آشنایی با ipv6

[hadi-110]

همانطوری که همه ما میدانیم توانایی برقراری ارتباط در حال حاضر وابسته به IPV4 می باشد

اما با این حال تعداد آدرس معتبر IPV4 موجود برای استفاده در حال اتمام می باشد یکی ازدلایل آن رشد بیرویه وسایل الکترونیکی می باشد که در نتیجه اینترنت در حال رشد کردن سریع میباشد

ما برای تبادل ارتباط در اینترنت نیاز به آدرس IP معتبر دارنیم تعداد آدرس IPV4 در تئوری به مقدار 4.3 بیلیون میباشد این در حالیست که تعداد 250 میلیون آدرس را می توانیم به دستگاهها یمان بدهیم . هر چند که با وجود کمبود IPV4 خیلی از شرکتها و سازمانها از تکنیکهای زیر برای کاهش کمبودآدرس IPV4 استفاده میکنند ولی با وجود آن باز هم به تعداد بیشتر IP نیاز داریم .

تکنیکهای برای کاهش کمبود آدرس در IPv4 :

• Subnetting
• Classless Inter Domain Routing (CIDR)
• Network Address Translation (NAT)

+ یکی دیگر از مشکلات IPv4 گسترش جدول مسیریابی اینترنت می باشد که در واقع این رشد باعث میشود که روترهای Core اینترنت نیاز به پردازش بیشتر - برق بیشتر - حافظه بیشتر و overhead بالایی داشته باشند .
+ همانطوری که گفتیم یکی از تکنیکها برای کاهش کمبود آدرس IPV4 استفاده از NAT می باشد که در واقع در آن آدرس IP مبدا در داخل ترافیک پنهان می باشد که این نیز خودش باعث بوجود آمدن یکسری مشکلات خواهد بود
برای برطرف شدن کمبود مشکلات کمبود آدرس IP نسخه جدیدی از آدرس IP با نام IPV6 ایجاد شد

IPV6 توسط Internet Engineering Task Force (IETF) ایجاد و جایگزین IPV4 گردید .

خوب به نظر شما چه اتفاقی برای IPV5 افتاد ؟؟؟؟؟
IP نسخه 5 به خاطر دلایل آزمایشی تعریف شد اما هیچ وقت گسترش نیافت .

خصوصیات IPV6 :

+فضای آدرس دهی بزرگ :

شکل 1

IPv6 از 128 بیت برای آدرس در مقایسه IPv4 از 32 بیت دهی استفاده میکنند که برای محاسبه تعداد آدرس IP اگر دو را به توان تعداد بیت استفاده شده در IPV4 و IPV6 ببیریم خواهیم دید که :

شکل 2

برای درک بهتر از تعداد آی پی موجود در IPv6 به تصویر زیر توجه نمایید :

+بهبود راندمان در مسیریابی و حمل بسته ها :

IPv6 با داشتن فضای ادرس دهی و network prefix بزرگ (شکل 1) اجازه تخصیص بلوک های آدرس های بزرگ به ISP ها و سازمان های دیگر را میدهد این کار یک ISP و یا سازمانهای بزرگ را قادر می سازد که prefix ها ی همه مشتریان (یا کاربران داخلی را ) خود را در قالب یک prefix جمع کرده و به جای آنها این prefix را به اینترنت IPV6 اعلام نمایید .
در فضای آدرس IPv6، پیاده سازی از یک آدرس سلسله مراتبی چند سطحی مسیریابی کارآمد تر و مقیاس پذیرتری را فراهم می کند در واقع این ساختار آدرس دهی سلسله مراتبی اندازه جداول مسیریابی روترهای اینترنت را که مسیرهای موجود را میبایستی در خود ذخیره و نگهداری کنند را کاهش میدهد

+ حذف کردن NAT آدرس Public به Private :

که در این حالت ردیابی ارتباط End-to-end قابل امکان میباشد . یا اینکه بعضی از برنامه ها نمی توانند روی nat کار کنند . یکی از بزرگترین مشکلات nat زمانی است چندین سرور داخل شبکه داشته باشیم که بخواهند با بیرون در ارتباط باشند که در این زمان nat مشکل ساز خواهد شد .

+ حذف کردن آدرسهای برادکست :

افزایش تعداد آدرس های multicast، و پشتیبانی از multicast را بهبود بخشیده است.IPV6 شامل آدرسهای unicast, multicast و anycast میباشد

+پشتیبانی از IPSec :

استفاده از IPSec در IPV4 اختیاری است اما در IPV6 بصورت اجباری قسمتی از دنبالهsuite) (یروتکل IPV6 می باشد

پشتیبانی از mobility:

Mobile IP به عنوان یک استاندارد IETF تعریف شده است که به دستگاه های mobile اجازه می دهد تا بدون شکستن ارتباطات موجود خود به حرکت خود ادامه دهند .

