IPv4 против IPv6: В чем разница?

Интернет сталкивается с кризисом IP-адресов.

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

Тем не менее, может существовать только 4,3 миллиарда уникальных IPv4-адресов, а у нас уже восемь миллиардов людей.

И это проблема.

Мы все еще в значительной степени зависим от IPv4, системы, которая исчерпана и работает на основе временных решений из-за обработки огромных 80% интернет-трафика 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 стабильно растёт. Многие страны, такие как Франция (74%), Германия (71%) и Индия (71%), уже внедряют IPv6 в больших масштабах.

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

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

Что такое IPv4?

Internet Protocol version 4 (IPv4) — это ветеранская система интернета. С момента своего появления в начале 1980-х годов, IPv4 надежно доставляет пакеты данных (ваши электронные письма, сообщения, видео и т.д.).

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

Каждое число, разделенное точками, может быть от 0 до 255. 

Это дает нам почти 4,3 миллиарда уникальных адресов.

Этого было более чем достаточно для раннего интернета, но сегодня этого катастрофически не хватает.

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 выделить IPv4-адрес, то их просто не хватит.

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

Что такое IPv6?

Разработчики начали создание интернет-протокола версии 6 (IPv6) в 1994 году. Он был разработан для решения проблемы потенциального истощения доступных адресов. Однако тогда это казалось сложным избыточным решением, 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 понять 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 больше, чем количество видимых звезд во Вселенной (оценивается примерно в 7×10²²).

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

По мере того как Интернет вещей (IoT) продолжает расширяться, с прогнозами наличия 100 и более устройств в каждом домохозяйстве, подключенных к Интернету, наличие огромного адресного пространства гарантирует, что мы не столкнемся с проблемами исчерпания адресов 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 впоследствии был заброшен. Чтобы избежать путаницы с существующим протоколом ST, следующая версия Интернет-протокола была названа IPv6.

Почему мы не можем продолжать использовать IPv4, как это уже делаем?

Потому что у нас закончились адреса IPv4.

В 2011 году Интернет-корпорация по присвоению имен и номеров (IANA) выдала последние блоки IPv4-адресов региональным интернет-регистратурам (RIRs). Эти регистратуры с тех пор растягивают оставшиеся блоки IPv4-адресов, но в некоторых регионах они уже полностью исчерпаны.

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 «возможного исчерпания 32-битного адресного пространства IP».

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

Для понимания, почему интернет все еще функционирует, необходимо разобраться в концепциях и технических аспектах маршрутизации и сетевых технологиях.

Проще говоря, мы в настоящее время делим и повторно используем IP-адреса где это возможно, с помощью технологий, таких как Carrier-Grade NAT (CGN).

Вот упрощенный обзор CGN и почему это становится проблемой:

Представьте, что у вас дома есть один роутер (предположим, это ваш Wi-Fi роутер), который имеет один глобальный IP-адрес.

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

Все ваши интернет-запросы, такие как просмотр роликов в Instagram, видео на YouTube или чтение этого блога, передаются 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, то становится ясно, как это становится проблемой по мере подключения к интернету все большего числа устройств, требующих круглосуточного доступа, таких как ваши голосовые помощники (Alexa Echo Dot, Google Home, Apple Home и т. д.) или вашы видеокамеры безопасности.

Хотя CGN может помочь, это также приводит к новым проблемам — снижение производительности сети, усложнение маршрутизации и проблемы для приложений, которым необходимо прямое соединение между пользователями.

IPv6 напрямую решает эти проблемы, предоставляя огромное адресное пространство. Поскольку IPv6 позволяет создавать истинное конечно-конечное соединение, больше не будет необходимости в совместном использовании. Она также предлагает улучшенную безопасность, более простую настройку сети и лучшую поддержку мобильных устройств.

Насколько серьезна нехватка IPv4?

Поставщики интернет-услуг и их клиенты уже много лет беспокоятся о нехватке адресов IPv4 — как подтверждает пост этого пользователя ServerFault. Для работы с доступным пулом адресов IPv4 поставщики сетевых услуг делают следующее:

1. Поставщики интернет-услуг постоянно перемещают блоки IPv4 между городами, что вызывает кратковременные перебои и сбросы соединения для клиентов.
2. Для экономии адресов время аренды DHCP было сокращено с нескольких дней до нескольких минут. Это означает, что если ваш роутер неактивен в течение нескольких минут, провайдер присвоит ваш IP-адрес кому-то другому.
3. Включение NAT на оборудовании клиента (CPE), даже для тех клиентов, которые отказались от этого из-за отсутствия свободных IP-адресов.
4. Ограничение количества устройств, которые могут одновременно подключаться к сети, используя ограничения по MAC-адресам.
5. Внедрение NAT уровня оператора (CGN) для клиентов, которые ранее имели реальный IP-адрес.

Проблема? Эти меры снижают качество обслуживания клиентов интернет-провайдера.

Фрагментация адресного пространства IPv4 также привела к административным издержкам, увеличению стоимости и даже перебоям из-за ограничений емкости памяти с прямым 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 крайне сложными для идентификации и отладки.

IPv4 против IPv6: В чем разница?

Мы обсудили необходимость IPv6 и его уровни внедрения. Теперь давайте прямо сравним IPv4 против 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 формат с точками (напр., 192.0.2.1)	Шестнадцатеричный (напр., 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)

Большее адресное пространство IPv6 устраняет необходимость в NAT. С IPv6 каждое устройство получает свой уникальный, глобально маршрутизируемый адрес, что упрощает конфигурацию сети и позволяет осуществлять прямые подключения.

