بررسی تفاوت‌ IPv4 و IPv6: دلیل شکست IPv5

در تنظیمات شبکه، دو نوع آدرس IPv4 یا IPv6 قابل مشاهده است. همانطور که می ‌توان حدس زد، نسخه‌ های قبلی مدت ‌ها پیش کنار گذاشته شده ‌اند (TCP/IP v1، v2 و v3) اما چرا IPv4 در مقابل IPv6 مطرح است و خبری از نسخه پنجم نیست؟ تفاوت‌ IPv4 و IPv6 چیست؟ چگونه IPv4 که از دهه ۸۰ میلادی وجود دارد، همچنان باقی مانده است؟

تصویر(۱)

پروتکل اینترنت یا آی پی چیست؟

پیش از بررسی تفاوت‌ IPv4 و IPv6 ابتدا می بایست با مفهوم آی پی آشنا شوید. IP مخفف Internet Protocol می باشد و روشی است که دستگاه‌ ها برای اتصال به اینترنت از آن استفاده می ‌کنند. این پروتکل مجموعه‌ ای از قوانین را دارد که نحوه انتقال داده از یک میزبان به مقصد را تعریف می‌ کند. به طور کلی، باید مشخص گردد که چه چیزی دیده می شود (hostname)، کجا قرار دارد (آدرس IP) و چگونه باید به آن رسید (route).

جهت شناسایی همه دستگاه‌ها (hosts)، به آنها آدرس IP اختصاص داده می‌شود که برای هر کدام منحصربه فرد هستند. این آدرس‌ها توسط مدیران شبکه تنظیم می‌شوند و می‌توانند به صورت ایستا (ثابت) یا پویا (تغییر خودکار پس از مدتی) باشند.

آدرس IP یک رشته ساده از اعداد است که با نقطه از هم جدا می‌شوند. به عنوان مثال، آدرس ۱۲۷.۰.۰.۱ یک IP است که معمولاً مربوط به لوکال‌هاست اکثر شبکه‌ها می باشد. در ابتدا، پروتکل IP بخشی از TCP/IP و اولین نسخه‌ آن نیز IPv4 بود.

انواع آدرس های IP

وقتی در مورد انواع آدرس های IP کاربران صحبت می‌شود، چهار نوع اصلی وجود دارد:

آدرس‌های IP خصوصی

آدرس IP خصوصی در داخل یک شبکه استفاده می‌شود. به ‌عنوان مثال، فرض کنید در خانه یا دفتر کار خود، یک روتر دارید که از روش تخصیص پویا مانند DHCP استفاده می‌کند. دستگاه شما درخواست آدرس می ‌دهد و آن را دریافت می‌ نماید که یک آدرس IP خصوصی برای شبکه ‌ای می باشد که روتر شما ایجاد کرده است. سایر دستگاه ‌های متصل به این روتر (رایانه ‌ها، دستگاه ‌های IoT و تلفن‌ها) نیز با همین شیوه آدرس دریافت می‌کنند.

روتر این آدرس‌ها را برای شناسایی دستگاه‌ های متصل استفاده کرده و اختصاص IP جدید به سایر دستگاه‌ ها را نیز مدیریت می کند.

آدرس‌ های IP عمومی

در این بخش بحث گسترده ‌تر می ‌شود. روتر شما یک آدرس IP دیگر از ارائه‌دهنده خدمات اینترنت (ISP) دریافت می ‌کند. این یک آدرس IP عمومی است که از مجموعه آدرس‌ های ISP گرفته شده و برای شناسایی شبکه شما در دنیا استفاده می ‌شود.

این آدرس عمومی می ‌تواند توسط DHCP یا سرورهای دیگر برای مدت محدودی به شما اختصاص داده شود یا یک آدرس IP ثابت باشد که همیشه یکسان باقی می ‌ماند. داشتن IP ثابت معمولاً برای ارائه خدماتی که به یک آدرس مشخص نیاز دارند مفید است، اما اغلب شامل هزینه اضافی می ‌شود.

آدرس‌های IP استاتیک

برای برخی دستگاه‌ها، داشتن یک آدرس IP ثابت بسیار مهم می باشد. این همان چیزی است که آدرس‌های IP استاتیک ارائه می ‌دهند. این آدرس‌ ها ثابت هستند و تغییر نمی ‌کنند. از آنها بیشتر در شبکه‌هایی استفاده می‌گردد که یک دستگاه باید همیشه با آدرس مشخصی شناسایی شود تا به منابع یا خدمات دسترسی داشته باشد.

