IPv4とIPv6：正確な違いは何ですか

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IPv4とIPv6の違い：

これで 一連のネットワーキングチュートリアル 、私たちはすべてを探索しました 例とともにWANの詳細 。

このチュートリアルでは、IPv4とIPv6の違いについて詳しく説明します。インターネットは、世界中の何十億もの加入者のニーズを満たすネットワークのグローバルシステムになりました。これは、インターネットプロトコルが広く受け入れられているために起こりました。

ザ・ IPv4バージョン のインターネットプロトコルには、約43億のIPアドレスの32ビットアドレス空間があります。

しかし、インターネット、ワイヤレステクノロジーの迅速な使用、およびLTEテクノロジーの実装により、IPアドレスの範囲は大幅に使い果たされています。

このIPプールの不足を克服するには、 インターネットプロトコルバージョン6（IPv6） 32ビットではなく128ビットのアドレス指定を展開することでIPv4のアドレス機能を強化する機能が導入されました。これにより、IPアドレスの最大の無限プールを合理的に作成します。

また、IPv6は、セキュリティ、ルーティングアドレス、自動構成、モビリティ、およびQoSに関していくつかの拡張機能を提供することになっています。

このチュートリアルでは、IPv4プロトコルとIPv6プロトコルの詳細なアーキテクチャとさまざまなアプリケーション、およびITおよび通信セクターにおけるそれらの重要性について説明します。

学習内容：

• IPV4とIPV6の違い
• IPv4とは
  • IPv4ヘッダー
  • IPv4アドレッシングモード
  • IPv4のパケットフロー
  • 新しいIPバージョンの必要性
• IPv6とは
  • IPv6の特徴
  • IPv6ヘッダー
  • IPv6アドレッシングモード
  • アドレス構造
  • IPv6のアプリケーションの実例
• 結論
  • 推奨読書

IPV4とIPV6の違い

IPv4とは

インターネットプロトコルバージョン4は、TCP / IPモデルのインターネット層で機能しており、IPアドレスで指定されたホストを認識し、それに応じてネットワーク内またはさまざまなネットワーク間でデータパケットをルーティングする責任があります。

インターネットのほとんどの要素は、IPv4アドレッシングスキームを使用しています。 IPv4アドレスには32ビットのアドレス空間があります。これは2 ^ 32 = 43億デバイスを意味します。

IPv4ヘッダー

• バージョン： IPv4のバージョン番号は4です。
• ヘッダーの長さ： ヘッダーのサイズが表示されます。
• DSCP： これは、Differentiated Services Codeフィールドの略で、パケットを構築するために展開されます。
• 全長： ヘッダーのサイズとデータパケットのサイズを足したものです。
• 識別： データパケットが送信期間中に断片化されている場合、フィールドはそれぞれと同じ番号を割り当てるために使用されるため、元のデータパケットの構築に役立ちます。
• フラグ： これは、断片化手順を示すために使用されます。
• フラグメントオフセット： フラグメント番号と、フラグメント化されたデータを正しい順序で再配置するためにそれらを使用するソースホストを示します。
• 行く時間だ： ネットワークでループする可能性を回避するために、各パケットは、通過できるホップ数を示すTTL値が設定されて送信されます。ホップごとに、TTL値は1ずつ低下し、ゼロに達すると、パケットは破棄されます。
• プロトコル： これは、データの送信に使用しているプロトコルを示します。 TCPのプロトコル番号は6、UDPのプロトコル番号は17です。
• ヘッダーチェックサム： このフィールドは、エラー検出に使用されます。
• 送信元IPアドレス： 送信元エンドホストのIPアドレスを保存します。長さは32ビットです。
• 宛先IPアドレス： 宛先ホストのIPアドレスを保存します。長さは32ビットです。

IPv4アドレッシングモード

アドレッシングモードには次の3種類があります。

（i）ユニキャストアドレッシングモード ：このモードでは、送信者は1つの宛先エンドホストにのみIPパケットを送信できます。宛先ホストのIPアドレスは、ヘッダーの32ビット宛先アドレスIPフィールドに含まれています。

（ii）ブロードキャストアドレッシングモード ：このモードでは、データパケットは、ネットワークに存在するすべてのホストのエンドデバイスにブロードキャストまたは送信されます。ブロードキャストIPアドレスは255.255.255.255です。受信側ホストがこのアドレスを分析すると、すべてがデータパケットを楽しませます。

