تفاوت بین IPv4 و IPv6

پروتکل اینترنت (IP) به عنوان مجموعه اصلی قوانین برای ارسال داده در سراسر مرزهای شبکه عمل می کند. عملکرد اصلی آن ارائه آدرس های منحصر به فرد به دستگاه ها و مسیریابی داده ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر در سراسر اینترنت است.

IP در طول سال ها تکامل یافته است، به طوری که IPv4 اولین نسخه اصلی است که در سطح جهانی و IPv6 جانشین آن است که برای رفع محدودیت های IPv4 طراحی شده است. درک تفاوت‌های بین این دو نسخه برای مهندسان شبکه، متخصصان فناوری اطلاعات و هر کسی که در تحول دیجیتالی کسب‌وکارها دخیل است حیاتی است.

تفاوت اصلی بین IPv4 و IPv6 شامل آدرس دهی 32 بیتی IPv4 است که تقریباً 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد را امکان پذیر می کند، در حالی که IPv6 از یک طرح 128 بیتی برای پشتیبانی از تعداد تقریباً نامحدودی از دستگاه ها با امنیت و کارایی بالا استفاده می کند.

بیایید تمام تفاوت های IPv4 و IPv6 را درک کنیم:

مروری بر IPv4

پروتکل اینترنت نسخه 4 (IPv4) که در سال 1981 معرفی شد، سنگ بنای ارتباطات داده در محیط های شبکه ای بوده است. IPv4 از یک طرح آدرس 32 بیتی استفاده می کند که حدود 4.3 میلیارد آدرس منحصر به فرد را امکان پذیر می کند.

در حالی که این تعداد در روزهای اولیه اینترنت کافی به نظر می رسید، رشد انفجاری دستگاه های متصل به سرعت این فضای آدرس را ناکافی کرد و منجر به پتانسیل فرسودگی آدرس شد.

چرا IPv6 Way اختراع شد؟

برای غلبه بر محدودیت های IPv4، IPv6 در سال 1999 معرفی شد. IPv6 از یک فضای آدرس 128 بیتی استفاده می کند، که به طور قابل توجهی تعداد آدرس های ممکن را به حدود 340 undecilion (3.4 x 10^38) افزایش می دهد، که یک پیشرفت اساسی برای سازگاری با رشد آینده در اینترنت است. دستگاه های متصل در سطح جهانی

این گسترش گسترده در فضای آدرس، محرک اصلی توسعه و پذیرش تدریجی IPv6 است.

مقایسه اندازه آدرس IPv4 و IPv6

آدرس های IPv4 32 بیت هستند که به صورت اعشاری به صورت چهار عدد جدا شده با نقطه نمایش داده می شوند (مثلاً 192.168.1.1). در مقابل، آدرس‌های IPv6 128 بیت طول دارند که در هگزادسیمال به صورت هشت گروه چهار رقمی هگزادسیمال که با دو نقطه از هم جدا شده‌اند نشان داده می‌شوند (مثلاً 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).

فضای آدرس IPv4 محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند که در ابتدا مشخص نبودند. با ظهور اینترنت اشیا (IoT) و دنیایی که به طور فزاینده شبکه ای می شود، پروتکل IPv4 دیگر نمی تواند به اندازه کافی به همه دستگاه ها رسیدگی کند. IPv6، با فضای آدرس بزرگ‌تر، به میلیاردها دستگاه اجازه می‌دهد تا یک آدرس IP عمومی منحصر به فرد داشته باشند، و نیازی به ترجمه آدرس شبکه (NAT) را از بین می‌برد، روشی که در شبکه‌های IPv4 برای مبارزه با فرسودگی آدرس استفاده می‌شود.

مقایسه دقیق IPv4 و IPv6 در قالب سربرگ و پردازش بسته

هدرهای IPv4 دارای طول متغیر هستند (20-60 بایت) و حاوی چندین فیلد هستند که در سرصفحه های IPv6 وجود ندارند. هدرهای IPv6 در 40 بایت ثابت هستند و برای ساده سازی و سرعت بخشیدن به پردازش با حذف گزینه های غیر ضروری و قرار دادن آنها در هدرهای افزونه اختیاری طراحی شده اند.