+ ساده شدن هدر :

اگرچه هدر IPv6 بزرگتر از IPv4 است اما قالب آن ساده تر از هدر IPV4 می باشد. این کار باعث بهبود کارایی روتر خواهد شد

+ تنظیم plug and play :

ipv6 برای هاستها از تنظیمات اتومات plug and play پشتیبانی میکند . در واقع عم با سرور DHCP کار میکند هم بدون آن به این ترتیب که هاستها یک لینک بصورت اتوماتیک یک آدرس link-local میگیرند و نیازی به یک سرور DHCP همانند یک روتر ندارند . این درحالی است که هاست مواردی چون prefix شبکه در ipv6 ـ آدرس Gateway ـ hop limit و اعتبار lifetime آدرس را به خود اختصاص می دهد

انواع آدرس IPv6 :

+ UNICAST
+ Multicast
+Anycast


+ UNICAST :

همانند آدرس unicast در IPv4 می باشد .آدرسی که فقط به یک اینترفیس اختصاص داده میشود . در این حالت اگر پکتی به آدرس unicast ارسال شود در واقع این پکت توسط اینترفیسی که آن آدرس را دارد دریافت میگردد . آدرس Unicast برای ارتباط یک مبدا به یک مقصد استفاده میشود .

+Multicast :

یک آدرس مالتی کست برای چندین اینترفیس اختصاص داده میشود . این آدرس را گروهی از اینترفیس ها که با این آدرس مشخص شده اند دریافت میکنند اگر خواسته باشیم مقایسه ای با IPV4 بکنیم Multicast در IPV6 جایگزین برادکست در IPV4 شده است .آدرس مالتی کست برای ارتباط یک مبداء به چندین مقصد که توسط چندین اینترفیس دریافت می شود استفاده میشود.

+ Anycast :

یک آدرس Anycast برای چندین اینترفیس اختصاص داده میشود . با یک جدول مسیریابی مناسب پکتهایی که آدرس Anycast آدرس دهی شده اند روی یک اینترفیس دریافت میشوند و در واقع این اینترفیس نزدیکترین اینترفیسی است که آدرس anycast آن را شناسایی کرده است که انتخاب نزدیکترین اینترفیس بر اساس routing distance می باشد . در واقع آدرس anycast یک سرویس را به جای یک دستگاه نمایش می دهد به زبان دیگه اینکه یک آدرس anycast یکسان میتواند به یک یا بیشتر از یک دستگاه که یک سرویس یکسان را فراهم میکنند اختصاص داده شود .

به عنوان مثال اگر به شکل زیر توجه کنیم خواهیم دید که یک سرویسی مثل وب سرور روی 3 سرور اجرا شده است که این سه سرور اطلاعات خود را با آدرس IPV6 مشابه 3ffe:205:1100::15 اعلان میکنند و روتر هم advertise ها را دریافت میکند اما روتر نمیداند که این advertise مربوط به کدام 3 سرور است ولی به جای آن روتر فرض بر این میگذارد که که 3 مسیر برای رسیدن به یک مقصد را دارد و در این حال کمترین Cost را انتخاب میکند که در این مثال 20 کمترین cost برای رسیدن به 3ffe:205:1100::15 می باشد

نکته :به یک اینترفیس میتوانید چندین نوع IPV6 از نوع unicast, anycast, multicast اختصاص دهید

مقایسه فرمت هدر IPV4 با IPV6 :

فرمت هدر IPv4

[/CENTER]

فرمت هدر IPv6



راهنمای تصویر فرمت هدر IPv4 وIPv6

در واقع همانطوری که در دو تصویر میبنید هدر IPV6 برای پردازش خیلی ساده تر و از پیچیدگی کمتری با کارایی بیشتری نسبت به IPV4 برخوردار است . در ادامه به معرفی فیلدهای هدر IPV6 می پردازیم :

آدرس دهی IPv6 :

همانطوری که همه ما میدانیم IPV4 از 32 بیت تشکیل شده است که این 32 بیت به 4 اکتت 8 بیتی تقسیم میشود و هر بیت در مبنای دسیمال از 0 تا 255 می باشند و هر اکتت را ما با ( . ) از همدیگر جدا میکنیم .