（iii）マルチキャストアドレッシングモード ：このモードでは 、 送信元ホストは、すべてではなく複数の宛先ホストにパケットを送信できます。ホストは、データパケットの配信を許可されている特別な範囲のネットワークアドレスを持つ宛先ヘッダーフィールドから、配信先アドレスを決定します。

階層的アドレス指定スキーム：

32ビットIPアドレスには、ネットワーク、サブネットワーク、およびそれに接続されているホストのIPアドレス情報が含まれています。これにより、IPアドレススキームを階層化することができます。これは、複数のサブネットワーク、ひいてはホストにサービスを提供できるためです。

IPアドレス指定とサブネット化に関する前のチュートリアルで説明したように、ネットワークアドレスはIPアドレスとサブネットマスクで構成されていることに注意してください。ここでは、サブネットの5つのクラスすべてが適用可能であり、チュートリアルの説明に従って使用されます。

IPv4のプライベートIPアドレス：

IPの各クラスには、プライベートIPアドレス用に予約されたIP範囲の一部があります。これらは、オフィスのLANネットワークのようなネットワーク内に展開できますが、インターネット上のトラフィックをルーティングするために使用することはできません。したがって、ルーターやスイッチなどのネットワークデバイスは、送信中にこの以下の範囲のパケットをドロップします。

イントラネットに使用するためだけに、この膨大な範囲のIPアドレスを無駄にすることはできません。したがって、NATと呼ばれるIP変換プロセスを使用して、これらをパブリックIPに変換し、遠端との通信に使用できるようにします。

IPv4のループバックIPアドレス：

127.0.0.0から127.255.255.255までのIPの範囲は、ホストノードの自己アドレス指定を意味するループバックの目的で予約されています。ループバックIPは、クライアントサーバー通信モデルにおいて大きな意味を持っています。

これは、2つのノード間の適切な接続をテストするために使用されます。 例えば、 同じシステム内のクライアントとサーバー。システム内のホストの宛先アドレスがループバックアドレスとして設定されている場合、システムはそれを自身に送り返し、NICの要件はありません。

127.0.0.1またはループバックIP範囲の任意のIPにpingを実行することにより、ネットワーク内の2つのシステム間で接続が確立され、それらが正しく機能していることがクリアされました。

IPv4のパケットフロー

IPv4環境内のすべてのデバイスには、固有の論理IPアドレスのセットが割り当てられます。エンドデバイスがネットワーク内のリモートエンドデバイスにデータを送信する場合、最初にDHCPサーバーに要求を送信してIPアドレスを取得します。

DHCPサーバーは要求を確認し、それに応じて、IPアドレス、サブネットアドレス、ゲートウェイ、DNSなどの必要なすべての情報を要求しているホストデバイスに送信します。

これで、ソースポイントのユーザーがドメイン名のみを示すgoogleのようなWebページを開きたい場合、コンピューターはドメイン名を持つサーバーとの通信のインテリジェンスを持っていません。

したがって、要求されたWebサイトにそれぞれのIPアドレスを取得するために、DNSサーバーにDNSクエリを送信します。DNSサーバーは、各ドメイン名に対してIPアドレスを格納します。それに応じて、DNSサーバーは目的のIPアドレスを提供します。

宛先IPアドレスが同じネットワークのものである場合、それに応じてデータを配信します。ただし、宛先IPが別のネットワークのものである場合、パケットを宛先にルーティングするために、要求はゲートウェイルーターまたはプロキシサーバーに送信されます。

コンピューターはMACアドレスレベルで動作するため、ホストコンピューターはARP要求を送信して、ゲートウェイルーターのMACアドレスを取得します。それに応じてゲートウェイルーターはMACアドレスを返します。したがって、送信元ホストはデータパケットをゲートウェイに送信します。

このように、IPアドレスはデータを論理的にルーティングしますが、MACアドレスはシステム内のデータを物理レベルで配信します。

新しいIPバージョンの必要性

以下は、新しいIPバージョンが必要ないくつかの重要なポイントです。

• IPv4が提供するアドレス空間は43億人に制限されており、最近のインターネット利用の増加により使い果たされています。
• IPv4は、安全な送信モードを提供しません。
• IPv4は自動構成機能をサポートしていません。
• QoS機能は十分ではありません。

