Ipv4 vs ipv6 - что это такое и для чего оно используется в сетях

Интернет и мир сетей не были бы такими, какими мы его знаем, и даже не существовали бы, если бы не адресация IPv4. Протокол первостепенной важности в соединениях между устройствами через сеть, как физически, так и беспроводно. Сегодня мы увидим все, что связано с IP, и проанализируем различия между IPv4 и IPv6, объяснив его основные характеристики.

Указатель содержания

IPv4 и модель OSI

Нам нужно начать с основного, который должен определить и понять, что такое IP-адрес, будь то IPv4 или IPv6.

Модель OSI сетевой стандарт

И для этого мы должны сделать быструю ссылку на модель OSI (Open System Interconection). Это эталонная модель, а не сетевая архитектура, для различных сетевых протоколов, которые вмешиваются в связь через компьютерное оборудование. Модель делит телекоммуникационные системы на 7 уровней, чтобы дифференцировать различные этапы перемещения данных из одной точки в другую, а также протоколы, используемые в каждом из них.

Что такое модель OSI: полное объяснение

Мы уже знаем, что существует модель, которая классифицирует, так сказать, сетевые протоколы, и именно IPv4 и IPv6 являются двумя из этих сетевых протоколов. В этом случае они работают на одном из самых низких уровней модели, на сетевом уровне или на уровне 3. Этот уровень отвечает за маршрутизацию пакетов между двумя подключенными сетями. Это сделает данные доступными от передатчика к приемнику посредством необходимого переключения и маршрутизации от одной точки к другой.

Под ним находится канальный уровень (уровень 2), на котором работают коммутаторы, а над ним - уровень 4 или транспортный уровень, на котором вмешивается протокол TCP, который передает пакеты через дейтаграммы.

Что такое IP-адрес

Мы говорим об IP-адресе как о числовом наборе в десятичном или шестнадцатеричном виде (мы увидим), который логически и в соответствии с иерархией идентифицирует сетевой интерфейс. Каждому устройству, подключенному к сети, должен быть присвоен IP-адрес, временный идентификатор, такой как наш DNI, пока мы находимся в этом мире, или номер телефона, когда мы заключили договор на телефонную связь. Благодаря IP разные компьютеры могут связываться друг с другом, заставляя пакеты перемещаться по сети, пока они не найдут своего получателя.

IP-адрес может быть фиксированным ( фиксированный IP-адрес) или динамическим (DHCP или протокол динамической конфигурации хоста), который всегда назначается сервером или маршрутизатором, работающим на сетевом уровне. Когда мы говорим о фиксированном IP, это означает, что хост всегда будет иметь один и тот же IP-адрес, даже если он выключен и снова включен. Хотя в DHCP IP-адрес динамически назначается хосту при его включении, конечно, узлы сети обычно получают один и тот же IP-адрес всегда после первого подключения к маршрутизатору.

В сетевой архитектуре мы должны различать общедоступную сеть, которая была бы Интернетом, и частную сеть, которая стоит за нашим маршрутизатором, где находятся наши компьютеры и смартфоны или планшеты, если мы подключаемся к Wi-Fi. В первом случае мы говорим о внешнем IP -адресе, который будет адресом, который назначается маршрутизатору для связи с Интернетом. Этот динамик почти всегда предоставляется нашим провайдером. Во втором мы говорим о внутреннем IP - адресе, который адрес маршрутизатора дает компьютерам в нашей сети, который почти всегда имеет тип 192.168.xx.

Мы не должны путать IP- адрес с MAC-адресом, который на этот раз является фиксированным и уникальным и идентифицирует каждый компьютер в сети. Это заводская установка, как и IMEI телефона, хотя ее можно изменить, чтобы идентифицировать хост на транспортном уровне модели OSI. Фактически, коммутатор или маршрутизатор связывают MAC с IP. MAC - это 48-битный код, выраженный в шестнадцатеричном формате в 6 двухсимвольных блоках.

Протокол IP

IP-адрес - это идентификатор, принадлежащий протоколу IP (интернет-протоколу), который является системой адресации IPv4 и IPv6 как более новая версия и подготовленный к будущему. Это протокол, который работает на сетевом уровне и не ориентирован на соединение, это означает, что связь между двумя концами сети и обмен данными могут осуществляться без предварительного согласования. Другими словами, приемник передает данные, не зная, доступен ли приемник, поэтому он будет поступать в приемник, когда он включен и подключен.

IPv4 и IPv6 передают коммутируемые пакеты данных через физические сети, которые работают в соответствии с моделью OSI. Это делается благодаря маршрутизации, технике, которая позволяет пакету находить самый быстрый маршрут к месту назначения, но без гарантии его прибытия, конечно, эта гарантия предоставляется уровнем передачи данных с TCP, UDP или другим протоколом.

