Usporedba IPv4 i IPv6 protokola

IPv6 ima sve veću ulogu u prijenosu paketa kroz Internet. Ovaj tekst daje kratak pregled glavnih razlika IPv6 i IPv4 protokola s fokusom na IPv6 protokol.

Ključne riječi: IP; IPv4; IPv6; mreža; usporedba

Internet protokol (IP) je mrežni protokol koji se koristi za prijenos i usmjeravanje paketa između dvije točke u mreži. Prva verzija tog protokola IPv4 nastala je davne 1974 te je još uvijek najčešće korištena verzija protokola. Zbog brzog rasta Interneta postalo je očito da adresni prostor IPv4 neće biti dovoljno velik, te da je potreban nova verzija protokola s većim adresnim prostorom. To je ujedno i glavna motivacija za prelazak na IPv6 verziju protokola koji koristi 128-bitne adrese. IPv4 te IPv6 međusobno nisu kompatibilni što znači da sklopovska i programska podrška napravljena za IPv4 ne može raditi s IPv6.^[1] Kako bi omogućili postepen prelazak na IPv6 moramo koristiti prijelazne mehanizme. Neki od njih su: sklopovlje s podrškom za IPv4 i IPv6; tuneliranje; mapiranje IPv6 adresa na IPv4; itd. Iako je rad na IPv6 protokolu počeo 90-ih, TODO: prelazak nije brz, a hitno je jer → 25. studenog 2019 RIPE, organizacija zadužena za dodjeljivanje blokova IP adresa za Europu i centralnu Aziju, je objavila da joj je u potpunosti ponestalo IPv4 adresa, te poziva na brži prelazak na IPv6.^[2]

Slika 1. a) IPv4 adresa ^[3] , b) IPv6 adresa ^[4]

Najveća razlika IPv6 u odnosu na IPv4 je u veličini adrese. Duljina IPv6 adrese iznosi 128 bita, dok je duljina IPv4 adrese 32 bita. Adresni prostor IPv6 sadrži oko 3.4 x 10³⁸ adresa u odnosu na 4.3 x 10⁹ adresa u adresnom prostoru IPv4. Kao i kod IPv4 protokola neke adrese su rezervirane za posebnu namjenu te je broj raspoloživih adresa u stvari nešto manji. Manjak IPv4 adresa nije bio jedina motivacija za većom adresom. Veće adrese pojednostavljuju raspodjelu adresa, omogućuju učinkovito združivanje ruta (env. route aggregation), te omogućuju lakšu implementaciju različitih načina adresiranja. S obzirom na to da je IPv6 adresa 4 puta duža od IPv4 adrese, zapisujemo ju u drugačijem formatu. 128 bita adrese grupiramo u 8 skupina po 16 bita. Svaku od tih skupina zapisujemo kao četiri heksadecimalne znamenke, pr. fe80:0000:0000:0000:be19:4f44:0018:0ed1. Nadalje, adresu kratimo tako da uklanjamo vodeće nule i uzastopne skupine nula. Uzastopne skupine nula je moguće ukloniti samo jednom, jer inače adresa ne bi bila jednoznačna. Kada pokratimo adresu iz prethodnog primjera dobivamo fe80::be19:4f44:18:ed1. Još jedna razlika u odnosu na IPv4 adresu je da je veličina podmreže fiksa te iznosi 64 bita.

Slika 2. a) Unicast ^[5] , b) Multicast ^[6] , c) Broadcast ^[7] , d) Anycast ^[8]

Postoje četiri vrste IP adresa:

• unicast,
• multicast,
• broadcast,
• anycast.

Unicast je najjednostavniji slučaj gdje adresa predstavlja točno jedan čvor u mreži, definirana je i za IPv4 i IPv6. Multicast je adresa koja predstavlja grupu čvorova u mreži. Kod IPv4 adrese od 224.0.0.0 do 239.255.255.255, dok je to kod IPv6 blok adrese f00::/8. Pošiljatelj salje jedan paket na multicast adresu, a usmjerivači se brinu o dostavljanu kopije paketa do svakog člana multicast grupe. Broadcast je adresa koja predstavlja sve čvorove u mreži. IPv4 koristi 255.255.255.255 kao broadcast adresu. IPv6 ne implementira broadcast adresu, nego umjesto toga definira posebnu multicast adresu koja predstavlja sve čvorove. Anycast adresa je kombinacija unicast i multicast adrese, predstavlja grupu čvorova u mreži, ali slanje na tu adresu znači da će paket stići jednom čvoru u mreži za kojeg usmjerivač odluči da je najbliži. Anycast je implementiran samo za IPv6, dok IPv4 za tu funkcijonalnost koristi Border Gateway Protocol. ^[9]

