پروتکل اینترنت نسل ۶ یا IPv6 چیست؟

آدرس IP یا Internet Protocol Address در واقع روشی برای آدرس‌دهی جهت اتصال به شبکه مخصوصاً شبکه‌های بین‌المللی مثل اینترنت در کامپیوتر است. از زمان شکل‌گیری اولین نسخه اینترنت، شکل‌های آدرس‌دهی مختلفی وجود داشته و به‌روزرسانی شده‌است که در حال حاضر از دو استاندارد IPv4 و  IPv6 استفاده می‌شود.

بااینکه IPv4 می‌توانست کامپیوترها را از هم تفکیک کند اما یک مشکل داشت؛ تعداد دستگاه‌هایی که می‌توانست برای کدگذاری پشتیبانی کند تنها نزدیک به 4.3 میلیارد دستگاه بود. کسی فکر نمی‌کرد که روزی تعداد کامپیوترهای دنیا از این رقم بالاتر برود. امروز حتی لوازم‌خانگی مانند تلویزیون و لوازم آشپزخانه هم به اینترنت و شبکه وصل می‌شوند و نیاز به آدرس‌دهی دارند. بنابراین برای آدرس‌دهی دستگاه‌های جدید نیاز به استاندارد جدیدی به‌وجود آمد تا تعداد بسیار بالاتری از کامپیوترها را پشتیبانی کند.

پروتکل اینترنت نسل 6 یا IPv6 چیست؟

پروتکل نسخه ۶ یا IPv6، جدیدترین و احتمالا آخرین نسخه پروتکل اینترنت است که با هدف برطرف کردن مشکلات IPv4 یا همان پروتکل فعلی اینترنت توسعه داده شد. با افزایش تصاعدی کاربران اینترنت،‌ مشکل  کمبود IP در نسل ۴ پروتکل اینترنت مطرح شد؛ IPv4 فقط ۴ میلیارد آدرس را در اختیار کاربران قرار دهد اما IPv6 می‌تواند 128 بیت را نشانه‌گذاری کند که این یعنی 2 به توان 128 دستگاه با این قرارداد یا پروتکل قابل نشانه‌گذاری است.

IPv6 تمامی نیازهای احتمالی اینترنت آینده را پاسخگو خواهد بود؛ به همین علت، از آن به عنوان نسل دوم اینترنت نیز یاد می‌کنند.

چرا نسخه جدید IP‌ توسعه یافت؟

نسل چهار IP، در اوایل دهه ۸۰ میلادی توسعه یافت و تعداد IP در نظر گرفته شده (تقریبا ۴٫۳ میلیارد) در آن زمان، بیش از حد به نظر می‌رسید؛ اما امروزه تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت افزایش یافته و این پروتکل دیگر قادر به تامین تعداد IP مورد نیاز نیست. IPv6 عرضه شد تا نقص‌ها و کمبود‌های IPv4 را پوشش دهد و نسل جدید اینترنت را رقم بزند. در این پروتکل جدید چه مواردی بهبود یافته است؟

• IPv6 ویژگی‌های امنیتی ارائه می‌کند که می‌توان با استفاده از آن اطلاعات را قبل از ارسال رمزنگاری کرد. این درحالی‌ست که در نسخه ۴ ویژگی امنیتی ارائه نمی‌شد.
• با اینکه در IPv4‌ امکاناتی برای اولویت‌بندی داده‌ها وجود داشت اما این ویژگی‌ها عملکرد چندان مناسبی نداشتند.
• در نسخه ۴ IP، آدرس سرویس‌گیرندگان فعال به‌صورت دستی پیکربندی می‌شوند یا برای این‌کار نیاز به مکانیزم پیکربندی دارند. در IPv6 پروتکل پیکربندی خودکار (اتوماتیک) وجود دارد و این مشکل را برطرف می‌کند.

ویژگی‌های IPv6

IPv6 با حفظ ویژگی‌های اساسی آدرس IP، دوباره طراحی شد. در این بخش به ویژگی‌های جدید آن می‌پردازیم.