اما آدرس دهی در IPV6 متفاوت با روش آدرس دهی IPV4 می باشد همانطوری که قبلا اشاره شد IPV6 از 128 بایت به جای 32 بایت آدرس دهی استفاده میکند گه این 128 بایت به 8 سگمت 16 بایتی شکسته میشود که هر سگمت بصورت hexadecimal بین 0x0000 و 0xFFFF نوشته میشود (حروف hexadecimal به حروف بزرگ یا کوچک حساس نمیباشند )و هر سگمت با colon ( : ) از همدیگر جدا میشود به مثال زیر توجه نمایید :

شاید با خود فکر کنید نوشتن همچین آدرس طولانی امکان پذیر نمی باشد خوشبختانه دو قانون وجود دارد که به شما این اجازه را میدهد که اندازه نوشتاری IPv6 را کاهش دهید :

قانون اول برای فشرده سازی IPV6 :
0 های اول هر سگمنت 16 بیتی را می توانید حذف کنید به مثال زیر توجه کنید :

توجه کنید که 0 های ابتدایی فقط حذف می شوند و 0 های بعد از یک عدد در یک سگمنت نمیتوانند حذف شوند به عنوان مثال در تصویر قبل 0 بعداز عدد 26 در سگمنت 5 از سمت چپ آدرس حذف نمیشود

[hadi-110]

قانون دوم برای فشرده سازی IPV6:
- اگر در یک آدرس سگمت های متوالی از 0 تشکیل شوند میتوانیم همه سگمنت ها را در قالب یک سگمنت 0 نشان دهیم که 0 های پیوسته بصورت :: نشان داده میشوند . به مثال زیر توجه کنید :

توجه داشته باشید که نمیتوانیم از :: در یک آدرس بیشتر از یکبار استفاده نماییم . به عنوان مثال اگر آدرس زیر را داشته باشیم

دو آدرس فشرده زیر به خاطر اینکه یک بار از :: استفاده کرده ایم درست است :

اما اگر بصورت زیر آن را فشرده کنیم یعنی دو با استفاده از :: آدرس ما غیر مجاز خواهد بود

شاید با خودتان سوال کنید چرا این آدرس غیر قانونی است به خاطر اینکه با وجود دو تا :: در آدرس ما میتوانیم از آن آدرسهای زیر را برداشت کنیم و این خود یک دلیل مبهم بودن این نوع آدرس دهی است .

مروری بر آدرسهای Hexadecimal:
به آدرس زیر توجه کنید :

در واقع این آدرس فشرده آدرس زیر می باشد :

همانند IPV4 عبارت '/3 ' به ما میگویید که 3 بیت برای ما قابل توجه هستند .
تبدیل Hexadecimal به binary خیلی راحت انجام میگیرد :
دو رقم در hex ( به عنوان مثال : 20 ) به مقدار یک بایت (8 بیت ) می باشند . و اینکه یک کاراکتر چهار بیت را به خود اختصاص می دهد (که به نام یک nibble شناخته میشود ) که نیاز است به دو قسمت جداگانه تقسیم شوند
در زیر نحوه تیدیل hex به باینری را به شما نشان میدهد :

که با این روش عدد هگزادسیمال 20 به 00100000 تبدیل میشود

IPv6 Hierarchy (سلسله مراتب آدرس) :
سلسله مراتب آدرس دهی در IPV6 تفاوت چندانی با آدرس دهی IPV4 نمیکند اگر از IPV4 یادتون نمیاد به اعداد زیر توجه کنید :

رنگهای قرمز نشان دهنده آدرس های شبکه هر کلاس می باشند . به عنوان مثال '/24' نشان دهنده این است که 24 بیت مورد نظر ما متعلق به آدرس شبکه می باشد و یک اکتت با قیمانده (8 بیت باقیمانده ) متعلق به بیت های هاست می باشند با این روش ما hierarchy را در IPv4 ایجاد میکردیم .
به نظر شما حالا این کار در IPV6 به چه روشی صورت میگیرد ؟
خیلی ساده است
آدرس IPv6 از دو قسمت تشکیل شده است که عبارتست از :
+ subnet prefix : نشان دهنده شبکه ای است که اینترفیس به آن متصل است . طول آن 64 بیت می باشد
+ Interface ID : که بعضی اوقات با نام شناسایی محلی نامیده میشود . معمولا طول آن نیز 64 بیت میباشد

بر خلاف IPv4 که آدرس شبکه و آدرس هاستها توسط subnet mask یا تعداد بیتها مشخص میشد در IPV6 دیگر چیزی به نام subnet mask نداریم در واقع ما در IPv6 از prefix که نشان دهنده تعداد بیتها یا bitcount استفاده میکنیم . که ترکیب کلی آن بصورت زیر می باشد :

ipv6-address/prefix-length

که در این syntax :
+ ipv6-address : آدرس IPV6 128 بیتی است
+ /prefix-length : مقدار دسیمالی است که نشان میدهد چه مقدار آدرس IPV6 به عنوان subnet انتخاب شده است .
. اجازه بدهید این مسئله رو با یک مثال آنالیز کنیم:

در تصویر قبل 64/ طول prefix میباشد .(در واقع همیشه طول prefix بابر با 64 می باشد ) .
که نحوه آدرس دهی به اینترفیس را در ادامه به آن خواهیم پرداخت .

