IPv4 и IPv6: рассказываем о протоколах Интернета — как работает система изнутри

ОБЗОР ИНТЕРНЕТ ПРОТОКОЛОВ IPv4 И IPv6

студент, кафедра Космического приборостроения и систем связи, Юго-Западный Государственный Университет,

студент, лечебный факультет, Курский государственный медицинский университет,

студент, кафедра Космического приборостроения и систем связи, Юго-Западный Государственный Университет,

Набор интернет-протоколов — это концептуальная модель и набор коммуникационных протоколов, используемых в Интернете и подобных компьютерных сетях. Он широко известен как TCP/IP, поскольку базовые протоколы в пакете — это протокол управления передачей (TCP) и интернет-протокол (IP).

Набор интернет-протоколов обеспечивает сквозную передачу данных, определяющую, как данные должны пакетироваться, обрабатываться, передаваться, маршрутизироваться и приниматься.

Разработка первой версии протокола началась в 70-х годах в агентстве DARPA. Сотрудники решили начать работу над созданием связи между компьютерами в лабораториях. В конце 70-х разработка первого протокола была завершена, и он стал рабочим.

IP претерпевал некоторые изменения, пока в свет не вышел в 1981 IPv4. Адресное пространство ограничивается числом 232= 4 294 967 296. Адрес имеет длину 32 бита, представляет собой набор из четырёх десятичных цифр в диапазоне [0;255], разделённых точкой, и состоит из адреса сети и адреса хоста.

Структура заголовка пакета протокола IPv4 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура заголовка пакета протокола IPv4

Существует несколько групп зарезервированных адресов:

Адреса 127.0.0.0/8 используются для реализации механизма Loopback (обратная петля) — передачи потока данных от источника самому себе. У данных адресов есть собственное доменное имя — Localhost. Адреса loopback используются для проверки работоспособности IP стека в операционной системе или для связи с серверным приложением, расположенным на этом же компьютере.

Адрес 0.0.0.0/8 называется шлюзом по умолчанию (его можно увидеть в таблицах маршрутизации), это такой адрес маршрутизатора, для которого не определяется маршрут по таблице маршрутизации сетевого устройства, за ним может скрываться любой IP адрес. Если передать пакет по другим маршрутам невозможно, его отправляют на этот адрес.

Адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16 используются в частных (локальных) сетях. Эти диапазоны не маршрутизируемы за пределами частных сетей. Для взаимодействия с внешними ресурсами и партнерами во избежание пересечения адресного пространства должна использоваться технология NAT (трансляция сетевых адресов).

Вскоре после запуска IPv4 стало очевидно, что распределение адресного пространства происходит более быстрыми темпами, чем было заложено в архитектуру.

К середине 1990-х была разработана замена четвёртой версии протокола IP — IPv6.

Количество адресов IPv6 в 2128. Длина адреса 128 бит, обычно первые 64 бита задают номер сети, а следующие 64 бита — номер хоста. Часто номер хоста или его компонента в адресе IPv6 присваивается на основе MAC-адреса или другого идентификатора интерфейса. В текстовом виде адрес IPv6 записывается как xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx, где каждая буква x — это шестнадцатеричная цифра, представляющая 4 бита.

Структура заголовка пакета протокола IPv6 приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура заголовка пакета протокола IPv6

Поле версия IP для IPv6 должно иметь значение 6. Класс трафика – используется для того, чтобы различать пакеты с разными требованиями к доставке в реальном времени. Маркер потока – применяется для установки между отправителем и получателем псевдосоединения с определенными свойствами и требованиями. Размер поля полезной нагрузки – сообщает, сколько байт следует за 40-байтовым заголовком. Следующий заголовок указывает, какой из дополнительных заголовков следует за основным. Число ретрансляций – аналог времени жизни (TTL).

В отличие от адресов IPv4, для адресов IPv6 задается два срока действия: предпочитаемый и допустимый, причем предпочитаемый срок действия всегда меньше допустимого или равен ему.

После истечения предпочитаемого срока действия адрес перестает указываться в качестве IP-адреса отправителя для новых соединений, если доступен настолько же хороший предпочитаемый адрес. После истечения допустимого срока действия адрес перестает распознаваться в качестве IP-адреса получателя при приеме пакетов, либо в качестве IP-адреса отправителя.

Для некоторых адресов IPv6 по умолчанию установлен неограниченный предпочитаемый и допустимый сроки действия.

Адреса IPv6 имеют фиксированную длину заголовка (40 байт). В заголовке IPv6 дополнительные параметры не указываются. Вместо них IPv6 добавляет дополнительные заголовки. Такие заголовки могут содержать информацию AH и ESP (как и в IPv4), а также информацию о прохождении транзитных участков, маршруте, фрагменте и получателе. В протоколе четвёртой версии длина составляет от 20 до 60 байт в зависимости от числа дополнительных параметров IP.

Максимальный блок передачи — это максимальное число байт, которое можно передать по линии связи определенного типа. Обычно в IPv4 максимальный блок передачи равен 576 байт. В IPv6 минимальный размер увеличен до 1280 байт, следовательно, пакеты, размер которых меньше данного значения не разбиваются на фрагменты.

Протокол IPv6 реализует end-to-end шифрование для максимальной безопасности соединения. Расширение IPSec включает криптографические протоколы для обеспечения защищенной передачи данных. Однако шифрование и расшифровка данных требует оборудования, которое стоит денег. К тому же IPSec можно реализовать и на IPv4, что в теории означает, что IPv4 и IPv6 одинаково безопасны.

