IPv6 چیست؟ چالش‌ها و فرصت‌های جدید در دنیای ارتباطات

IPv6 یا Internet Protocol version 6 جدیدترین نسخه پروتکل اینترنت است که توسط IETF فرموله شده است. این پروتکل به شناسایی شبکه‌های کامپیوتری و هدایت ترافیک آنلاین کمک می‌کند. علاوه بر این، برای حل مشکلات و محدودیت‌های IPv4 طراحی شده است. در این مقاله می‌خواهیم نحوه عملکرد IPv6، ویژگی‌های کلیدی آن، مزایا و معایب و… این پروتکل را توضیح دهیم. با ادامه این مطلب ما را همراهی کنید.

IPv6 چیست؟

IPv6 جدیدترین نسخه پروتکل اینترنت است که توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) فرموله شده است. پروتکل اینترنت نسخه 6 (IPv6) یک پروتکل لایه شبکه است که امکان برقراری ارتباط از طریق شبکه را فراهم می‌کند. هر دستگاه متصل به شبکه دارای یک آدرس IP منحصر به فرد است که برای شناسایی و تعیین مکان آن استفاده می‌شود. در زمان انقلاب دیجیتال در دهه 1990، آشکار شد که آدرس‌های IP استفاده شده در پروتکل اینترنت نسخه 4 (IPv4)، برای پاسخگویی به تقاضا کافی نیستند و به یک پروتکل گسترده‌تر نیاز است.

به همین دلیل هم IETF به توسعه پروتکل اینترنت نسل بعدی پرداخت.IETF در دسامبر 1998 کار با IPv6 را آغاز کرد اما این پروتکل به صورت جهانی عرضه نشد. IPv6 در 14 جولای 2017 به عنوان استاندارد اینترنت برای عرضه جهانی تأیید شد.

محدودیت‌های IPv4 و نیاز به شروع کار با IPv6

IPv4 مخفف پروتکل اینترنت نسخه 4 است. این فناوری زیربنایی است که اتصال دستگاه‌های مختلف را به وب ممکن می‌کند. هر زمان که دستگاهی به اینترنت دسترسی پیدا می‌کند، یک آدرس IP عددی منحصر به فرد مانند 99.45.277.277 به آن اختصاص داده می‌شود. برای این که بتوان داده را با استفاده از اینترنت از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر ارسال کرد، به یک بسته داده نیاز است که شامل آدرس آی پی هر دو دستگاه باشد. 

آدرس‌های IPv4 به دلیل رشد سریع کاربران اینترنت، استفاده زیاد از دستگاه‌هایی مانند موبایل، لپ‌تاپ و رایانه، استفاده ناکارآمد از آدرس و دستگاه‌های همیشه روشن مانند مودم‌های کابلی در حال کاهش بودند. در کنار این مورد، فناوری‌هایی مانند Classful network، Classless inter-domain routing و ترجمه آدرس شبکه توسعه یافتند. تمامی این فناوری‌ها با اجرای پیشرفت‌هایی در اصل تخصیص آدرس و سیستم‌های مسیریابی وب در حل این مشکلات مؤثر عمل کردند. 

بسته IPv6 از 40 اوکتت گسترش یافته ساخته شده است تا کاربران بتوانند این پروتکل را بدون ایجاد اختلال در ساختار اصلی آن برای آینده نیز مقیاس بندی کنند. علاوه بر این، IPv6 یک آدرس 128 بیتی دارد و در کنار آن یک فضا برای آدرسی بزرگ‌تر اختصاص داده است. آدرس 128 بیتی به 8 گروه تقسیم می‌شود که هر کدام شامل 16 بیت می‌شوند. 

هر گروه دارای 4 عدد هگزادسیمال است و از دو نقطه (:) برای جدا کردن گروه‌ها از یکدیگر استفاده شده است. IPv6 یک هاست متصل به شبکه را با یک شناسه منحصر به فرد مخصوص زیرشبکه فراهم می‌کند. ساختار آدرس‌دهی IPv6 که در RFC 4291 ایجاد شده است، امکان برقراری سه نوع ارتباط متمایز را فراهم می‌کند. این موارد شامل روش های ارتباطی Unicast، Anycast و Multicast می‌شود.

انواع آدرس IPv6

آدرس‌های IPv6 به سه نوع اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:

Unicast، Multicast و Anycast.

در ادامه هر 3 مورد را توضیح می‌دهیم.

Unicast

این نوع آدرس خاص، مهم‌ترین نقش را در اکوسیستم IPv6 ایفا می‌کند. این آدرس تمایزهایی با زیرمجموعه Global Unique Addresses دارد که در سطح جهانی در دسترس هستند و برای استفاده در هر شبکه‌ای طراحی شده‌اند.

