IPv6 چیست و چه تفاوتی با IPv4 دارد؟ آشنایی با ساختار و نحوه آدرس دهی IPv6

پروتکل اینترنت (IP) نقش بسیار مهمی در شبکه و اینترنت دارد. این پروتکل اساس ارتباطات داده‌ای در شبکه‌ها است و اطمینان می‌دهد که اطلاعات به‌طور روان از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می‌شود. دو نسخه اصلی از پروتکل اینترنت وجود دارد: IPv4 و IPv6. در حالی که IPv4 برای چند دهه به خوبی کار کرده است، محدودیت‌های آن در سیستم آدرس‌دهی باعث شده که IPv6 توسعه و مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به بررسی IPv6، تفاوت‌های آن با IPv4، ساختار آن و نحوه آدرس‌دهی مؤثر آن می‌پردازیم.

فهرست مطالب

• آدرس IP چیست؟
• IPv4 چیست و چه ویژگی هایی دارد؟
• محدودیت‌های IPv4 نسبت به IPv6
• IPv6 چیست و چرا از نسخه قبلی بهتر است؟
• ویژگی‌ها و مزیت‌های IPv6 نسبت به IPv4
• ساختار آدرس‌های IPv6
• انواع آدرس‌های IPv6
• درک نمایش آدرس IPv6
  • نمونه ای از آدرس IPv6
• نحوه آدرس‌دهی در IPv6
  • پیکربندی خودکار آدرس بدون حالت (SLAAC)
  • پروتکل پیکربندی میزبان پویا برای IPv6 (DHCPv6)
• الزامات فرمت آدرس IPv6
• مقایسه IPv6 و IPv4
• انتقال از IPv4 به IPv6
• نتیجه‌گیری

آدرس IP چیست؟

پروتکل اینترنت (IP) یکی از مهم ترین پروتکل های ارتباطی در مجموعه پروتکل های اینترنت (IPS) است که فرمت فنی طرح آدرس دهی و بسته ها را مشخص می کند. برای ارسال داده از یک رایانه به رایانه دیگر از طریق وب، یک بسته داده که حاوی آدرس های IP هر دو دستگاه است، باید در سراسر شبکه منتقل شود.

 IP (Internet Protocol) یک شناسه و یک برچسب عددی است که به دستگاه های متصل به شبکه ای که با استفاده از پروتکل IP ارتباط برقرار می کنند، اختصاص داده می شود. با این کار دستگاه های موجود در شبکه به طور منحصر به فرد شناسایی می شوند. آدرس IP را شماره IP یا آدرس اینترنتی نیز می نامند.

اکثر شبکه ها IP را با یک TCP (پروتکل کنترل انتقال) ترکیب می کنند. همچنین امکان ایجاد ارتباط مجازی بین مقصد و منبع را فراهم می کند.

IPv4 چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

برای درک IPv6، باید ابتدا با IPv4 آشنا شویم. پروتکل اینترنت نسخه 4 ، یا همان IPv4 در اوایل دهه 1980 معرفی شد و از آن زمان تبدیل به پروتکل اصلی برای اکثر ترافیک داده‌های اینترنت شده است. آدرس‌های IPv4 از 32 بیت تشکیل شده‌اند که این امکان را می‌دهد تا حدود 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد (2 به توان 32) داشته باشیم. یک آدرس IPv4 معمولاً به صورت عددی نمایش داده می‌شود و به چهار بخش تقسیم می‌شود، مانند 192.168.1.1.

IPv4 چهارمین نسخه IP است که قوانینی را برای عملکرد شبکه های کامپیوتری بر اساس اصل تبادل بسته ایجاد می کند. این نسخه می تواند دستگاه های متصل به شبکه را از طریق یک سیستم آدرس دهی و به طور منحصر به فرد شناسایی کند. هر زمان که دستگاهی (سوئیچ، رایانه شخصی یا دستگاه های دیگر) به اینترنت دسترسی پیدا می کند، یک آدرس IP منحصر به فرد و عددی مانند 192.149.252.76 مطابق شکل زیر به آن اختصاص داده می شود.