IPv6とは

IPv6は、スペースの問題に対処するための簡単で長期的なソリューションを提供します。 IPv6で定義されているアドレスは巨大です。 IPv6を使用すると、ネットワークデバイス、大規模な組織、さらには世界中のすべての人が各ルーターに接続し、スイッチを接続し、エンドデバイスをグローバルインターネットに直接接続できます。

IPv6の特徴

高度な機能は次のとおりです。

（i）多数のアドレス： IPv6を設計する主な理由は、IPv4のアドレスが不足していることです。 IPv6には128ビットのアドレス指定があります。このアドレス空間は、合計2 ^ 128（3.4 * 10 ^ 38に近い）アドレスをサポートします。これは、今後何年にもわたって膨大な数のデバイスに接続するのに十分である可能性があります。

（ii）アドレス自動構成： IPv6ホストは、ICMPv6メッセージを使用して、IPv6ネットワークに接続するときに自動的に構成できます。これは、ネットワーク管理者がホストを手動で構成する必要があるIPv4ネットワークとはまったく対照的です。

IPv6ネットワークアダプタカードがトリガーされると、MACアドレスに追加された標準プレフィックスに基づいてIPアドレスが割り当てられます。これにより、デバイスは内部ネットワーク上で通信し、通信が許可されているサーバーを探すことができます。

これらは、DHCPv6、AAAA、またはその他のメカニズムを使用して、ゲートウェイアドレス、セキュリティ設定、ポリシー属性、およびその他のサービスをダウンロードする場合があります。

（iii）マルチキャスト： 単一のパケットデータを複数の宛先ホストに送信する機能は、IPv6仕様の1つです。

（iv）ネットワーク層の必須セキュリティ： IPv4は、セキュリティが最重要事項ではなかったときに構築されました。インターネットプロトコルセキュリティ（IPsec）などの認証プロトコルは、IPv6ベースのプロトコルスイートの一部です。したがって、準拠するすべてのIPv6セッションを認証できます。

（v）簡略化されたルーター処理： ルーティングプロセスを一般化するために、IPv6ではヘッダーが再設計されて小さくなり、処理が高速になりました。

IPv4では、ヘッダーの長さは可変ですが、IPv6では40バイトに固定されています。オプションの関数は、拡張ヘッダーを分離するために移動されました。 TTLはホップ制限に置き換えられます。チェックサムは計算されません。

途中、パスMTU検出は発信元ルーターによって行われるため、ルーターはパケットをフラグメント化しません。

（vi）IPホストモビリティ： 過去数十年の間、インターネットは、ユーザーがインターネットから情報を要求するプルモードで機能していました。しかし、何年にもわたってシナリオが変更され、現在、株式アラート、ライブニュース、スポーツの更新、マルチメディアメッセージなどのプッシュアプ​​リケーションが出現しており、ISPはこれらのサービスをユーザーにプッシュする必要があります。

ただし、ISPは、ネットワークへの接続ポイントに関係なく、常に同じネットワーク識別子を使用してユーザーに到達する必要があります。 IPホストモビリティは、このニーズに合わせて設計されています。

モバイルIPV6を使用すると、モバイルノードは既存の接続を維持しながらIPネットワーク上の場所を任意に変更できます。

拡張ヘッダーの1つは、IPv6でこの機能を実装するために使用されるモビリティヘッダーです。

MIPv6の実用的な使用法のいくつかは次のとおりです。

1. エンタープライズモビリティ： ブルーダーツのような宅配便やUBER、OLAキャブなどの公共交通機関は、それぞれの仕事にこれを使用します。
2. グローバルに到達可能なホームネットワーク： IPv6では、ユーザーに指定される最小サイズは/ 64です。このアドレス空間を使用して、ユーザーはカメラ、AC、その他の機器などのさまざまなデバイスに接続するホームネットワークを作成できます。これらはインターネットを介してアクセスおよび管理できます。家族がある場所から別の場所に移動すると、ネットワーク全体がIPモビリティを使用して移動できます。
3. インターネット対応の交通機関（バス、トラック、タクシー）： 車両間通信は、MIPv6を使用して簡単に行うことができます。車両は、すべてが移動している間、メッシュネットワークに編成し、パケット情報を相互に中継できます。

