IPv4 vs IPv6: головні відмінності

IPv4 та IPv6 — це дві версії IP-протоколу, який відповідає за адресацію пристроїв в Інтернеті. Без IP не працює жоден онлайн-запит. Саме завдяки унікальним IP-адресам дані «знають», куди йти і як повертатися назад.

Що таке IPv4?

IPv4 (Internet Protocol version 4) — це перша масово використовувана версія IP-протоколу, яка стала основою для побудови інтернету. Вона була впроваджена у 1981 році й досі використовується.

IPv4 використовує 32-бітну адресацію, що дозволяє створити близько 4,3 мільярда унікальних IP-адрес. Адреси записуються у вигляді чотирьох чисел, розділених крапками, наприклад: 192.168.0.1.

На момент створення IPv4 обсяг доступних адрес здавався цілком достатнім, але Інтернет розвивався швидше, ніж очікувалося.

Смартфони, планшети, розумні будинки, сервери, віртуальні машини, контейнери — кожен з них потребує своєї адреси. Тож з 2011 року пул публічних адрес IPv4 офіційно вичерпано.

Щоб обійти це обмеження, мережі почали використовувати NAT (трансляцію мережевих адрес), що дозволяє ділити одну публічну адресу між багатьма пристроями в локальній мережі.

Характеристики IPv4

Фрагментація на маршруті: маршрутизатори можуть ділити пакети, якщо MTU замалий.
Контрольна сума в заголовку: перевірка цілісності.
Використання ARP: для визначення MAC-адрес.
Ручне або DHCP-налаштування: динамічна або статична конфігурація.
Відсутність вбудованої безпеки: потребує додаткових засобів, наприклад, IPsec.

Обмеження IPv4

Недостатній адресний простір для сучасного масштабу Інтернету.
Складна маршрутизація та фрагментація, що збільшує затримки.
Відсутність вбудованої безпеки — уразливість до атак.
Широкомовлення створює зайве навантаження на мережу.
Обмежена підтримка QoS — важливо для VoIP, відео та критичних застосунків.
Потреба в NAT ускладнює прозорість мережевої архітектури.

Що таке IPv6?

IPv6 (Internet Protocol version 6) — це сучасна версія IP-протоколу, розроблена як довгострокове рішення для масштабного зростання Інтернету. Прийнятий у 1998 році як наступник IPv4, він використовує 128-бітну адресацію, що дозволяє створити понад 340 ундецильйонів (це 340 з 36 нулями) унікальних адрес. Навіть якщо виділяти мільйони адрес на кожну людину, цього вистачить надовго.

Формат запису в IPv6 — шістнадцятковий, поділений на 8 блоків, наприклад:
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Також підтримується скорочення, де нулі можна опустити:
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334.

Але IPv6 — це не просто більша адреса. Вона розроблена з урахуванням проблем, які виявилися у процесі використання IPv4: безпека, автоматичне налаштування, ефективність маршрутизації, відмова від NAT і підтримка QoS — усе це закладено в його архітектуру з самого початку.

Характеристики IPv6

SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration): пристрої можуть самі налаштовувати IP без DHCP.
Інтегрований IPsec: підтримка шифрування та автентифікації з самого початку.
Мультикаст замість широкомовлення: зменшення зайвого трафіку.
Спростування фрагментації маршрутизаторами: тільки відправник виконує фрагментацію.
Відсутність NAT: знову повертається архітектура «end-to-end».
Заголовок спрощений порівняно з IPv4: легше обробляється роутерами.
Підтримка QoS (через поле Flow Label): краще обслуговування VoIP, стрімінгу та реального часу.

Обмеження IPv6

Не сумісний напряму з IPv4 — потрібні механізми переходу.
Повільна адаптація — багато мережевих пристроїв і застосунків досі не підтримують IPv6 повністю.
Складність міграції для великих інфраструктур — потребує ретельного планування.

Як себе поводять IPv4 та IPv6?

Безпека

Оскільки IPv4 не має вбудованих механізмів безпеки, захищені з’єднання реалізуються зовнішніми засобами: VPN, SSH, IPsec (опціонально). Це вимагає додаткових налаштувань, знань, і часто — компромісів між захистом і продуктивністю.