فضای آدرس‌دهی بیشتر

IPv6 برخلاف IPv4، از ۴ بیت بیشتر برای آدرس دهی دستگاه یا شبکه استفاده می‌کند؛ به عبارت دیگر، آدرس مبدا و مقصد از 32 بیت به 128 بیت تغییر کرده و فضای آدرسی بسیار بزرگتری را پوشش می دهند. نکته جالب اینکه با این حجم آدرس‌، می‌توان 1564 آدرس به هر مترمربع از زمین اختصاص داد!

هدر ساده شده نسخه 6

هدر IPv6 نسبت به ورژن ۴، ساده‌تر و استفاده از آن راحت‌تر شده است؛ چرا که همه گزینه‌ها و اطلاعات غیرضروری موجود در هدر، به انتهای آن منتقل شده است. هدر IPV6 از دو قسمت فیلدهای اجباری و فیلدهای توسعه‌ای و یا Extension Header تشکیل شده است. فیلدهای اجباری همیشه در هدر IPV6 وجود دارند اما Extension Header ها را می‌توان در صورت لزوم به هدر اضافه کرد. فیلد Flow Label به هدر IPv6 اضافه شده و فیلدهای Fragmentation/Reassembly، Checksum و Option از آن حذف شده‌اند.

اتصال End-to-end

End-to-end connectivity باعث می‌شود امکان ارسال  بسته‌های اطلاعات بدون نیاز به عناصر واسط شبکه، مثل NAT، فراهم شود. همان‌طور که اشاره کردیم، آدرس‌های IPv4 محدودند و به دلیل کمبود آدرس‌ها، در موقعیت‌های مختلف نیاز به NAT وجود دارد. Network Address Translation به اختصار NAT، در کاربردهای Peer-to-Peer مثل VOIP عملکرد خوبی ندارد. برای رفع این مشکل، IPv6 نیاز به NAT را برطرف کرده و اتصال End-to-End را کارآمد می‌کند تا بهترین عملکرد را داشته باشد.

Auto-configuration

هنگام تنظیم آدرس IP این ویژگی یک عدد تصادفی برای پرکردن بیت‌های مورد نیاز کارت شبکه تولید می‌کند و هرچند وقت یک‌بار شماره جدیدی ایجاد می‌کند. این امر به مدیریت آسان‌تر شبکه کمک می‌کند و این امکان را می‌دهد که مک آدرس دستگاه پنهان بماند. همچنین این ویژگی به هر دستگاه قابلیتی می‌دهد تا بتواند آدرس IP خود را با یک روتر پیکربندی کرده و هزینه‌های مدیریت شبکه خود را با استفاده از IPv6 کاهش دهد.

امنیت بیشتر با IPSEC

IPv6 برای ایجاد امنیت بیشتر برای شبکه و محافظت از اطلاعات، مجهز به مکانیزم امنیتی IPSEC شده است. این مکانیزم از مجموعه ای از پروتکل‌ها تشکیل شده و از تبادل امن اطلاعات‌ در لایه IP با کمک سرویس های امن رمزنگاری پشتیبانی می‌کند. استفاده از این ویژگی در IPv6 اختیاری است.

انواع آدرس‌دهی در IPv6

پروتکل اینترنت نسخه 6 چندین حالت آدرس‌دهی ارائه می‌کند که این روش‌ها می‌توانند یک پاکت داده را در یک فرایند واحد به چندین میزبان در شبکه ارسال نماید. به این قابلیت مولتی کستینگ (Multicasting) نیز گفته می‌شود که با استفاده از آن، می‌توان پهنای باند و زمان کمتری صرف ارسال بسته‌های داده کرد.

Unicast

در حالت آدرس‌دهی unicast، یک میزبان IPv6 به طور منحصر به فرد در شبکه مشخص می شود و مجهز به یک آدرس IP یکتا است. هر بسته IPv6 شامل آدرس IP منبع و مقصد است؛ هنگامی که یک سوئیچ شبکه یا روتر یک بسته IP unicast دریافت می کند، رابط خروجی خود را به آن میزبان خاص متصل کرده و بسته را ارسال می‌کند.