（vii）Flow Lebel QoS： すべての差分サービスと統合サービス、IPv4のサービス品質属性はIPv6に引き継がれます。さらに、IPv6には20バイトのフローラベルフィールドのみがあります。これは、成長するIPv6の世界に豊富なQoS属性のセットを提供するために開発されました。

IPv6ヘッダー

IPv6ヘッダーは40バイトで、次のフィールドで構成されています。

• バージョン： これは4ビットで、IPのバージョンである6が含まれています。
• トラフィッククラス： これは8ビットで、パケットのルーティングに使用されるサービスのタイプを示します。
• フローラベル： 20ビットです。これは、トラフィックのシーケンシャルフローを確保するために使用されます。ソースデバイスはシーケンスにデータパケットのラベルを付けて、ルーターがパケットを順番にルーティングしやすくします。このフィールドは、リアルタイムストリーミングで非常に役立ちます。
• ペイロードの長さ： 16ビットです。このフィールドは、特定のパケットがペイロードで運ぶことができるデータの量に関する情報をルーターに渡します。
• 次のヘッダー： このフィールドは8ビットで、拡張ヘッダーの存在を示します。存在しない場合は、上位層のPDUを示します。
• ホップ制限： これは8ビットであり、データパケットがシステム内で無限にループするのを禁止するために使用されます。これは、IPv4ヘッダーの場合と同様にTTLと同様に機能します。各ホップで、ホップ制限の値は1に低下し、ゼロに達すると、パケットは所有権を失います。
• 送信元アドレス： 128ビットで、ネットワークの送信元ホストのアドレスを示します。
• 宛先アドレス： また、128ビットであり、ネットワークのパケットの受信側ホストのアドレスを示します。
• 拡張ヘッダー： IPv6固定ヘッダーは、重要な情報の一部を保持し、定期的に使用されないフィールドを除外するフィールドのみで構成されます。このような情報は、固定ヘッダーと上位層ヘッダーの間に設定され、拡張ヘッダーと呼ばれます。各拡張ヘッダーには何らかの値があり、タスクが割り当てられます。

詳細は以下の表に記載されています。

IPv6アドレッシングモード

IPv6は、IPv4で定義されているものと同じ多くのアドレッシングモードを提供し、新しいモード、つまりエニーキャストアドレッシングモードが導入されています。

例を使って理解しましょう。

www.softwaretestinghelp.com Webサーバーはすべての大陸にあります。すべてのサーバーに同じIPv6エニーキャストIPアドレスが割り当てられていると仮定します。インドのユーザーがサイトを検索すると、サーバーに送信されるDNSが物理的にインド自体に存在します。

同様に、ニューヨークのユーザーが同じサイトにアクセスしたい場合、DNSは再びそれをアメリカにローカルに存在するサーバーに転送します。したがって、最も近いものが適切なルーティングコストで使用されます。

アドレス構造

IPv6のアドレス構造は128ビットで、それぞれ16ビットの8つの16進ブロックに分割され、コロン記号で区切られます。

例えば 、アドレス構造は次のようになります。

3C0B：0000：2667：BC2F：0000：0000：4669：AB4D

グローバルユニキャストアドレス：

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上の画像は、さまざまなサブパートに分割されたIPv6スキームのグローバルユニキャストアドレスを示しています。各サブパートは、ネットワークに関する情報を示しています。

リンクローカルアドレス：

IPv6で自動構成されたアドレスは、リンクローカルアドレスと呼ばれます。開始の16ビットは固定アドレスFE80として保持され、次の48ビットはゼロとして配置されます。

したがって、構造は次の図に示すようになります。

これらは、ブロードキャスト専用のIPv6ホストデバイス内の内部通信に使用されます。

一意のローカルアドレス：

これは世界的に例外的であり、常にFDから始まります。ネイティブまたは地域の通信に使用されます。

アドレス仕様を下の図に示します。

IPv6アドレスの範囲：

グローバルユニキャストアドレスはインターネット経由のルーティングに使用されますが、他の2つは組織レベルとローカルレベルでのみ使用されます。

IPv6のアプリケーションの実例

例1：

インド鉄道のロジスティクスとサプライチェーン： インドの鉄道は、インドのいくつかの州を毎日通過する何百万もの商品や小包の輸送で構成されているため、インド最大のロジスティクスおよびサプライチェーンネットワークの最良の例です。

