Ipv4 vs ipv6-それは何であり、ネットワークで何に使用されるか

インターネットとネットワークの世界は私たちが知っているものではなく、 IPv4アドレッシングがなければ存在しません。ネットワークを介したデバイス間の接続において、物理的および無線の両方で最も重要なプロトコル。今日は、IPに関連するすべてのものを見て、その主な特徴を説明するIPv4とIPv6の違いを分析します。

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IPv4とOSIモデル

IPアドレスがIPv4であるかIPv6であるかを定義し、理解するという基本的なものから始める必要があります。

OSIはネットワーク標準をモデル化します

このため、OSI （Open System Interconection）モデルを簡単に参照する必要があります。これは、コンピュータ機器を介した通信に介入するさまざまなネットワークプロトコルの参照モデルであり、ネットワークアーキテクチャではありません 。このモデルは、通信システムを7つのレベルに分割し、あるポイントから別のポイントへのデータ移動のさまざまな段階と、各段階に含まれるプロトコルを区別します。

OSIモデルとは：完全な説明

いわゆるネットワークプロトコルを分類するモデルがあることはすでに知っています。正確には、IPv4とIPv6 がこれらのネットワークプロトコルの2つです 。この場合、モデルの最下位レベルの1つであるネットワークレイヤーまたはレイヤー3で動作します。このレイヤーは、2つの接続されたネットワーク間のパケットのルーティングを担当します。 1つのポイントから別のポイントへの必要なスイッチングとルーティングを介して、トランスミッターからレシーバーにデータを利用できるようにします。

その下には、スイッチが機能するデータリンクレイヤー（レイヤー2）があり、その上には 、データグラムを通じてパケットを転送するTCPプロトコルが介在するレイヤー4またはトランスポートレイヤーがあります。

IPアドレスとは

IPアドレスは、論理的かつ階層に従ってネットワークインターフェイスを識別する10進数または16進数 （これから説明します）の数値セットとして説明します。ネットワークに接続されているすべてのデバイスには、IPアドレス、この世界にいる間のDNIなどの一時的な識別子、または電話サービスを契約している間の電話番号を割り当てる必要があります。 IPのおかげで、さまざまなコンピュータが相互に通信でき、受信者が見つかるまでパケットがネットワーク上を移動します。

IPアドレスは、固定（固定IP）または動的（DHCPまたは動的ホスト構成プロトコル）にすることができ、常にネットワーク層で機能するサーバーまたはルーターによって割り当てられます。固定IPについて説明する場合、オフにしてからオンにしても、 ホストには常に同じIPアドレスが割り当てられます。 DHCP では、電源がオンになるとIPがホストに動的に割り当てられますが、ネットワークのノードには通常、最初にルーターに関連付けられた後、常に同じIPアドレスが割り当てられます。

ネットワークアーキテクチャでは、インターネットなどのパブリックネットワークと、Wi-Fiに接続する場合にコンピューターとスマートフォンまたはタブレットが配置されているルーターの背後にあるプライベートネットワークを区別する必要があります。最初のケースでは、インターネットと通信するためにルーターに割り当てられるアドレスである外部IPについて話している 。ほとんどの場合、ISPによって動的に提供されている 。 2番目のセクションでは、 内部IPについて説明します。これは、ルーターがネットワーク上のコンピューターに与えるアドレスで、ほとんどの場合、タイプは192.168.xxです。

IPとMACアドレスを混同しないでください。MACアドレスは 、今回修正された、ネットワーク上の各コンピューターを識別する一意のアドレスです。 これは、電話機のIMEIのように工場で設定されていますが、OSIモデルのトランスポート層でホストを識別するように変更することもできます。実際、スイッチまたはルーターは、MACとIPを関連付けるものです。 MACは、 16ビット表記で6つの2文字のブロックで表される48ビットコードです。

IPプロトコル

IPアドレスは、 IPプロトコル （インターネットプロトコル）に属する識別子であり、新しいバージョンのIPv4およびIPv6アドレッシングシステムであり、将来に備えています。これは、 ネットワーク層で動作するプロトコルであり、 接続指向ではありません。つまり、ネットワークの両端間の通信とデータ交換は、事前の合意なしに行うことができます。つまり、 受信機は、受信機が使用可能かどうかを認識せずにデータを送信するため、電源を入れて接続すると受信機に到着します。