2001:581:f3d1:241f::/64

2a01:388:3d11:f124::/64

آدرس Loopback: در نسخه IPv4، این آدرس به صورت 127.0.0.1/8 نشان داده می‌شود، اما ما در IPv6 آن را مخفف می‌کنیم 1/128::

آدرس‌های محلی منحصر به فرد: دامنه دسترسی این آدرس به داخل سازمان محدود می‌شود. در IPv6 این آدرس به صورت زیر نوشته می‌شود:

fc00::/7

آدرس‌های Link-local: این آدرس‌ها در هر رابط مجهز به IPv6 وجود دارند؛ اما بسته‌های آن نمی‌توانند از رابط خارج یا وارد شوند. در نتیجه، تنها امکان استفاده محلی از آن وجود دارد. این آدرس معمولاً توسط برنامه‌ها و نرم‌افزارها استفاده می‌شود و با این موارد شروع می‌شود:

fe80::/10

Multicast

آدرس چندپخشی به شما این امکان را می‌دهد تا به طور هم‌زمان بسته‌های داده را از چندین منبع به گیرنده‌های مختلف دیگر ارسال کنید. بسته‌ای که به یک گروه Multicast تحویل داده می‌شود، همیشه یک آدرس منبع Unicast دارد. محدوده یک آدرس چندپخشی ff00::/8 است. در این محدوده، 8 بیت اول همیشه ff خواهد بود.

Anycast

این آدرس‌ها تقریباً شبیه به Multicast هستند. این آدرس گروهی از رابط‌های شبکه مختلف را به هم مرتبط می‌کند که از طریق یک آدرس مشترک با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. هر داده‌ای که به آدرس Anycast ارائه می‌شود، منحصراً به نزدیک‌ترین عضو گروه یا همان نزدیک‌ترین میزبان ارائه می‌شود.

IPv6 چگونه کار می‌کند؟

عملکرد IPv6 بر مفاهیم کلیدی زیر متکی است:

آدرس‌های IPv6

یک آدرس IPv6 از 128 بیت استفاده می‌کند که چهار برابر بیشتر از آدرس IPv4 است. IPv4 تنها 32 بیت استفاده می‌کرد. آدرس‌های IPv6 با استفاده از اعشار هگزادسیمال نوشته می‌شوند. در حالی که آدرس‌های IPv4 با اعشار نقطه دار نوشته می‌شوند. یک آدرس IPv6 از 32 عدد هگزادسیمال تشکیل شده است زیرا یک عدد هگزادسیمال از 4 بیت استفاده می‌کند. این اعداد در هشت گروه 4 تایی گروه بندی می‌شوند و با دو نقطه (:) جدا می‌شوند. به عنوان مثال، group6:، group7:، group8:، و غیره.

آدرس IPv6 را ممکن است با استفاده از تکنیک‌های مختلف کوتاه کنند تا طولانی نباشد. به عنوان مثال، 2001:0db8:0000:0000: 0000:7a6e: 0680:9668 ممکن است به 2001:0db8::7a6e: 680:9668 کوتاه شود. در اینجا صفرهای متوالی حذف شده و به جای آنها دو تا دو نقطه (::) قرار دادیم. 

آدرس شبکه و گره

در IPv4 از کلاس‌های آدرس برای تقسیم کردن یک آدرس به 2 جز استفاده می‌شد: یک جز شبکه بود و دیگری گره (Node). این مورد بعدها با پوشش زیرشبکه یا subnet mask جایگزین شد. به طور مشابه، در IPv6، یک آدرس به دو بخش تقسیم می‌شود. هر بخش 64 بیت دارد. 64 بیت بالایی جز شبکه و 64 بیت پایینی جز گره محسوب می‌شوند. بخش بالایی برای مسیریابی کاربرد دارد و بخش پایینی آدرس رابط یا گره را مشخص می‌کند. 

استفاده از URL

کاربران می‌توانند با استفاده از شبکه IPv4 به یک منبع شبکه مانند یک صفحه وب با آدرس HTTP://192.168.121/webpageOpens a new window دسترسی پیدا کنند. صفحات وب از طریق IPv6 نیز قابل دسترس هستند. البته تغییراتی در فرمت آنها ایجاد شده است. همان طور که پیش‌تر توضیح دادیم ادرسهای IPv6 حاوی دو نقطه به عنوان جداکننده هستند و باید در براکتهای مربعی قرار بگیرند. به عنوان مثال، HTTP://[2001:db8:4531:674::100e]/webpage.