چند مثال آدرس IP استاتیک عبارتند از:

 192.168.1.100، ۱۰.۰.۰.۱۵ ، ۱۷۲.۱۶.۱.۲۵۵

با داشتن یک IP ثابت، هر رایانه همواره آدرس مشخصی خواهد داشت که دسترسی به منابع از راه دور را آسان‌ تر می‌کند.

تصویر(۲)

آدرس‌ های IP پویا

در بسیاری از شبکه‌ها، داشتن یک آدرس ثابت امکان‌پذیر نیست زیرا تعداد دستگاه‌های متصل می‌تواند متغیر باشد و آدرس ‌دهی IP پویا برای آنها کاربرد دارد. در این روش، هر زمان که یک دستگاه به شبکه متصل می‌ گردد، آدرس جدیدی به آن اختصاص داده می ‌شود. این آدرس ‌ها دائمی نیستند و در طول زمان تغییر می ‌کنند. بنابراین، دستگاهی که یک آدرس IP دریافت کرده، ممکن است در اتصال بعدی آدرس دیگری داشته باشد.

تصویر(۳)

آدرس IPv4 چیست؟

آدرس IPv4 نسخه چهارم پروتکل اینترنت است که برای شناسایی دستگاه ‌ها در یک شبکه استفاده می ‌شود. شکل آن معمولاً به صورت ۱۱۱.۱۱۱.۱۱۱.۱۱۱ است. این آدرس شامل چهار عدد از ۰ تا ۲۵۴ می باشد که با نقطه از هم جدا شده‌اند.

IPv4 از سال ۱۹۸۲ در SATNET و یک سال بعد برای ARPANET مورد استفاده قرار گرفت. پروتکل IPv4 امکان ایجاد شبکه‌های پیوسته و انتقال داده از یک منبع به مقصد را فراهم می ‌کند. داده‌ ها در قالب دیتاگرام ‌ها ارسال می ‌شوند که از طریق ماژول ‌های مختلف اینترنتی به مقصد می رسند. اگر داده‌ ها بیش از حد بزرگ باشند، به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند تا از محدودیت ‌های شبکه عبور کنند.

مشکلات IPv4:

• کمبود تعداد آدرس‌های IPv4: تعداد کل آدرس‌های IPv4 برابر با ۴,۲۹۴,۹۶۷,۲۹۶ (۲³²) می باشد. در نگاه اول ممکن است زیاد به نظر برسد اما با توجه به تعداد زیاد دستگاه‌های متصل، این مقدار کافی نیست. بسیاری از ارائه‌دهندگان اینترنت در حال اتمام آدرس‌ های IPv4 هستند و به IPv6 روی آورده‌اند.
• عدم پشتیبانی از IPsec: می‌توان IPsec را روی IPv4 تنظیم کرد اما این کار پیچیده‌تر است.
• محدودیت ۶۰ بایتی در هدر IPv4: این بدان معنا است که امکان افزودن پارامترهای اضافی وجود ندارد.
• افزایش قیمت IPv4: قیمت آدرس IPv4 هر ساله افزایش می‌یابد. در حال حاضر، هزینه هر آدرس IPv4 بیش از ۲۵ دلار است. شاید همین عامل، در نهایت، کاربران را به سمت IPv6 سوق دهد.

هنگام کار با DNS و آدرس‌های IPv4، برای تبدیل نام دامنه به آدرس IP از رکوردهای نوع A استفاده می‌شود.

آدرس IPv6 چیست؟

IPv6 جدیدترین نسخه IP است. این نسخه از سال ۱۹۹۵ وجود داشته و در سال ۱۹۹۸ برای جایگزینی IPv4 معرفی شد. از سال ۲۰۱۷، کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) آن را به عنوان یک استاندارد اینترنتی تصویب کرده است.

بزرگترین تفاوت‌ IPv4 و IPv6 این می باشد که IPv4 آدرس ‌های ۳۲ بیتی را به کار می برد اما نسخه جدید IPv6 از آدرس‌ دهی ۱۲۸ بیتی استفاده می‌ نماید. برای درک بهتر این تفاوت‌ IPv4 و IPv6، نمونه زیر از IPv6 را در نظر بگیرید:

"۲۰۰۱:0db8:0000:0042:0000:8a2e:0370:7334"

این آدرس شامل ۸ گروه بوده که دو برابر نسخه قبلی است. هر گروه شامل ۴ رقم هگزادسیمال (hex) می باشد و گروه‌ ها با علامت دو نقطه (:) از هم جدا شده‌اند.

