IPv4. Co to jest i jakie są jego kluczowe cechy?

Adres IP to unikalny identyfikator przypisywany każdemu urządzeniu podłączonemu do sieci. Z kolei IPv4, czyli z ang. Internet Protocol version 4, jest jednym z najpowszechniej stosowanych protokołów sieciowych, który umożliwia przesyłanie danych w internecie. W tym artykule poznasz bliżej kluczowe cechy adresów IPv4 oraz dowiesz się, czym różni się od IPv6.

IPv4 – Podstawowe informacje

Protokół IPv4, będący podstawą komunikacji w sieciach komputerowych, stosuje adresy IP o długości 32 bitów. Każdy adres składa się z czterech oktetów, oddzielonych kropkami. Każdy oktet reprezentuje liczbę z zakresu od 0 do 255. Ta kombinacja bitów umożliwia przydzielenie ogromnej liczby adresów, co wynika z faktu, że 32 bitów daje łącznie 4 294 967 296 możliwych adresów. Jednak pula dostępnych adresów IPv4 jest coraz bardziej wyczerpywana, z uwagi na rosnącą liczbę urządzeń podłączonych do sieci. Przykładem adresu IPv4 jest 192.168.0.1.

Protokół IPv4 używa nagłówka zawierającego informacje niezbędne do prawidłowego dostarczenia pakietu danych do jego docelowego adresu. Nagłówek ten zawiera m.in. adres źródłowy i adres docelowy, informacje o fragmencie pakietu, sumę kontrolną nagłówka pakietu oraz wiele innych istotnych parametrów. Adresy IPv4 są przydzielane przez serwery DHCP (z ang. Dynamic Host Configuration Protocol), które zarządzają pulą dostępnych adresów i przydzielają je urządzeniom w sieci.

W porównaniu do nowszego protokołu IPv6, IPv4 ma ograniczenia związane zarówno z ilością dostępnych adresów, jak i funkcjonalnością. Ponadto fragmentacja pakietów może być konieczna w przypadku, gdy dane przesyłane są przez sieć o różnych rozmiarach MTU (z ang. Maximum Transmission Unit). 

Mimo tych ograniczeń protokół IPv4 wciąż odgrywa ważną rolę w sieciach komputerowych i jest szeroko stosowany w praktyce. Niemniej jednak, w związku z wyczerpywaniem się puli adresów oraz rosnącymi potrzebami sieciowymi, stopniowo przechodzi się na nowszą wersję protokołu, IPv6, która zapewnia znacznie większą przestrzeń adresową i nowe możliwości. Protokół TCP (z ang. Transmission Control Protocol) jest jednym z protokołów warstwy transportowej, który jest często używany w połączeniu z IPv4, zapewniając niezawodną transmisję danych.

Kluczowe cechy adresów IPv4

Adresowanie w systemie IPv4 opiera się na hierarchicznej strukturze. Każdy adres IPv4 składa się z 32 bitów, podzielonych na cztery oktety, gdzie każdy oktet reprezentuje liczbę od 0 do 255. Oktety są oddzielone kropkami. Ta struktura umożliwia identyfikację unikalnego adresu dla każdego urządzenia podłączonego do sieci.

W protokole IPv4 istnieje również klasowe adresowanie, które pozwala na podział adresów IP na klasy: A, B, C, D i E. Każda klasa ma określoną liczbę bitów, które określają sieć (prefiks sieciowy) oraz hosta (prefiks hosta). Klasy A, B i C są najczęściej używane w praktyce, gdzie klasa A przypisana jest większym sieciom, klasa B średnim, a klasa C mniejszym sieciom.

Długość adresu IPv4 wynosi 32 bity, co oznacza, że teoretycznie istnieje możliwość utworzenia 4 294 967 296 unikalnych adresów. Jednak nie wszystkie te adresy są dostępne do użycia, ponieważ niektóre z nich są zarezerwowane do specjalnych celów, takich jak adresy pętli zwrotnej czy adresy zarezerwowane dla testowania i dokumentacji.

