В чем разница между IPv4 и IPv6?
IPv4 и IPv6 – это две версии системы адресации по протоколу IP. Протокол IP определяет набор правил связи для обмена данными через Интернет. По сути Интернет представляет собой совокупность миллиардов устройств, которые используют сетевые технологии для обмена данными друг с другом. IP использует систему нумерации, в которой каждому подключенному устройству присваивается уникальный идентификационный номер (адрес). В версии IPv4 используются 32-разрядные адреса, что позволяет создать более 4 миллиардов адресных пространств. Но на современном уровне развития Интернета, и особенно систем Интернета вещей (IoT), диапазон адресации IPv4 уже стал недостаточным. Он постепенно сменяется версией IPv6, в которой используется 128-разрядный формат адресов, что позволяет обслуживать более 1x1036 адресов.
В чем сходство между IPv4 и IPv6?
Основная функция IPv4 и IPv6 заключается в том, чтобы отправляемые через Интернет данные были направлены на нужное устройство независимо от используемой сетевой инфраструктуры. Маршрутизация (определение оптимального пути для пакетов) является основной технологией, на которой основаны все коммуникации через Интернет. В следующих разделах описываются некоторые сходства версий протокола.
Назначенная система именования
Подобно тому, как используются уникальные имена для каждой страны в мире, протоколы IPv4 и IPv6 присваивают уникальное имя (идентификатор) каждому устройству в Интернете. Это не только компьютеры, но и мобильные телефоны и сетевые устройства Интернета вещей.
Базовый протокол
Как IPv4, так и IPv6 являются частью стека TCP/IP. Этот набор протоколов определяет стандартную операционную структуру Интернета с начала 1980-х годов. В стек TCP/IP также входит UDP (протокол пользовательских дейтаграмм). Несмотря на то, что в названии указана четвертая версия, по сути IPv4 был первым межсетевым протоколом. Сменяющий его IPv6 был определен еще в 1995 году, но не считался интернет-стандартом и не относился к стеку протоколов TCP/IP до 2017 года.
Передача данных без подключения
Протоколы IPv4 и IPv6 не используют концепцию «подключения», а применяют многопакетную маршрутизацию для разделения данных на небольшие блоки, которые отправляются через Интернет. IPv4 и IPv6 определяют путь отдельно для каждого из этих пакетов, то есть пакеты одного фрагмента данных могут доставляться получателю через Интернет по разным маршрутам. На принимающем устройстве пакеты снова собираются в правильном порядке. Это выполняется протоколами TCP и UDP на транспортном уровне модели OSI.
Ключевые различия между IPv4 и IPv6
Пакеты IPv4 и IPv6 имеют разную структуру: IPv6 использует другие заголовки и требует меньше пространства для них. Также IPv6 поддерживает отдельные пакеты заголовков для расширения возможностей маршрутизации. Ниже перечислены три основных отличия с точки зрения пользователя.
Адресное пространство
Полное адресное пространство IPv4 составляет 2³² (4 294 967 296) IP-адресов. IPv6 имеет значительно большее адресное пространство размером в 2¹²⁸, (3,403×10³ или 340 282 366 920 938 000 000 000 000) уникальных IP-адресов. Это произносится как 340 ундециллионов и примерно 300 дециллионов.
Из адресного пространства IPv4 около 588 миллионов IP-адресов являются зарезервированными, остальные общедоступны. Роста количества интернет-устройств привел к тому, что свободные IP-адреса формата IPv4 были исчерпаны уже в 2011 году. Полный переход на IPv6 полностью решит проблему исчерпания адресного пространства, а пока применяется временное решение на основе наложения поверх IPv4 других систем адресации и абстракции, таких как Трансляция сетевых адресов (NAT).
В IPv6 также есть много зарезервированных IP-адресов, но учитывая значительно больший размер адресного пространства, это можно считать несущественным. По текущим оценкам, исчерпать это адресное пространство мы не сможем.
Именование
В IPv4 имена адресов представляются числовым значением, которое состоит из четырех десятичных чисел (в диапазоне от 0 до 255, что соответствует восьми битам), разделенных тремя точками:
197.0.0.1
В IPv6 имена адресов представляются восемью шестнадцатеричными числами (по четыре символа, каждый из которых соответствует четырем битам и может быть цифрой (0-9) или буквой (a-f)), разделенными двоеточиями:
2600:1400:d:5a3::3bd4
Если в адресе есть несколько нулей подряд, их можно сжать в пустой блок между двумя двоеточиями.
Типы коммуникации
Для повышения эффективности коммуникации как IPv4, так и IPv6 поддерживают разные типы адресации, что позволяет одному устройству взаимодействовать с несколькими устройствами в сети одновременно. IPv4 поддерживает адресацию «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко всем» (широковещательная передача) и «один ко многим» (многоадресная рассылка) с многопакетной маршрутизацией. IPv6, в свою очередь, поддерживает одноадресную, многоадресную и массовую рассылку с многопакетной маршрутизацией. При передаче в режиме массовой рассылки пакеты данных отправляются от одного отправителя ближайшему из нескольких получателей с тем же адресом массовой рассылки. «Ближайший» путь определяется протоколами маршрутизации, которые вычисляют кратчайший путь или минимальную стоимость доставки к месту назначения.
По каким аспектам IPv6 лучше, чем IPv4?
IPv6 по своей сути работает лучше, чем IPv4, поскольку для нормальной работы IPv4 требуется трансляция сетевых адресов (NAT). Такое преобразование настраивается во многих сетях для искусственного увеличения адресного пространства IPv4. Это позволяет направлять пакеты на нужные устройства, даже когда отдельных IP-адресов для них уже не хватает. Благодаря IPv6 отпадает потребность в NAT, что снижает накладные расходы на преобразование адресов. Ниже перечислены еще несколько преимуществ IPv6.