IPv4 امکان تکه تکه شدن بسته ها توسط روترهای فرستنده و میانی را فراهم می کند. این می تواند منجر به ناکارآمدی و افزایش تاخیر شود. IPv6 این کار را با اجازه دادن به فرستنده برای تکه تکه کردن بسته ها، کاهش بار و پیچیدگی روترها و بهبود عملکرد کلی شبکه ساده می کند.

هدرهای IPv4:

طول متغیر: سرصفحه های IPv4 در ساده ترین حالت خود 20 بایت هستند، اما به دلیل فیلدها و گزینه های اختیاری می توانند تا 60 بایت گسترش یابند.
زمینه های: آنها شامل فیلدهایی مانند نسخه، طول سرصفحه، نوع سرویس، طول کل، شناسایی، پرچم‌ها، تقسیم قطعه، زمان حیات (TTL)، پروتکل، جمع‌بندی سرصفحه، آدرس منبع، آدرس مقصد، و گزینه‌ها (در صورت وجود) هستند. وجود گزینه ها می تواند اندازه هدر را افزایش دهد و پردازش هدر را پیچیده کند.
تکه تکه شدن: در صورتی که اندازه بسته از حداکثر واحد انتقال (MTU) مسیر شبکه فراتر رود، هم فرستنده و هم مسیریاب میانی می توانند بسته ها را قطعه قطعه کنند. این به طور بالقوه می تواند منجر به مشکلاتی مانند سربار تکه تکه شدن شود و می تواند احتمال از دست دادن بسته را افزایش دهد.
چک جمع: شامل یک فیلد جمع کنترلی است که فقط هدر را پوشش می دهد. این جمع کنترلی باید در هر مسیریاب دوباره محاسبه شود که بسته از آن عبور می کند، که سربار پردازش را اضافه می کند.

هدرهای IPv6:

طول ثابت: هدرهای IPv6 همیشه 40 بایت طول دارند، با رویکردی ساده تر.
زمینه های: آنها شامل فیلدهای کمتری هستند: نسخه، کلاس ترافیک، برچسب جریان، طول بار بار، سرصفحه بعدی، محدودیت هاپ، آدرس منبع، و آدرس مقصد.
پردازش ساده: اندازه ثابت و کاهش تعداد فیلدها در هدرهای IPv6 پردازش سریعتر توسط روترها را تسهیل می کند. گزینه‌ها در هدر گنجانده نشده‌اند، اما با استفاده از سرصفحه‌های افزونه، که فقط توسط گره مقصد پردازش می‌شوند، مدیریت می‌شوند و بار پردازشی در هر پرش در مسیر بسته کاهش می‌یابد.
تکه تکه شدن: در IPv6 روترها قطعه بندی را انجام نمی دهند. اگر بسته ای از MTU بیشتر شود، حذف می شود و یک پیام ICMPv6 Packet Too Big به فرستنده بازگردانده می شود. فرستنده مسئول قطعه قطعه شدن است. این رویکرد پیچیدگی و نیاز به منابع در روترها را کاهش می دهد.
بدون بررسی سرصفحه: IPv6 شامل جمع کنترل سرصفحه نمی شود. بررسی خطا به لایه‌های انتقال محول می‌شود، که بار پردازشی را بر روی هر جهش کاهش می‌دهد و مسیریابی را سرعت می‌بخشد.

نکات اضافی در مورد بهبود IPv6:

برچسب جریان: فیلد برچسب جریان در هدرهای IPv6 برای شناسایی بسته های متعلق به جریان یکسان برای مدیریت کیفیت خدمات (QoS) استفاده می شود که در IPv4 موجود نیست. این ویژگی به ویژه برای برنامه های بلادرنگ مفید است.
محدودیت هاپ: جایگزین فیلد Time to Live (TTL) برای تعیین طول عمر یک بسته می شود. حد Hop توسط هر روتر که بسته را ارسال می کند یک عدد کاهش می یابد. اگر حد Hop به صفر برسد، بسته حذف می شود.
کلاس ترافیک: مشابه نوع سرویس در IPv4، از این فیلد برای تعیین اولویت بسته استفاده می شود.