Данные, обрабатываемые протоколом IP, делятся на пакеты, называемые датаграммами, которые не имеют какого-либо типа защиты или контроля ошибок при отправке. Может ли датаграмма быть отправлена ​​только с IP-адресом, может или не может быть получена, сломана или завершена, и в произвольном порядке. Он содержит только информацию об IP-адресе источника и получателя вместе с данными. Конечно, это не кажется очень надежным, поэтому на транспортном уровне эта дейтаграмма берется и упаковывается в сегмент TCP или UDP, что добавляет обработку ошибок и намного больше информации.

IPv4

Теперь давайте сосредоточимся на протоколе IPv4, который работает в сетях с 1983 года, когда была создана первая сеть обмена пакетами ARPANET, которая определяется стандартом RFC 791. И, как следует из названия, это протокол IP в версии 4, но мы не реализовали предыдущие версии, и это было в первую очередь.

IPv4 использует 32-битный адрес (32 единицы и нули в двоичном виде), расположенные в 4 октета (8-битные числа), разделенных точками в десятичной записи. Воплощение этого в жизнь будет таким, что:

192.168.0.102

Таким образом, мы можем иметь адреса, которые идут от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. если мы переведем предыдущий IP в его двоичный код, мы получим:

192.168.0.102 = 11000000.10101000.00000000.01100110

Другими словами, 32 бита, поэтому с IPv4 мы сможем адресовать всего:

2 ³² = 4 294 967 296 хостов

Может показаться, что это много, но в настоящее время IPv4-адреса практически исчерпаны, поскольку 4 миллиарда компьютеров сегодня - нормальная цифра. На самом деле, уже в 2011 году их стало мало, когда орган, отвечающий за предоставление IP-адресов в Китае, использовал последний пакет, поэтому протокол IPv6 оказался на помощь . Мы используем эту адресацию почти 40 лет, так что на протяжении всей жизни это неплохо.

Мы должны помнить, что внутренние IP-адреса всегда будут одинаковыми в сетях LAN и не будут зависеть от внешних IP-адресов. Это означает, что во внутренней сети у нас может быть хост с 192.168.0.2, и он также будет использоваться другими хостами в другой внутренней сети, способными реплицироваться столько раз, сколько мы хотим. Но внешние IP-адреса видны во всей сети Интернет, и они ни в коем случае не могут повторяться.

Заголовок IPv4

Поэтому удобно просматривать структуру заголовка IPv4, который имеет минимальный размер 20 байтов и максимум 40 байтов.

Мы быстро объясним каждый раздел, так как некоторые позже будут расширены до IPv6.

• Версия (4 бита): идентифицирует версию протокола: 0100 для v4 и 0110 для v6. IHL (4 бита): размер заголовка, который может составлять от 20 до 60 байт, или от 160 до 480 бит. Время обслуживания (8 бит): идентификатор в случае, если пакет особенный, например, более важный, учитывая срочность доставки. Общая длина (16 бит): отражает общий размер дейтаграммы или фрагмента в октетах. Идентификатор (16 бит): используется, если дейтаграмма фрагментирована, чтобы впоследствии она могла объединить флаги (3 бита) и смещение или позицию фрагмента (13 бит): 1-й бит будет 0, 2-й бит (0 = делится, 1 не делится), 3-й бит (0 = последний фрагмент, 1 = промежуточный фрагмент) TTL (8 бит): время жизни пакета IPv4. Он отражает количество прыжков в маршрутизаторах, которое он может принять, равное 64 или 128. Когда пакет исчерпан, он удаляется. Протокол: указывает протокол, по которому дейтаграмма должна доставляться на более высоких уровнях, например, TCP, UDP, ICMP и т. Д. Контрольная сумма: для контроля целостности пакета, пересчитывая каждый раз, когда изменяется любое предыдущее значение.

IPv6 и различия с IPv4

Хотя полное объяснение одного из этих протоколов - это мир, мы не можем делать это вечно, поэтому теперь мы продолжим с IPv6 или Internet Protocol версии 6. А где 5 версия? Ну, нигде, это было только экспериментально, так что давайте посмотрим, что это такое и чем отличаются IPv4.

Абсолютно каждый из нас когда-либо видел IP-адрес от предыдущих, но, безусловно, один из них намного реже, или мы даже не заметили. IPv6 был реализован в 2016 году с определением его стандарта RFC 2460 и в основном предназначен для замены IPv4 при необходимости. Этот стандарт появился из-за необходимости предоставлять азиатам больше IP-адресов. IP-адреса зарезервированы, так сказать, и последний пакет был зарезервирован в 2011 году, как обсуждалось выше. Это не означает, что все они уже используются, поскольку компании используют их, когда в сеть добавляется больше узлов.

IPv6 также предназначен для предоставления фиксированного IP-адреса всем типам устройств. Но сколько еще IP-адресов мы можем дать с этой новой версией? Ну, будет несколько, так как этот адрес использует 128 бит с механикой, аналогичной предыдущей. Но на этот раз это делается с использованием шестнадцатеричной записи, так что она занимает меньше места, поскольку рендеринг 128 битов в октетах приведет к чрезвычайно длинному адресу. Так что в этом случае он состоит из 8 разделов, каждый из которых 16 бит.