Ważną cechą adresów IPv4 jest również możliwość fragmentacji pakietów. Jeśli dane są przesyłane przez sieć o różnych rozmiarach MTU (z ang. Maximum Transmission Unit), protokół IPv4 może podzielić pakiety na mniejsze fragmenty w celu ich skutecznego przesyłania.

Protokół IPv4 vs. IPv6

Różnice pomiędzy protokołami IPv4 i IPv6 są istotne, zarówno pod względem funkcjonalności, jak i dostępności adresów.

IPv4, stosowany powszechnie od wielu lat, używa 32-bitowych adresów IP. Każdy adres IPv4 składa się z czterech oktetów, z których każdy ma 8 bitów. Ta struktura ogranicza pulę dostępnych adresów do około 4 miliardów. W praktyce oznacza to, że ze względu na rosnącą liczbę użytkowników internetu i urządzeń, dostępność adresów IPv4 staje się coraz bardziej ograniczona. Adresy IPv4 składają się z części adresu sieciowego oraz części adresu hosta, oddzielone dwukropkiem (np. 192.168.0.1).

W przypadku IPv6, adresy IP mają długość 128 bitów, co umożliwia znacznie większą przestrzeń adresową. Adresy IPv6 składają się z ośmiu 16-bitowych części, oddzielonych dwukropkami. W rezultacie, pula adresów IPv6 jest praktycznie nieograniczona, co pozwala na przypisanie znacznie większej liczby adresów dla rosnącej liczby urządzeń w sieci. Adresy IPv6 mają również część adresu sieciowego i część adresu interfejsu, które są reprezentowane jako ciąg szesnastkowy (np. 2001:0db8:85b3:0000:0000:8a2e:0470:7234).

Kolejną różnicą między IPv4 a IPv6 jest długość nagłówka. W przypadku IPv4 nagłówek ma stałą długość i wynosi 20 bajtów, z opcjonalnymi polami rozszerzeń. W przypadku IPv6 nagłówek jest bardziej zoptymalizowany i ma stałą długość 40 bajtów.

Ważne jest również zauważenie, że protokół IPv6 został wprowadzony w celu zaspokojenia rosnących potrzeb sieciowych i rozwiązania problemu wyczerpywania się puli adresów IPv4. W miarę postępu w migracji z IPv4 na IPv6 istnieje potrzeba zapewnienia współistnienia i komunikacji między sieciami opartymi o różne wersje protokołów.

Podsumowanie

Adresy IPv4 są unikalnymi identyfikatorami przypisanymi urządzeniom w sieci. Protokół IPv4 wykorzystuje 32-bitowe adresy IP składające się z czterech oktetów, co daje pulę około 4 miliardów dostępnych adresów. Adresy IPv4 mają hierarchiczną strukturę i są przydzielane przez serwery DHCP. Protokół ten ma również funkcję fragmentacji pakietów w przypadku różnych rozmiarów MTU. Jednak ograniczenia związane z ilością dostępnych adresów i funkcjonalnością skłaniają do stopniowego przejścia na nowszy protokół, IPv6, który oferuje znacznie większą przestrzeń adresową i zoptymalizowany nagłówek.

Wprowadzenie IPv6 ma na celu przeciwdziałanie problemowi wyczerpywania się adresów IPv4 i zapewnienie większej przestrzeni adresowej dla rosnącej liczby urządzeń w sieci. Mimo że IPv4 wciąż odgrywa istotną rolę, stopniowo przechodzi się na nowszy protokół, który umożliwia skalowalność i lepszą obsługę sieci. Protokół TCP jest często używany w połączeniu z IPv4, zapewniając niezawodną transmisję danych. W miarę postępu technologicznego i wzrostu potrzeb sieciowych przyszłość komunikacji internetowej leży w migracji z IPv4 na IPv6 i dalszym rozwoju protokołów sieciowych.