این پیشرفت‌ها و تغییرات از IPv4 به IPv6 نه تنها محدودیت‌های نسخه پروتکل قبلی را برطرف می‌کند، بلکه کارایی و عملکرد سرویس شبکه را در دنیایی که به طور فزاینده‌ای به هم متصل می‌شود، بهبود می‌بخشد.

ارتقای امنیت از IPv4 به IPv6:

IPv4 با در نظر گرفتن امنیت طراحی نشده است، که منجر به نیاز به پروتکل های اضافی، مانند IPsec، برای ارتباطات ایمن می شود. IPv6 دارای امنیت داخلی با IPsec در پروتکل است که از ترافیک رمزگذاری شده و ارتباطات احراز هویت شده پشتیبانی می کند و IPv6 را ذاتا ایمن تر از IPv4 می کند.

امنیت یک جنبه حیاتی است که به طور قابل توجهی IPv6 را از نسل قبلی خود IPv4 متمایز می کند.

مروری بر امنیت IPv4:

طراحی اولیه: IPv4 زمانی توسعه یافت که اینترنت به اندازه امروز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت و امنیت دغدغه اصلی نبود. در نتیجه، IPv4 فاقد ویژگی‌های امنیتی ذاتی است که اقدامات امنیتی بیشتری را ضروری می‌سازد.
وابستگی به برنامه ها: امنیت در شبکه های IPv4 به شدت به پروتکل ها و برنامه های لایه بالاتر متکی است. به عنوان مثال، ارتباطات ایمن از طریق IPv4 معمولاً نیاز به اجرای لایه امنیتی حمل و نقل (TLS) یا لایه سوکت های امن (SSL) دارد.
IPsec (اختیاری): IPsec برای IPv4 در دسترس است. با این حال، اجباری نیست و باید به صراحت توسط هر دو نقطه پایانی پیکربندی و پشتیبانی شود. IPsec در IPv4 می تواند جریان های داده را بین یک جفت میزبان (میزبان به میزبان)، بین یک جفت دروازه امنیتی (دروازه به دروازه)، یا بین یک دروازه امنیتی و یک میزبان (دروازه به میزبان) رمزگذاری کند.

ارتقای امنیت IPv6:

IPsec اجباری: برخلاف IPv4، IPv6 به طور بومی IPsec را ادغام می کند و آن را به یک جزء پروتکل اجباری تبدیل می کند. این الزام تضمین می کند که هر دستگاه IPv6 می تواند IPsec را پشتیبانی کند، اگرچه نیازی به استفاده از IPsec در همه ارتباطات نیست. پشتیبانی اجباری IPsec گزینه های قوی برای محرمانه بودن داده ها، یکپارچگی داده ها و احراز هویت مبدا داده ها را فراهم می کند.
رمزگذاری و احراز هویت انتها به انتها: ادغام IPsec در IPv6 امکان رمزگذاری و احراز هویت سرتاسر را فراهم می کند. این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به IPv4 است، جایی که جعبه‌های میانی مانند دستگاه‌های NAT می‌توانند مانع از توانایی IPsec برای ایمن کردن ترافیک شوند. با IPv6، اصل سرتاسر اینترنت حفظ می شود و امنیت و حریم خصوصی را افزایش می دهد.
ساختار هدر ساده شده: ساختار هدر ساده شده IPv6، که فیلدهای غیر ضروری را به هدرهای افزونه منتقل می کند، پردازش بسته را در روترهای میانی ساده می کند. این طراحی پتانسیل آسیب‌پذیری‌های امنیتی مرتبط با پردازش هدر را به حداقل می‌رساند و سطح حمله را با محدود کردن تعداد اقداماتی که یک دستگاه میانی می‌تواند روی بسته‌ها انجام دهد، کاهش می‌دهد.