همانطور که مشاهده می‌کنید، ترکیب‌ های بسیار بیشتری از آدرس‌های IP در دسترس هستند. در واقع، تعداد آدرس‌ های قابل استفاده ۱۰۲۸ برابر بیشتر شده است.

یکی دیگر از مزایای این پروتکل جدید و تفاوت‌ IPv4 و IPv6، افزایش امنیت نسخه جدید است. این نسخه دارای IPsec  (پروتکل امنیت اینترنت) می باشد که شامل احراز هویت فرستنده (با استفاده از هدر احراز هویت) و رمزگذاری داده‌ها (توسط Encapsulating Security Payload) می ‌شود.

Stateless address auto-configuration به اختصار SLAAC (پیکربندی خودکار آدرس بدون وضعیت) نیز اهمیت زیادی دارد. IPv6 با گوش دادن به اعلان روتر (RA)  از میزبان، پیکربندی می ‌شود. پس از آن، یک پیشوند ۶۴ بیتی را به ‌طور خودکار تخصیص می ‌دهد. ۶۴ بیت دیگر آدرس، از میزبان گرفته می ‌شود که به صورت خودکار آدرس خود را تعیین می‌ کند.

مشکل اصلی این پروتکل، سرعت پایین پذیرش آن از سوی ارائه‌دهندگان اینترنت یا همان ISP ها است. آنها عمدتاً ترجیح می‌ دهند از IPv4 استفاده کنند، زیرا نمی ‌خواهند در فناوری جدید سرمایه ‌گذاری نمایند. در حال حاضر، نرخ پذیرش IPv6 حدود ۴۷.۷۷٪ است (آمار پذیرش IPv6 گوگل). کشورهای پیشرو در این زمینه عبارتند از:

• فرانسه با ۷۴.۶۸٪
• هند با ۶۸.۷۶٪
• آلمان با ۶۷.۵٪
• بلژیک با ۶۷.۲۵٪
• یونان با ۶۱.۲۹٪
• عربستان سعودی با ۶۰.۴۷٪

شما می ‌توانید از آدرس‌ های IPv6 در مدیریت DNS با رکوردهای نوع AAAA استفاده کنید.

آدرس IPv5

تقریباً هیچ آدرس IPv4 باقی نمانده اما چرا به IPv5 مهاجرت نمی شود و از آن عبور شده است؟ زیرا IPv5 وجود ندارد و هیچ‌ گاه به یکی از پروتکل ‌های IP تبدیل نشد.

IPv5 به عنوان یک پروتکل استریمینگ طراحی شده بود و به نسخه دوم خود یعنی ST2، رسید. بسته‌ های آن دارای شناسه نسخه ۵ ID بودند اما در نهایت به عنوان یک پیش‌ نویس کنار گذاشته شد. برای جلوگیری از سردرگمی، پروتکل بعدی به نام IPv6 نامگذاری شد.

مشکل اصلی IPv5 این بود که از همان سیستم آدرس‌ دهی IPv4 استفاده می نمود و محدودیت تعداد آدرس‌ ها را حل نمی‌کرد. برخی از مفاهیم توسعه ‌یافته در IPv5، به نسخه بعدی منتقل شدند و این گونه بود که IPv5 به پایان خود رسید. در ادامه با جزئیات بیشتر بررسی شده است که چرا IPv5 هرگز به وجود نیامد.

چرا IPv5 هرگز ظهور نکرد؟

مسیر IPv5 برای تبدیل شدن به یک پروتکل اینترنتی اصلی، با چندین عامل کلیدی متوقف شد. توسعه آن که به معماری IPv4 وابسته بود، نتوانست مشکل کمبود آدرس‌ های IP را حل کند. این مسئله، همراه با نیازهای جدید دنیای دیجیتال در حال رشد، به یک راه‌ حل جامع ‌تر نیاز داشت.

تصویر(۴)

در این میان، IPv6 با فضای آدرس‌ دهی گسترده‌ تر و قابلیت‌ های بهبود ‌یافته، از جمله امنیت بهتر و مسیریابی کارآمدتر، راه ‌حلی مناسب‌ ارائه داد. جامعه اینترنتی جهانی به سمت IPv6 حرکت کرد و IPv5 به عنوان یک گام نادیده گرفته شده در تکامل پروتکل‌ های اینترنت، باقی ماند اما این نشان‌ دهنده تلاش مداوم برای پیشرفت فناوری است.