به عبارت ساده‌تر، IPv4 سیستم آدرس‌دهی اینترنتی است که به ما امکان می‌دهد تا دستگاه‌ها و کامپیوترهای مختلف را در اینترنت شناسایی کنیم و به آنها آدرس بدهیم.

محدودیت‌های IPv4 نسبت به IPv6

رشد سریع دستگاه‌های متصل به اینترنت موجب افزایش چشمگیر تقاضا برای آدرس‌های IP شده است. با کاهش تعداد آدرس‌های موجود، محدودیت‌های IPv4 به وضوح نمایان شد. برخی از این محدودیت‌ها عبارتند از:

• نگرانی‌های امنیتی: IPv4 به گونه‌ای طراحی نشده که ویژگی‌های امنیتی قوی داشته باشد، که این موضوع شبکه‌ها را در برابر حملات آسیب‌پذیر می‌کند.
• تمام شدن آدرس‌ها: با افزایش تعداد دستگاه‌هایی که به اینترنت متصل می‌شوند، مانند دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) و گوشی‌های موبایل، تعداد دستگاه‌هایی که به آدرس IP نیاز دارند از تعداد آدرس‌های موجود در IPv4 بیشتر شده است.
• ترجمه آدرس شبکه (NAT): برای مقابله با مشکل تمام شدن آدرس‌ها، از NAT استفاده می‌شود. این روش به چند دستگاه اجازه می‌دهد که از یک آدرس IP عمومی مشترک استفاده کنند، اما این کار ارتباط مستقیم بین دستگاه‌ها را پیچیده کرده و ممکن است باعث بروز مشکلات عملکردی شود.

IPv6 چیست و چرا از نسخه قبلی بهتر است؟

IPv6، یا پروتکل اینترنت نسخه 6، برای حل مشکلات IPv4 طراحی شده است. این پروتکل به طور رسمی در سال 1998 توسط گروه مهندسی اینترنت (IETF) معرفی شد تا به عنوان یک راه‌حل بلندمدت برای مشکل کمبود آدرس‌های اینترنتی عمل کند. با فضای آدرس بزرگ‌تر و ویژگی‌های بهبودیافته، این ورژن از پروتکل اینترنت آماده است تا از تعداد روزافزون دستگاه‌های متصل به اینترنت پشتیبانی کند.

ویژگی‌ها و مزیت‌های IPv6 نسبت به IPv4

• کارایی بهبود یافته در مسیریابی: IPv6 شامل ویژگی‌هایی است که کارایی مسیریابی را بهبود می‌بخشد و اندازه جدول‌های مسیریابی را کاهش می‌دهد که در نتیجه عملکرد بهتری را به همراه دارد.
• فضای آدرس بزرگ‌تر: IPv6 از آدرس‌های 128 بیتی استفاده می‌کند که تعداد بسیار زیادی آدرس منحصر به فرد را فراهم می‌کند—تقریباً 340 آندسیلیون (38^10*3.4). این فضای وسیع نگرانی‌های مربوط به تمام شدن آدرس‌ها را برطرف کرده و امکان رشد در آینده را فراهم می‌آورد.
• آدرس‌دهی ساده‌تر: آدرس‌های IPv6 به صورت فرمت هگزادسیمال نمایش داده می‌شوند و به هشت گروه چهار رقمی تقسیم می‌شوند که با دو نقطه از هم جدا شده‌اند. به عنوان مثال، یک آدرس IPv6 می‌تواند به صورت 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 باشد.
• امنیت بهبود یافته: بر خلاف IPv4، این ورژن با ویژگی‌های امنیتی داخلی طراحی شده است. IPsec (امنیت پروتکل اینترنت) در IPv6 الزامی است و امنیت، یکپارچگی و اصالت داده‌ها را فراهم می‌کند.
• حذف NAT: با وجود فضای وسیع آدرس در IPv6، نیازی به NAT نیست. این امر ارتباط مستقیم بین دستگاه‌ها را ممکن می‌سازد و پیکربندی شبکه‌ها را ساده‌تر می‌کند.