پروتکل های امنیتی اضافی:

کشف همسایه امن (ارسال): IPv6 پروتکل Secure Neighbor Discovery را معرفی می کند، که یک توسعه دهنده پروتکل Neighbor Discovery Protocol (NDP) است، که برای تعامل بین گره های مجاور در همان پیوند حیاتی است. SEND امنیت را به NDP اضافه می کند، که برای جلوگیری از حملات مختلف مانند جعل روتر و تغییر مسیر بسیار مهم است. SEND از روش های رمزنگاری برای اطمینان از مشروعیت پیام های رد و بدل شده بین همسایگان استفاده می کند.
امنیت تبلیغات روتر: IPv6 دارای قابلیت های پیشرفته ای برای ایمن سازی تبلیغات روتر است که برای پیکربندی خودکار دستگاه ها در شبکه بسیار مهم است. برخلاف IPv4، که در آن تبلیغات روتر مستعد جعل هستند، IPv6 با SEND می‌تواند این پیام‌ها را احراز هویت کند و در برابر پیکربندی‌های روتر مخرب محافظت کند.

استقرار امنیت IPv6:

فایروال ها و امنیت شبکه: انتقال به IPv6 برای مدیریت پروتکل جدید نیاز به به روز رسانی تنظیمات فایروال و سایر ابزارهای امنیتی شبکه دارد. ساختار بسته و آدرس دهی متفاوت IPv6 نیازمند قوانین خاصی است که برای ترافیک آن تنظیم شده است تا برابری امنیتی با شبکه های IPv4 حفظ شود.
آموزش و پرورش: با توجه به پیچیدگی ها و ویژگی های جدید IPv6، متخصصان فناوری اطلاعات باید آموزش های به روز شده ای را در مورد ویژگی های امنیتی IPv6 و بهترین شیوه ها دریافت کنند. انتشار صحیح دانش تضمین می کند که شبکه ها به طور موثر در برابر تهدیدات در حال تکامل ایمن هستند.

IPv6 پیشرفت های قابل توجهی را نسبت به IPv4 از نظر امنیت به ارمغان می آورد، عمدتاً به دلیل پشتیبانی اجباری IPsec و پیشرفت هایی مانند SEND. این پیشرفت‌ها نه تنها کاستی‌های امنیتی موجود در IPv4 را برطرف می‌کنند، بلکه با نیازهای مدرن افزایش حریم خصوصی و امنیت برای ارتباطات اینترنتی همخوانی دارند.

پیکربندی و مدیریت شبکه: انتقال از IPv4 به IPv6

انتقال از IPv4 به IPv6 شامل چندین جنبه از پیکربندی و مدیریت شبکه است که هر کدام نقش مهمی در تضمین تغییر روان و افزایش قابلیت‌های شبکه ایفا می‌کنند.

IPv6 نه تنها محدودیت های IPv4 را از نظر مقیاس پذیری و فضای آدرس برطرف می کند، بلکه پیشرفت های قابل توجهی در پیکربندی و مدیریت شبکه به همراه دارد. این پیشرفت‌ها هزینه‌های اداری را کاهش می‌دهند، انعطاف‌پذیری شبکه را بهبود می‌بخشند و به طور ذاتی امنیت را افزایش می‌دهند و IPv6 را به پایه‌ای قوی برای توسعه آینده زیرساخت اینترنت تبدیل می‌کنند.

بنابراین، انتقال به IPv6 فقط در مورد قرار دادن دستگاه‌های بیشتر نیست. این در مورد مدیریت پذیرتر، ایمن تر و آماده تر کردن شبکه ها برای نسل بعدی برنامه های کاربردی اینترنتی است.

نمای کلی پیکربندی شبکه IPv4:

تنظیمات دستی و DHCP:

IPv4 به مدیران شبکه نیاز دارد که تنظیمات شبکه را در هر دستگاه به صورت دستی پیکربندی کنند یا از پروتکل پیکربندی میزبان پویا (DHCP) برای تخصیص خودکار آدرس های IP و سایر تنظیمات شبکه استفاده کنند. در حالی که DHCP مدیریت را ساده می کند، هنوز هم به یک سرور مرکزی برای توزیع اطلاعات IP بستگی دارد که می تواند یک نقطه شکست باشد.