Преимущества IPv6 перед IPv4:

1 Более эффективная маршрутизация без фрагментации пакетов, что снижает нагрузку на сетевое оборудование;

2 Встроенная технология Quality of Service (QoS), которая определяет чувствительные к задержке пакеты;

3 Увеличение адресного пространства;

4 Автоконфигурация адресов для упрощения администрирования сети;

5 Упрощённая структура заголовка с меньшими затратами на обработку;

6 В сверхскоростных сетях возможна поддержка пакетов до 4 гигабайт;

7 Поддержка многоадресного вещания.

Список литературы:

  1. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Исследование дальности связи микросхемы NRF24L01+ при использовании различных типов антенн// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 301-308.
  2. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Система дистанционного контроля объекта по каналу сотовой связи на основе ARDUINO// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 296-301.
  3. Николаенко А.И., Михайлова Н. Ю. Системы мониторинга наземного транспорта// Молодежь и системная модернизация страны. – 2018 – с. 126-128.
  4. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Система контроля параметров окружающей среды для «умного дома» на базе ARDUINO// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 287-296.
  5. Николаенко А.И., Прокофьева А.А., Михайлова Н. Ю. Система сигнализирования и контроля параметров микроклимата в бане на основе контроллера ATMEGA328P//Научное сообщество студентов. Междисциплинарные исследования. – 2018 – с. 103-107.

IPv4 — что это такое и как работает

Весь интернет может работать благодаря IP адресам, которые приписываются абсолютно каждому устройству в сети, будь то локальная, по сути закрытая сеть и, конечно же, глобальная всемирная паутина.

Чтобы у каждого такого устройства была возможность идентифицировать себя, нужен был определенный формат приписываемых им адресов, и первым таким стал — интернет протокол IPv4.

Продолжаем тему работы глобальной паутины, из прошлого материала вы могли узнать про TCP протокол, сейчас же мы рассмотрим другой — IPv4, зачем он нужен и какие функции выполняет.

IPv4 — что это такое?

IPv4 — это четвертая версия интернет протокола IP адресов. Отвечает за формирование и вида айпи и является по сути основой для обслуживания сети. Именно эта версия стала очень популярной и востребованной, все благодаря понятному формату ИП-адресов и легкости их запоминания. Полностью расшифровывается, как — Internet Protocol version 4.

Используется в стеке протоколов TCP/IP. Позволяет создавать 4.3 миллиарда адресов, что довольно много. Но, к сожалению, к нашему времени и этого количества стало не хватать, поэтому, как приемнику этого протокола был создан новый — IPv6.

На данный момент является основной версией интернет протокола, который обслуживает весь интернет. Ведь переход на IPv6 стоит огромных денег, ресурсов и времени.

Данная версия протокола была прописана в документе RFC 791 в сентябре 1981 года, пришедшем на смену RFC 760, 80 года.

IPv4 адреса

Данный протокол использует IP размером в 32 бита, т.е. размером всего в 4 байта. Структурой он представляет — четыре числа в десятичном формате от 0 до 255 разделенных точками. В каждом таком числе 1 байт или 8 бит.

Слева некоторое количество чисел указывает на сеть, в которой находится данный адрес, а, с правой стороны на идентификатор самого устройства, расположенного в ней. Граница может находится где угодно между этими 32 битами. Например, первые 21 бит могут означать сеть, а оставшиеся 11 указывать на сам хост (устройство) внутри нее. Все это считается в двоичной системе счисления.

Хоть мы обычно и пишем такой айпи в десятичной системе счисления, но он может быть представлен и в другом формате:

С точкой:

  • В десятичном: 176.57.209.9
  • В двоичном: 10110000.00111001.11010001.00001001
  • В восьмеричном: 0260.0071.0321.0011
  • В шестнадцатеричном: 0xb0.30×9.0xd1.0x09

Без точки:

  • В десятичном: 2956579081
  • В двоичном: 10110000001110011101000100001001
  • В восьмеричном: 026016350411
  • В шестнадцатеричном: 0xb039d109

Классы IP адресов

Всего существует 5 классов IP:

Классовая адресация

Устаревшая технология, которая на данный момент не используется. Раньше применялась для распределения айпи. Но, так, как их количество ограничено, да и сама технология довольно негибкая — то от нее отказались.

Технология попросту не давала гибкости в распределении разных айпи, если, например, дали вам сеть 128.54.0.0/16 — то все, именно в ней надо располагать все устройства и разбить ее на несколько ну никак не получится. А если, например, на предприятии есть несколько независимых отделов и надо им сделать отдельные подсети? То придется запрашивать новые IPv4-адреса.

Или, например, нам нужно всего 6 айпи на всю компанию, естественно нам бы дали сеть класса C. Но в ней аж 254 айпи (2 убираем). Зачем нам столько, нам нужно то всего 6. А платить по сути придется больше, да и айпи будут пропадать впустую. Данную проблему отлично решила бесклассовая адресация.

Бесклассовая адресация (CIDR)

Сейчас используется CIDR (classless inter domain routing), т.е. бесклассовая адресация, которая позволяет гибко управлять пространством IP, без жестких рамок классовой адресации. С помощью нее можно создавать сети из нужного количества адресов. Кроме этого, одна большая сеть может включать в себя несколько мелких, которые также, могут быть разбиты на другие. Все это благодаря введению дополнительной метрики — маски подсети.

Например, есть сеть — 128.54.0.0/16, ее нужно разбить на 4 подсети. Просто берем третий по счету байт (октет) в хостовой части в двоичной системе и заимствуем у него первые 2 бита, потому что, 2 во 2-й степени дает 4. Значит префикс получается 16 + 2 = 18. Вот такие соответственно получаются подсети.

