مقایسه IPv4 و IPv6 + استراتژی گذار از به IPv6

تفاوت IPv4 و IPv6 چیست و اساسا چه نیازی به آی‌پی وی ۶ داریم؟ اگر برای شما هم این سوالات پیش آمده، در این مقاله قصد داریم به آنها پاسخ دهیم و به ویژگی‌ها و تفاوت‌های این دو نسخه بپردازیم. مهمترین فرق IPv4 و IPv6 در طول این آدرس‌ها، نحوه نمایش، نحوه تامین امنیت، تعداد آدرس‌ها و … مشخص می‌شود.

برای اتصال دستگاه‌‌های مختلف به اینترنت، به یک آدرس IP منحصربه‌فرد برای هر دستگاه نیاز دارید. این آدرس‌های IP را به‌طور کلی در دو‌ نسخه IPv4 و IPv6 دسته‌بندی می‌کنند. در ادامه بیشتر درباره هریک از آن‌ها توضیح داده و می‌بینیم که تفاوت‌های اصلی آن‌ها در چیست.

آدرس IP و نسخه‌های مختلف آن

قبل از پرداختن به انواع تفاوت IPv4 و IPv6 بهتر است روی این آدرس‌ها و ویژگی‌های هر یک مروری داشته باشیم. آدرس IP (Internet Protocol Address) شامل مجموعه‌ای از قوانین بوده و به‌عنوان یک شناسه منحصربه‌فرد در اتصال دستگاه‌های مختلف به اینترنت استفاده می‌شود. با استفاده از این آدرس امکان مسیریابی و آدرس‌دهی بسته‌های داده در دنیای وب فراهم می‌شود تا اطلاعات بتوانند از شبکه‌های مختلف به درستی عبور کرده و به مقصد برسند.

IPv4 برای آدرس‌دهی تعداد دستگاه‌های محدودتر روزهای ابتدایی اینترنت کاملا کافی به نظر می‌رسید. اما در سال‌های اخیر تعداد کاربران اینترنت به شکل غیرقابل کنترلی افزایش پیدا کرده و درنتیجه برای فراهم کردن امکان دسترسی برای همه، نیاز است تا محدودیت‌های موجود از بین برود. به همین دلیل بود که IPv6 معرفی شد. بیایید با هم هر یک از این نسخه‌ها را بررسی کنیم تا ببینیم تفاوت IPv4 و IPv6 چیست.

بیشتر بخوانید: IP چیست؟

IPv4 چیست؟

گفتیم که IP قوانینی را برای عملکرد شبکه‌های کامپیوتری براساس تبادل اینترنت ایجاد می‌کند. براساس این قوانین، دستگاه‌های متصل به شبکه از طریق یک سیستم آدرس‌دهی منحصربه‌فرد شناسایی می‌شوند. IPv4 چهارمین نسخه از این آدرس‌ها و یک عدد ۳۲ بیتی است و امکان ذخیره تا ۴.۲۹ میلیارد (۳۲^۲) آدرس را فراهم می‌کند. افزایش روز به روز کاربران اینترنت باعث شد تا این نسخه از آدرس‌های IP توان پاسخگویی به نیاز آن‌ها را نداشته باشند؛ چرا که در دنیای اینترنت، آدرس هر دستگاه باید منحصر به فرد باشد. مهمترین تفاوت IPv4 و IPv6 در همین جا مشخص می‌شود. البته نباید از یاد برد که در طول دهه‌های گذشته، راهکارهای متعددی از جمله NAT، ترجمه کلاس‌های داخل دامنه‌ای، ترجمه آدرس پورت و mask با طول متغیر ابداع شد تا همچنان بتوان بدون پیش آمدن مشکل تداخل آدرس‌ها، از تعداد محدود آدرس‌های IPv4 برای تمامی دستگاه‌های متصل به شبکه در سطح جهان استفاده کرد. با این حال این ابداعات کافی نبود و به همین دلیل ایده نسخه ارائه نسخه پیشرفته‌تر آی‌پی یعنی IPv6 مطرح شد.