ساختار آدرس‌های IPv6

برای درک نحوه آدرس‌دهی، مهم است که ساختار را بشناسیم. یک آدرس IPv6 از 128 بیت تشکیل شده است که معمولاً به صورت فرمت هگزادسیمال نمایش داده می‌شود.

این آدرس به هشت گروه تقسیم می‌شود، که هر گروه چهار رقمی هگزادسیمال را شامل می‌شود. به عبارت دیگر، یک آدرس IPv6 مشابه این شکل است:

XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX

که هر “X” می‌تواند یک عدد هگزادسیمال باشد.

انواع آدرس‌های IPv6

IPv6 چند نوع آدرس تعریف می‌کند که هر کدام هدف خاصی دارند:

1. آدرس‌های یکتا (Unicast Addresses): این آدرس‌ها یک رابط خاص در شبکه را شناسایی می‌کنند. بسته‌هایی که به یک آدرس یکتا ارسال می‌شوند، به همان رابط خاص تحویل داده می‌شوند.
2. آدرس‌های چندگانه (Multicast Addresses): آدرس‌های چندگانه این امکان را می‌دهند که بسته‌ها به طور همزمان به چندین رابط ارسال شوند. بسته‌ای که به یک آدرس چندگانه فرستاده می‌شود، به تمام رابط‌هایی که به آن آدرس مشترک شده‌اند، تحویل داده می‌شود.
3. آدرس‌های هرپخشی (Anycast Addresses): آدرس‌های هرپخشی به چندین رابط اختصاص داده می‌شوند، اما بسته‌هایی که به یک آدرس هرپخشی ارسال می‌شوند، به نزدیک‌ترین رابط (از نظر فاصله مسیریابی) تحویل داده می‌شوند. این ویژگی برای توزیع بار و کاهش تأخیر مفید است.

درک نمایش آدرس IPv6

آدرس‌های IPv6 ممکن است طولانی و پیچیده به نظر برسند. برای ساده‌تر کردن نمایش آدرس، IPv6 اجازه می‌دهد که از شیوه‌های مختصر خاصی استفاده کنیم:

1. فشرده‌سازی صفرهای ابتدایی (Leading Zero Compression): صفرهای ابتدایی در یک گروه می‌توانند حذف شوند. به عنوان مثال، آدرس 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001 می‌تواند به صورت 2001:db8:0:0:0:0:0:1 کوتاه شود.
2. فشرده‌سازی صفرها (Zero Compression): یک بلوک متوالی از گروه‌های صفر می‌تواند با یک دو نقطه (::) جایگزین شود. برای مثال، آدرس 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001 می‌تواند به صورت 2001:db8::1 نمایش داده شود. با این حال، این کار تنها یک بار در هر آدرس مجاز است تا از ایجاد ابهام جلوگیری شود.

نمونه ای از آدرس IPv6

بیایید نگاهی دقیق تر به آدرس IPv6 کامل بیندازیم:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

• بخش اول، 2001:0db8، نشان دهنده پیشوند مسیریابی جهانی است.
• قسمت بعدی، 85a3، نشان دهنده شناسه subnet است.
• چهار گروه آخر، رابط (interface) را در لینک محلی شناسایی می‌کنند. این به این معناست که این بخش مشخص می‌کند که کدام دستگاه یا رابط خاص در زیرشبکه مورد نظر قرار دارد.

نحوه آدرس‌دهی در IPv6

درک نحوه تخصیص و پیکربندی IPv6 برای مدیران شبکه بسیار مهم است. در اینجا یک توضیح از آدرس‌دهی در IPv6 آورده شده است:

پیکربندی خودکار آدرس بدون حالت (SLAAC)

یکی از ویژگی‌های اصلی IPv6، پیکربندی خودکار آدرس بدون حالت (SLAAC) است که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا به‌طور خودکار آدرس‌های IPv6 خود را بدون نیاز به سرور DHCP پیکربندی کنند. SLAAC به این صورت کار می‌کند:

1. گوش‌دادن به پیام‌های تبلیغاتی روتر (Router Advertisement – RA): یک دستگاه به پیام‌های RA که از روترهای موجود در شبکه ارسال می‌شود، گوش می‌دهد.
2. استفاده از اطلاعات پیام: پس از دریافت پیام های RA، دستگاه یکی از این پیام ها را انتخاب کرده و از اطلاعات موجود در آن برای تولید آدرس خود استفاده می‌کند.
3. ترکیب پیشوند شبکه و شناسه رابط: دستگاه پیشوند شبکه که از پیام RA دریافت کرده را با شناسه رابط خود (که معمولاً از آدرس MAC آن به‌دست می‌آید) ترکیب می‌کند تا یک آدرس IPv6 منحصر به فرد بسازد.

پروتکل پیکربندی میزبان پویا برای IPv6 (DHCPv6)

هرچند SLAAC یک ویژگی قدرتمند است، اما برخی از شبکه‌ها ممکن است ترجیح دهند از DHCPv6 برای تخصیص آدرس استفاده کنند. DHCPv6 مشابه IPv4 عمل می‌کند و به مدیران شبکه این امکان را می‌دهد که تخصیص آدرس IP را به طور دقیق‌تری مدیریت کنند. ویژگی‌های مهم آن عبارتند از:

1. تخصیص آدرس: DHCPv6 می‌تواند آدرس‌های موقت یا دائمی را به دستگاه‌های موجود در شبکه اختصاص دهد.
2. مدیریت گزینه‌ها: علاوه بر تخصیص آدرس IP، این گزینه (DHCPv6)، می‌تواند گزینه‌های پیکربندی اضافی مانند آدرس‌های سرور DNS را ارائه دهد.

الزامات فرمت آدرس IPv6

هنگام پیکربندی آدرس‌های IPv6، باید به برخی الزامات فرمت توجه کرد:

• آدرس‌های یکتای محلی (Unique Local Addresses – ULAs): ULAs مشابه آدرس‌های خصوصی IPv4 هستند و برای ارتباطات محلی استفاده می‌شوند. این آدرس‌ها با fc00::/7 آغاز می‌شوند.
• آدرس‌های یکتای عمومی (Global Unicast Addresses): برای آدرس‌های عمومی، سه بیت اول باید 001 باشد و آدرس باید در محدوده 2000::/3 قرار گیرد.
• آدرس‌های لوکال لینک (Link-Local Addresses): این آدرس‌ها برای ارتباط در یک بخش محلی شبکه استفاده می‌شوند و همیشه با fe80::/10 آغاز می‌شوند.

مقایسه IPv6 و IPv4

IPv4 و IPv6 هر دو آدرس هایی هستند که برای شناسایی دستگاه های متصل به شبکه استفاده می شوند. آنها در اصل یکسان هستند اما روش کار متفاوتی دارند. در ادامه تفاوت های اصلی بین IPv4 و IPv6 را بررسی می کنیم.