1: 128.54.0.0/18
2: 128.54.64.0/18
3: 128.54.128.0/18
4: 128.54.192.0/18

Чтобы было еще более понятно, переведем 128.54.0.0 в двоичный вид. Два бита могут принимать 4 разных значения это: 00, 01, 10, 11. Меняем теперь у айпи первые 2 бита у третьего по счету байта, а затем переводим все обратно в десятичную систему счисления.

1: 10000000.00110110.00000000.00000000 — 128.54.0.0
2: 10000000.00110110.01000000.00000000 — 128.54.64.0
3: 10000000.00110110.10000000.00000000 — 128.54.128.0
4: 10000000.00110110.11000000.00000000 — 128.54.192.0

Маска обычно указывается, после самого IPv4 адреса — после слеша «/» ставится число обозначающее битовую маску подсети, например, 14.12.17.0/24.

Само число после слеша, означает количество старших битов в маске подсети. Мы знаем, что IP в формате IPv4 состоит из 32 бит, маской являются старшие 24 бита, значит для возможных для использования адресов остается всего 8 бит (32 — 24 = 8). 2 в 8 степени — это 256 возможных адресов. А если бы мы, например, указали маску в 18 бит, то было бы: 32 — 18 = 14. 2 в 14 степени — это уже 16 384 вариантов.

Важно знать, что количество возможных хостов всегда будет меньше ровно на 2, т.к. первый будет идентификатором сети, а второй будет широковещательным.

Зарезервированные IP адреса

В формате IPv4 есть целый ряд айпи, которые уже зарезервированы. Вот их список:

В заключение

Попытался объяснить все, как можно более понятнее, чтобы вы точно разобрались. Заходите еще — будет еще много уроков по компьютерной грамотности и интересных статей на тему интернет технологий.

Протоколы IPv4 и IPv6 – что это такое и зачем используются

Все начинающие сисадмины, да и опытные пользователи должны понимать, что такое межсетевой протокол (Internet Protocol). Понимание этого понятия позволит сформировать общее видение того как устроен современный интернет. Знание устройства интернет протоколов позволит значительно проще настраивать различные устройства, связанные с интернетом.

Появление всемирной сети Интернет стало возможно только при помощи введения специального протокола. Он присваивает каждому компьютеру IP-адрес и связывает все их в единое целое. Каждый IP-адрес состоит из четырех чисел, разделенных точками.

Выделяют несколько основных задач которые выполняет интернет протокол:

  • доставка различных видов файлов между различными узлами;
  • объединение сегментов в единое образование;
  • сохранение файлов в промежуточных узлах.

Что такое IPv4

Четвертая версия Internet Protocol появилась в 1981 году. Она имеет 32-битную адресную схему. Согласно возможностям этого стандарта предусматривалось одновременное присвоение 4 млрд. индивидуальных номеров.

Каждое число в TCP IPv4 содержит 8 бит, т.е. принимать значение от 0 до 255. Для правильной работы необходимо задать как сам адрес, так и его маску сети.

Архитектура сетей IPv4 протокола имеет пять уровней, которым присваиваются соответствующие буквы латинского алфавита.

В работе используются, обычно, только первые три. Первый класс А выступает в качестве идентификатора сети и может принимать значения от 0 до 127. Адреса, имеющие в качестве идентификатора значение 127 не могут выступать в качестве логических IP-адресов и нужны для тестирования. Их называют петлевыми адресами и не присваивают узлам.

Что такое IPv6

Сегодня многие устройства располагают собственным подключением к интернету. Развитие интернет-технологий сделало необходимым разработку новой версии для обеспечения возможности присваивания IP-адреса каждому устройству.

На смену 4-ой версии постепенно приходит 6-ая. Она более совершенна и призвана исправить все недостатки предшественницы. Сокращенно она именуется IPv6 или IPng (Internet Protocol next generation). Ее стали разрабатывать еще в середине 90-х годов.

По этому протоколу возможно присвоение одновременно 2 128 адресов, что гораздо больше чем в предыдущей версии. На данный момент они сосуществуют вместе. Первое присвоение IPv6-адреса произошло только в 2015 году.

В этой версии присутствуют несколько видов адресов:

  1. Одноадресные. Присваиваются в сервисах, имеющих индивидуальное предназначение.
  2. Групповые. Нужны для рассылки данных в рамках одной IP-сети.
  3. Многоадресные. Данные могут передаваться бесконечному количеству устройств.

Преимущества IPv6

Переход на 6-ю версию помимо увеличения количества адресов имеет также и другие серьезные преимущества:

  • потеряли свою актуальность трансляции сетевых адресов;
  • значительно увеличилась скорость скачивания файлов в любых форматах;
  • получила улучшения многоадресная маршрутизация.

Основные различия протоколов

Оба стандарта существенно отличаются. Шестой превосходит по большинству показателей 4-ый:

  • произошел отказ от контрольной суммы;
  • размер увеличился до 16 байт, вместо 4-х ранее, произошло также увеличение заголовка в два раза, но за счет лучшей оптимизации уменьшилась нагрузка;
  • произошло увеличение размера передаваемого набора до 4 Гб;
  • появилось поле меток;
  • появились новые механизмы осуществление безопасности, такие как IPsec, позволяющий зашифровать любые данные.

У 6-ой версии отсутствует фрагментация на маршрутизаторе. Это позволяет значительно ускорить работу узлов сети.

Работа с IPv6

Перед настройкой Internet Protocol version 6 стоит знать, что эта процедура имеет смысл только в случае, если устройство подсоединено к интернету через провод. При беспроводном подключении через маршрутизатор она не имеет смысла.

Как включить

Для того чтобы включить IPv6 необходимо перейти в «Пуск», там выбрать пункт «Панель управления». В открывшемся окне нужно выбрать «Система».

