Времето на IPv1, IPv2 и IPv3 отдавна отмина. Тук ще видите задълбочено сравнение между IP протоколите: Ipv4 и IPv6. Ще научите как е възможно все още да използваме „древния“ IPv4, защо IPv6 е бъдещето и какво се случи с липсващия IPv5. Да започваме!
Какво е IP (интернет протокол)?
IP (Internet Protocol) е интернет протоколът, който всички използваме. Това е основен комуникационен протокол, който управлява предаването на пакети данни през компютърни мрежи, включително Интернет. IP осигурява механизмите за адресиране и маршрутизиране, необходими на устройствата да комуникират помежду си и да обменят данни през взаимосвързани мрежи.
С други думи, IP позволява на нашите устройства да се свързват в Интернет. IP е описание, набор от правила, които определят начина, по който данните преминават от клиент, през всички рутери до хоста и обратно. IP адресите служат за идентифициране на всички свързани устройства. Те са уникални.
В началото IP протоколът е бил част от друг протокол – TCP/IP. Отнема 3 ревизии на този протокол, за да бъде отделен IP от TCP/IP. Първият независим IP е версия 4 – IPv4.
Какво е IPv4?
Вероятно сте запознати с IPv4 или Интернет протокол версия 4. Това е четвъртата версия на пакета от Интернет протоколи (IP) и най-широко разпространеният протокол за Интернет комуникация. IPv4 изглежда така – 157.240.20.15. Тази числова последователност се състои от 32 бита, разделени на четири групи числа (октети) между 0 и 254, разделени с точки. IPv4 адресите са йерархични, с различни класове (A, B, C) и подмрежи, използвани за ефективно разпределяне на адресното пространство и поддържане на растежа на мрежата. Общо има 4 294 967 296 IP адреса! Огромен брой, не мислите ли? И все пак, когато се замислим колко устройства има и повечето от тях са свързани с Интернет, виждаме, че това не е достатъчно.
Вземете IPv4 под наем или купете IPv4 от Нетера.
IPv4 пакетите се състоят от заглавие (header) и полезен товар (payload). Заглавието съдържа съществена информация за маршрутизиране и доставяне на пакети, включително IP адреси на източника и получателя, дължина на пакета, стойност на времето за живот (TTL) и тип протокол, например TCP или UDP. Полезният товар носи действителните данни, които се предават, като имейл съобщения, уеб страници или мултимедийно съдържание.
IPv4 използва рутери за препращане на пакети с данни от източника към дестинацията през взаимосвързани мрежи. Рутерите проверяват IP адреса на получателя на всеки пакет и използват таблици за маршрутизиране, за да определят оптималния път за доставка на пакети. Протоколите за маршрутизиране на IPv4, като Border Gateway Protocol (BGP) и Interior Gateway Protocols (IGPs), улесняват решенията за маршрутизиране и обмена на маршрути между рутери.
Една от ключовите характеристики на IPv4 е преобразуването на мрежови адреси (NAT), което позволява на множество устройства в частна мрежа да споделят един публичен IP адрес. NAT преобразува частните IP адреси, използвани в рамките на локалната мрежа, в единичен публичен IP адрес, видим в Интернет, позволявайки на устройствата в частната мрежа да имат достъп до онлайн ресурси, като същевременно спестява публични IP адреси. Обяснено просто, във вашия дом всяко от вашите устройства – смартфони, таблети, лаптопи и т.н. има уникален IP адрес във вашата домашна мрежа. Но всички те споделят един и същ публичен IP адрес, благодарение на NAT транслацията, която вашият рутер изпълнява.
IPv4 е разработен в началото на 80-те години и е основният протокол, използван в продължение на няколко десетилетия. Интернет доставчиците използват хитри начини за повторно използване на IP адресите, но това не може да продължи вечно. Тук влиза в сила новият стандарт.
Тогава компютрите използваха процесори като Intel 8088 или Motorola 68000. Вижте най-важните процесори на всички времена.
Какво е IPv6?
IPv6 или Интернет протокол версия 6 е най-новата версия на пакета от Интернет протоколи (IP), предназначен да замени IPv4 и да се справи с неговите ограничения. IPv6 е създаден, като се вземат предвид няколко подобрения спрямо IPv4, включително значително по-голямо адресно пространство, подобрена мрежова сигурност, по-добра поддръжка за мобилни устройства и Интернет свързани устройства (IoT) и опростена мрежова конфигурация и управление.
IPv6 използва 128-битово адресиране, докато IPv4 използва 32-битово адресиране. Малко прекалено, но по този начин този стандарт може да продължи да съществува дълго, дълго време. Вижте този пример за IPv6 адрес: „2001:0db8:0000:0041:0200:8a2e:0370:7344“. Тук групите са повече – 8 октета. Всяка от тях има 4 шестнадесетични (хексадецимал) цифри и те са разделени с двоеточие. По този начин има много повече комбинации. За да бъдем точни, 1028 пъти повече от IPv4! Той осигурява изобилие от адреси – приблизително 340 ундецилиона уникални адреса, за да поеме нарастващия брой свързани с Интернет устройства по целия свят.