آدرس های unicat در IPV6 :

در این نوع آدرسها 6 بیت اول به شبکه و 64 بیت دوم به هاست اختصاص داد میشود :

که قسمت network ID توسط مدیر شبکه اختصاص داده میشود و قسمت Host ID می تواند به صورت دستی یا بصورت اتومات توسط یکی از روشهای زیر صورت گیرد :
+ با استفاده از یک عدد ایجاد شده تصادفی یا اصطلاحا randomly generated number
+DHCPV6
+ فرمت EUI-64 (Extended Unique Identifier):
با قرار دادن FFFE به اندازه 16 بیت در بین آدرس مک اینترفیس 48 بتی ـ 64 بیت شناسه اینترفیس تکمیل میشود. به مثال زیر توجه کنید :

حوزه آدرس های IPv6

آدرسهای Link Local Unicast :

وقتیکه IPV6 روی یک ند فعال میشود و روترها بالا می آیند هر اینترفیس بصورت پیش فرض با آدرس لایه 3 میتواند با دیگر هاستهای روی یک لینک یکسان ارتباط برقرار کند .که در واقع این آدرسهای لایه 3 همین آدرسهای Link local می باشد این نوع آدرس ها برای ارتباط بین یک زیر شبکه داخلی استفاده میشود (تنظیمات آدرس اتوماتیک ـ کشف همسایه ها ـ کشف روترها ) این نوع آدرس ها در subnet جاری قابل اعتبار میباشند .روترها پکتها را با آدرسهای link-local ارسال نمیکنند .در واقع این آدرسها همانند آدرسهای 169.254.x.x در IPV4 زمانی که DHCP server در دسترس نباشد و هیچ آدرس بصورت استاتیک اختصاص داده نشده باشد. این آدرسها در فرمت زیر ارایه میشوند :

در بعضی کتابها رنج آدرس link local را بصورت زیر می شناسند :

آدرسهای link-local بصورت اتومات از: FE80::/10 link-local prefix و 64 بیت شناسه اینترفیس استفاده می کند .به این معنا که 10 بیت اول برای آدرسهای link-local ثابت می باشد و می تواند با FE80, FE90,FEA0 و FEB0 شروع شود در حقیقت 54 بیت بعدی آن برابر با 0 می باشد . پس فقط شما prefix FE80 را برای آدرسهای link-local میبینید .
مثال زیر نمونه ای از یک آدرس Link Local Unicast می باشد :

بصورت خلاصه بصورت زیر نمایش داده میشود :

آدرس های Unique Local Unicast:

+استانداردRFC 4193 unique local جایگزین استاندارد قدیمی RFC 3513 site local شده است .
+ این آدرسها اجازه میدهند که همه دستگاههای یک سازمان یا یک سایت با همدیگر تبادل اطلاعلا داشته باشند
+ شبیه به آدرسهای private در IPV4 میباشند (مثل 10.1.1.254 )
+ مسیریابی در اینترنت نمیباشند (برای مسیریابی باید از IPv6 NAT استفاده کنید )
در این نوع آدرس دهی قسمت Global IDs همانطور که در شکل می بینید توسط مدیر دامین ایجاد نمی شود اما قسمت Subnet ID توسط مدیر دامین مشخص میشود قسمت Subnet ID معمولا توسط آدرس دهی hierarchical برای اجازه دادن خلاطه نویسی Route طراحی میشود . قسمت Interface Id هم برای همه آدرس های unicast یک معنی را میدهد . که طول آنها 64 بیت است که معمولا به روش EUI-64 که قبلا توضیح داده شد ایجاد میشود .
این آدرسها در فرمت زیر ارایه میشوند :

مثال زیر یک نمونه آدرس از unique local ادرس می باشد .

آدرس های Global unicast یا ( Global aggregatable ) :

+ این آدرس ها در اینترنت قابل مسیر یابی و در دسترس می باشند
+ یک آدرس global unicast شامل یک global routing prefix و شناسه subnet و همچنن شناسه اینترفیس می باشد
این آدرسها در فرمت زیر ارایه میشوند :

+ در این نوع آدرس ها Global Routing Prefix شامل 32 بیت می شود که شامل 001 + 29 بیت پیشوند مسیریابی global یا همان global routing prefix میشود که توسط IANA به یک service provider اختصاص می دهد .

+قسمت SLA یا Site Level Aggregator که شامل 16 بیت میشود توسط service provider به مشتری اختصاص داده میشود