Далее по порядку:

  • «О системе»;
  • «Дополнительные свойства администрирования»;
  • «Службы»;
  • «Вспомогательная службаIP»;

В появившемся окне нужно выбрать в пункте запуска «Автоматически». В строке ниже выбирается запустить и нажать кнопку «Ок» для сохранения настроек.

Автонастройка

Одна из самых важных целей внедрения IPv6 является его автономная настройка без вмешательства человека. Данный вид протокола имеет следующие виды настроек:

  • Без отслеживания состояния. Назначается клиентом без поддержки служб.
  • С отслеживанием состояния. Назначается службой и передается клиенту.

Альтернативная конфигурация

Так как IPv6 имеет множество багов, его использование без DNS-сервера может превратиться в мучения. Чтобы настроить DNS-сервер необходимо сконфигурировать статистические адреса IPv6 протокола на серверах этого вида. Далее, нужно осуществить включение динамического обновление записей клиентами. После этого все настройки передаются посредством локальной сети клиентам через DHCP.

Проверка IPv6

Самым простым способом провести тест работоспособности интернет стандарта IPv6 является использование одного из специализированных сайтов. Все тестирование происходит в автоматическом режиме, никаких данных вводить не нужно. На экране сразу выводится вся необходимая информация.

IPv6 и VPN

Все современные VPN работают на интернет протоколе исключительно 4 версии. При отправке запроса на сайт соответствующий IPv6 он разрешает доступ только с DNS-сервера, а это в свою очередь приводит к утечке местоположения. В случае настройки веб-ресурса на обнаружение таких утечек может произойти блокировка доступа к данным сайта.

Протокол IPv6

Одним из самых главных недостатков интернет протокола IPv4 является относительно небольшое количество выдаваемых адресов около 4,23 миллиарда адресов, так как это число уже не кажется столь большим в сравнении с количеством задействованных устройств подключенных к сети интернет. По сей день использование IPv4 проходит штатно, поскольку используются различные технологии экономии использования сетевых адресов, в частности технология NAT (NetworkAddressTranslation, преобразование сетевых адресов), но уже всем понятно, что дни эксплуатации IPv4 подходят к концу, поскольку в ближайшем будущем предусматривается наделять возможностью доступа к интернету всех бытовых приборов (холодильников, СВЧ-печей), для осуществления управления данными приборами удаленно, посредством сети с любой точки Земли.

В сложившейся ситуации переход на новый формат сетевого адреса становится крайне остров. Хотя многие специалисты предвидели проблему нехватки сетевых адресов еще в начале 1990 года, в то же время начала работать группа проектирования Интернета IETF над новой версией сетевого протокола — IPv6.

Основные решаемые задачи:

  • Возможность доступа к глобальной сети миллиардов хостов даже при нерациональном использовании адресного пространства.
  • Сокращение размера таблиц маршрутизации
  • Упрощение протокола для ускорения обработки пакетов маршрутизации
  • Повышение уровня безопасности протокола
  • Упрощение работы многоадресных рассылок с помощью указания областей рассылки.
  • Перспективы дальнейшего развития протокола в будущем
  • Организация совместимости старого и нового протокола

Протокол IPv6 разработан в конце 1992 года.

Протокол IPv6 (Internet Protocol version 6) — это новая версия интернет протокола (IP), созданная с целью решения проблем, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в интернете, одна из которых – это использование длины адреса 128 бит вместо 32.

В наше время протокол IPv6 активно используется во множестве сетей по всему миру, но пока ещё не получил столь широкого распространения в Интернете, как IPv4.

Интернет протокол IPv6 хорошо справляется с основными поставленными задачами. Ему присущи достоинствами интернет протокола IP и лишен некоторых недостатков, к тому не обладает некоторыми новыми возможностями. В общем случае протокол IPv6 несовместим с протоколом IPv4, но зато совместим со всеми остальными протоколами Интернета, включая TCP, UDP, ICMP, OSPF, DNS для чего иногда требуются небольшие изменения.

Особенности IPv6:

  • Протокол IPv6 имеет длину 16 байт, что решает основную проблему — обеспечить практически неограниченный запас интернет – адресов.
  • Протокол IPv6 по сравнению с IPv4 имеет более простой заголовок пакета. Таким образом, маршрутизаторы могут быстрее обрабатывать пакеты, что повышает производительность.
  • Улучшенная поддержка необязательных параметров. Подобное изменение действительно было существенным, так как в новом заголовке требуемые прежде поля стали необязательными.
  • Повышен уровень безопасности, аутентификация и конфиденциальность являются ключевыми чертами нового IP-протокола
  • Уделено больше внимание типу представляемых услуг. Для этой цели в заголовке пакета IPv4 было отведено 8-разрядное поле.

Заголовок IPv6

Структура IP пакетов версии 6 представлена на рисунке

  • Версия — для IPv6 значение поля должно быть равно 6.
  • Приоритет – используется для того, чтобы различать пакеты с разными требованиями к доставке в реальном времени.
  • Метка потока – применяется для установки между отправителем и получателем псевдосоединения с определенными свойствами и требованиями. Например поток пакетов между двумя процессами на разных хостах может обладать строгими требованиями к задержкам, что потребует резервирование пропускной способности.
  • Длина полезной нагрузки – сообщает, сколько байт следует за 40-байтовым заголовком.
  • Следующий заголовок – сообщает, какой из дополнительных заголовков следует за основным.
  • Мах число транзитных узлов – аналог времени жизни (TTL).
  • Дополнительные заголовки:
    • Параметры маршрутизации – разнообразная информация для маршрутизаторов;
    • Параметры получения – дополнительная информация для получателя
    • Маршрутизация – частичный список транзитных маршрутизаторов на пути пакета;
    • Фрагментация – управление фрагментами дейтаграмм;
    • Аутентификация – проверка подлинности отправителя;
    • Шифрованные данные – информация о зашифрованном содержимом.

