществ для IoT:

1. Доступность адресов: IPv4 имеет ограниченное количество адресов (4,3 миллиарда), в то время как у IPv6 их огромное количество (340 ундециллионов). Это означает, что IPv6 может поддерживать гораздо больше устройств IoT, чем IPv4.
2. Настройка: IPv4 требует ручной настройки или DHCP для присвоения адресов, в то время как IPv6 позволяет устройствам автоматически создавать свои адреса (SLAAC). Это делает IPv6 проще для настройки устройств IoT.
3. Коммуникация: IPv6 имеет лучшие возможности мультикаста, чем IPv4, что позволяет более эффективно осуществлять коммуникацию между устройствами IoT и контроллерами.
4. Безопасность: IPv6 имеет обязательное шифрование (IPsec), встроенное в систему, что обеспечивает лучшую безопасность для устройств IoT. В IPv4 это не предусмотрено по умолчанию.

По мере увеличения количества устройств IoT, IPv6 станет всё более важным из-за своего большего адресного пространства, более простой настройки, улучшенной коммуникации и лучшей безопасности по сравнению с IPv4.

Как выбрать: IPv4 против IPv6

Хотя все устройства в обозримом будущем будут продолжать поддерживать обратную совместимость с IPv4, имеет смысл предпринять несколько шагов к переходу на сеть IPv6. Чтобы помочь вам сделать выбор, вот краткое изложение всех различий между IPv6 и IPv6, которые мы рассмотрели выше.

Преимущества IPv4

IPv4, установленный стандарт, может похвастаться почти универсальной совместимостью с существующими устройствами и сетями. Его знакомство с сетевыми администраторами упрощает управление. Годы использования привели к разработке и широкому распространению протоколов безопасности, таких как IPsec и SSL/TLS, повышая их безопасность.

Преимущества IPv6

IPv6, с другой стороны, предлагает значительно больший адресное пространство благодаря своим 128-битным адресам, решение для увеличивающегося числа устройств, подключенных к интернету. Настройка и управление сетью проще с поддержкой SLAAC и лучшей поддержкой мультикаста в IPv6.

Безопасность улучшена за счет обязательной поддержки IPsec, что является основной функцией IPv6 и снижает риск подслушивания и вмешательства. Поле Flow Label в IPv6 позволяет лучше приоритизировать трафик, что идеально подходит для современных потребностей, таких как видеоконференции.

Практические соображения

Организациям следует учитывать несколько практических факторов при рассмотрении перехода с IPv4 на IPv6. Основным фактором является совместимость.

Большинство современных устройств и программного обеспечения без проблем работают с IPv6. Однако некоторые устаревшие системы могут не поддерживать его. Оцените ваше оборудование и программное обеспечение, чтобы определить возможность миграции или необходимость обновления оборудования.

Любая миграция влечет за собой расходы, будь то из-за обновления оборудования или из-за вложенного времени, и переход на IPv6 не исключение.

Подумайте о затратах на оборудование, программное обеспечение и обучение в сравнении с долгосрочными преимуществами внедрения IPv6.

Примечание: Во время перехода оба протокола будут сосуществовать в вашей сети, и, фактически, вам потребуется система, совместимая с предыдущими версиями, пока Интернет еще переходит на IPv6.

Какой выбор лучше между IPv4 и IPv6?

Выбор в пользу перехода на IPv6 зависит от вашей текущей конфигурации. Если ваша организация испытывает нехватку адресов IPv4, нуждается в расширенных функциях, таких как улучшенная поддержка многоадресной рассылки, или просто хочет обезопасить свои сети на будущее, то переход на IPv6 определенно стоит рассмотреть.

Также, рассматривая различия между IPv4 и IPv6, IPv6 является более подходящим выбором для современного интернета. Он был создан для мира с практически неограниченным количеством устройств, каждое из которых нуждается в надежном и безопасном подключении, в то время как IPv4 — нет.

Но вы можете быть готовы к этому изменению. Когда вы используете устройства и работаете с онлайн-проектами, убедитесь, что они поддерживают IPv6. Этот выбор идеален для бизнеса, который хочет продолжать расти. Выбирая IPv6, вы выбираете возможность быть замеченным большим количеством людей в интернете, как сейчас, так и в будущем.

Ищете партнера, который поможет вам войти в будущее интернета?

Найдите провайдера хостинга, который понимает важность IPv6. DreamHost, например, имеет надежную поддержку IPv6, так что вы будете готовы к тому, что ждет вас впереди.

Не ждите, пока IPv4 станет устаревшим. Переходите на IPv6 уже сегодня.