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

Однако, нам потребуется присвоить 47 октиллионов адресов каждому человеку на Земле, чтобы исчерпать запасы IPv6.

Структура заголовка пакета

Пакеты IPv4 и IPv6 похожи на конверты, которые переносят данные через интернет.

Так же, как и конверты, они имеют заголовок, содержащий важную информацию для доставки. Однако у IPv4 и IPv6 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 маршрутизаторами	Разрешена только источником

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

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

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 (роутеру).

Эта упрощенная структура предоставляет 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 нет контрольной суммы, роутеру не нужно проверять печать на каждой остановке, что ускоряет процесс доставки. Кроме того, поскольку пакеты могут разбиваться только отправителем, 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, набор протоколов, которые шифруют, аутентифицируют и защищают целостность IP-пакетов. Это обеспечивает безопасный трафик IPv6 и снижает риск подслушивания и изменения данных.

IPv6 также включает в себя расширения конфиденциальности, которые позволяют устройствам генерировать случайные адреса, что усложняет задачу атакующим отслеживать отдельные устройства 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.
• Улучшенная целостность: Проверки целостности данных IPsec предотвращают вмешательство, гарантируя, что данные прибудут на место назначения в неизменном виде.
• Надежная аутентификация: IPsec обеспечивает взаимную аутентификацию отправителя и получателя, подтверждая их личности и предотвращая атаки подмены.

Расширения конфиденциальности IPv6 также решают потенциальную проблему с безсостоянной 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 меняются, что усложняет отслеживание устройства и повышает конфиденциальность пользователя.

Качество обслуживания (QoS)

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

IPv4 и IPv6 имеют разные способы обработки QoS:

Особенность	IPv4	IPv6
Механизм QoS	Поле “Тип службы” (ToS)	Поле “Метки потока”
Длина поля	8 бит	20 бит

IPv4 имеет небольшое поле “Тип услуги” для приоритетизации трафика, но оно ограничено всего 8 битами.

IPv6 представляет более крупное поле “Flow Label”, которое позволяет лучше маркировать трафик и устанавливать его приоритетность.

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

Мультикаст

Multicast — это способ отправки данных одновременно множеству 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-адресов	Назначены IANA	Автоматически назначаемые

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 многоадресной рассылки для таких вещей, как одновременная трансляция видео многим пользователям.

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

DNS поддержка

Система доменных имен (DNS) подобна телефонной книге для интернета. Она переводит имена веб-сайтов, которые вы вводите в свой браузер (например, www.example.com), в конкретные IP-адреса, которые компьютеры используют для взаимного поиска.

Особенность	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. Адреса IPv6 хранятся 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 адреса IPv6 для доступности в сетях IPv6.

Для плавного перехода на IPv6, DNS-серверам 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, подключаемым к Интернету, таким как умные домашние гаджеты и промышленное оборудование. Вот как IPv6 сравнивается с IPv4 для IoT:

Особенности	IPv4	IPv6
Пространство адресов	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), тогда 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 назначения адресов, в то время как IPv6 позволяет устройствам автоматически создавать свои адреса (SLAAC). Это делает IPv6 проще для настройки устройств IoT.
3. Коммуникация: IPv6 обладает лучшими возможностями мультикаста, чем IPv4, что позволяет более эффективно общаться между устройствами IoT и контроллерами.
4. Безопасность: IPv6 имеет встроенное обязательное шифрование (IPsec), что обеспечивает лучшую безопасность устройств IoT. В IPv4 этого нет по умолчанию.

По мере увеличения количества устройств IoT, IPv6 становится 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 будут поддерживать обратную совместимость с IPv4 в обозримом будущем, имеет смысл предпринять несколько шагов для перехода на сеть IPv6. Чтобы помочь вам принять решение, вот краткое изложение всех различий между IPv6 и IPv6, которые мы рассмотрели выше.

Преимущества IPv4

IPv4, установленный стандарт, гордится практически универсальной совместимостью с существующими устройствами и сетями. Знакомство с администраторами сетей упрощает управление. Годы использования привели к разработке и широкому внедрению 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, что является решением для увеличивающегося количества подключенных к интернету устройств. Настройка и управление сетью становятся более простыми с помощью SLAAC и лучшей поддержки мультикаста в IPv6.

Безопасность улучшена за счет обязательной поддержки IPsec, основной функции IPv6, которая уменьшает риски 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. Основное, что следует учитывать, – это 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 модернизации оборудования или из-за затраченного времени, и переход на IPv6 не исключение.

Подумайте о затратах на аппаратное обеспечение, программное обеспечение и обучение по сравнению 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 продолжает переход 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 продвинутых функциях, таких как улучшенная поддержка мультикаста, или просто хочет обезопасить свои сети на будущее, то переход на IPv6 определенно стоит рассмотреть.

Также, оглядываясь на 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 должно надежно и безопасно подключаться, в то время как IPv4 не был предназначен для этого.

Но вы можете быть готовы к этому изменению. При использовании устройств и работе с онлайн-проектами убедитесь, что они поддерживают IPv6. Этот выбор идеален для бизнеса, который хочет продолжать расти. Выбирая IPv6, вы выбираете возможность быть обнаруженным 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 предстоит.

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