IPv4およびIPv6は、OSIモデルに従って動作する物理ネットワークを介してスイッチドデータパケットを転送します 。これは、 ルーティング 、つまりパケットが宛先への最速ルートを見つけられるようにする手法のおかげで行われますが、パケットが到着するという保証はありません。もちろん、この保証は、TCP、UDP、または別のプロトコルを使用するデータトランスポート層によって提供されます。

IPプロトコルで処理されるデータは 、 データグラムと呼ばれるパケットに分割されます。これらのパケットには 、送信に関する保護やエラー制御の種類はありません。データグラムがIPのみで送信されるかどうかは、ランダムな順序で、到着するか、到着しないか、壊れるか、または完了します。 データとともに、送信元と宛先のIPアドレスに関する情報のみが含まれます 。もちろん、これはあまり信頼できるようには見えないので、トランスポート層では、このデータグラムが取得され、TCPまたはUDPセグメントにラップされて、エラー処理とはるかに多くの情報が追加されます。

IPv4

ここで、 RFC 791標準で定義されている最初のARPANETパケット交換ネットワークが作成された1983年からネットワークで運用されているIPv4プロトコルに焦点を当てましょう。その名前が示すように、バージョン4のIPプロトコルですが、以前のバージョンが実装されておらず、これが最初のものでした。

IPv4は、 10進表記のドットで区切られた4オクテット （8ビットの数値）に配置された32ビットアドレス （バイナリでは32の1と0）を使用します。これを実際に変換すると、次のような数値になります。

192.168.0.102

このようにして、0.0.0.0から255.255.255.255までのアドレスを持つことができます。以前のIPをバイナリコードに変換すると、次のようになります。

192.168.0.102 = 11000000.10101000.00000000.01100110

つまり、32ビットなので、IPv4を使用すると、次の合計に対応できます。

2 ³² = 4 294 967 296ホスト

多くのように思えるかもしれませんが、現在のところ、40億台のコンピューターはごく普通の数字であるため、 IPv4アドレスは実際には使い果たされています。実際、すでに2011年には 、中国でIPアドレスを提供することを担当する機関が最後のパッケージを使用したとき、 それらは不足し始めていたため、 IPv6プロトコルが救助に現れました。私たちはこのアドレス指定を40年近く使用してきました。そのため、寿命としては悪くありません。

LANネットワークでは内部IPアドレスは常に同じであり、外部IPの影響を受けないことに注意してください。これは、内部ネットワーク上に192.168.0.2を持つホストがあり、これは別の内部ネットワーク上の他のホストによっても使用され、必要な回数だけ複製できることを意味します。しかし、外部IPアドレスはインターネットネットワーク全体で見られ、これらはいかなる場合でも繰り返すことができません。

IPv4ヘッダー

したがって、最小サイズが20バイト、最大サイズが40バイトの IPv4ヘッダーの構造を確認すると便利です。

一部は後でIPv6に拡張可能になるため、各セクションについて簡単に説明します

バージョン（4ビット）：プロトコルのバージョンを識別し、v4の場合は0100、v6の場合は0110です。 IHL（4ビット）：ヘッダーのサイズで、20バイトから60バイト、または160ビットから480ビットで同じです。 サービス時間（8ビット）：パッケージが特別な場合の識別子。たとえば、配達の緊急性を考慮するとより重要になります。 全長（16ビット）：データグラムまたはフラグメントの合計サイズをオクテットで反映します。 識別子（16ビット）：後でフラグ（3ビット）およびオフセットまたはフラグメントの位置（13ビット）を結合できるようにデータグラムがフラグメント化されている場合に使用されます： 1番目のビットは0、2番目のビット（0 =分割可能、1は分割不可）、3番目のビット（0 =最後のフラグメント、1 =中間フラグメント） TTL（8ビット）： IPv4パケットの存続時間。これは、ルーターのホップ数（64または128）を反映しています。パックがなくなると、削除されます。 プロトコル： TCP、UDP、ICMPなどの上位層でデータグラムを配信する必要があるプロトコルを示します。 チェックサム：パッケージの整合性を制御し、以前の値が変更されるたびに再計算します。

IPv6とIPv4との違い

これらのプロトコルの1つを完全に説明することは世界ですが、これを永遠に行うことはできないため、IPv6またはインターネットプロトコルバージョン6を引き続き使用します。そして、バージョン5はどこにありますか？まあどこにもない、それは実験的なものだったので、それが何であるか、そしてIPv4との違いは何かを見てみましょう。