IPv4のIPアドレスが枯渇しているため、IPv4を使用して拡大するサプライチェーンを構築することは困難になっています。 IPv6の大きなアドレス空間と自動構成機能は、システム内の貨車、台車、および小包のステータスの追跡と実行に役立ちます。これにより、エンドユーザーは商品のステータスを追跡することもできます。

ロジスティクスのデータベースは、オンラインシステムを介して維持でき、24時間365日監視できるため、配達の遅延や商品の盗難や紛失のケースを減らすのに役立ちます。

例2：

高度道路交通システム： インドは依然としてさまざまな都市の交通システムの管理に苦労しており、大都市では状況はさらに悪化しています。

これを克服するには、交通システムのリアルタイムの監視と管理が必要です。特に、一般の男性の必要性は、公共バス、スクールバン、救急車、消防隊などの公共サービス車両に簡単にアクセスできるようにすることです。

IPv6は、モバイルIPv6、大規模なアドレススペース、ITSの実装に必要な拡張セキュリティモデルなどのITS機能をプロビジョニングします。

救急車、スクールバン、消防隊には、バイオセンサー、携帯電話、ビデオカメラを装備できるため、これらの車両を簡単に見つけて監視でき、エンドユーザーは簡単にアクセスして使用できます。 。

IPv6プラットフォームは、トラフィックのピークポイントでさまざまなセンサーと監視ソフトウェアを試運転することにより、トラフィックのリアルタイム監視とその管理をシステムに可能にし、それによってトラフィック状態のリアルタイムビューをプロビジョニングします。

（i）緊急医療： IPv6は、遠隔医療および救急医療の業界に革命的な変化をもたらすことができるそのような技術の1つです。

インターネットは、単一のネットワークで世界中に接続できるようなプラットフォームです。 IPv6および4GLTEテクノロジー（音声、データ、およびマルチメディア用のIPベースのモバイル接続）の拡張機能を通じて、緊急時にオンラインおよびリアルタイムの医療サポートを患者に提供できます。

実際、AIMSやSGPGIのような公立病院はそれを実施しており、強化された医療施設を提供するためのオンラインサポートを求めて、ビデオ会議を通じて接続された海外の医師と協力して多くの医療を行っています。

病院はまた、バイオセンサーを装備することにより、高価な医療機器の記録を維持することができます。

（ii）IPTV; インターネットプロトコルテレビは、市場で最も急速に成長している技術です。

モバイルIPv6、自動構成、大規模なアドレス空間などのIPv6の機能により、テレビのすべてのチャネルを視聴するだけでなく、オンライン映画、ビデオ、曲、オンラインスポーツ、オンラインゲームも視聴できます。

IPv6のマルチキャスト機能を利用することで、オンラインTVやリアルタイムストリーミング動画を視聴できます。 。 すべてのチャンネルに登録する必要はありません。視聴する必要のあるチャンネルに関係なく、IPTVセットトップボックスから選択できます。

IPTVは、上記のサービスをプロビジョニングするために非常に高速なインターネットを必要とするため、IPv6はそれを実装するのに最適なプラットフォームです。 JIO TV、JIO CINEMA、JIO MUSICはすべてIPTVストリーミングの例であり、米国のMobiTVは、インドのJIO会社のビデオストリーミングとTVに関連するすべてのサービスを管理しています。

結論

インターネットが始まった当初、IPv4はあらゆる場所で広く使用されていましたが、組織からホームネットワークや携帯電話まで、さまざまな目的でインターネットが使用されるようになったため、アドレス空間が使い果たされました。

そのため、自動構成やモビリティなどの高度な機能を備えた無限アドレス機能を備えたIPv6テクノロジーが導入されました。

このチュートリアルでは、実際の例とさまざまな図を使用して、IPv4とIPv6の両方のアドレス指定スキームのさまざまな機能を学習しました。一方、IPv6からIPv4への移行はそれほど容易ではなく、依然として多くの組織がIPv4技術を使用しており、移行段階にあります。

したがって、IPv4とIPv6の両方のアドレス指定スキームの機能と動作モードを理解する必要があります。

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