Возвращение к практике будет буквенно-цифровым числом, которое будет выглядеть так:

fe80: 1a7a: 80f4: 3d0a: 66b0: b24b: 1b7a: 4d6b

Таким образом, мы можем иметь адреса в диапазоне от 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 до ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff. На этот раз мы не собираемся переводить этот адрес в двоичный код, чтобы избежать депрессии, но он будет иметь 128 нулей и единиц. Когда мы видим любой из этих адресов на нашем компьютере или любом другом хосте, возможно, что он представлен меньшим количеством групп, и если у нас есть группы только с нулями, их можно опустить, если они находятся справа.

Теперь с IPv6 и этими 128 битами мы сможем обратиться к:

2 ¹²⁸ = 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 хостов

Таким образом, китайцы смогут установить все серверы, которые они хотят, без каких-либо ограничений, так как их возможности действительно возмутительны. Хотя в настоящее время он не работает в одиночку, наши компьютеры уже имеют IPv6-адрес на своей сетевой карте.

IPv6 против заголовка IPv4 и другие новости

Для реализации новой адресации важно обеспечить ее обратную совместимость с предыдущими протоколами и работу на других уровнях. Использование IPv6 может использоваться с другими протоколами прикладного и транспортного уровней с небольшими изменениями заголовков, кроме FTP или NTP, поскольку они интегрируют адреса сетевого уровня.

Был также изучен способ упрощения заголовка протокола, что делает его более простым, чем в IPv4, и имеет фиксированную длину, что значительно помогает в скорости его обработки и идентификации дейтаграммы. Это означает, что мы должны отправлять информацию с IPv4 или IPv6, но не с обоими смешанными. Давайте посмотрим на этот заголовок:

Теперь заголовок упрощен, несмотря на то, что он вдвое длиннее IPv4, если мы не добавим параметры в виде заголовков расширений.

• Версия (4 бита) Класс трафика (8 бит): он совпадает с меткой потока управления приоритетом пакета (20 бит): он управляет длиной данных QoS (16 бит): очевидно, насколько он измеряет пространство для данных. 64 КБ стандартного размера и определяются jumboframes. Следующий заголовок (8 бит): соответствует разделу протокола IPv4. Предел прыжка (8 бит): заменяет заголовки расширений TTL : они добавляют дополнительные параметры для фрагментации, шифрования и т. Д. В IPv6 есть 8 типов расширений заголовков

Среди новинок, включенных в этот протокол, можно выделить большую емкость адресации даже в подсетях или внутренних сетях и в более упрощенной форме. Теперь мы можем иметь до 2 ⁶⁴ хостов в подсети, просто изменив несколько идентификаторов узлов.

К этому добавляется возможность того, что каждый узел может быть настроен самостоятельно при включении в IPv6 res. В этом случае IP-адрес не будет запрашиваться маршрутизатором, но запрос ND о запросе параметров конфигурации называется автоконфигурированием адреса без состояния (SLAAC). Хотя вы также можете использовать DHCPv6, если это невозможно.

IPsec в этом случае не является обязательным, но обязательным и реализуется непосредственно в IPv6 для маршрутизаторов, которые уже работают с этим протоколом. К этому мы добавляем поддержку Jumbograms, то есть дейтаграмм Jumbo, намного больших, чем у IPv4, которые имели максимальный размер 64 КБ и теперь могут достигать 4 ГБ.

Таким образом, здесь мы оставляем две таблицы, чтобы отметить разницу между заголовками IPv4 и IPv6.

• Синий: общие поля в обоих заголовках. Красный: поля, которые были удалены. Зеленый: поля, которые были переименованы. Желтый: новые поля.

Как узнать наш частный, публичный и IPv6 IP-адрес

Прежде чем закончить, мы учим себя, как узнать наши IP-адреса, адреса нашего оборудования и маршрутизатора.

Чтобы узнать локальные адреса IPv4 и IPv6 в Windows 10, есть несколько способов, но самый быстрый способ - с помощью командной строки. Итак, мы открываем Start, набираем CMD и нажимаем Enter. Там мы напишем

IPCONFIG

И мы получим результат.

И чтобы узнать публичный IP-адрес, нам придется прибегнуть к нашему браузеру или маршрутизатору. мы можем сделать на странице:

Какой-это-мой-IP

И, наконец, мы можем проверить, есть ли у нас публичный IPv6-адрес следующим образом:

Тест-IPv6

Мы оставляем вас с некоторыми сетевыми уроками, связанными с темой

Знаете ли вы, что ваш компьютер имеет IPv6, вы знали, что он существует? Если у вас есть какие-либо вопросы или вы хотите что-то указать, мы будем рады помочь вам в комментариях.