IPv4 vs ipv6 - co to jest i do czego służy w sieci

Internet i świat sieci nie byłyby takie, jakie znamy, i nawet by nie istniałyby, gdyby nie adresowanie IPv4. Protokół o najwyższym znaczeniu w połączeniach między urządzeniami przez sieć, zarówno fizycznie, jak i bezprzewodowo. Dzisiaj zobaczymy wszystko, co ma związek z IP i przeanalizujemy różnice między IPv4 a IPv6, wyjaśniając jego główne cechy.

Indeks treści

IPv4 i model OSI

Będziemy musieli zacząć od podstawowego, który polega na zdefiniowaniu i zrozumieniu, czym jest adres IP, niezależnie od tego, czy jest to IPv4, czy IPv6.

OSI modeluje standard sieciowy

W tym celu musimy szybko odnieść się do modelu OSI (Open System Interconection). Jest to model odniesienia, a nie architektura sieci dla różnych protokołów sieciowych, które ingerują w komunikację za pośrednictwem sprzętu komputerowego. Model dzieli systemy telekomunikacyjne na 7 poziomów w celu rozróżnienia różnych etapów przesyłania danych z jednego punktu do drugiego, a także protokołów związanych z każdym z nich.

Co to jest model OSI: pełne wyjaśnienie

Wiemy już, że istnieje model klasyfikujący protokoły sieciowe, że tak powiem, a dokładnie IPv4 i IPv6 to dwa z tych protokołów sieciowych. W takim przypadku działają one na jednym z najniższych poziomów modelu, warstwie sieci lub warstwie 3. Warstwa ta odpowiada za routing pakietów między dwiema połączonymi sieciami. Udostępni dane z nadajnika do odbiornika poprzez niezbędne przełączanie i routing z jednego punktu do drugiego.

Poniżej znajduje się warstwa łącza danych (warstwa 2), w której działają przełączniki, a nad nią warstwa 4 lub warstwa transportowa, w której interweniuje protokół TCP, który przenosi pakiety przez datagramy.

Co to jest adres IP

Mówimy o adresie IP jako zestawie liczbowym w systemie dziesiętnym lub szesnastkowym (zobaczymy), który identyfikuje logicznie i zgodnie z hierarchią interfejs sieciowy. Każde urządzenie podłączone do sieci musi mieć przypisany adres IP, tymczasowy identyfikator, taki jak nasz numer DNI, gdy jesteśmy na tym świecie, lub numer telefonu, gdy mamy umowę z usługą telefoniczną. Dzięki IP różne komputery mogą się ze sobą komunikować, dzięki czemu pakiety podróżują przez sieć, dopóki nie znajdą odbiorcy.

Adres IP może być stały ( stały adres IP) lub dynamiczny (DHCP lub protokół dynamicznej konfiguracji hosta), zawsze przypisywany przez serwer lub router działający w warstwie sieci. Kiedy mówimy o stałym adresie IP, oznacza to, że host zawsze będzie miał ten sam adres IP, nawet jeśli zostanie wyłączony i ponownie włączony. Podczas gdy w DHCP adres IP jest dynamicznie przypisywany do hosta, gdy jest włączony, oczywiście węzły sieci zwykle otrzymują ten sam adres IP zawsze po pierwszym skojarzeniu z routerem.

W architekturze sieci musimy rozróżniać sieć publiczną, którą byłby Internet, i sieć prywatną, tę za naszym routerem, w której znajdują się nasze komputery oraz smartfony lub tablety, jeśli łączymy się z Wi-Fi. W pierwszym przypadku mówimy o zewnętrznym adresie IP, którym byłby adres przypisany routerowi do komunikacji z Internetem, dynamiczny prawie zawsze zapewniany przez naszego dostawcę usług internetowych. W drugim mówimy o wewnętrznym IP, na adres, który router podaje komputerom w naszej sieci, który prawie zawsze jest typu 192.168.xx

Nie możemy mylić adresu IP z adresem MAC, który jest tym razem innym ustalonym i unikalnym adresem identyfikującym każdy komputer w sieci. Jest to ustawienie fabryczne, podobnie jak IMEI telefonu, chociaż można go modyfikować, aby identyfikował hosta w warstwie transportowej modelu OSI. W rzeczywistości przełącznik lub router polega na tym, że wiąże MAC z adresem IP. MAC to 48-bitowy kod wyrażony w notacji szesnastkowej w 6 dwuznakowych blokach.