یک آدرس IPv4 می‌تواند ۱۷۲.۱۶.۲۵۴.۱ باشد که در حالت باینری به شکل زیر است:

10101100.00010000.11111110.00000001

به هر یک از این بخش‌های آدرس که از طریق نقطه از هم جدا شده‌اند، یک اوکتِت (Octet) گفته می‌شود. طول هر اوکتت ۸ بیت است و می‌تواند بین ۰ تا ۲۵۵ باشد. با توجه به این‌که در این آدرس‌دهی، ۴ اوکتت داریم، در نهایت می‌توانیم ۲ به توان ۳۲ آدرس داشته باشیم. البته باید اشاره کینم که جزئیات آدرس‌های آی‌پی نسخه ۴ از جمله ساب‌نِتینگ بیش از این‌ها است و پرداختن به همه آنها در این مقاله نمی‌گنجد.

ویژگی‌های IPv4

بررسی ویژگی‌های این نسخه از آدرس IP به درک فرق IPv4 و IPv6 کمک می‌کند. مهمترین ویژگی‌های IPv4 عبارت است از:

• پروتکل بدون اتصال (Connectionless)
• امکان ایجاد یک لایه ارتباط مجازی ساده روی دستگاه‌های متنوع
• نیاز به حافظه کمتر و سهولت به خاطر سپردن آدرس‌ها
• پشتیبانی پروتکل توسط میلیون‌ها دستگاه

همه این‌ها از ویژگی‌های مهمی است که باعث تا قبل از معرفی IPv6، این نسخه به بهترین شکل نیاز کاربران اینترنت را فراهم کند. 

IPv6 چیست؟

اگر IPv6 را هم بررسی کنیم، بهتر متوجه تفاوت IPv4 و IPv6 می‌شوید. با افزایش نیاز و تقاضای اتصال به اینترنت، در سال ۱۹۹۹ پروتکل جدید اینترنت تحت عنوان IPv6 معرفی شد. پروتکل IPv6 یک آدرس ۱۲۸ بیتی است که امکان ذخیره و پشتیبانی تا ۲ به توان ۱۲۸ آدرس را فراهم می‌کند که معادل یک عدد ۳۹ رقمی است. 

نحوه نمایش IPv6 با نسخه ۴ بسیار متفاوت است. به عنوان نمونه، آدرس IPv6 زیر را مشاهده کنید:

2620:cc:8000:1c82:544c:cc2e:f2fa:5a9b

در این آدرس به جای ۴ گروه عددی که در نسخه ۴ داشتیم، هشت گروه عددی را می‌بینیم که با دو نقطه (:) از هم جدا شده‌اند. با توجه به این‌که این ۸ قسمت در مبنای ۱۶ (هگزا دسیمال) نوشته می‌شوند می‌توانند شامل اعداد صفر تا ۹ و حروف a تا f باشند. هر یک از این ۸ بخش نشانگر یک عدد ۱۶ بیتی است و بنابراین در مجموع می‌توانیم یک عدد ۱۲۸ بیتی یا ۲ به توان ۱۲۸ آدرس را داشته باشیم.

ویژگی‌های IPv6

برای مقایسه بهتر فرق IPv4 و IPv6 بیایید ویژگی‌های این نسخه از آدرس IP را هم بررسی کنیم. 

• دارای زیرساخت آدرس‌دهی و مسیریابی سلسله مراتبی
• پیکربندی Stateful و Stateless
• پشتیبانی از کیفیت خدمات یا QoS (مخفف Quality of Services)
• یک پروتکل ایده‌آل برای تعامل نودهای همجوار

بیشتر بخوانید: تفاوت stateful و stateless چیست؟

تفاوت ipv4 با ipv6 چیست؟

هر یک از نسخه‌های آدرس IP نسل ۴ و ۶ را به‌طور جداگانه بررسی کردیم. هر کدام از این نسخه‌ها ویژگی‌های خاص خود را داشته و از مزایا و معایب خود برخوردار هستند. بیایید به طور دقیق‌تر ببینیم تفاوت IPv4 و IPv6 چیست و از نظر ویژگی‌های مختلف، آن‌ها را مقایسه کنیم.