Между другото, знаете ли, че никога няма да използвате 128-битов процесор?
IPv6 адресите са йерархично структурирани и поддържат както глобални едноадресни адреси за Интернет комуникация, така и уникални локални адреси за локална мрежова комуникация.
IPv6 пакетите имат опростен формат на заглавие в сравнение с IPv4, намалявайки го и подобрявайки ефективността на обработката на пакетите. Заглавието на IPv6 включва основни полета като IP адреси на източник и получател, дължина на пакета, клас на трафика, етикет на потока и следващ тип на заглавието. IPv6 също поддържа заглавия на разширение за допълнителни функции като фрагментация, сигурност и мобилност.
IPv6 рутерите използват протоколи за маршрутизиране като Routing Information Protocol версия 6 (RIPng), Open Shortest Path First версия 3 (OSPFv3) и Border Gateway Protocol версия 6 (BGP-4+) за обмен на информация за маршрутизиране и поддържане на таблици за маршрутизиране. Протоколите за маршрутизиране на IPv6 са проектирани да поддържат по-голямото адресно пространство на IPv6 и да позволяват ефективно пренасочване на пакети през взаимосвързани мрежи. IPv6 е подобреното маршрутизиране без фрагментиране на пакети.
IPv6 включва вградена поддръжка за автоматично конфигуриране на адрес без състояние (SLAAC), което позволява на устройствата автоматично да конфигурират своите IPv6 адреси и мрежови настройки без необходимост от ръчна конфигурация или DHCP сървъри. SLAAC опростява настройката и управлението на мрежата, особено в динамични и бързо променящи се среди като мобилни мрежи и внедряване на IoT устройства.
IPv6 включва функции за сигурност като Защита на Интернет протокола (IPsec) като неразделна част от пакета протоколи. IPsec осигурява удостоверяване, криптиране и защита на целостта на IPv6 комуникацията, като подобрява мрежовата сигурност и поверителност. При IPv6 механизмите за сигурност са задължителни по подразбиране, за разлика от IPv4, където те не са задължителни и често се прилагат на по-високи протоколни слоеве.
IPv6 включва поддръжка за мобилни устройства и роуминг потребители чрез функции като Mobile IPv6 (MIPv6) и Neighbor Discovery Protocol (NDP). MIPv6 позволява безпроблемна мобилност и прозрачно предаване на IP връзки, докато устройствата се движат между различни мрежи. NDP улеснява разрешаването на адреси, откриването на съседи и откриването на рутери в IPv6 мрежи.
IPv6 поддържа подобрени механизми за качество на услугата (QoS) за приоритизиране и управление на мрежов трафик въз основа на предварително дефинирани критерии като тип трафик, източник, дестинация и споразумения за ниво на услугата (SLA). Функциите за QoS в IPv6 позволяват подобрена мрежова производителност, надеждност и ефективност за чувствителни към времето приложения, като поточно предаване на глас и видео.
IPv4 и IPv6 – сравнение
Вече споменахме някои съществени разлики между IPv4 и IPv6, но нека задълбочим още повече! Следното сравнение ще изясни напълно сравнението между Ipv4 и IPv6.
Сигурност, IPv4 и IPv6
IPv4: Функции за сигурност като IPSec не са задължителни и не са широко разпространени.
IPv6: IPSec е част от набора протоколи IPv6 и често се прилага по подразбиране, като подобрява сигурността на комуникациите.
Адресно пространство, разлики между IPv4 и IPv6
IPv4: 32-битово адресно пространство, позволяващо приблизително 4,3 милиарда уникални адреса.
IPv6: 128-битово адресно пространство, предоставящо огромен брой уникални адреси (приблизително 3,4 × 10^38), което помага за приспособяването на нарастващия брой устройства, свързани с Интернет.
Представяне на адрес
IPv4: Използва десетична нотация с точки (пример, 192.0.2.1).
IPv6: Използва шестнадесетичен запис, разделен с двоеточие (пример, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).
Конфигурация на адрес
IPv4: Адресите често се конфигурират ръчно или чрез DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
IPv6: Адресите могат да бъдат конфигурирани ръчно, чрез DHCPv6 с постоянно състояние или чрез автоматично конфигуриране на адрес без състояние (SLAAC).
Формат на заглавието (header)
IPv4: Опростен формат на заглавието с полета като версия, дължина на заглавката, тип услуга, обща дължина, идентификация, флагове, отместване на фрагмента, време за живот, протокол, контролна сума на заглавката, адрес на източник и адрес на получателя.
IPv6: Опростен формат на заглавието с полета като версия, клас на трафик, етикет на потока, дължина на полезния товар, следваща заглавка, ограничение за прескачане, адрес на източник и адрес на получателя.
Размер на заглавието
IPv4: Фиксиран размер на заглавието от 20 байта, без опции.