(تصویر)

Multicast

حالت آدرس‌دهی Multicast در پروتکل IPv6 مانند حالت IPv4 است. بسته‌ای که برای چندین میزبان در نظر گرفته شده است، توسط یک آدرس ویژه مولتی‌کست ارسال می‌شود. همه میزبانانی که به آن اطلاعات علاقه دارند، باید ابتدا به آن گروه چند رسانه ای بپیوندند. رابط‌هایی که به این گروه ملحق شده‌اند، بسته Multicast را دریافت کرده و آن را پردازش می‌کنند؛ در حالی که سایر میزبان‌هایی که به بسته‌های چند رسانه‌ای علاقه ندارند این اطلاعات را دریافت نمی‌کنند.

Anycast

حالت آدرس‌دهی Anycast قابلیت جدیدی است که توسط IPv6 معرفی می‌شود. در این حالت، به تعدادی از رابط‌های شبکه، آدرس IP Anycast اختصاص داده می‌شود. اگر میزبان مایل به ارتباط با میزبان مجهز به آدرس IP Anycast باشد، یک پیام Unicast ارسال می کند. به لطف مکانیزم پیچیده مسیریابی، این پیام به نزدیک‌ترین میزبان فرستنده ارسال می شود.

ساختار IPv6

یک آدرس IPv6 از 128 بیت ساخته شده که به هشت بلوک 16 بیتی تقسیم می‌شود. سپس هر بلوک به اعداد هگزادسیمال 4 رقمی تبدیل می شود که با نمادهای کولون جدا می شوند.

برای مثال، در زیر آدرس IPv6 که به صورت 128 بیتی است، در قالب باینری نشان داده شده و به هشت بلوک 16 بیتی تقسیم شده است:

0010000000000001 0000000000000000 0011001000111000 1101111111100001 0000000001100011 00000000000000000000000000000000 1111111011111011

سپس هر بلوک به هگزادسیمال تبدیل شده و با نماد ‘:’ از هم جدا می شود:

2001: 0000: 3238: DFE1: 0063: 0000: 0000: FEFB

البته حتی پس از تبدیل آدرس 0 و 1 به فرمت هگزادسیمال، آدرس IPv6 طولانی است. IPv6 قوانینی برای کوتاه شدن آدرس ارائه می دهد که به شرح زیر است:

1. حذف صفرهای اصلی:

در مثال بالا، در بلوک 5، 0063، دو عدد 0 را می‌توان حذف کرد و آدرس را به صورت زیر نوشت:

2001: 0000: 3238: DFE1: 63: 0000: 0000: FEFB

1. حذف دو بلوک یا بیشتر متشکل از 0:

اگر دو بلوک یا بیشتر شامل صفرهای متوالی باشند، همه آن‌ها را حذف کرده و با علامت دو کولون :: جایگزین می‌شود:

2001: 0000: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

توجه داشته باشید که فقط یک‌بار می‌توان بلوک‌های متوالی صفرها را با :: جایگزین کرد و بلوک‌های صفر دیگر در آدرس را می‌توان تا یک صفر کاهش داد، مانند (بلوک دوم):

2001: 0: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

شناسه رابط (Interface ID)

IPv6 دارای سه نوع مختلف طرح آدرس Unicast است. نیمه دوم آدرس (64 بیت آخر) همیشه برای شناسه رابط استفاده می‌شود. آدرس MAC یک سیستم از 48 بیتی تشکیل شده و به صورت هگزادسیمال نشان داده شده است. آدرس‌های MAC در سراسر جهان منحصر به فرد در نظر گرفته می‌شوند و شناسه رابط از این آدرس MAC یکتا استفاده می‌کند.

آدرس جهانی Unicast

این آدرس معادل آدرس عمومی IPv4 است. آدرس های Unicast جهانی در IPv6 در سطح جهانی قابل شناسایی و آدرس‌دهی منحصر به فرد هستند.

