ОБЗОР ИНТЕРНЕТ ПРОТОКОЛОВ IPv4 И IPv6

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.