Типы адресов

Unicast — Идентификатор одиночного интерфейса. Пакет, посланный по уникастному адресу, доставляется интерфейсу, указанному в адресе.

Anycast — Идентификатор набора интерфейсов (принадлежащих разным узлам). Пакет, посланный по эникастному адресу, доставляется одному из интерфейсов, указанному в адресе (ближайший, в соответствии с мерой, определенной протоколом маршрутизации).

Multicast — Идентификатор набора интерфейсов (обычно принадлежащих разным узлам). Пакет, посланный по мультикастинг-адресу, доставляется всем интерфейсам, заданным этим адресом.

В IPv6 не существует широковещательных адресов, их функции переданы мультикастинг-адресам.

В IPv6, все нули и все единицы являются допустимыми кодами для любых полей, если не оговорено исключение.

Модель адресации

IPv6 адреса всех типов ассоциируются с интерфейсами, а не узлами. Так как каждый интерфейс принадлежит только одному узлу, уникастный адрес интерфейса может идентифицировать узел.

IPv6 уникастный адрес соотносится только с одним интерфейсом. Одному интерфейсу могут соответствовать много IPv6 адресов различного типа (уникастные, эникастные и мультикстные). Существует два исключения из этого правила:

  • Одиночный адрес может приписываться нескольким физическим интерфейсам, если приложение рассматривает эти несколько интерфейсов как единое целое при представлении его на уровне Интернет.
  • Маршрутизаторы могут иметь ненумерованные интерфейсы (например, интерфейсу не присваивается никакого IPv6 адреса) для соединений точка-точка, чтобы исключить необходимость вручную конфигурировать и объявлять (advertise) эти адреса. Адреса не нужны для соединений точка-точка маршрутизаторов, если эти интерфейсы не используются в качестве точки отправления или назначения при посылке IPv6 дейтограмм. Маршрутизация здесь осуществляется по схеме близкой к используемой протоколом CIDR в IPv4.

IPv6 соответствует модели IPv4, где субсеть ассоциируется с каналом. Одному каналу могут соответствовать несколько субсетей.

Формы представления IPv6

Форма шестнадцатеричных чисел и двоеточий

Эта форма является предпочтительной и имеет вид n:n:n:n:n:n:n:n. Каждый знак n соответствует 4-х значному шестнадцатеричному числу (всего 8 шестнадцатеричных чисел, для каждого числа отводится 16 бит).

Сжатая форма

По причине большой длины адрес обычно содержит много нулей подряд. Для упрощения записи адресов используется сжатая форма, в которой смежные последовательности нулевых блоков заменяются парами символов двоеточий (::).Однако такой символ может встречаться в адресе только один раз.

  • адрес групповой рассылки FFEA:0:0:0:0:CA28:1210:4362 имеет сжатую формуFFEA::CA28:1210:4362.
  • Адрес одноадресной рассылки 3FFE:FFFF:0:0:8:800:02A1:0 в сжатой форме имеет вид: 3FFE:FFFF::8:800:02A1:0.
  • Шлейфовый адрес 0:0:0:0:0:0:0:1 в сжатой форме вы-глядит так ::1.
  • Неопределенный адрес 0:0:0:0:0:0:0:0 превращается в :: .

ОБЗОР ИНТЕРНЕТ ПРОТОКОЛОВ IPv4 И IPv6

студент, кафедра Космического приборостроения и систем связи, Юго-Западный Государственный Университет,

студент, лечебный факультет, Курский государственный медицинский университет,

студент, кафедра Космического приборостроения и систем связи, Юго-Западный Государственный Университет,

Набор интернет-протоколов — это концептуальная модель и набор коммуникационных протоколов, используемых в Интернете и подобных компьютерных сетях. Он широко известен как TCP/IP, поскольку базовые протоколы в пакете — это протокол управления передачей (TCP) и интернет-протокол (IP).

Набор интернет-протоколов обеспечивает сквозную передачу данных, определяющую, как данные должны пакетироваться, обрабатываться, передаваться, маршрутизироваться и приниматься.

Разработка первой версии протокола началась в 70-х годах в агентстве DARPA. Сотрудники решили начать работу над созданием связи между компьютерами в лабораториях. В конце 70-х разработка первого протокола была завершена, и он стал рабочим.

IP претерпевал некоторые изменения, пока в свет не вышел в 1981 IPv4. Адресное пространство ограничивается числом 232= 4 294 967 296. Адрес имеет длину 32 бита, представляет собой набор из четырёх десятичных цифр в диапазоне [0;255], разделённых точкой, и состоит из адреса сети и адреса хоста.

Структура заголовка пакета протокола IPv4 приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура заголовка пакета протокола IPv4

Существует несколько групп зарезервированных адресов:

Адреса 127.0.0.0/8 используются для реализации механизма Loopback (обратная петля) — передачи потока данных от источника самому себе. У данных адресов есть собственное доменное имя — Localhost. Адреса loopback используются для проверки работоспособности IP стека в операционной системе или для связи с серверным приложением, расположенным на этом же компьютере.

Адрес 0.0.0.0/8 называется шлюзом по умолчанию (его можно увидеть в таблицах маршрутизации), это такой адрес маршрутизатора, для которого не определяется маршрут по таблице маршрутизации сетевого устройства, за ним может скрываться любой IP адрес. Если передать пакет по другим маршрутам невозможно, его отправляют на этот адрес.

Адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16 используются в частных (локальных) сетях. Эти диапазоны не маршрутизируемы за пределами частных сетей. Для взаимодействия с внешними ресурсами и партнерами во избежание пересечения адресного пространства должна использоваться технология NAT (трансляция сетевых адресов).

Вскоре после запуска IPv4 стало очевидно, что распределение адресного пространства происходит более быстрыми темпами, чем было заложено в архитектуру.

К середине 1990-х была разработана замена четвёртой версии протокола IP — IPv6.

Количество адресов IPv6 в 2128. Длина адреса 128 бит, обычно первые 64 бита задают номер сети, а следующие 64 бита — номер хоста. Часто номер хоста или его компонента в адресе IPv6 присваивается на основе MAC-адреса или другого идентификатора интерфейса. В текстовом виде адрес IPv6 записывается как xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx, где каждая буква x — это шестнадцатеричная цифра, представляющая 4 бита.

Структура заголовка пакета протокола IPv6 приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура заголовка пакета протокола IPv6

Поле версия IP для IPv6 должно иметь значение 6. Класс трафика – используется для того, чтобы различать пакеты с разными требованиями к доставке в реальном времени. Маркер потока – применяется для установки между отправителем и получателем псевдосоединения с определенными свойствами и требованиями. Размер поля полезной нагрузки – сообщает, сколько байт следует за 40-байтовым заголовком. Следующий заголовок указывает, какой из дополнительных заголовков следует за основным. Число ретрансляций – аналог времени жизни (TTL).

В отличие от адресов IPv4, для адресов IPv6 задается два срока действия: предпочитаемый и допустимый, причем предпочитаемый срок действия всегда меньше допустимого или равен ему.

После истечения предпочитаемого срока действия адрес перестает указываться в качестве IP-адреса отправителя для новых соединений, если доступен настолько же хороший предпочитаемый адрес. После истечения допустимого срока действия адрес перестает распознаваться в качестве IP-адреса получателя при приеме пакетов, либо в качестве IP-адреса отправителя.

Для некоторых адресов IPv6 по умолчанию установлен неограниченный предпочитаемый и допустимый сроки действия.

Адреса IPv6 имеют фиксированную длину заголовка (40 байт). В заголовке IPv6 дополнительные параметры не указываются. Вместо них IPv6 добавляет дополнительные заголовки. Такие заголовки могут содержать информацию AH и ESP (как и в IPv4), а также информацию о прохождении транзитных участков, маршруте, фрагменте и получателе. В протоколе четвёртой версии длина составляет от 20 до 60 байт в зависимости от числа дополнительных параметров IP.

Максимальный блок передачи — это максимальное число байт, которое можно передать по линии связи определенного типа. Обычно в IPv4 максимальный блок передачи равен 576 байт. В IPv6 минимальный размер увеличен до 1280 байт, следовательно, пакеты, размер которых меньше данного значения не разбиваются на фрагменты.

Протокол IPv6 реализует end-to-end шифрование для максимальной безопасности соединения. Расширение IPSec включает криптографические протоколы для обеспечения защищенной передачи данных. Однако шифрование и расшифровка данных требует оборудования, которое стоит денег. К тому же IPSec можно реализовать и на IPv4, что в теории означает, что IPv4 и IPv6 одинаково безопасны.

Преимущества IPv6 перед IPv4:

1 Более эффективная маршрутизация без фрагментации пакетов, что снижает нагрузку на сетевое оборудование;

2 Встроенная технология Quality of Service (QoS), которая определяет чувствительные к задержке пакеты;

3 Увеличение адресного пространства;

4 Автоконфигурация адресов для упрощения администрирования сети;

5 Упрощённая структура заголовка с меньшими затратами на обработку;

6 В сверхскоростных сетях возможна поддержка пакетов до 4 гигабайт;

7 Поддержка многоадресного вещания.

Список литературы:

  1. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Исследование дальности связи микросхемы NRF24L01+ при использовании различных типов антенн// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 301-308.
  2. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Система дистанционного контроля объекта по каналу сотовой связи на основе ARDUINO// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 296-301.
  3. Николаенко А.И., Михайлова Н. Ю. Системы мониторинга наземного транспорта// Молодежь и системная модернизация страны. – 2018 – с. 126-128.
  4. Николаенко А.И., Усенков В.Н., Михайлова Н. Ю. Система контроля параметров окружающей среды для «умного дома» на базе ARDUINO// Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. – 2018 – с. 287-296.
  5. Николаенко А.И., Прокофьева А.А., Михайлова Н. Ю. Система сигнализирования и контроля параметров микроклимата в бане на основе контроллера ATMEGA328P//Научное сообщество студентов. Междисциплинарные исследования. – 2018 – с. 103-107.

IPv6 против IPv4: какая разница и что безопасней?

Автор: Инженер · Опубликовано 04.12.2017 · Обновлено 11.04.2019

Для примера, представьте, что IP-адрес, это например, номер телефона. Он имеет код области, указывающий на общее местоположение. Телефонные номера обычно связаны с конкретными людьми или предприятиями, поэтому они являются надежным, но несовершенным способом идентификации кого-то.

IPv4 был создан в 1983 году, прежде чем интернет стал глобальной сетью, и все же он остается основным средством маршрутизации интернет-трафика между устройствами сегодня. Открытый IPv4-адрес, назначенный для любого устройства состоит из цифр, и выглядит примерно так:

Адрес IPv4 может быть любой комбинацией из 4-ех отдельных чисел от 0 до 254. Это четыре байта с общим диапазоном в 4,3 миллиарда возможных адресов.

4.3 миллиарда — похоже, что это много, правда?

