Każde urządzenie, które jest podłączone do sieci, otrzymuje unikalny identyfikator zwany adresem IP. Dzięki temu adresowi możliwe jest identyfikowanie i komunikacja między różnymi urządzeniami w Internecie. Natomiast IPv4 jest to nic innego jak protokół sieciowy, który umożliwia przesyłanie danych w Internecie. IPv6 jest następcą IPv4. W artykule tym dokładnie opiszę jakie są najważniejsze cechy IPv4, a także czym różni się od IPv6.

IPv4 – czym jest

IPv4, czyli Internet Protocol version 4, to najbardziej popularna i powszechnie stosowana wersja protokołu internetowego. Czym się wyróżnia? Przede wszystkim, protokół ten oparto na 32-bitowych adresach IP składających się z czterech oktetów oddzielonych kropkami, na przykład 192.168.0.1. Każdy z oktetów zawiera liczbę znajdującą się w przedziale od 0 do 255. To sprawia, że IPv4 oferuje ogromną liczbę możliwych kombinacji adresów IP – ponad 4 miliardy (dokładna liczba to 4 294 967 296). Warto w tym miejscu zaznaczyć, że nie wszystkie adresy są dostępne do użycia, gdyż pewne z nich są zastrzeżone do specjalnych zastosowań, takich jak adresy pętli zwrotnej czy adresy przeznaczone do testowania i dokumentacji.

Inną ważną cechą jest jego kompatybilność z większością urządzeń i aplikacji dostępnych obecnie na rynku. Niestety liczba urządzeń podłączonych do sieci stale rośnie, przez co wyczerpuje się pula dostępnych adresów IPv4. I tu na scenę wkracza jego następca IPv6 (dokładny opis tego protokołu znajdziesz w dalszej części artykułu).

Jak działa IPv4

Jeśli chodzi o samo działanie protokołu IPv4, to korzysta on z nagłówka, który zawiera niezbędne informacje do skutecznego przekazywania pakietu danych do jego docelowego adresu. W nagłówku znajdują się m.in. adres źródłowy i adres docelowy, informacje o fragmencie pakietu, suma kontrolna nagłówka pakietu oraz inne istotne parametry. Proces przydzielania adresów IPv4 wykonują serwery DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), które kontrolują dostępną pulę adresów i przypisują je urządzeniom podłączanym do sieci.

W ramach protokołu IPv4 istnieje system klasowego adresowania, który umożliwia podział adresów IP na kategorie: A, B, C, D i E. Każda z tych klas ma ustaloną liczbę bitów, które definiują zarówno sieć (prefiks sieciowy), jak i hosta (prefiks hosta). W praktyce najczęściej stosuje się klasy A, B i C. Klasa A jest przypisywana większym sieciom, klasa B średnim, a klasa C mniejszym sieciom. Działa to jak hierarchiczny system, pozwalając na efektywne zarządzanie różnymi rozmiarami sieci w zależności od ich potrzeb.

Inną istotną właściwością adresów IPv4 jest zdolność do fragmentacji pakietów. Kiedy dane są przekazywane przez sieć, której elementy mają różne rozmiary jednostek przesyłanych (MTU, czyli Maximum Transmission Unit), protokół IPv4 jest w stanie podzielić pakiety na mniejsze fragmenty, aby umożliwić skuteczne przesłanie danych przez tę sieć.

A jakie ma ograniczenia?

Protokół IPv4, mimo że był kluczowy dla rozwoju Internetu, ma kilka istotnych ograniczeń, które wpłynęły na decyzję o opracowaniu i wdrożeniu następczej wersji, czyli IPv6. Oto kilka głównych ograniczeń protokołu IPv4:

1. Ograniczona przestrzeń adresowa. W związku z dynamicznym wzrostem liczby urządzeń podłączonych do Internetu (zwłaszcza smartfony, tablety, urządzenia IoT), przestrzeń adresowa IPv4 stała się niewystarczająca.
2. Potrzeba używania NAT (Network Address Translation). Ze względu na ograniczoną ilość dostępnych adresów IPv4, wiele organizacji używa NAT do przypisywania prywatnych adresów wewnętrznych urządzeniom. Niestety wymaga to bardziej złożonych i zasobożernych rozwiązań.
3. Trudności w zarządzaniu ręcznie przydzielanymi adresami. Przydzielanie i zarządzanie ręcznie adresami IP w dużej sieci może być czasochłonne i prowadzić do błędów.
4. Brak wbudowanego wsparcia dla bezpieczeństwa. IPv4 pierwotnie nie został zaprojektowany z myślą o pełnym zestawie mechanizmów bezpieczeństwa. W efekcie, staje się konieczne korzystanie z dodatkowych protokołów, takich jak IPsec.
5. Brak natywnego wsparcia dla obsługi rozgłaszania w Internecie. Protokół IPv4 nie jest zbyt efektywny w obszarze obsługi bezpośredniego rozgłaszania w skali globalnej.

Te ograniczenia skłoniły do wdrożenia IPv6, który zapewnia większą pulę dostępnych adresów, a także nowe możliwości.

IPv6 – czym się wyróżnia

Adresy IPv6 są 128-bitowe, co umożliwia znacznie większą liczbę unikalnych adresów w porównaniu do 32-bitowych adresów IPv4. Liczba dostępnych adresów wynosi 2^128. Ta cecha jest kluczowa, aby sprostać rosnącej liczbie urządzeń podłączonych do Internetu. Przykładowy adres IPv6: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. Z uwagi na znacznie większą przestrzeń adresową, IPv6 ma potencjał do długotrwałego istnienia, eliminując obawy związane z wyczerpywaniem adresów.

W przeciwieństwie do IPv4, IPv6 ma wbudowane funkcje bezpieczeństwa, takie jak IPsec. Dzięki temu IPv6 ​​jest bardziej odporne na pewne ataki. Ponadto IPv6 posiada wbudowane wsparcie dla adresacji multicast i anycast, co ułatwia efektywne przesyłanie danych do wielu odbiorców jednocześnie.

IPv6 wprowadza mechanizmy ułatwiające konfigurację adresów, w tym auto-konfigurację, co jest przydatne zwłaszcza w przypadku urządzeń mobilnych. Dodatkowo wprowadza kilka usprawnień w zarządzaniu ruchem sieciowym, co przyczynia się do efektywniejszego przesyłania danych.

Podsumowanie

Wprowadzenie IPv6 jest kluczowe dla zabezpieczenia przyszłości rozwijającego się Internetu, szczególnie w kontekście rosnącej liczby urządzeń i usług. Wdrażanie IPv6 jest stopniowym procesem, mającym na celu zastąpienie starszej wersji (IPv4) i zapewnienie stabilnej i skalowalnej infrastruktury sieciowej.