Автоконфигурация
При использовании IPv4 для назначения IP-адресов и обнаружения подключенных к сети компьютеров требуется отдельный DHCP-сервер. В IPv6 используется технология SLAAC (автоконфигурация адресов без сохранения состояния), которая позволяет устройству самостоятельно настраивать для себя адрес без дополнительных посредников и специальных протоколов. Это избавляет от потребности в DHCP, а также приводит к снижению общего объема трафика в сети.
Маршрутизация
IPv6 предлагает ряд функций, которые делают маршрутизацию через Интернет более эффективной, чем при работе с IPv4. Например, отказ от преобразования NAT, упрощение заголовков маршрутизации, протокол обнаружения соседей NDP (Neighborhood Discovery Protocol), иерархическая адресация и создание подсетей, а также агрегирование маршрутов.
Безопасность
IPv6 имеет больше встроенных средств безопасности, чем IPv4. Сюда относятся протокол IPsec по умолчанию, возможность добавить расширения конфиденциальности и другие безопасные протоколы маршрутизации, например OSPFv3.
Когда лучше выбрать IPv6 вместо IPv4?
Несмотря на все преимущества IPv6 по сравнению с IPv4, большая часть Интернета пока работает на IPv4. Поскольку вся старая инфраструктура поддерживает только IPv4, переход на IPv6 может оказаться дорогостоящим и сложным процессом. Но IPv6 уже становится стандартом в тех отраслях, где современное сетевое оборудование приносит выгоду, например, у интернет-провайдеров, производителей мобильных устройств и устройств Интернета вещей.
Для организаций, которые хотят создать современную сетевую инфраструктуру, особенно с учетом сложных требований к Интернету вещей и микросервисам, использование IPv6 по умолчанию можно считать разумным решением. Кроме того, IPv6 поможет обеспечить устойчивость сети в будущем для крупных международных организаций, которые уже столкнулись с высокими затратами на поддержку IPv4 и проблемой истощения сетевых адресов.
Краткое описание различий между IPv4 и IPv6
| IPv4 |
IPv6 |
|
| Что это |
Четвертая версия протокола IP |
Шестая версия протокола IP |
| Размер адреса |
32 бита, то есть 232 IP-адресов |
128 битов, то есть 2128 IP-адресов |
| Стандарт именования |
Цифровой IP-адрес. Четыре группы трехзначных чисел, разделенных точками. 197.0.0.1 |
Алфавитно-цифровой адрес. Восемь групп четырехзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями. 2600:1400:d:5a3::3bd4 |
| Адрес обратной связи |
127.0.0.1 |
::1 |
| Требуется преобразование адресов |
Да, по технологии «Трансляция сетевых адресов (NAT)» |
Нет |
| Адресация пакетов |
Одноадресная, широковещательная и многоадресная |
Одноадресная, многоадресная и групповая |
| Настройка адресов |
Ручная настройка или автоматическое назначение по протоколу DHCP |
Автоматическая настройка на устройстве с использованием механизма Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC). Также поддерживается DHCPv6 для подключений с сохранением состояния. |
| Размер заголовка |
Переменный, от 20 до 60 байт в зависимости от наличия дополнительных полей и флагов |
Фиксированный, 40 байт. Размер заголовков для отдельных расширений может быть разным. |
| Контрольная сумма заголовка |
Да |
Нет |
| Дополнительные опции |
Ограниченная поддержка дополнительных элементов управления |
Доступно множество заголовков расширений для улучшения маршрутизации, фрагментации, качества обслуживания и так далее. |
| Конфиденциальность |
Маскировка IP-адреса для сокрытия последних восьми битов адреса |
Расширения конфиденциальности IP, использующие случайные временные адреса |
| Фрагментация |
Обрабатывается маршрутизаторами |
Обрабатывается отправителем |
| Разрешение имен DNS |
Записи типа A |
Записи типа AAAA |
| Эффективность маршрутизации |
Обрабатывается в заголовках |
Обрабатывается в таблицах маршрутизации |
| Поддержка мобильных устройств |
Требуется специальный мобильный IP-адрес |
Встроенная |
Как AWS поможет удовлетворить ваши требования к IPv4 и IPv6?
Виртуальное частное облако Amazon (Amazon VPC) – это логически изолированный раздел облака AWS, в котором ресурсы AWS можно запускать в определенной вами виртуальной сети. Пользователь полностью контролирует свою среду виртуальной сети, в том числе может выбирать собственные диапазоны IP‑адресов, создавать подсети, настраивать таблицы маршрутизации и сетевые шлюзы.
Функция Amazon VPC IPv6 на AWS позволяет размещать приложения в виртуальных сетевых средах с двумя стеками или только в среде IPv6. Вы можете организовать подключение по протоколу IPv6 к Amazon VPC, а также к Интернету и обратно. Следующие возможности поддерживаются только для протокола IPv6:
- подсети и инстансы EC2, работающие только с протоколом IPv6;
- шлюзы NAT, поддерживающие преобразование IPv6 в IPv4;
- эластичные балансировщики нагрузки с целями IPv6;
- поддержка IPv6 в Amazon EKS.
Создавайте высокомасштабируемые архитектуры на основе IPv6, сохраняя обратную совместимость с существующими рабочими нагрузками IPv4. Создайте аккаунт и начните работу с IPv6 на AWS уже сегодня.