Protokół IP

Adres IP jest identyfikatorem należącym do protokołu IP (Internet Protocol), który jest systemem adresowania IPv4 i IPv6 jako nowszą wersją i przygotowanym na przyszłość. Jest to protokół działający w warstwie sieci i nie zorientowany na połączenie, co oznacza, że ​​komunikacja między dwoma końcami sieci i wymiana danych może odbywać się bez uprzedniej zgody. Innymi słowy, odbiornik przesyła dane, nie wiedząc, czy odbiornik jest dostępny, więc dotrze do odbiornika, gdy zostanie włączony i podłączony.

IPv4 i IPv6 przesyłają przełączane pakiety danych przez sieci fizyczne, które działają zgodnie z modelem OSI. Odbywa się to dzięki routingowi, technice, która pozwala pakietowi znaleźć najszybszą trasę do miejsca docelowego, ale bez gwarancji, że nadejdzie, oczywiście tę gwarancję zapewnia warstwa transportu danych z TCP, UDP lub innym protokołem.

Dane obsługiwane przez protokół IP są podzielone na pakiety zwane datagramami, które nie mają żadnego rodzaju ochrony ani kontroli błędów podczas wysyłania. To, czy datagram zostanie wysłany tylko z adresem IP, może przybyć, zepsuć lub skompletować w losowej kolejności. Niesie tylko informacje o źródłowym i docelowym adresie IP wraz z danymi. Oczywiście nie wydaje się to zbyt wiarygodne, więc w warstwie transportowej ten datagram jest pobierany i zawijany w segmencie TCP lub UDP, który dodaje obsługę błędów i znacznie więcej informacji.

IPv4

Teraz skupmy się na protokole IPv4, który działa w sieciach od 1983 roku, kiedy powstała pierwsza sieć wymiany pakietów ARPANET, która jest zdefiniowana przez standard RFC 791. I jak sama nazwa wskazuje, jest to protokół IP w wersji 4, ale jest tak, że nie mamy zaimplementowanych poprzednich wersji, a to była pierwsza.

IPv4 używa 32-bitowego adresu (32 binarne zera i zera) ułożonego w 4 oktety (liczby 8-bitowe) oddzielone kropkami w notacji dziesiętnej. Przełożenie tego na praktykę będzie takie, że:

192.168.0.102

W ten sposób możemy mieć adresy od 0.0.0.0 do 255.255.255.255. jeśli przetłumaczymy poprzedni adres IP na jego kod binarny, będziemy mieli:

192.168.0.102 = 11000000.10101000.00000000.01100110

Innymi słowy, 32 bity, więc dzięki IPv4 będziemy mogli rozwiązać łącznie:

2 ³² = 4 294 967 296 hostów

Może się to wydawać dużo, ale obecnie adresy IPv4 są praktycznie wyczerpane, ponieważ 4 miliardy komputerów to dziś dość normalna liczba. W rzeczywistości już w 2011 roku zaczęło ich brakować, kiedy organ odpowiedzialny za podawanie adresów IP w Chinach użył ostatniego pakietu, więc na ratunek pojawił się protokół IPv6. Używamy tego adresowania od prawie 40 lat, więc przez całe życie nie jest źle.

Musimy pamiętać, że wewnętrzne adresy IP zawsze będą takie same w sieciach LAN i nie będą miały na nie wpływu zewnętrzne adresy IP. Oznacza to, że w sieci wewnętrznej możemy mieć hosta, który ma 192.168.0.2, i będzie to również wykorzystywane przez inne hosty w innej sieci wewnętrznej, które będą mogły replikować tyle razy, ile chcemy. Ale zewnętrzne adresy IP są widoczne w całej sieci internetowej i w żadnym wypadku nie można ich powtórzyć.

Nagłówek IPv4

Dlatego wygodnie jest przejrzeć strukturę nagłówka IPv4, który ma minimalny rozmiar 20 bajtów i maksymalnie 40 bajtów.