عملکرد

مهمترین فرق IPv4 و IPv6 به اندازه آدرس‌های IP مربوط می‌شود. در حالی که IPv4 یک آدرس ۳۲ بیتی است، IPv6 یک آدرس ۱۲۸ بیتی بوده و در نتیجه فضای گسترده‌تری را فراهم می‌کند. با توجه به این مسئله که تعداد آدرس‌های IP در‌ دستگاه‌های مختلف در آینده غیرقابل پیش‌بینی است، این تغییرات در نسخه ipv6 بسیار کاربردی است. تخمین زده شده که در هر متر مربع از سطح کره زمین، ۴x۱۰^۱۸ آدرس IPv6 وجود دارد. استفاده از یک سلسله مراتب مشابه CIDR در کدگذاری آدرس‌های IPv6 به سادگی روتینگ کمک می‌کند.

فرمت هدر IP

دیگر تفاوت IPv4 و IPv6 در فرمت IP Header است. برخی دامنه‌های اضافی در هدر IPv4 وجود دارد که یا حذف شده یا به‌عنوان هدرهای توسعه یافته در آدرس‌های IPv6 لیست شده‌اند. به عنوان مثال، IPv6 مواردی از جمله فلگ یا چِکسام را در هدر ندارد. تفاوت دیگر در این است سایز هدر IPv4 بسته به گزینه‌های اضافی می‌تواند بین ۲۰ تا ۶۰ بایت (شامل ۴۰ بایت مربوط به گزینه‌های اضافی) باشد اما این میزان در IPv6 به صورت ثابت ۴۰ بایت است. همچنین همان‌طور که اشاره کردیم، آدرس‌های آی‌پی نسخه ۴ طول ۳۲ بیتی و آدرس‌های نسخه ۶ طول ۱۲۸ بیتی دارند. البته تفاوت‌های هدر این دو نسخه بسیار بیشتر از این موارد هستند و در این مقاله قصد پرداختن به آنها را نداریم.

پشتیبانی از گزینه‌های اضافی

همان‌طور که اشاره کردیم، هدر نسخه ۴ بر خلاف نسخه ۶ شامل قسمتی برای گزینه‌های اضافی تحت عنوان Options است. اما در نسخه ۶، گزینه‌های اضافی در یک هدر گسترش سافته و مجزا قرار می‌گیرد. این یکی از مهمترین مواردی است که نشان می‌دهد تفاوت IPv4 و IPv6 چیست. در IPv6 تا زمانی که یک روتر مشخص نشود، هدر پردازش نمی‌شود و این به بهبود عملکرد مسیریابی کمک می‌کند. همچنین الزامات سختگیرانه برای طول گزینه‌های اضافی، در IPv6 کاهش یافته و هر زمان نیاز داشته باشید، می‌توانید گزینه‌های جدیدی را اضافه کنید. این ویژگی‌های اضافه که در هدر جداگانه قرار می‌گیرند شامل مواردی از جمله پشتیبانی از امنیت لایه IP (IPSEC)، جامبوگرامو … هستند.

فرق IPv4 و IPv6 از نظر امنیت شبکه

تفاوت IPv4 و IPv6 از نظر امنیت کاملاً مشهود است. امنیت پروتکل اینترنت یا IPSec در آدرس‌های IPv4 اختیاری بوده و یا به پرداخت پشتیبانی نیاز دارد. این در حالی است که IPSec در IPv6 یک گزینه ضروری است. همچنین ویژگی‌های تأیید هویت و سازگاری داده‌ها به IPv6 اضافه شده که به افزایش امنیت و محرمانه بودن شبکه کمک می‌کند. 