絶対に私たち全員が以前のものからIPアドレスを見たことがあるでしょうが、確かにこれよりもずっと少ない回数の1つであるか、気づいてさえいません。 IPv6は、 RFC 2460標準の定義に基づいて 2016年に実装されました。基本的に、必要に応じてIPv4を置き換えることを目的としています 。この標準は、アジア人にIPアドレスを追加する必要性から生まれました。 IPアドレスはいわば予約されており、最後のパケットは前述のように2011年に予約されていました。ネットワークにノードが追加されたときに企業がそれらを使用しているため、これはすべてがすでに使用されているという意味ではありません。

IPv6は、すべてのタイプのデバイスに固定IPを提供するようにも設計されています 。しかし、この新しいバージョンでは、さらにいくつのIPアドレスを与えることができますか？さて、このアドレスは前のものと同様のメカニズムで128ビットを使用するので、いくつかあります。しかし、今回は16進数表記を使用して行われるため、占有するスペースが少なくなります。オクテットで128ビットをレンダリングすると、アドレスが非常に長くなるためです。したがって、この場合は8つのセクションで構成され、各セクションは16ビットです。

これを練習に戻すと、次のような英数字になります。

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

このようにして、0：0：0：0：0：0：0：0からffff：ffff：ffff：ffff：ffff：ffff：ffff：ffffの範囲のアドレスを持つことができます。今回は、うつ病を回避するためだけにこのアドレスをバイナリコードに変換するのではなく、128のゼロと1があります。コンピューターまたは他のホストでこれらのアドレスのいずれかが表示された場合、それが少ないグループで表されている可能性があります。ゼロのみのグループがある場合、それらが右側にある限り 、これらを省略できます。

これで、IPv6とこれらの128ビットにより、合計で次のことが可能になります。

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

このようにして、中国人はその能力が本当にとんでもないので、制限なしに彼らが望むすべてのサーバーをインストールすることができます。現在、それだけでは機能しませんが、 私たちのコンピューターはすでにネットワークカードにIPv6アドレスを持っています 。

IPv6対IPv4ヘッダーおよびその他のニュース

新しいアドレッシングを実装するために重要なことは、それを以前のプロトコルと下位互換性を持たせ、他の層で動作させることです。 IPv6の使用は、ネットワーク層のアドレスを統合するため、 FTPまたはNTPを除いて、ヘッダーにほとんど変更を加えることなく、アプリケーションおよびトランスポート層の他のプロトコルで使用できます 。

また、プロトコルヘッダーを単純化し、 IPv4よりも固定長にする単純化する方法についても検討しました。これにより、データグラムの処理と識別の速度が大幅に向上します。つまり、IPv4またはIPv6で情報を送信する必要がありますが、両方を混在させて送信する必要はありません。このヘッダーを見てみましょう：

拡張ヘッダーの形式でオプションを追加しない場合、IPv4の2倍の長さですが、ヘッダーが簡素化されました。

バージョン（4ビット）トラフィッククラス（8ビット）：パケットプライオリティ制御フローラベル（20ビット）と同じです： QoS データ長（16ビット）を管理します：明らかにデータのスペースを測定する量です標準サイズとして64 KBで、 ジャンボフレームによって決定されます。次のヘッダー（8ビット）： IPv4プロトコルセクションに対応しますホップ制限（8ビット）： TTL 拡張ヘッダーを置き換えます：フラグメンテーション、暗号化などの追加オプションを追加します。 IPv6には8種類の拡張ヘッダーがあります

このプロトコルに含まれる目新しさの中で、サブネットまたは内部ネットワークにおいても、より簡素化された形式で、より大きなアドレス指定能力を強調することができます。これで、いくつかのノード識別子を変更するだけで、サブネットに最大2 ^64のホストを設定できます。

これに追加されるのは、 各ノードが IPv6 resに含まれている場合に各ノードを自己構成できる可能性です。この場合、ルーターからIPは要求されませんが、NDによって構成パラメーターを要求する要求は、 ステートフリーアドレス自動構成 （SLAAC）と呼ばれます。 DHCPv6を使用できない場合は、使用することもできます。

この場合のIPsecはオプションではありませんが、必須であり、このプロトコルで既に動作しているルーターのIPv6に直接実装されます。これにジャンボグラムのサポートを追加します。つまり、最大64KBであったIPv4のジャンボデータグラムよりもはるかに大きいジャンボデータグラムで、最大4 GBに到達できます。

ここで要約すると、IPv4ヘッダーとIPv6ヘッダーの違いを示す2つの表を残します。