Но массовый всплеск устройств, выходящих в онлайн, исчерпал систему. У нас заканчиваются номера. В конце концов мы достигнем предела, который может испортить интернет и не позволит новым устройствам выходить в Интернет.

Тут на помощь приходит IPv6. Он делает то же самое, что и IPv4, за исключением того, что доступно еще больше адресов. Открытый IPv6-адрес выглядит следующим образом:

Адрес IPv6 содержат по 128 бит, и они используют шестнадцатеричные цифры. Это означает, что вместо нуля до 10 (основание 10) они могут использовать от нуля до 10 плюс «а» до «F» (базовая цифра 16). Это дает нам огромный диапазон в 340 миллионов возможных комбинаций.

В ближайшее время нам не придется беспокоиться о том, что не хватит адресов IPv6.

Так почему бы нам просто не перейти на IPv6?

Процесс перехода был медленным. Узкое место в первую очередь связано с поставщиками интернет-услуг, а также с центрами обработки данных и конечными пользователями.

Управление IP-адресами осуществляется пятью глобальными реестрами — по одному для каждого континента / региона, которые раздают 16,8 миллиона адресов IPv4 за раз. В период с 2011 по 2015 год все, кроме одного из пяти реестров, исчерпали свои адреса верхнего уровня.

Для решения этой проблемы большинство интернет-провайдеров назначают пользователям динамические IP-адреса. Это означает, что ваш IP-адрес меняется периодически, каждый раз, когда вы подключаетесь к другой сети. Устройства, которые переходят в автономный режим, отказываются от своих IP-адресов, чтобы их могли использовать другие. В принципе, вы арендуете, но не владеете своим IP-адресом. Это значительно замедляет истощение адресов IPv4.

Переход происходит, но пока IPv4 и IPv6 работают одновременно. Стадия развертывания в разным странах разная. Около половины пользователей США уже используют IPv6.

Это самый большой фактор, сдерживающий развертывание IPv6. Требуется время и деньги для обновления всех серверов, маршрутизаторов и коммутаторов, которые так долго зависели исключительно от IPv4. Хотя большинство этих инфраструктурных устройств можно гипотетически модернизировать, многие компании предпочитают ждать, пока их нужно будет заменить. Этот процесс истощения замедлил ситуацию.

Что более надежнее IPv6 или IPv4?

Когда IPv6 был впервые запущен, компании требовали шифровать интернет-трафик с помощью IPSec, довольно популярного (но не так широко распространенного, как SSL) стандарта шифрования. Шифрование скремблирует содержимое интернет-трафика, поэтому любой, кто его перехватывает, не может его прочитать.

Но для того, чтобы привлечь больше компаний, это требование превратилось в более сильное предложение. Для шифрования и дешифрования данных требуются вычислительные ресурсы, для которых требуется больше денег. IPSec также может быть реализован на IPv4, что теоретически означает, что IPv6 в равной степени безопасен как IPv4. Вероятно, мы увидим увеличение использования IPSec в целом, по мере перехода, хотя это необходимо не всем потребителям.

Пока мы находимся на переходном этапе, некоторые эксперты утверждают, что пользователи IPv6 на самом деле более подвержены риску, чем те, кто придерживается IPv4. Некоторые интернет-провайдеры используют, в частности, технологии перехода — туннели IPv6, которые делают пользователей более уязвимыми для атаки.

Ожидается, что переход займет еще несколько лет, прежде чем будет завершен, поэтому эти методы перехода будут оставаться на месте в течение некоторого времени.

Другая потенциальная проблема безопасности связана с новой функцией IPv6 — автоконфигурация. Это позволяет устройствам назначать себе IP-адреса без необходимости в сервере. Эти адреса генерируются с использованием уникального MAC-адреса устройства, который имеет каждый телефон, компьютер и роутер. Создается уникальный идентификатор, который сторонние пользователи могут использовать для отслеживания конкретных потребителей и определения их оборудования.

Что быстрее IPv6 или IPv4?

IPv6 не будет оказывать существенного влияния на скорость интернета по сравнению с IPv4.

При этом некоторые методы перехода, такие как туннели IPv6, создадут дополнительную задержку, когда запросы будут преобразованы в IPv4 и наоборот.

Есть ли еще отличия между IPv4 и IPv6?

Создание большего адресного пространства является основной целью IPv6, но также включает и некоторые другие отличия от IPv4. Большинство этих обновлений не будут вам интересны, если вы не являетесь сетевым администратором, но мы все равно перечислим их тут:

  • Многоадресная рассылка позволяет передавать один пакет нескольким адресатам в одной операции отправки.
  • Автоконфигурация позволяет устройствам автоматически настраивать свой IP-адрес и другие параметры без необходимости в сервере.
  • Безопасность сетевого уровня добавляет шифрование IPSec ко всем узлам, хотя это уже не строгое требование.
  • IPv6 будет работать лучше на мобильных устройствах, устраняя треугольную маршрутизацию.
  • Обработка, требуемая обработчиками запросов роутеров, намного эффективнее и упрощена.

Как IPv6 влияет на VPN?

К сожалению, почти все VPN работают исключительно на IPv4. Если вы отправляете запрос на веб-сайт, который по умолчанию соответствует IPv6-адресу, он будет разрешен с использованием DNS-сервера IPv6, который находится за пределами вашей VPN сети. Это называется утечкой IPv6, и оно может показать ваше истинное местоположение на сайте или приложении с привязкой к местоположению. Если веб-сайт настроен для обнаружения таких утечек, он может заблокировать вас от просмотра содержимого.

Как переключиться на IPv6?