IPv6 Loopback

آدرس Loopback رابطی شبیه به کامپیوتر دارد. در IPv6 آدرس Loopback به شکل 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001/128 است. می‌توان این آدرس را به صورت ::1/128 کوتاه کرد. روترها چه در پروتکل IPv4 چه در IPv6، بسته‌هایی را که دارای آدرس‌های نامشخص هستند، ارسال نمی‌کنند. آدرس نامشخص IPv6 به شکل ::/0 است. 

ویژگی‌های IPv6

همان طور که توضیح دادیم IPv6 برای غلبه بر کاستی‌های نسخه قبلی یعنی IPv4 طراحی شد و در عین حال تلاش بر آن بود تا قابلیت‌های اساسی IP را حفظ کند. این پروتکل ویژگی‌های مختلفی دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.

فضای آدرسی بزرگ‌تر

دلیل اصلی ایجاد این پروتکل ارائه راه‌حلی برای کمبود آدرس در پروتکل IPv4 بود. این نسخه برخلاف پروتکل قبلی 4 برابر بیت بیشتری را برای آدرس‌دهی دستگاه‌های موجود در اینترنت استفاده می‌کند. این بیت‌های اضافی فضای آدرسی مناسبی را برای تقریباً 3.4 x 10^ 38 دستگاه فراهم می‌کنند. یعنی هر متر مربع از سیاره ما این پتانسیل را دارد که حدود 1564 آدرس به آن اختصاص داده شود.

هدر ساده شده

هدر IPv6 فرمت ساده‌تری نسبت به هدر IPv4 دارد و همین امر پردازش آن را نیز آسان‌تر می‌کند. هدرهای IPv6 تنها دو برابر گسترده‌تر از IPv4 هستند حتی اگر آدرس‌های IPv6 چهار برابر بزرگ‌تر باشند. در ساختار جدید دو فیلد اختیاری و غیرضروری هدر به بخش اکستنشن که بعد از هدر IPv6 می‌آید، اضافه می‌شوند. 

اتصال End-to-end

به لطف IPv6 هر دستگاه یک آدرس آی پی منحصر به فرد دارد و برای عبور از اینترنت به NAT یا سایر عناصر ترجمه نیاز ندارد. پس از پیاده‌سازی کامل IPv6، هر هاست می‌تواند مستقیماً به هاست‌های دیگر موجود در اینترنت دسترسی پیدا کند، البته محدودیت‌هایی در قالب فایروال‌ها و سیاست‌های سازمانی وجود خواهد داشت.

کانفیگ خودکار

کانفیگ خودکار خود می‌تواند تأییدکننده منحصر به فرد بودن یک لینک باشد. در عین حال اطلاعاتی را که باید به صورت خودکار پیکربندی شوند، مشخص می‌کند. IPv6 کاری می‌کند تا ارتباطات بین‌المللی بدون توجه به وجود سرور مشترک ادامه پیدا کنند.

ارسال یا مسیریابی سریع‌تر

IPv6 دارای یک هدر ساده است که تمام اطلاعات اضافی را در انتها قرار می‌دهد. اطلاعات موجود در بخش جلویی هدر برای مسیریابی سریع کافی هستند. 

امنیت قوی‌تر از طریق IPSec

در حال حاضر امنیت پروتکل اینترنت (IPSec) یک ویژگی اختیاری برای IPv6 است. با این حال، IETF در ابتدا تصمیم گرفت که امنیت IPSec باید وجود داشته باشد تا IPv6 ایمن تر از IPv4 باشد. IPSec در لایه پردازش شبکه برای ایمن سازی آن استفاده می‌شود. 

قابلیت تحرک بیشتر

این قابلیت به هاست‌هایی مانند گوشی‌های تلفن همراه اجازه می‌دهد تا حتی در زمان رومینگ در مکان‌های مختلف به همان آدرس آی پی همیشگی متصل بمانند. این امر با استفاده از کانفیگ خودکار IP و هدرهای افزونه امکان‌پذیر می‌شود. 

انتقال روان

این پروتکل یک سیستم آدرسی گسترده را عرضه می‌کند که امکان تخصیص آدرس‌های IP متمایز را برای دستگاه‌های مختلف در سطح جهانی فراهم می‌کند. علاوه بر این، به دستگاه‌ها امکان برقراری ارتباط و دریافت داده‌ها را هم می‌دهد. از آنجایی که هدرها سبک‌تر هستند، امکان ارسال نیز سریع‌تر رخ می‌دهد و روترها نیز می‌توانند در این زمینه با سرعت بیشتری عمل کنند.

چالش‌های IPv6

درست است که IPv6 می‌تواند بسیاری از مشکلات را رفع کند؛ اما چالش‌هایی هم دارد. مشکل اصلی انتقال از IPv6 این است که با IPv4 سازگار نیست. در نتیجه، هنگام استفاده از آدرس IPv6 با شبکه‌ای که فقط از IPv4 استفاده می‌کند، مشکلات روتینگ و سیستم نام دامنه (DNS) رخ می‌دهد. در ادامه چالش‌های IPv6 را بررسی می‌کنیم.