Szybko wyjaśnimy każdą sekcję, ponieważ niektóre będą później rozszerzalne na IPv6

• Wersja (4 bity): identyfikuje wersję protokołu, czyli 0100 dla v4 i 0110 dla v6. IHL (4 bity): to rozmiar nagłówka, który może wynosić od 20 bajtów do 60 bajtów lub co jest taki sam od 160 bitów do 480 bitów. Czas obsługi (8 bitów): identyfikator w przypadku, gdy paczka jest wyjątkowa, na przykład ważniejszy z uwagi na pilność dostawy. Całkowita długość (16 bitów): odzwierciedla całkowity rozmiar datagramu lub fragmentu w oktetach. Identyfikator (16 bitów): jest używany, jeśli datagram jest pofragmentowany, aby mógł później łączyć flagi (3 bity) i przesunięcie lub pozycję fragmentu (13 bitów): 1. bit będzie równy 0, 2. bit (0 = podzielny, 1 niepodzielny), 3. bit (0 = ostatni fragment, 1 = fragment pośredni) TTL (8 bitów): czas życia pakietu IPv4. Odzwierciedla liczbę przeskoków w routerach, jaką może zająć, wynoszącą 64 lub 128. Po wyczerpaniu pakietu jest on usuwany. Protokół: wskazuje protokół, do którego datagram musi być dostarczony w wyższych warstwach, na przykład TCP, UDP, ICMP itp. Suma kontrolna: kontrolowanie integralności pakietu, ponowne obliczanie za każdym razem, gdy zmienia się poprzednia wartość.

IPv6 i różnice w stosunku do IPv4

Chociaż pełne wyjaśnienie jednego z tych protokołów jest światem, nie możemy tego robić wiecznie, dlatego będziemy teraz kontynuować korzystanie z IPv6 lub protokołu internetowego w wersji 6. A gdzie jest wersja 5? Nigdzie nie było to tylko eksperymentalne, więc zobaczmy, co to jest i jakie są różnice z IPv4.

Absolutnie każdy z nas widział kiedyś adres IP z poprzednich, ale na pewno jeden z tych mniej razy, a nawet nie zauważyliśmy. Protokół IPv6 został wdrożony w 2016 r. Wraz z definicją standardu RFC 2460 i zasadniczo ma on na celu zastąpienie protokołu IPv4 w razie potrzeby. Ten standard powstał z potrzeby zapewnienia Azjatom większej liczby adresów IP. Można powiedzieć, że adresy IP są zarezerwowane, a ostatni pakiet został zarezerwowany w 2011 r., Jak omówiono powyżej. Nie oznacza to, że wszystkie są już używane, ponieważ firmy używają ich, gdy do sieci dodaje się więcej węzłów.

Protokół IPv6 został również zaprojektowany w celu zapewnienia stałego adresu IP wszystkim typom urządzeń. Ale o ile więcej adresów IP możemy podać w tej nowej wersji? Cóż, będzie ich kilka, ponieważ ten adres używa 128 bitów z mechaniką podobną do poprzedniej. Ale tym razem odbywa się to za pomocą notacji szesnastkowej, dzięki czemu zajmuje mniej miejsca, ponieważ renderowanie 128 bitów w oktetach prowadzi do niezwykle długiego adresu. Więc w tym przypadku składa się z 8 sekcji, każda z nich 16 bitów.

Przeniesienie tego z powrotem do praktyki będzie liczbą alfanumeryczną, która będzie wyglądać następująco:

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

W ten sposób możemy mieć adresy od 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 do ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff: ffff. Tym razem nie zamierzamy tłumaczyć tego adresu na kod binarny, aby uniknąć depresji, ale miałby on 128 zer i jedynek. Kiedy widzimy dowolny z tych adresów na naszym komputerze lub innym hoście, możliwe jest, że jest on reprezentowany przez mniejszą liczbę grup i jest tak, że jeśli mamy grupy z zerami, można je pominąć, o ile znajdują się po prawej stronie.

Teraz z IPv6 i tymi 128 bitami będziemy w stanie rozwiązać łącznie:

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

W ten sposób Chińczycy będą mogli instalować wszystkie wymagane serwery bez żadnych ograniczeń, ponieważ ich pojemność jest naprawdę oburzająca. Chociaż obecnie nie działa sam, nasze komputery mają już adres IPv6 na karcie sieciowej.