У IPv6 IPsec інтегрований на рівні протоколу. Він не обов’язково активується за замовчуванням, але його наявність спрощує впровадження end-to-end шифрування та автентифікації між вузлами. Також через відсутність NAT мережеві зв’язки прозоріші, а це позитивно впливає на безпеку — простіше контролювати, що відбувається в мережі.

Продуктивність і маршрутизація

Заголовок пакета в IPv4 має змінну довжину й містить багато полів, частина з яких майже не використовується. Це ускладнює роботу маршрутизаторів і збільшує час обробки. Також IPv4 використовує широкомовлення (broadcast), яке створює зайве навантаження в мережі.

IPv6 має спрощений і фіксований заголовок, розрахований на ефективну маршрутизацію. Замість широкомовлення — мультикаст і anycast. Це зменшує обсяг «фонових» запитів і трафіку. Крім того, маршрутизатори не фрагментують пакети в IPv6 — цим займається лише відправник, що ще більше знижує навантаження на мережеве обладнання.

Сумісність і впровадження

IPv4 підтримується буквально всюди: у домашніх роутерах, старих корпоративних мережах, старих пристроях, навіть у багатьох сучасних сервісах. Це робить його зручним, але застарілим рішенням, яке вже не здатне масштабуватись.

IPv6 технічно більш просунутий, але в реальності його підтримка — фрагментована. Часто доводиться налаштовувати dual-stack (паралельну підтримку обох протоколів) або використовувати перехідні механізми: тунелі, проксі, транслятори. Це додає складності впровадженню.

Автоматизація та конфігурація

У IPv4 адресація відбувається або вручну, або за допомогою DHCP. Обидва підходи потребують додаткових інструментів, налаштувань і можуть стати джерелом помилок — особливо в динамічному середовищі, як-от DevOps або великі корпоративні мережі.

IPv6 підтримує SLAAC (stateless address autoconfiguration), завдяки якому пристрої самостійно генерують власну адресу, щойно підключаються до мережі. DHCPv6 — лише додатковий інструмент для централізованого керування, а не єдиний варіант. Це суттєво спрощує масштабування мереж і автоматизацію розгортання інфраструктури.

DevOps/Cloud/Container-реальність

У хмарних середовищах, CI/CD-пайплайнах, кластерах Kubernetes і серверлес-архітектурі — все масштабне й динамічне. IPv6 краще підходить до таких умов: автоматична адресація, необмежений простір, прозорі з’єднання. Але реальність така, що більшість публічних хмар (на кшталт AWS, Azure, GCP) досі використовують IPv4 за замовчуванням або мають часткову підтримку IPv6.

Тому DevOps-інженеру часто доводиться жити в «подвійному світі», де доводиться розуміти обидва протоколи, враховувати обмеження й тестувати мережеві сценарії на обох.

Цікавий факт: чи існував IPv5?

Якщо ти подумав, що між IPv4 та IPv6 має бути ще одна сходинка, то ти правий.

IPv5 існував, але не як наступна версія інтернет-протоколу для адресації. Він був розроблений як експериментальний протокол для потокової передачі даних — Internet Stream Protocol (ST).

Його створили у 1980-х роках на базі IPv4 з ідеєю забезпечити реальний час для голосу, відео й мультимедіа — щось на кшталт раннього предка сучасного VoIP або стрімінгу.

Протокол використовував номер 5 у полі «версія» IP-заголовка, тому формально отримав назву IPv5. Він так і не став основним стандартом — не отримав широкої підтримки в обладнанні й стеках протоколів, і з часом був витіснений іншими технологіями, зокрема RTP (Real-time Transport Protocol), який зараз є основою для мультимедійного трафіку.

Коли настав час створювати справжній наступник IPv4, номер 5 уже вважався зайнятим. Тому розробники Internet Engineering Task Force (IETF) вирішили перейти одразу до IPv6, аби уникнути плутанини та чітко показати розрив із попередніми версіями.