زیرشبکه و مدیریت آدرس:

زیرشبکه پیچیده: شبکه‌های IPv4 اغلب به طرح‌های زیرشبکه پیچیده برای استفاده مؤثر از فضاهای آدرس محدود نیاز دارند. این می تواند بار اداری را افزایش دهد، زیرا مدیریت و بهینه سازی این زیرشبکه ها اغلب دستی و مستعد خطا است.
ترجمه آدرس شبکه (NAT): به دلیل فضای آدرس محدود، IPv4 به طور گسترده از NAT استفاده می کند تا به چندین دستگاه در شبکه های خصوصی اجازه دهد تا یک آدرس IP عمومی واحد را به اشتراک بگذارند. در حالی که این رویکرد فضای آدرس را حفظ می کند، مدیریت شبکه را پیچیده می کند و مانع از اتصال انتها به انتها و پروتکل های خاص می شود.

بهبود پیکربندی شبکه IPv6:

پیکربندی خودکار آدرس بدون وضعیت (SLAAC):

پیکربندی خودکار شبکه: IPv6 SLAAC را معرفی می‌کند، که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد بدون نیاز به مکانیزم‌های مبتنی بر سرور مانند DHCP، خود را به‌طور خودکار در شبکه پیکربندی کنند. هر دستگاه می تواند آدرس خود را بر اساس پیشوند شبکه تبلیغ شده توسط روترهای محلی و آدرس سخت افزاری خود (MAC) ایجاد کند.
فرمت EUI-64: فرآیند پیکربندی خودکار اغلب از فرمت EUI-64 استفاده می کند، جایی که آدرس MAC 48 بیتی دستگاه به 64 بیت افزایش می یابد تا شناسه رابط آدرس IPv6 128 بیتی را تشکیل دهد. این روش راه اندازی دستگاه و ادغام در شبکه را ساده می کند.

DHCP بهبود یافته (DHCPv6):

استفاده اختیاری: در حالی که SLAAC یک روش سریع و کارآمد برای آدرس‌دهی دستگاه‌ها ارائه می‌کند، DHCPv6 هنوز برای سناریوهایی در دسترس است که در آن پیکربندی دقیق‌تری باید به مشتریان ارائه شود، مانند تنظیمات DNS، نام‌های دامنه، و سایر پارامترهای شبکه.
پیکربندی Stateful: DHCPv6 را می توان در حالت حالت برای ردیابی تخصیص آدرس استفاده کرد، که در محیط های شبکه مدیریت شده که در آن پیکربندی و ممیزی مشتری دقیق مورد نیاز است، مفید است.

پیکربندی مجدد شبکه و شماره گذاری مجدد:

تخصیص آسانتر IP: فضای آدرس وسیع و معماری انعطاف پذیر IPv6 شماره گذاری مجدد شبکه ها را آسان تر می کند - یعنی تغییر آدرس های IP مورد استفاده دستگاه های موجود در شبکه. با IPv6، کل زیرشبکه ها را می توان با کمترین اختلال شماره گذاری کرد، که عمدتاً به دلیل پشتیبانی پروتکل از چندین آدرس در هر رابط است.

پرداختن به پیچیدگی و مدیریت ساده:

تخصیص آدرس سلسله مراتبی:

آدرس دهی ساختاریافته: IPv6 از ساختار آدرس IP سلسله مراتبی تری پشتیبانی می کند که تجمیع مسیرها را در روترهای اینترنتی افزایش می دهد و اندازه جداول مسیریابی را کاهش می دهد. این سیستم مسیریابی جهانی را کارآمدتر و مقیاس پذیرتر می کند.
آدرس دهی محلی: IPv6 همچنین آدرس‌های محلی پیوندی و منحصربه‌فردی را معرفی می‌کند که ارتباطات محلی را تسهیل می‌کند، اغلب بدون نیاز به پیکربندی آدرس سراسری. این به ویژه برای تنظیمات شبکه داخلی و جداسازی سرویس مفید است.

