IPv4 и IPv6: различия, адресация и совместная работа протоколов

Любому устройству в сети нужен адрес, и протокол IP выдаёт его в одном из двух поколений. Старшее, IPv4, укладывает адрес в 32 бита и пишет его четырьмя числами через точку, например 192.0.2.10, — отсюда потолок примерно в 4,3 млрд адресов. Младшее, IPv6, растягивает адрес до 128 битов и записывает шестнадцатеричными группами, например 2001:db8::10; такого запаса хватило бы, чтобы у каждого жителя Земли были триллионы публичных адресов.

На уровне пакетов поколения друг друга не понимают: узел, знающий лишь IPv4, не обменяется данными с узлом, знающим лишь IPv6. Поэтому интернет возит оба протокола параллельно и будет делать это ещё много лет. В материале сопоставим запись адресов, заголовки, настройку и безопасность, расскажем, какими приёмами поколения уживаются, и покажем, почему версия IP важна, когда в схеме появляется прокси.

IPv4 в общих чертах

Тридцать два бита делятся на четыре октета, каждый выводится числом от 0 до 255: 198.51.100.42. Косая черта с числом, скажем /24, сообщает, сколько старших битов обозначают сеть. Несколько блоков отданы под частное использование — 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16, — и маршрутизаторы публичного интернета их не пропускают.

Формат закрепил RFC 791 ещё в 1981 году, когда смартфоны и умные лампочки были фантастикой. Четырёх миллиардов с лишним значений оказалось катастрофически мало. Последние свободные блоки IANA раздала в феврале 2011 года, за ней в следующие годы опустели склады региональных регистраторов, а европейский RIPE NCC дошёл до нуля в ноябре 2019-го. С тех пор адресное пространство IPv4 переходит из рук в руки через сделки купли-продажи и аренду, как любой дефицитный товар.

IPv6 в общих чертах

Адрес IPv6 — это 128 битов, разложенных на восемь групп по четыре шестнадцатеричные цифры через двоеточие:

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010

Прочитать его помогают два упрощения. Нули в начале группы разрешено отбрасывать, а один непрерывный участок из нулевых групп — сворачивать в двойное двоеточие, и пример превращается в 2001:db8::10. Такое двоеточие встречается в адресе лишь однажды, иначе было бы непонятно, сколько групп за ним скрыто.

Всего значений около 3,4 × 10^38. Домашний абонент нередко получает целый блок /56, а то и /48, а каждая локальная сеть внутри него занимает /64 — один такой кусок равен всему пространству IPv4, умноженному само на себя. Впервые протокол описал RFC 1883 в 1995 году, сегодня опорный документ — RFC 8200 от 2017 года.

Что меняется кроме размера адреса

Заголовки и обработка пакетов

Заголовок IPv4 бывает длиной от 20 до 60 байтов и несёт контрольную сумму, которую каждый маршрутизатор вынужден пересчитывать. IPv6 остановился на неизменных 40 байтах без контрольной суммы, а необязательные функции вынес в заголовки расширений, на которые транзитные маршрутизаторы в основном не смотрят. Дробление пакетов тоже переехало к отправителю: маршрутизаторы пакеты IPv6 больше не режут, источник сам выясняет MTU маршрута, а любой канал IPv6 обязан пропускать пакеты от 1280 байтов.

NAT и прямая достижимость

Дефицит заставил сети IPv4 прятать целые квартиры и офисы за одним публичным адресом через NAT, а мобильные операторы надстраивают сверху второй слой трансляции — операторский CGNAT. Схема работает, но рвёт прямые связи между устройствами, осложняет жизнь пиринговым программам и позволяет одному публичному IP представлять сотни абонентов. В IPv6 трансляция становится лишней: у каждого устройства может быть глобально маршрутизируемый адрес, а какие входящие пакеты пускать, решает файрвол, а не NAT.

Настройка и локальный сегмент

Узел IPv4 обычно получает параметры по DHCP и разыскивает соседей широковещательными запросами ARP. IPv6 меняет широковещание на многоадресную рассылку, ARP — на протокол обнаружения соседей (Neighbor Discovery) и вводит автонастройку без сохранения состояния, SLAAC: узел узнаёт префикс из объявлений маршрутизатора и собирает адрес сам. DHCPv6 никуда не делся и пригодится администраторам, которым нужен централизованный контроль.