پیشوند روتینگ جهانی: مهمترین 48 بیت است که به عنوان پیشوند مسیریابی جهانی تعیین می‌شود و به هر سیستم مستقل اختصاص داده می‌شود. سه بیت مهم پیش شماره Global Routing Prefix همیشه روی 001 تنظیم شده است.

لینک- لوکال آدرس

آدرس‌های لوکال فقط برای ارتباط بین میزبان‌های IPv6 در لینک استفاده می‌شوند. این آدرس‌ها قابل مسیریابی نیستند، بنابراین روتر هرگز این آدرس‌ها را خارج از لینک ارسال نمی‌کند.

آدرس IPv6 با پیکربندی خودکار به عنوان آدرس لینک لوکال شناخته می‌شود. این آدرس همیشه با FE80 شروع می‌شود و 16 بیت اول آدرس پیوند محلی همیشه روی 1111 1110 1000 0000 (FE80) تنظیم می‌شوند. 48 بیت بعدی روی 0 تنظیم می‌‌شود، بنابراین آدرس به‌صورت زیر خواهد بود:

یونیک- لوکال آدرس

این آدرس IPv6 در سطح جهانی یونیک است اما باید از آن در ارتباطات محلی استفاده شود. نیمه اول این آدرس بین پیشوندها، بیت لوکال، شناسه جهانی و Subnet ID تقسیم می‌شود و نیمه دوم حاوی Interface ID است. پیشوند این آدرس همیشه روی 1111 110 تنظیم می‌شود. اگر آدرس به‌صورت محلی تعیین شده باشد، بیت L روی 1 تنظیم می‌شود. تا کنون معنای بیت L با رقم 0 تعریف نشده است؛ بنابراین آدرس IPv6 محلی منحصر به فرد، همیشه با "FD" شروع می‌شود.

IPv6- آدرس‌های ویژه

آدرس‌های نسخه 6 پروتکل اینترنت دارای ساختار IP کمی پیچیده‌تر از آدرس IPv4 است. IPv6 چند آدرس و نشانه آدرس را برای اهداف خاص استفاده کرده است. به جدول زیر را توجه کنید:

 

همان‌طور که در جدول نشان داده شده است، آدرس 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0/128 موردی را مشخص نمی‌کند و آدرس نامشخصی است که پس از ساده‌سازی، همه 0 ها به ::/128 فشرده می شوند.

در IPv4، آدرس 0.0.0.0 با netmask اعداد 0.0.0.0 نشان‌دهنده مسیر پیش‌فرض است. همین مفهوم در IPv6 نیز اعمال شده است، آدرس 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 با Netmask همه 0 ها نشان‌دهنده مسیر پیش‌فرض است. پس از اعمال قانون IPv6، این آدرس به شکل ::/0 خلاصه می‌شود.

آدرس‌های Loopback در IPv4 با 127.0.0.1 تا 127.255.255.255 سری نمایش داده می‌شوند اما در IPv6، تنها 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1/128 نشان‌دهنده آدرس Loopback است. پس از آدرس حلقه، می‌توان آن را به‌صورت :: 1/128 نشان داد.

ارتباطات در IPv6

در IPv4، میزبانی که می‌خواهد با میزبان دیگر در شبکه ارتباط برقرار کند، باید از طریق DHCP یا پیکربندی دستی صاحب آدرس IP شود. به‌ محض اینکه میزبان به آدرس IP معتبر مجهز شود، می‌تواند با هر میزبان دیگری در ساب‌نت ارتباط برقرار کند. برای برقراری ارتباط در لایه 3، یک میزبان باید آدرس IP میزبان دیگر را نیز بداند. برای اطلاع از آدرس MAC میزبانی که آدرس IP آن مشخص است، میزبان پخش ARP را ارسال می کند و در عوض، میزبان مورد نظر آدرس MAC خود را ارسال می‌کند.

در نسخه ۶ لازم نیست که میزبان IPv6، دارای آدرس IP از DHCP باشد یا دستی پیکربندی شود اما میزبان می‌تواند IP خود را به‌صورت خودکار پیکربندی کند.