سرعت عملکرد

در مقایسه IPv4 با IPv6 به‌راحتی می‌توان متوجه شد که IPv6 به دلیل عدم ترجمه آدرس شبکه (NAT) از سرعت بیشتری برخوردار است. دلیل این مسئله، آن است که اپراتورها نمی‌توانند آدرس‌های IPv4 منحصربه‌فردی را برای همه مشترکین ارائه کنند. به عبارتی برای برخی از افرادی که به دنبال سرعت بالا هستند، IPv6 در واقع انتخاب بهتری است.

IPv4 بهتر است یا IPv6؟ 

با مقایسه ویژگی‌های مختلف، بررسی کردیم که تفاوت IPv4 و IPv6 چیست. در جدول زیر، تمام قابلیت‌ها و ویژگی‌های مختلف این دو نسخه از آدرس IP را می‌توانید در یک نگاه مقایسه کرده و ببینید که آیا IPv4 بهتر است یا IPv6؟

ویژگی‌ها	Ipv4	Ipv6
طول آدرس	۳۲ بیتی	۱۲۸ بیتی
فیلدها	یک آدرس عددی متشکل از 4 فیلد که با «.» از هم جدا شده‌اند.	آدرس الفبایی متشکل از ۸ فیلد که با «:» از هم جدا می‌شوند.
نمایش آدرس	نمایش آدرس IP به صورت دسیمال	نمایش آدرس به صورت هگزادسیمال
تعداد اُکتت‌ها	از ۴ اکتت تشکیل شده	از ۸ فیلد تشکیل شده است و هر فیلد شامل ۲ اکتت ( تعداد کل اکتت ۱۶ است)
کلاس‌ها	شامل پنج کلاس از A تا E	بدون کلاس‌های IP
تعداد آدرس IP	۲ به توان ۳۲ معادل ۴.۲۹ میلیارد	۲ به توان ۱۲۸ معادل با یک عدد ۳۹ رقمی بسیار بزرگ
پشتیبانی از VLSM برای تبدیل شبکه، به شبکه‌های کوچکتر	دارای پشتیبانی از VLSM	عدم پشتیبانی VLSM
پیکربندی آدرس	پشتیبانی از پیکربندی دستی و DHCP	پشتیبانی از پیکربندی دستی، DHCP، پیکربندی خودکار و شماره‌گذاری مجدد
پشتیبانی از SNMP برای مدیریت سیستم	پشتیبانی می‌شود	پشتیبانی نمی‌شود
یکپارچگی اتصال انتها به انتها	عدم پشتیبانی	دارای یکپارچگی اتصال End to End
ویژگی‌های امنیتی	در IPv4، امنیت به اپلیکیشن بستگی داشته و این نسخه با در نظر گرفتن ویژگی‌های امنیتی طراحی نشده است.	ویژگی IPsec برای دستیابی به امنیت بالاتر، توسعه یافته است.
Fragmentation	توسط فرستنده‌ها و روترها انجام می‌شود	فقط توسط فرستنده‌ها انجام می‌شود
شناسایی جریان بسته	فاقد مکانیزمی برای شناسایی جریان بسته	استفاده از فیلد برچسب جریان در هدر برای شناسایی جریان بسته
فیلد Checksum	دارای فیلد checksum	فاقد فیلد checksum
طرح انتقال	broadcast به همراه پشتیبانی از Multicast و Unicast	Multicast و در نتیجه بهینگی بهتر در عملکرد شبکه – به همراه پشتیبانی از Unicast و Anycast
روند رمزگذاری و احراز هویت	عدم ارائه ویژگی رمزگذاری و احراز هویت	دارای ویژگی رمزگذاری و احراز هویت

با نگاهی به جدول بالا، می‌توان متوجه شد که چرا IPv6 برای کارکرد طولانی مدت اینترنت بسیار مهم است. به طور خلاصه مهم‌ترین مزایای IPv6 نسبت به IPv4 شامل این موارد است:

• مسیریابی بهینه‌تر به لطف عدم Fragmentation بسته‌ها
• پشتیبانی از QoS برای تفاوت قائل شدن بین بسته‌های حساس به تاخیر
• کنار گذاشتن NAT و افزایش فضای آدرس‌ها از ۳۲ به ۱۲۸ بیت
• پشتیبانی داخلی از IPsec
• پیکربندی خودکار Stateless و در نتیجه ساده‌ شدن فرایند مدیریت شبکه
• بهبود ساختار هدر آی‌پی و در نتیجه کاهش سربار پردازشی
• عدم نیاز به پیاده‌سازی Port Forward در بسیاری از دستگاه‌ها به دلیل امکان تخصیص آی‌پی پابلیک به همه دستگاه‌ها
• پشتیبانی از گزینه‌های اضافی بسیار بیشتر و عدم محدودیت این موارد به هدر اصلی (بر خلاف IPv4)

بررسی استراتژی گذار از IPv4 به IPv6

با درک تفاوت ipv4 و ipv6 ممکن است بخواهید ورژن جدید را جایگزین کنید. انتقال از IPv4 به IPv6 نیازمند درک و آشنایی با هر دو پروتکل، ویژگی‌ها و موانع احتمالی آن‌ها است و با پیچیدگی و چالش‌های خاص خود همراه است. با افزایش نیاز به پذیرش IPv6 توسط سازمان‌ها و کشورهای بیشتر، راهکارهایی مانند تونل‌سازی IPv6 و فناوری Dual-Stack برای ساده‌تر شدن فرآیند انتقال به وجود آمدند. برخی از چالش‌ها و‌ مشکلات گذار از IPv4 به IPv6 عبارت‌اند از:

• هزینه‌های لازم برای پیاده‌سازی IPv6 و‌ نیاز به سخت‌افزار، نرم‌افزار و سرمایه‌گذاری روی زیرساخت شبکه جدید
• مشکلات سازگاری IPv6 روی دستگاه‌ها و نرم‌افزارهای قدیمی و نیاز به آپدیت یا جایگزینی
• الزامات آموزشی برای آموزش کارکنان تیم فناوری اطلاعات و مدیران شبکه برای درک و مدیریت موثر شبکه‌های IPv6
• به‌روزرسانی سیاست‌های امنیتی و فایروال‌ها برای مدیریت ترافیک IPv6

با وجود همه این موانع، همچنان پذیرش و استفاده از IPv6 در حال افزایش است و سازمان‌ها در نهایت نسبت به انتقال به این پروتکل پیشرفته و امن‌تر، احساس نیاز خواهند کرد.

اگر قصد گذار از IPv4 به IPv6 را دارید احتمالا نیاز دارید برای مدتی، از هر دو نسخه به طور همزمان استفاده کنید. در این صورت استراتژی گذار شامل این راهکارها خواهد بود:

روش Dual stacking: با این راهکار می‌توانید به طور همزمان و در هر دستگاه، از هر دو نسخه آدرس استفاده نمایید. کمی بعدتر، در این مورد این راهکار، بیشتر توضیح می‌دهیم.

روش Tunneling: در این راهکار، تمامی کاربران داخل شبکه IPv4 برای ارتباط با شبکه‌ها یا دستگاه‌های مجهز به IPv6 از تانل استفاده می‌کنند.

NAT: با راهکار Network Address Translation، فرایند ترجمه، امکان ارتباط هاست‌ها با نسخه‌‌‌های مختلف آی‌پی با یکدیگر را فراهم می‌کند.

آیا امکان استفاده همزمان از IPv4 و IPv6 وجود دارد؟

با وجود چالش‌های استراتژی گذار از ipv4 به ipv6، ممکن است بخواهید از هر دو پروتکل استفاده کنید. معمولاً سازمان‌ها پس از بررسی تفاوت IPv4 و IPv6 می‌خواهند بدانند که آیا امکان استفاده همزمان از هر دو گزینه وجود دارد یا خیر؟! 

در واقع این امکان از طریق قابلیت Dual-Stack که به آن اشاره کردیم امکانپذیر است. زمانی که هر دو دستگاه ارتباطی، فناوری dual stack را به کار گیرند، می‌توانند بر سر استفاده از یکی از دو‌ نسخه IP توافق کنند.