Вы можете переключиться на IPv6, просто включив его на своем компьютере или смартфоне. Большинство новых устройств будут включены по умолчанию. Если нет, вы можете включить его в настройках.

Когда интернет-провайдеры, веб-компании и производители Wi-Fi-роутеров видят, что больше клиентов используют IPv6, они естественно отреагируют на изменение рынка.

Кстати, 6 июня — является ежегодным Всемирным днем ​​IPv6 .

Развеивание мифов об интернет-протоколе IPv6

IPv6, или шестая версия протокола IP, – важная составляющая для формирования интернета. Для подключения людей, данных и физических объектов к интернету все они должны получить IP-адреса. Между тем адресное пространство протокола IPv4, управляющего сегодня 98.5% интернет-трафика, уже исчерпано, а протокол IPv6, несмотря на уделяемое ему большое внимание, по-прежнему порождает множество домыслов и небылиц. Развеять их и заодно ответить на вопросы в интервью вызвался IP-специалист Марк Таунсли, работающий в Cisco.

Что такое протокол IP и почему он так важен для Интернета?

IP впору назвать кровеносной системой интернета. Если посмотреть на информацию, передаваемую между сетевыми устройствами по беспроводным каналам, медным кабелям и оптическому волокну, то вы заметите, что она состоит из крошечных цифровых пакетов, или «IP-пакетов», состоящих из нулей и единиц. Эти пакеты представляют собой фундаментальную основу интернета. Их можно сравнить с атомами, составляющими физическую материю, или клетками, из которых состоят живые организмы.

Ежесекундно через интернет проходят триллионы IP-пакетов. В начале каждого пакета есть «заголовок», показывающий маршрутизаторам и коммутаторам, откуда пришла информация и куда ее следут передать. Внедрение протокола IP вызвало настоящий переворот в мире глобальных электронных коммуникаций.

Что такое IPv6 и зачем он нужен лично мне?

Протокол IP был разработан в передовой исследовательской лаборатории. Четвертой версии этого протокола (IPv4) предшествовало несколько более ранних версий, но именно IPv4 приобрел в 1980-1990 годы коммерческую популярность и до сих пор продолжает активно использоваться. Новая версия – IPv6 – была разработана для решения ряда проблем своего предшественника. Главная из них – ограниченное адресное пространство. IPv4 поддерживает 4.3 миллиарда уникальных глобальных адресов, и это ограничение не менялось с момента появления данной версии в 1981 году.

Поскольку интернет стал неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, переход с IPv4 на IPv6 должен проходить гладко и незаметно для пользователей. Задача важная и непростая. Ее можно уподобить незаметной для пассажиров смене колес на высокоскоростном поезде.

Кем бы вы ни были: ИТ-специалистом, любителем новых технологий или руководителем компании, – вам необходимо осознать проблему ограниченного адресного пространства IPv4 и начать переход к IPv6, тем более, что мир уже совершает такой переход. Он окажет огромное влияние на будущий рост и развитие интернета в интересах миллиардов людей, использующих глобальную сеть в повседневной жизни для работы, учебы и отдыха.

Адреса IPv4 закончились еще в прошлом году. Почему же интернет по-прежнему работает и развивается?

Представьте себе огромную шахматную доску с 4 миллиардами клеток. На этой доске есть отдельные зоны, по многу клеток в каждой, которые присваиваются различным организациям, компаниям и интернет-провайдерам, а те, в свою очередь, устанавливают на каждой клетке персональный компьютер, ноутбук, планшет, смартфон, сервер или другое устройство. Сеть может передавать пакеты данных в любую клетку (и на установленное на ней устройство).

Поскольку в протоколе IPv4 количество клеток ограничено 4 миллиардами, устройствам на шахматной доске становится тесно. И хотя связь между ними не прерывается, рост сети приостанавливается, а ее эффективность падает. Именно это мы сейчас наблюдаем в интернете. Протокол IPv4 все еще работает, но нам нужна шахматная доска еще больших размеров (IPv6), позволяющая интернету расти и расширять свою функциональность в соответствии с нашими ожиданиями.

Почему IPv6 так важен для всемирной паутины?

«Игровое поле» IPv6 намного шире, чем у IPv4. Оно дает огромный простор для дальнейшего развития. Это особенно важно для всемирной сети, поскольку IPv6 поддерживает практически неограниченное число IP-адресов, необходимых для подключения десятков миллиардов людей, процессов, информационных блоков и неодушевленных предметов, из которых строится интернет.

IPv6 в четыре раза увеличивает количество битов в адресном поле. Адресное поле IPv4 состоит из 32 битов, а у IPv6 – из 128. В результате увеличивается количество напрямую подключаемых сетей и появляется возможность автоматической настройки IP-адресов в любой локальной сети. Наши возможности значительно расширяются, так как количество квадратов в нашем воображаемом игровом поле будет равняться двум в 128-ой степени. Это значит, что у нас появится более ста свободных квадратов для размещения каждого атома, находящегося на поверхности Земли.

Куда делся протокол IPv5?

Первые 4 бита в заголовке IP-пакета указывают на тип этого пакета, то есть, практически, на версию протокола IP. В пакетах IPv4 в этом поле выставляется число «4» (в двоичном счислении – 0100), а в пакетах IPv6 – число «6» (0110). Версия IPv5 (0101), разработка которой началась еще в 1979 году, на практике превратилась в протокол потоковой передачи (Internet Stream Protocol), и несмотря на число «5» в заголовке, отличающее пакеты IPv5 от других типов IP-трафика, этот протокол никогда не рассматривался в качестве преемника IPv4. Таким образом, следующей после IPv4 версией IP-протокола стал протокол IPv6.

Ссылка на основную публикацию