مسائل امنیتی

درست است که این پروتکل نسبت به نسخه قبلی خود پیشرفت‌های زیادی داشته؛ اما هنوز آسیب‌پذیر است. به عنوان مثال، می‌توان هدرها را دست‌کاری کرد. برای اسکن آدرس IPv6 به زمان بیشتری نیاز است زیرا 4 برابر بزرگ‌تر از پروتکل قبلی است. به همین دلیل هم توصیه می‌شود ترافیک غیرضروری را فیلتر کنید. 

هزینه‌های بالا

همان طور که پیش‌تر اشاره کردیم مهاجرت از IPv4 به IPv6 کار ساده‌ای نیست. همه سازمان‌ها زیرساخت‌های لازم را برای انجام این کار ندارند. هزینه تکمیل زیرساخت‌ها هم بالا است. 

مشکلات DNS

اتصال شبکه به ابتدایی‌ترین اطلاعات نیاز دارد. این اطلاعات DNS نام دارند. با وجود IPv6 این امر می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. پیکربندی یک سرور DNS در شبکه IPv6 می‌تواند پیچیده باشد.

چالش‌های سازگاری با شبکه

درست است که IPv6 را آینده اینترنت در نظر می‌گیریم؛ اما هنوز بسیاری از ISPها این خدمات را ارائه نمی‌دهند. همین مسئله موجب می‌شود تا سازمان‌هایی که از IPv6 استفاده می‌کنند، مجبور شوند به دنبال ارائه‌دهندگانی باشند که چنین خدماتی را ارائه می‌دهند. 

رم DDR5 چیست؟ پیشنهاد می دهیم با مطالعه آن مقاله رم DDR5 بیشتر بشناسید.

مزایا و معایب IPv6

IPv6 مزایا و معایبی دارد که در این بخش به آنها اشاره می‌کنیم.

مزایا:

• مسیریابی سیستماتیک
• ظرفیت بیشتر
• بدون نیاز به زیرشبکه
• امنیت بیشتر
• جریان داده کارآمد

معایب IPv6:

• سازگاری و انتقال تدریجی
• دشوار بودن تبدیل IPv4 به IPv6
• چالش‌برانگیز بودن یادگیری و تطبیق با زیرشبکه IPv6

لایو استریم چیست؟ برای آشنایی بیشتر می توانید مقاله مورد نظر را مطالعه نمایید.

تفاوت IPv6 با IPv4

در بخش‌های قبلی ذکر کردیم که IPv4 با IPv6 تفاوت‌هایی دارد. در این بخش می‌خواهیم به صورت مختصر تفاوت ipv4 با IPv6 را بیاوریم. 

• آدرس‌دهی متفاوت: همان طور که توضیح دادیم اساسی‌ترین تفاوت این دو در نوع آدرس‌دهی است. 
• هدر ساده‌تر: این امر باعث مسیریابی کارآمدتر و بهبود سرعت اینترنت می‌شود.
• امنیت داخلی: IPv6 دارای ویژگی‌های امنیتی مانند IPsec است که یکپارچگی داده‌ها و قابلیت‌های رمزگذاری را افزایش می‌دهد.
• پیکربندی خودکار: دوران پیکربندی دستی IP گذشته است. IPv6 از مکانیزمی به نام پیکربندی خودکار آدرس SLAAC استفاده می‌کند که راه‌اندازی شبکه را برای دستگاه‌ها ساده می‌کند.
• عدم نیاز به NAT: ترجمه آدرس شبکه (NAT) راه‌حلی است که در IPv4 برای مدیریت آدرس‌های محدود استفاده می‌شود. IPv6 نیاز به NAT را از بین می‌برد و ارتباط سرتاسری و مستقیم بیشتری را امکان‌پذیر می‌کند.
• Multicasting پیشرفته: IPv6 برای ارسال داده به صورت هم‌زمان به چندین گیرنده کارآمدتر عمل می‌کند و همین مسئله برنامه‌هایی مثل کنفرانس ویدئویی و بازی‌های آنلاین را بهبود می‌بخشد. 

سخن نهایی

درست است که مدتی است IPv6 عرضه شده اما هنوز به طور کامل پیشرفت نکرده است. با این حال این پروتکل برای رشد اینترنت نیاز است و نقشی حیاتی در آینده نت ایفا خواهد کرد. برای بهره بردن از این فناوری، سازمان‌ها باید اهمیت IPv6 را درک کنند و برای پذیرش آن آماده شوند.