ویژگی	IPv4	IPv6
روش آدرس دهی	یک آدرس عددی است که بیت های باینری آن با یک نقطه (.) از هم جدا می شوند.	یک آدرس الفبایی است که بیت های باینری آن با یک دونقطه (:) از هم جدا شده اند و حاوی هگزادسیمال است.
نوع آدرس دهی	Unicast, broadcast و multicast	Unicast، Multicast و anycast
آدرس ماسک	آدرس ماسک برای شبکه تعیین شده از بخش میزبان استفاده می شود.	آدرس ماسک استفاده نمی شود.
تعداد فیلدهای هدر	12	8
طول فیلدهای هدر	20	40
چک سام	فیلد چک سام دارد.	فیلد چک سام ندارد.
تعداد کلاس ها	کلاس A تا E	تعداد نامحدود آدرس IP
پیکربندی	آدرس های IP و مسیرها باید اختصاص داده شوند.	بسته به عملکردهای مورد نیاز، پیکربندی اختیاری است.
VLSM	پشتیبانی می کند.	پشتیبانی نمی کند.
فرگمنتیشن	با ارسال و فوروارد کردن مسیرها انجام می شود.	فرستنده انجام می دهد.
پروتکل اطلاعات مسیریابی	توسط دیمون روت شده پشتیبانی می شود.	از RIP پشتیبانی نمی کند. از مسیرهای ثابت استفاده می کند.
تنظیمات شبکه	به صورت دستی یا با استفاده از انجام DHCP می شود.	به صورت خودکار پیکربندی می شود.
SNMP	SNMP پروتکلی است که برای مدیریت سیستم استفاده می شود.	SNMP از IPv6 پشتیبانی نمی کند.
پویایی و قابلیت کار با دستگاه های مختلف	توپولوژی های شبکه نسبتاً محدودی که به سمت آنها حرکت می کنند، پویایی و قابلیت های تعاملی را محدود می کنند.	قابلیت های متقابل و پویایی را فراهم می کند که در دستگاه های شبکه تعبیه شده است.
رکوردهای DNS	رکوردهای اشاره گر (PTR)، دامنه DNS IN-ADDR.ARPA	رکوردهای اشاره گر (PTR)، دامنه DNS IP6.ARPA
وضوح IP به MAC	پخش ARP	درخواست همسایه چندپخشی
مپینگ	از ARP (پروتکل رزولوشن آدرس) برای نگاشت به آدرس MAC استفاده می کند.	از NDP (پروتکل کشف همسایه) برای نگاشت به آدرس MAC استفاده می کند.
کیفیت خدمات (QoS)	QoS به شما اجازه می دهد اولویت و پهنای باند بسته را برای برنامه های TCP/IP درخواست کنید.	در حال حاضر، اجرای QoS IBM i از IPv6 پشتیبانی نمی کند.

انتقال از IPv4 به IPv6

زمانی که شبکه‌ها از IPv4 به IPv6 منتقل می‌شوند، ممکن است چالش‌هایی به وجود بیاید. درک درست از استراتژی‌های انتقال برای پیاده‌سازی روان این تغییر بسیار مهم است. استراتژی‌های مهم این کار عبارتند از:

1. دوپشته (Dual Stack): این روش شامل اجرای همزمان IPv4 و IPv6 بر روی دستگاه‌ها و شبکه‌ها است. این کار اجازه می‌دهد تا انتقال به تدریج انجام شود و دستگاه‌ها می‌توانند بر اساس در دسترس بودن، با یکی از پروتکل‌ها ارتباط برقرار کنند.
2. تونل‌سازی (Tunneling): در این روش، بسته‌های IPv6 درون بسته‌های IPv4 قرار می‌گیرند تا ترافیک IPv6 بتواند از شبکه‌های IPv4 عبور کند. این روش در موقعیت‌هایی که اتصال مستقیم به IPv6 در دسترس نیست، مفید است.
3. ترجمه آدرس شبکه (Translation): ترجمه آدرس شبکه (NAT) می‌تواند برای تبدیل ترافیک بین شبکه‌های IPv4 و IPv6 استفاده شود و ارتباط بین دو پروتکل را ممکن می‌سازد. با این حال، این روش ممکن است پیچیدگی و مشکلات عملکردی به همراه داشته باشد.

نتیجه‌گیری

در پایان، IPv6 یک پیشرفت چشمگیر نسبت به نسخه قبلی خود، IPv4، به حساب می‌آید. این پروتکل راه حلی برای محدودیت‌های کمبود آدرس ارائه می‌دهد و کارایی و امنیت شبکه را بهبود می‌بخشد. با گسترش اینترنت، درک IPv6 و طرح‌های آدرس‌دهی آن برای مدیران شبکه، توسعه‌دهندگان و کاربران بسیار حائز اهمیت است.

انتقال از IPv4 به IPv6 تنها یک نیاز فنی نیست؛ بلکه فرصتی برای بهره‌برداری کامل از پتانسیل اینترنت است. با پذیرش IPv6، سازمان‌ها می‌توانند شبکه‌های خود را برای آینده آماده کنند، از تعداد روزافزون دستگاه‌ها پشتیبانی کنند و ارتباطات روانی را در یک دنیای به‌هم‌پیوسته تضمین کنند.