نقش IPv5 در شکل‌ گیری پروتکل‌ های مدرن استریمینگ

IPv5 که رسما به عنوان پروتکل استریمینگ (Internet Stream Protocol – ST) شناخته می ‌شود، هرگز به یک پروتکل اصلی اینترنت تبدیل نشد اما توسعه آن ایده‌ هایی را معرفی کرد که تأثیر قابل توجهی بر فناوری ‌های استریم امروزی گذاشتند. IPv5 یکی از اولین تلاش‌ها جهت انتقال داده همزمان بود و برای برنامه‌هایی طراحی شده بود که نیاز به تاخیر کم دارند (مانند ارتباطات صوتی و تصویری).

این پروتکل مکانیزم ‌هایی را برای رزرو پهنای باند، اولویت ‌بندی بسته‌ ها و مدیریت کیفیت خدمات (QoS) معرفی کرد که همگی مفاهیم پایه‌ای در پروتکل ‌های استریم امروزی مانند RTP (پروتکل انتقال بلادرنگ) و RTSP (پروتکل استریم بلادرنگ) هستند. با اینکه IPv5 به دلیل محدودیت‌ های ۳۲ بیتی آن مقیاس‌ پذیر نبود اما نقش مهمی در توسعه انتقال همزمان، کارآمد و قابل اعتماد داده‌ ها ایفا کرد.

امروزه، تاثیرات IPv5 در پروتکل‌ های مورد استفاده برای کنفرانس‌ های ویدیویی، پخش زنده و بازی ‌های آنلاین کاملاً مشهود است. این موضوع نشان می‌دهد که چگونه فناوری‌ های آزمایشی راه را برای پیشرفت‌ های مدرن هموار می‌ کنند.

مقایسه IPv4 و  IPv6 

در ادامه، به تفاوت‌ IPv4 و IPv6 پرداخته شده و متوجه خواهید شد که نسخه جدید چقدر بهبود یافته است.

تصویر(۵)

تفاوت‌ IPv4 و IPv6 از نظر سرعت

آیا IPv6 از IPv4 سریع‌ تر است؟

• IPv6 یک مزیت بزرگ دارد:  نیازی به ترجمه آدرس شبکه (NAT) ندارد. این پروتکل از آدرس‌های global  استفاده می‌کند زیرا تعداد آدرس ‌های کافی وجود دارد و دیگر نیازی به NAT نیست، در حالی که IPv4 همچنان باید از NAT استفاده کند. 
• پروتکل قدیمی دارای header checksum برای خطاهای بیت بود زیرا در زمان معرفی آن، کیفیت اتصالات شبکه بسیار پایین ‌تر بود اما IPv6 این بررسی را حذف کرده و هدر آن روی ۴۰ بایت ثابت شده است.

IPv6 در بیشتر موارد سریع ‌تر از IPv4 می باشد اما در برخی موارد خاص ممکن است استثناهایی وجود داشته باشد.

مقایسه IPv4 و IPv6 از نظر امنیت

همان‌طور که اشاره شد، IPv6  به طور پیش‌فرض شامل IPSec است. در IPv4 نیز می‌توان از IPSec استفاده کرد اما نیاز به پیکربندی اضافی دارد. یک تفاوت‌ IPv4 و IPv6 این است که اسکن آدرس‌ها در IPv6 بسیار دشوارتر می باشد. تعداد زیر شبکه‌ های IPv6 بسیار زیاد است و بدون استفاده از روش‌های جانبی، اسکن آن برای مهاجمان زمان ‌بر خواهد بود.

IPv6 می ‌تواند از رمزنگاری سرتاسری (End-to-End Encryption) پشتیبانی کند که به کاهش حملات Man-in-the-Middle کمک می کند. ویژگی جدید دیگر در IPv6، قابلیت SEND یا همان Secure Neighbor Discovery می باشد که به صورت رمزنگاری شده، صحت ادعای یک میزبان را بررسی می کند.

مزایای IPv6 به صورت خلاصه

• مسیریابی بهتر بدون نیاز به تقسیم کردن بسته‌ها
• فضای آدرس گسترده‌تر (۱۲۸ بیت در مقابل ۳۲ بیت)
• IPSec برای امنیت بیشتر
• SLAAC پیکربندی خودکار آدرس بدون وضعیت
• ساختار بهبود یافته هدر با کاهش سربار پردازشی

نتیجه‌گیری

در این مقاله تلاش شد تا تفاوت‌ IPv4 و IPv6 بررسی گردد. IPv6 آینده پروتکل اینترنت است و مهاجرت به آن اجتناب ‌ناپذیر می باشد. این نسخه تعداد آدرس ‌های IP کافی برای مدت بسیار طولانی را فراهم کرده است و نیاز به نسخه جدیدی نخواهد بود.