امنیت و سیاست های شبکه:

تنظیمات امنیتی بهبود یافته: با پشتیبانی بومی از IPsec، IPv6 به مدیران شبکه اجازه می‌دهد تا سیاست‌های امنیتی قوی را مستقیماً در لایه IP پیاده‌سازی کنند، از جمله ترافیک شبکه رمزگذاری‌شده و ارتباطات تأیید شده بین میزبان‌ها.
اجرای خط مشی شبکه: توانایی تعبیه امنیت در لایه IP، اجرای سیاست های امنیتی شبکه را ساده می کند و اتکا به پروتکل های لایه بالایی و اقدامات امنیتی در سطح برنامه را کاهش می دهد.

17 تفاوت بین IPv4 و IPv6

ویژگی	IPv4	IPv6
طول آدرس	32 بیت	128 بیت
نوع آدرس دهی	عددی، نشان داده شده در نماد اعشاری نقطه‌دار (مثلاً 192.168.1.1)	الفبایی، نمایش داده شده به صورت هگزا دسیمال (مثلاً 2001: 0db8::1)
کل آدرس ها	تقریباً 4.3 میلیارد	تقریباً 3.4 x 10^38
فیلدهای سرصفحه	12 فیلد با طول متغیر	8 فیلد با طول ثابت
طول هدر	20 تا 60 بایت، متغیر	40 بایت، ثابت
چک جمع	شامل یک فیلد جمع کنترلی برای بررسی خطا می باشد.	فیلد جمع چک وجود ندارد. توسط فناوری های لایه 2/3 اداره می شود
امنیت	شامل یک فیلد جمع کنترلی برای بررسی خطا می باشد	IPsec داخلی است و ویژگی های امنیتی بومی را ارائه می دهد
تکه تکه شدن	هم توسط فرستنده و هم توسط روتر انجام می شود	فقط توسط فرستنده انجام می شود
پیکربندی آدرس	پیکربندی دستی یا DHCP	پیکربندی خودکار آدرس بدون حالت (SLAAC) یا DHCPv6
آدرس دهی پخش	از آدرس های پخش استفاده می کند	از پخش استفاده نمی کند. به جای آن از چندپخشی استفاده می کند
وضوح IP به MAC	از ARP (پروتکل حل آدرس) استفاده می کند	از NDP (پروتکل کشف همسایه) استفاده می کند
تحرک	پشتیبانی محدود، نیاز به IP تلفن همراه دارد	پشتیبانی بهتر با ویژگی های تحرک داخلی
ترجمه آدرس شبکه (NAT)	با آدرس دهی سلسله مراتبی کارآمدتر است و امکان تجمع مسیر را فراهم می کند	به دلیل فضای آدرس زیاد مورد نیاز نیست
کارایی مسیریابی	به دلیل ساختار آدرس مسطح و غیر سلسله مراتبی، کارایی کمتری دارد	با آدرس دهی سلسله مراتبی کارآمدتر است و امکان تجمع مسیر را فراهم می کند
زیر شبکه	از زیر شبکه و CIDR (مسیریابی بین دامنه‌ای بدون کلاس) استفاده می‌کند	از CIDR استفاده می کند. به دلیل فضای آدرس بزرگ، نیازی به زیرشبکه سنتی نیست
مکانیسم های انتقالی	N/A	شامل دو پشته، تونل زدن، و تکنیک های ترجمه است
سهولت اداره	نیاز به مدیریت دقیق آدرس های IP و زیرشبکه ها دارد	مدیریت ساده به دلیل پیکربندی خودکار و آدرس های IP فراوان

نتیجه

IPv6 به دلیل فرسودگی IPv4 فقط یک ضرورت نیست. این نشان دهنده یک گام به جلو در طراحی و عملکرد شبکه است. پذیرش آن برای مقیاس پذیری و امنیت اینترنت در آینده بسیار مهم است. همانطور که به جلو می رویم، پذیرش IPv6 برای همه ذینفعان در دنیای شبکه ضروری خواهد بود.