IPv6: Фиксиран размер на заглавката от 40 байта, с опции, управлявани чрез разширения.
Контролна сума, IPv4 срещу IPv6
IPv4: Включва поле за контролна сума в заглавието за откриване на грешки в пакета.
IPv6: Полето за контролна сума се премахва от заглавието. Откриването на грешки се обработва на по-високи нива.
Multicasting, IPv4 срещу IPv6
IPv4: Груповото предаване не е задължително и се реализира чрез клас D адреси.
IPv6: Групово предаване е неразделна част от протокола и груповите адреси се дефинират в адресното пространство.
Мрежова конфигурация
IPv4: Транслацията на мрежови адреси (NAT) обикновено се използва за запазване на IPv4 адресното пространство.
IPv6: NAT е по-малко необходим поради огромното адресно пространство на IPv6, което позволява на всяко устройство да има глобално уникален адрес.
Механизми за преход
IPv4: Различни механизми за преход като двоен стек, тунелиране (пример: 6to4 и Teredo) и превод (пример NAT64) се използват за улесняване на съвместното съществуване на IPv4 и IPv6 мрежи.
IPv6: Механизмите за преход са насочени основно към улесняване на миграцията от IPv4 към IPv6.
Скорост, стравнение между IPv4 и IPv6
Няма присъща разлика между скоростта на IPv4 и IPv6. И двата протокола могат да постигнат сходни скорости при еднакви мрежови условия и хардуер.
Какво се случи с IPv5?
Докато четете това сравнение между IPv4 и IPv6, може би сте се чудили къде е IPv5? Защо липсва? Е, историята му е тъжна, защото IPv5 е един неуспех. Протоколът за Интернет поток (ST) или IPv5 е разработен в края на 1970 г. от Internet Engineering Task Force (IETF) като експериментален протокол за поддръжка на приложения за стрийминг в реално време, като мултимедия и аудио/видео конференции по Интернет.
Неговият дизайн включва иновативни функции като мултикаст предаване за ефективно разпространение на поточно медийно съдържание към множество получатели едновременно, поддръжка на качеството на услугата (QoS), подобрени механизми за възстановяване на грешки и приоритизиране на трафика въз основа на изискванията на приложенията в реално време.
Въпреки обещаващите си характеристики, IPv5 се изправи пред няколко предизвикателства, които ограничиха неговото приемане и внедряване. Например:
- Проблеми със съвместимостта. IPv5 не е бил обратно съвместим с IPv4, което изисква значителни промени в съществуващата мрежова инфраструктура и устройства.
- Липса на стандартизация. IPv5 не е стандартизиран от IETF или други органи за стандартизация, което води до фрагментация и непоследователност в прилагането му.
- Ограничени случаи на употреба. Търсенето на приложения за поточно предаване в реално време не е било толкова широко разпространено през 70-те и 80-те години на миналия век, колкото е днес, което ограничава уместността и приложимостта на IPv5.
- 32 битови адреси. Най-лошото е било, че IPv5 използва 32-битови адреси. Изобщо не достатъчно.
- Липса на ползване. Поради своя експериментален характер и ограничено внедряване, IPv5 не успява да спечели популярност сред мрежовите оператори, доставчиците на услуги и производителите на оборудване.
- Появата на IPv6. Тъй като ограниченията на IPv4 са станали голяма загриженост, Интернет общността измества фокуса си към разработването на IPv6 като дългосрочно решение за справяне с проблемите с изчерпването на адресното пространство и мащабируемостта на IPv4.
- Предизвикателства на прехода. Преходът от IPv4 към IPv6 означава значителни предизвикателства по отношение на оперативната съвместимост и миграцията, което затруднява IPv5 да набере скорост като алтернативен протокол.
По този начин IPv5 така и не става истински стандарт и загива по време на разработката. Не е бил голямо подобрение в сравнение с IPv4. Той е бил протокол за стрийминг и е имал няколко години разработка, като последната версия е била ST2 (втората версия). В крайна сметка е бил изоставен заедно с името. Разработчиците са съсредоточили всичките си усилия върху следващия стандарт, IPv6.
Заключение
Това сравнение между IPv4 и IPv6 ясно показва, че IPv6 предлага множество предимства пред IPv4. Тъй като глобалният Интернет продължава да расте и да се развива, приемането на IPv6 е от съществено значение за осигуряване на мащабируемост, сигурност и оперативна съвместимост на мрежовата инфраструктура и услуги в бъдеще.
Единствената причина, поради която не сме преминали напълно към IPv6, е цената за надграждане. Интернет доставчиците го правят, но с бавни темпове. Към февруари 2024 г. статистиката на Google показва наличието на IPv6 в глобалната потребителска база на около 39–45% в зависимост от деня от седмицата (по-високо през уикендите). Възприемането е неравномерно в различните държави и доставчици на Интернет услуги.
IPv6 ще замени IPv4 завинаги. Просто ще му трябва известно време, след което ще бъде единственият IP стандарт за много дълго време.