IPv4 і IPv6: розповідаємо про протоколи Інтернету — як працює система зсередини

0
109
IPv4 і IPv6: розповідаємо про протоколи Інтернету — як працює система зсередини

Всім початківцям системних адміністраторів або звичайним користувачам, які вивчають пристрій комп’ютерних мереж обов’язково потрібно знати про IPv4 і IPv6 (Internet Protocol) – що це таке, навіщо вони були створені і як працюють.

Справа в тому, що знання цих простих фактів дає можливість більш точно розуміти, як взагалі працює Інтернет, як він влаштований і, відповідно, керувати ним.

Коли ви будете мати загальне уявлення про ці поняття, то зможете хоча б приблизно зрозуміти, як налаштовувати різне обладнання, пов’язане з роботою. Загалом, перейдемо до практики!

Кілька слів про Internet Protocol

Обидва розглянутих терміна буквально розшифровуються як «Internet Protocol version four або six». Це перекладається як «Інтернет-протокол (інструкція) 4 або 6» або «Міжмережевий протокол…». Власне, цей протокол у свій час став сполучною ланкою між усіма іншими частинами комп’ютерних мереж, що дозволило створити утворення, яке ми сьогодні називається Інтернетом.

В чому ж сенс?

Сенс існування такої інструкції полягає в тому, щоб давати всім вузлам комп’ютерних мереж адреси. Ми всі знаємо їх як IP-адреси, які є у наших комп’ютерів. Саме завдяки цій адресації вдалося систематизувати всі і, знову ж таки, створити Інтернет.

Приклад IP-адреси

IP-адреса являє собою унікальний набір з чотирьох цифр, розділених крапкою. На низькому рівні вони представляються в двійковій системі числення, тобто у вигляді нулів і одиниць. На малюнку 1 можна бачити приклад такого явища.

А протокол відповідає за обслуговування цих адрес. У його функції входить наступне:

  • доставка пакетів з відео-, аудіо – та іншими матеріалами між окремими вузлами;
  • об’єднання сегментів в єдине утворення;
  • збереження інформації на маршрутизаторах, тобто проміжних вузлах.

При цьому він не відповідає за цілісність даних. Це означає, що пакети (комплекти) можуть не прийти взагалі, прийти пошкодженими, тобто якась частина буде відсутній і так далі. У деяких випадках приходить два однакових набори. Загалом, ситуації можуть бути найрізноманітнішими, але за цілісність комплектів не відповідає IP TCP.

Напевно, ви чули про існування якогось TCP-IP. Так от, це поєднання двох відомих інструкцій.

Історія розробок

В історії створення і подальших розробок IP можна виділити кілька етапів:

  • Початковий. У 70-х рр. минулого століття співробітники відомого нині агентства DARPA, яке займається передовими технологіями, вирішили почати роботу над створенням зв’язку між комп’ютерами в лабораторіях. Власне, вони прекрасно розуміли, які перспективи відкриваються перед подібними розробками. І їх очікування виправдалися сповна. В кінці 70-х розробка першого протоколу була завершена і він став робітником.
Логотип DARPA
  • Розробка четвертої версії. IP зазнавав деяких змін, поки світ не вийшов IPv4. Сталося це в 1981. Основна його відмінність від першої й інших версій. складалося в поданні. Але були й деякі інші особливості.
  • Розробка шостої версії. У 1996 з’являється найновіша на сьогоднішній день ver. Вона дозволяє досягти більше цілісності, швидше їх передавати і має деякі інші переваги. Але основна причина її створення більш банальна, про це ми ще поговоримо.

Особливості четвертої версії

Основні особливості даної інструкції полягають у наступному:

  • Адреса являє собою чотири байти. Адресний простір обмежується цифрою 40294967296 або 232. Це означає, що в рамках розглянутого нами поняття може поміститися саме стільки, а відповідно і стільки вузлів. Вище ми говорили, що IP-адреса являє собою набір з чотирьох цифр, розділених крапкою. Так ось, ці цифри є десятковими, тобто можуть бути в діапазоні від 0 до 255, не більше і не менше.
  • Існують зарезервовані структури цифр, використовувати які звичайним користувачам не можна. Приміром, деякі використовуються тільки в приватних мережах (10.0.0.0). Інші потрібні для комунікації всередині певних типів вузлів, наприклад, хоста (100.64.0.0).
  • У кожному пакеті записується версія протоколу, повна довжина, унікальний ідентифікатор, IP одержувача та відправника, самі дані та інші параметри. Повне наочне подання комплекту можна бачити на малюнку 3.
Структура набору інформації IPv4

Октет – це 8 розрядів. Біт – це 1 розряд. Як можна бачити на малюнку вище, в кожному октете знаходиться по 8 бітів, але їх перерахування йде зліва направо, а справа наліво. В реальності інформація представляється в такому от вигляді.

Ось повний список параметрів, які знаходяться у кожному пакеті:

  • ver. – у даному випадку завжди 4 (у шостий, відповідно, 6);
  • розмір заголовка – якщо сказати просто, це назва, воно завжди повинно бути відокремлене від інших даних;
  • тип обслуговування (на схемі «Differentiated Services Code Point») – існують окремі класи обслуговування комплектів, якісь першочергові, якісь другорядні, якісь фрагментуються і з-за цього обслуговуються по-особливому і так далі;
  • вказати перевантаження – якщо матеріалів дуже багато, він спрацьовує;
  • розмір – вимірюється в байтах;
  • ідентифікатор – потрібен для визначення конкретних фрагментів мережі;
  • прапори – якщо стоїть 1, значить, матеріали не фрагментована, якщо 2, навпаки;
  • зсув фрагмента;
  • час життя;
  • інструкція (в даному випадку IPv4);
  • контрольна сума , потрібна для того, щоб зрозуміти, чи вдалося уникнути втрати даних;
  • IP джерела і призначення;
  • опції – повний їх список можна бачити на сайті org, організації, яка відповідає за обслуговування IP.