قابلیت جابجایی در IPv6

وقتی میزبان به لینک یا شبکه متصل می‌شود، آدرس IP ویژه خود را دریافت می‌کند و تمام ارتباطات با استفاده از آن آدرس IP در آن شبکه انجام می‌شود. به‌محض این‌که همان میزبان مکان فیزیکی خود را تغییر می‌دهد، یعنی به منطقه، ساب نت، شبکه یا لینک دیگری منتقل می‌شود، آدرس IP نیز مطابق آن تغییر می‌کند و تمام ارتباطاتی که با استفاده از آدرس IP قدیمی روی میزبان انجام می‌شود، کاهش می‌یابد اما قابلیت جابجایی IPv6 مکانیزمی را برای میزبان فراهم می‌کند تا در پیوندهای مختلف بدون از دست دادن هیچ‌گونه ارتباط، اتصال و آدرس IP آن، حرکت کند.

جمع‌بندی

IPv4 از سال 1982، لیدر اینترنت بوده و با پرشدن فضای آدرس IPv6 ،IPv4 اکنون کنترل اینترنت را در دست گرفته است که از آن به عنوان اینترنت نسل ۲ نیز یاد می‌شود. IPv4 به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود و مهاجرت به IPv6 آسان نخواهد بود. تا کنون IPv6 توانسته در کمتر از 1 درصد فضای آدرس IPv4 نفوذ کند.

در 06 ژوئن 2012 ، جامعه اینترنتی به طور رسمی IPv6 را راه‌اندازی کرد. امروزه همه ISP هایی که IPv6 را ارائه می‌دهند، باید آن را در حوزه عمومی فعال کرده و آن را فعال نگه دارند. همچنین همه سازندگان دستگاه‌ها نیز برای ارائه IPv6 به صورت پیش‌فرض فعال مشارکت کردند. این گام بزرگی برای تشویق جامعه اینترنتی برای مهاجرت به IPv6 بود.

روش‌های زیادی برای مهاجرت از IPv4 به IPv6 به سازمان‌ها پیشنهاد شد و همچنین سازمان‌هایی که مایل به آزمایش IPv6 قبل از تغییر کامل هستند، می‌توانند IPv4 و IPv6 را به طور هم‌زمان اجرا کنند. شبکه‌های نسخه IP مختلف می‌توانند باهم ارتباط برقرار کرده و داده‌های کاربر را برای حرکت به طرف دیگر تنظیم کنند.

چشم‌انداز آینده IPv6

نسخه 2 اینترنت با پروتکل IPv6 فعال، جایگزین اینترنت مجهز به IPv4 امروزی خواهد شد.

هنگامی که اینترنت با IPv4 راه‌اندازی شد، کشورهای توسعه‌یافته از جمله ایالات متحده و اروپا، فضای بسیاری از IPv4 را برای استقرار اینترنت در این کشورها در نظر گرفتند تا نیازهای آینده را در نظر داشته باشند اما اینترنت در همه کشورها فراگیر شد. بدین ترتیب نیاز به فضایی بیشتر از آدرس IPv4 ایجاد شد.

تا به امروز ایالات متحده و اروپا فضای آدرس IPv4 بسیاری برای خود باقی گذاشته‌اند و کشورهایی مانند هند و چین مجبورند با استفاده از IPv6 نیاز به فضای بیشتر IP خود را برطرف کنند. IPv6 در خارج از ایالات متحده و اروپا، بیشتر استفاده می‌شود؛ هند و چین در حال حرکت به جلو برای تغییر کل فضای خود به IPv6 هستند.

پس از 06 ژوئن 2012، همه ISP های اصلی به IPv6 منتقل شدند و بقیه آن‌ها هنوز درحال حرکت هستند. IPv6 فضای آدرس بسیاری را فراهم می‌کند و برای گسترش خدمات اینترنتی امروزی طراحی شده است. نسل دوم اینترنت غنی از ویژگی‌های کاربردی است و حتی ممکن است قابلیت‌هایی فراتر از حد انتظار ارائه شود.