Nagłówek IPv6 vs IPv4 i inne wiadomości

Ważną rzeczą do wdrożenia nowego adresowania jest jego kompatybilność wsteczna z poprzednimi protokołami i działanie w innych warstwach. Wykorzystanie IPv6 może być używane z innymi protokołami aplikacji i warstwami transportowymi z niewielką modyfikacją nagłówków, z wyjątkiem FTP lub NTP, ponieważ integrują one adresy warstwy sieciowej.

Przestudiowaliśmy także, jak uprościć nagłówek protokołu, czyniąc go prostszym niż w IPv4 i o stałej długości, co znacznie pomaga w szybkości przetwarzania i identyfikacji datagramu. Oznacza to, że musimy przesyłać informacje z IPv4 lub IPv6, ale nie z obydwoma mieszanymi. Zobaczmy ten nagłówek:

Teraz nagłówek jest uproszczony, mimo że jest dwukrotnie dłuższy niż IPv4, jeśli nie dodamy opcji w postaci nagłówków rozszerzeń.

• Wersja (4 bity) Klasa ruchu (8 bitów): jest taka sama, jak kontrola priorytetu pakietu Etykieta przepływu (20 bitów): zarządza długością danych QoS (16 bitów): to oczywiście ile mierzy miejsca na dane 64 KB jako rozmiar standardowy i określony przez jumboframe Następny nagłówek (8 bitów): odpowiada sekcji protokołu IPv4 Limit przeskoków (8 bitów): zastępuje nagłówki rozszerzenia TTL : dodaje dodatkowe opcje fragmentacji, szyfrowania itp. Istnieje 8 rodzajów nagłówków rozszerzeń w IPv6

Wśród nowości zawartych w tym protokole można wyróżnić większą zdolność adresowania nawet w podsieciach lub sieciach wewnętrznych i w bardziej uproszczonej formie. Teraz możemy mieć do 2 ⁶⁴ hostów w podsieci, zmieniając tylko kilka identyfikatorów węzłów.

Do tego dochodzi możliwość samodzielnego skonfigurowania każdego węzła po włączeniu go w res IPv6. W takim przypadku router nie zażąda adresu IP, ale zapytanie o parametry konfiguracji przez ND, jest to nazywane bezstanową autokonfiguracją adresu (SLAAC). Chociaż możesz także użyć DHCPv6, jeśli nie jest to możliwe.

IPsec w tym przypadku nie jest opcjonalny, ale obowiązkowy i implementowany bezpośrednio w IPv6 dla routerów, które już działają z tym protokołem. Do tego dodajemy obsługę Jumbogramów, czyli datagramów Jumbo znacznie większych niż te dla IPv4, które miały maksymalnie 64 KB i mogą teraz osiągnąć nawet 4 GB.

Podsumowując, pozostawiamy dwie tabele, aby zauważyć różnicę między nagłówkami IPv4 a IPv6.

• Niebieski: wspólne pola w obu nagłówkach Czerwony: pola, które zostały usunięte Zielony: pola, których nazwy zmieniono Żółty: nowe pola

Jak poznać nasz prywatny, publiczny i IPv6 adres IP

Przed zakończeniem uczymy się, jak znać nasze adresy IP, adresy naszego sprzętu i routera.

Aby znaleźć lokalny adres IPv4 i IPv6 w systemie Windows 10, istnieje kilka metod, ale najszybszym sposobem jest użycie wiersza polecenia. Więc otwieramy Start, wpisujemy CMD i wciskamy Enter. Tam napiszemy

ipconfig

I otrzymamy wynik.

Aby poznać publiczny adres IP, będziemy musieli skorzystać z naszej przeglądarki lub routera. możemy zrobić na stronie:

Whats-my-ip

Na koniec możemy sprawdzić, czy mamy publiczny adres IPv6 w następujący sposób:

Test-IPv6

Zostawiamy kilka samouczków sieciowych związanych z tym tematem

Czy wiesz, że twój komputer ma IPv6, czy wiesz, że istnieje? Jeśli masz jakieś pytania lub chcesz coś wskazać, chętnie pomożemy w komentarzach.