فناوری Dual-Stack

فناوری Dual-Stack حین گذار و انتقال از IPv4 به IPv6 نقشی اساسی ایفا می‌کند. با استفاده از این فناوری، دستگاه‌ها امکان استفاده همزمان از هر دو پروتکل را خواهند داشت. dual-stack تضمین می‌کند که بین دو پروتکل سازگاری وجود دارد و فرآیند گذار به صورت یکپارچه انجام می‌شود. انتخاب چنین رویکردی، منجر به بهره‌مندی از مزایای متعدد افزایش امنیت، بهبود عملکرد و بهینه‌سازی سازگاری با سیستم‌های قدیمی خواهد شد.

با وجود تمام مزایا، فناوری Dual-Stack ممکن است چالش‌های خاص خود را هم داشته باشد. برای مثال، تعیین نوع اتصال برای استفاده و رسیدگی به نگرانی‌های امنیتی بالقوه، از چالش‌های محتمل هستند. البته که اجرای درست این فناوری، به موفقیت آن و تضمین رشد مداوم تجربه اینترنت کمک می‌کند. 

IPv6 و ارتباطات VPN

ارتباط بین پروتکل IPv6 با VPNها ضروری، اما پیچیده است. چند نکته اساسی در رابطه با این موضوع وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

مسائل مربوط به سازگاری

بیشتر VPNها روی پروتکل IPv4 کار می‌کنند. چنانچه وب‌سایتی روی IPv6 اجرا شود و کاربر سعی کند از طریق vpn اجراشده روی IPv4 به آن دسترسی پیدا کند، ممکن است ترافیک به یک سرور DNS خارجی IPv6 هدایت شود. نکته مهمی که در این روند باید به آن توجه داشته باشید، این است که این کار می‌تواند منجر به لو رفتن IP شود که عملاً استفاده از VPN را بی‌فایده کند.

بهینه‌سازی تانل زنی 

پروتکل‌های ایجاد تانل که توسط یک سرویس VPN استفاده می‌شود، باید توانایی مدیریت بهینه IPv6 را داشته باشند و نسبت به اتصال رمزگذاری شده قوی و سریع اطمینان حاصل کنند.

مدیریت شبکه‌های dual stack

VPN‌ها باید توانایی مدیریت ایمن ترافیک را روی شبکه‌هایی که از IPv4 و IPv6 پشتیبانی می‌کنند، داشته باشند و به حفاظت در تمام فرایند انتقال داده‌ها کمک کنند.

حفاظت از IPv6

باید مکانیسم‌هایی برای محافظت از IPv6 وجود داشته باشند. این ویژگی به خصوص در صورت قطع اتصال VPN مهم است، زیرا می‌تواند از لو رفتن آدرس IPv6 جلوگیری کند.

جمع‌بندی

در این مطلب بررسی کردیم که تفاوت IPv4 و IPv6 چیست. باید گفت که حضور IPv6 برای سالم ماندن و ادامه فعالیت اینترنت در طولانی مدت بسیار مهم است. این نسخه، به دستگاه‌های سراسر جهان این امکان را می‌دهد که از آدرس آی‌پی عمومی برخوردار شوند و بر خلاف نسخه ۴، نیازی به پنهان کردن آدرس آی‌پی دستگاه‌ها در پشت روترها و با استفاده از NAT نباشد. با این‌که در حال حاضر، IPv4 و IPv6 در کنار هم کار می‌کنند اما به گونه‌ای طراحی نشده‌اند که بتوانند با یکدیگر قابلیت همکاری داشته باشند. اما به دلیل هزینه‌های پیاده‌سازی و نیز چالش‌های سازگاری IPv6، همچنان از IPv4 استفاده خواهیم کرد، با این حال روزی فرا می‌رسد که در نهایت استفاده از IPv6 در بین تجهیزات سراسر جهان، به امری عادی بدل می‌شود.