Безопасность и приватность

Расхожее мнение гласит, что IPv6 надёжнее благодаря встроенному IPsec. Ранние стандарты действительно требовали реализовать IPsec в стеках IPv6, но применять его не обязывали никогда, а позже требование смягчили до рекомендации — и поколения сравнялись. Существенные отличия лежат в другой плоскости. Без NAT компьютер доступен снаружи, если файрвол не отбрасывает незапрошенный трафик, поэтому правила для IPv6 нужны обязательно. Чтобы сайты не следили за устройством по неизменному адресу, операционные системы берут короткоживущие временные адреса по расширениям приватности из RFC 8981.

Скорость

Ни одно поколение не выигрывает изначально. IPv6 обходится без трансляции и использует более лёгкий заголовок, и у части провайдеров маршруты для него эффективнее; другие заворачивают его в туннели и добавляют задержку. Итоговое впечатление зависит от маршрутов вашего оператора. У онлайн-игр свои компромиссы — мы разобрали их в статье IPv4 или IPv6 в играх.

IPv4 и IPv6 рядом

Как поколения уживаются вместе

• Двойной стек. Узлы и сети говорят на обоих протоколах сразу. Если у домена опубликованы запись A для IPv4 и запись AAAA для IPv6, клиент устраивает между ними гонку и оставляет того, кто ответил раньше; алгоритм называется Happy Eyeballs (RFC 8305).
• Туннелирование. Пакеты IPv6 едут внутри IPv4 через участки без родной поддержки, как в 6in4. Старые автоматические схемы вроде 6to4 и Teredo почти сошли со сцены.
• Трансляция. Связка NAT64 и DNS64 даёт клиентам, у которых есть только IPv6, доступ к серверам, у которых есть только IPv4, а мобильные операторы часто добавляют 464XLAT, чтобы старые приложения на IPv4 жили на телефонах, получающих один лишь IPv6.

По публичным данным Google, примерно половина его пользователей приходит по IPv6, причём разброс между странами и операторами огромен. Всё прочее по-прежнему опирается на IPv4, так что исчезновение старому протоколу не грозит.

Как узнать свои адреса

• Windows: в терминале команда ipconfig выводит строки «IPv4-адрес» и «IPv6-адрес».
• macOS и Linux: ifconfig или ip addr печатают строки inet для старого протокола и inet6 для нового.
• Внешняя сторона: сайт проверки IP показывает адреса, которые видит интернет; толковые сервисы отображают оба поколения и подтверждают, проходит ли IPv6 насквозь.

Всё, что начинается с fe80:, — адреса канального уровня, они действуют только в пределах вашего сегмента, а глобально маршрутизируемые адреса IPv6 обычно начинаются с цифры 2 или 3.

Почему версия IP важна для прокси

Как только трафик идёт через прокси, версия начинает играть роль:

• Охват. Выход по IPv6 открывает только сайты с записью AAAA. Крупные площадки её публикуют, но множество магазинов, форумов и региональных сервисов живут только на IPv4, и прокси с одним IPv6 до них просто не достанет.
• Репутация. Антифрод-системы любят ограничивать и банить IPv6 сразу целым префиксом /64 или /48, а не отдельным адресом, поэтому тысячи якобы разных выходов IPv6 из одного префикса могут сойти за одного посетителя.
• Стоимость и доступность. Адресов IPv6 много, и они дешёвые; IPv4 дефицитны и стоят соответственно. Для парсинга, проверки рекламы и работы с аккаунтами IPv4 остаётся надёжным выбором по умолчанию.
• Утечки. Когда прокси пропускает только IPv4, а у устройства есть и IPv6, некоторые программы открывают IPv6-соединения напрямую и выдают ваше настоящее местоположение. Отключите IPv6 в таком приложении или убедитесь, что клиент туннелирует оба поколения.

Старшее поколение как прокси-продукт разобрано в статье про IPv4-прокси. Площадки со строгой проверкой охотнее всего принимают резидентские прокси на реальных домашних подключениях, а прокси дата-центров дают больше скорости за те же деньги на лояльных сайтах. После настройки прогоните сервер через наш чекер прокси, чтобы увидеть выходной адрес и версию протокола.

Что выбрать

В обычной домашней или офисной сети оставьте двойной стек: IPv6 обслужит всё, что его поддерживает, а IPv4 закроет остальное. Запуская публичный сервис, публикуйте записи A и AAAA с первого дня. Для работы через прокси начинайте с IPv4, а на IPv6 переходите, только если точно знаете, что все целевые сайты его принимают, и вам нужен гигантский пул адресов.