Як бачимо, тут все досить просто. Але з часом назріла необхідність створення шостий.

Навіщо потрібна була шоста версія

Як ми говорили вище, причина більш ніж банальна і полягає вона у вичерпанні IP-адрес. Це означає, що простір адресації виявилося занадто маленьким для того, щоб вмістити всі необхідні вузли мережі, тобто всі комп’ютери, маршрутизатори тощо.

Експерти почали відзначати те, що IP банально на всіх не вистачить, ще в 80-х рр. минулого століття. Експерти тоді стали говорити про те, що розподіл цього самого простору відбувається дуже швидко і внутрішній устрій інструкції просто не витримає такого навантаження. Стало з’являтися все більше пристрій, Інтернет поступово почав стає частиною повсякденного життя.

З цієї причини спочатку була створена так звана класова адресація. Якщо сказати просто, то сенс її в тому, що все поділили на 5 класів – A, B і C для окремих вузлів, D для багатоадресної передачі і E для експериментів (це не жарт).

Схема класової адресації

Але такий метод не давав можливість ефективно використовувати і без того обмежену подрорку. Тому класи скасували, і це дозволило більш гнучко розподіляти IP. Поступово це призвело до того, що був створений version 6.

Це цікаво: ямі Між 4 і 6 була ще і п’ята. Вона існує донині, але її використовують лише в експериментальних цілях. повернутися до меню ↑

Особливості шостої версії

Даний збірник інструкцій був створений в 1996. Як раз в 2000-х почалося прогнозоване раніше вичерпання адресного простору.

За різними оцінками воно повинно було закінчитися в 2005 або 2010 р. Але на дворі 2017-ий і ми донині користуємося четвертої.

Втім, це зовсім не означає, що повне переповнення не станеться в недалекому майбутньому. Тим більше, що часткове вже має місце.

Повний список реєстраторів

Вперше розподіл в рамках IPv6 сталося 2011. Тоді 5 блоків були роздані так званим реєстраторам, які працювали в регіонах. У 2015 перший такий реєстратор, AfriNIC оголосив про те, що вільні IPv4 закінчилися і видавати більше нічого. Другим виявився ARIN. Зараз поступово те ж саме роблять і інші реєстратори. Дуже добре, що ще з 2008 повноправно функціонує ver. 6.

Його основні особливості:
Відсутня фрагментація на маршрутизаторі. Це значно полегшує роботу всіх вузлів мережі. Така зміна стало можливим завдяки використанню технології Path MTU discovery, яка полягає у піднятті розміру так званого корисного блоку пакета (в якому зберігається вся потрібна для передачі інформація) до 1280 байт.

Відсутня контрольна сума. Розробники вирішили, що раз вже вони все одно використовують TCP і UDP, що забезпечує цілісність інформації, контрольна сума тут абсолютно зайва. Це логічно, адже у деяких протоколів (TCP і UDP, а також Ethernet) є свої контрольні суми.

Розмір тепер становить 16 байт, а не 4, як у четвертої версії. При цьому довжина заголовка збільшилася до 40 байт (20). Звичайно, з одного боку, це погіршення, але справа в тому, що матеріалів у кожному пакеті тепер більше, але в той же час вона більш оптимізована, тому навантаження менше. Загалом, це теж поліпшення в порівнянні з попереднім поколінням IP.

4 Завдяки перерахованим вище і іншим змінам IPv6 дозволяє передавати набори до 4 Гб. В майбутньому планується збільшення цього показника.

Введено поле міток. Вони відносяться до потоків (склад пакетів, які йдуть в одному напрямку, тобто до одного пункту призначення). Завдяки цьому маршрутизація стає набагато більш простий і, відповідно, швидкісний.

Впроваджені нові механізми безпеки, такі як IPsec, який шифрує абсолютно будь-яку інформацію без участі додаткового програмного забезпечення.

Зміни зазнав і склад, а також механізм адресації. Не вдаючись у подробиці, скажемо, що шоста стала більш швидкісною і оптимізованою.

Але що все це означає для користувача?

Зараз розберемося!

Переваги шостий перед четвертою з точки зору користувача

Безумовно, всі перераховані вище зміни мають величезний сенс і корисні вони, в першу чергу, для користувача. Ось лише основні переваги IPv6 перед IPv4:

  • Висока швидкість скачування будь-яких файлів. Раніше повсюдно використовувалася вер. чотири в поєднанні з NAT, технологією перетворення адрес. Завдяки цьому Інтернет начебто працював швидше. Так от, навіть якщо взяти четверту з NAT і шосту ver., то шоста виявиться в рази швидше. Вона дозволить завантажувати файли набагато швидше.
  • Висока швидкість роботи з торрентами. Навіть якщо взяти не пряме скачування файлів через браузер, тобто традиційний спосіб, а торенти, то все одно можна буде побачити значний прогрес. Все завантажується в рази швидше. Це стосується всіх незвичайних способів скачування файлів, будь то різні завантажувачі або клієнти.
  • Надійність на вищому рівні. Крім швидкості для користувача важливим є ще і відсутність всіляких глюків, підвисань і гальмувань при завантаженні потокового відео, файлів або просто сторінок в браузері. Так ось, при використанні «шістки» все це також стало набагато краще.

Напевно, в майбутньому цей набір інструкцій буде ще більше розвиватися і поліпшуватися. Інтернет стане ще більш швидким і надійним.

Просунуті користувачі можуть дізнатися трохи більше про розглянутих протоколах з відео нижче.

Оцініть статтю

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Please enter your comment!
Please enter your name here