IPv6 za razliku od IPv4 definira 2 načina automatske konfiguracije adrese: konfiguracija adrese bez stanje (eng. stateless) i sa stanjem (eng. stateful). Konfiguracija adrese sa stanjem je analogna automatskoj konfiguraciji IPv4 adrese. Računalo koristi DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) protokol kako bi komunicirala s poslužiteljem koji mu dodjeljuje neku adresu. Konfiguracija adrese bez stanja je novost koju IPv6 uvodi te ne zahtijeva poslužitelj koji dodjeljuje i pamti dodijeljene adrese odnosno stanje, već koristi NDP (Neighbor Discovery Protocol) i ICMP (Internet Control Message Protocol) poruke za otkrivanje susjednih usmjerivača. Na prvo spajanje na mrežu računalo šalje zahtjev za konfiguracijskim parametrima na local link multicast adresu, a usmjerivači odgovaraju na taj zahtjev s advertisement paketom koji sadrži parametre pomoću kojih računalo samo izračuna IPv6 adresu. Također uz automatsku konfiguraciju, kao i kod IPv4, moguće je koristiti ručnu (eng. manual) konfiguraciju adrese. ^[10]

Svaka IP adresa je jedinstvena u mreži te se potencijalno može koristiti za praćenje mrežne aktivnosti korisnika. Konfiguracija adrese bez stanja stvara dodatan problem jer se identifikator mrežnog sučelja odnosno MAC adresa koristi za identifikator sučelja IPv6 adrese kako bi je učinila jedinstvenom. Tako adresa sadrži informacije o mrežnom sklopovlju te omogućuje praćenje mrežne aktivnosti. Korištenje MAC adrese je poseban problem za mobilne korisnike (npr. prijenosno računalo, smartphone) jer obično pristupaju Internetu s različitih lokalnih mreža, a njihova MAC adresa ostaje ista. Tako se IPv6 adresa može iskoristiti za praćenje određenog uređaja u mreži.

Kako bi riješili problem privatnosti adresa protokol za konfiguraciju adresa bez stanja je ažuriran s dodatnim mehanizmom. Taj dodatni mehanizam su privremene ili tajne adrese koje koriste slučajno generiran identifikator sučelja IPv6 adrese. Privremene adrese se generiraju uz normalnu IPv6 adresu te služe za klijentsku komunikaciju čime sprječavaju curenje MAC adrese mrežnog sučelja.

Za razliku od IPv4, IPv6 nema dodatan trošak kada se radi o mobilnoj mreži te je jednako učinkovit u oba slučaja. Razlog za to je izostavljanje trokutastog usmjeravanja (eng. triangular routing) prisutnog kod mobilnog IPv6. Trokutasto usmjeravanje metoda za prijenos paketa prema mobilnoj mreži gdje se paket prvo šalje posredniku koji zna točno gdje se primatelj nalazi. Paket poslan iz mobilne mreže prema fiksnoj mreži ne koristi ovu metodu jer je lokacija primatelja poznata. Također, mobilni IPv6 dozvoljava da se čitave podmreže premjeste na drugi usmjerivač bez promjene prefiksa podmreže.

Slika 3. IPv6 zaglavlje

Svaki paket se sastoji od zaglavlja (eng. header) i tijela (eng. body). IPv6 definira novi jednostavniji format zaglavlja gdje se neobavezna polja zaglavlja nalaze u tijelu poruke umjesto u zaglavlju. Zbog toga veličina zaglavlja više ne varira ovisno o neobaveznim poljima zaglavlje već je konstantnih 40 bajta. Neobavezna polja IPv6 zaglavlja se nalaze odmah na početku tijela te strukturom podsjećaju na povezanu listu gdje polje zaglavlja Next header glava list. Svaki čvor u toj listi je par neobaveznog polja i polja Next header, a polje Next header predstavlja tip neobaveznog polje koje slijedi iza. Uz premještanje rijetko korištenih polja iz headera, IPv6 zaglavlje također ne sadrži kontrolni zbroj (eng. checksum) nego pretpostavlja da se o zaštiti integriteta podataka brine transportni sloj (UDP ili TCP). Nadalje, IPv6 usmjerivači ne provode fragmentaciju paketa. Pošiljatelj je zadužen za provjeru MTU (Maximum transmission unit) te fragmentiranje paketa po potrebi. Još jedna promjena je povećanje maksimalne veličine tijela sa 65535 bajtova na 4294967295 bajtova što povećava performanse za mreže s velikim MTU. Sve ove promjene IPv6 zaglavlja rezultiraju jednostavnijom obradom IPv6 zaglavlja što znači da usmjerivači mogu brže obraditi IPv6 paket iako je zaglavlje, u najgorem slučaju, dvostruko veće od zaglavlja IPv4. Međutim, to ovisi o konkretnoj implementaciji IPv6 podrške.

IPv6 donosi mnoga poboljšanja u odnosu na IPv4 protokol.

[1] New Zealand IPv6 Task Force. FAQs

[2] The RIPE NCC has run out of IPv4 Addresses

[3] Slika 1. a) IPv4 adresa

[4] Slika 1. b) IPv6 adresa

[5] Slika 2. a) Unicast

[6] Slika 2. b) Multicast

[7] Slika 2. c) Broadcast

[8] Slika 2. d) Anycast

[9] RFC 4291

[10] RFC 2894