اصول IPv6: آدرس‌دهی برای نسل بعدی اینترنت

چرا IPv6 وجود دارد

تقریباً ۴.۳ میلیارد آدرس IPv4، که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، برای دنیایی با میلیاردها دستگاه متصل کافی نبود، حتی با NAT، که نیز پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، که عمر عملی‌اش را با اجازه‌دادن به بسیاری دستگاه برای اشتراک‌گذاری چند آدرس عمومی گسترش می‌داد. IPv6 به‌طور خاص برای حل دائمی این کمبود طراحی شد، با استفاده از یک فضای آدرس به‌طور چشمگیر بزرگ‌تر همراه با چند بهبود ساختاری نسبت به IPv4.

ساختار یک آدرس IPv6

یک آدرس IPv6 ۱۲۸ بیت طول دارد — چهار برابر طول ۳۲ بیتی یک آدرس IPv4 — که به‌صورت هشت گروه از چهار رقم هگزادسیمال، جدا‌شده با دونقطه، نوشته می‌شود.

مثال آدرس کامل IPv6:
2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

هر گروه ۱۶ بیت را نشان می‌دهد، و فضای آدرس کل
2^128 آدرس است — عددی تقریباً غیرقابل‌درک بزرگ،
تقریباً ۳۴۰ آندسیلیون آدرس ممکن

قوانین نمادگذاری کوتاه‌شده

نوشتن آدرس‌های ۱۲۸ بیتی کامل در هر پیکربندی و نمودار دست‌وپاگیر خواهد بود، پس IPv6 دو قانون فشرده‌سازی تعریف می‌کند که تشخیص و اعمال درست آن‌ها ضروری است.

قانون ۱: صفرهای پیشرو درون هر گروه می‌توانند حذف شوند
2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329
تبدیل می‌شود به
2001:db8:0:0:0:ff00:42:8329

قانون ۲: یک (و فقط یک) دنباله پیاپی از
گروه‌های همه-صفر می‌تواند با دونقطه دوبل (::) جایگزین شود
2001:db8:0:0:0:ff00:42:8329
تبدیل می‌شود به
2001:db8::ff00:42:8329

محدودیتی که :: فقط می‌تواند یک‌بار در یک آدرس استفاده شود حیاتی است: از آنجا که نمایانگر "هر تعداد گروه صفری که فضای باقی‌مانده را پر می‌کند" است، استفاده از آن دو بار آدرس را مبهم می‌کرد — هیچ راهی برای تعیین اینکه هر نمونه چند گروه صفر را نشان می‌دهد وجود نداشت.

درست: 2001:db8::ff00:42:8329
نامعتبر (مبهم): 2001::db8::ff00 -- هرگز این کار را نکنید

سه نوع اصلی آدرس IPv6

برخلاف IPv4، که به‌شدت به پخش، که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، متکی است، IPv6 پخش را کاملاً حذف می‌کند و به‌جای آن سه نوع آدرس متمایز تعریف می‌کند.

Unicast (یونی‌کست): یک اینترفیس خاص واحد را شناسایی می‌کند،
  به دقیقاً یک مقصد تحویل داده می‌شود
  (معادل IPv6 یک آدرس IPv4 معمولی)

Multicast (مالتی‌کست): یک گروه از اینترفیس‌ها را شناسایی می‌کند،
  به همه اعضای آن گروه تحویل داده می‌شود
  (IPv6 از مالتی‌کست برای عملکردهایی که IPv4
  با پخش مدیریت می‌کرد استفاده می‌کند، مانند کشف همسایه)

Anycast (اینی‌کست): یک گروه از اینترفیس‌ها را شناسایی می‌کند، اما
  فقط به نزدیک‌ترین (بر اساس فاصله مسیریابی)
  تحویل داده می‌شود — برای سرویس‌هایی که هر
  یک از چند سرور معادل می‌تواند پاسخ دهد استفاده می‌شود

غیبت کامل یک نوع آدرس پخش یک بهبود طراحی عمدی است: IPv6 برای همان عملکردهایی که IPv4 با پخش مدیریت می‌کرد به مالتی‌کست متکی است، و پردازش غیرضروری روی دستگاه‌هایی که هیچ علاقه‌ای به یک پیام خاص ندارند را کاهش می‌دهد.

Global Unicast در مقابل آدرس‌های Link-Local

درون دسته یونی‌کست، دو محدوده آدرس بیشترین اهمیت را برای پیکربندی روزانه دارند.

Global Unicast Address (GUA):
  در سراسر اینترنت مسیریابی‌پذیر، معادل IPv6
  یک آدرس IPv4 عمومی
  معمولاً با 2000::/3 شروع می‌شود

Link-Local Address (LLA):
  فقط روی سگمنت شبکه محلی معتبر،
  هرگز فراتر از آن مسیریابی نمی‌شود
  همیشه با FE80::/10 شروع می‌شود
  به‌طور خودکار به هر اینترفیس فعال‌شده-IPv6
  اختصاص می‌یابد، حتی بدون هیچ پیکربندی دستی

هر اینترفیس فعال‌شده-IPv6 به‌طور خودکار یک آدرس link-local در لحظه‌ای که IPv6 فعال می‌شود تولید می‌کند، صرف‌نظر از اینکه یک آدرس global نیز پیکربندی شده باشد — این آدرس به‌طور گسترده برای عملیات‌های محلی مانند کشف همسایه و ارتباط پروتکل مسیریابی بین دستگاه‌های مستقیماً متصل استفاده می‌شود.

پیکربندی IPv6 روی یک اینترفیس سیسکو

Router(config)# ipv6 unicast-routing
-- مسیریابی IPv6 را به‌طور سراسری روی دستگاه فعال می‌کند

Router(config)# interface gigabitethernet 0/0
Router(config-if)# ipv6 address 2001:db8:1::1/64
Router(config-if)# no shutdown

Router# show ipv6 interface brief

GigabitEthernet0/0     [up/up]
    FE80::250:56FF:FEAA:1122
    2001:DB8:1::1

توجه کنید هم یک آدرس link-local (به‌طور خودکار تولیدشده) و هم آدرس global پیکربندی‌شده به‌صورت دستی روی همان اینترفیس ظاهر می‌شوند — این رفتار طبیعی و مورد انتظار است، نه یک پیکربندی نادرست، چون هر دو نوع آدرس به‌طور هم‌زمان اهداف متمایزی خدمت می‌کنند.

قرارداد /64 برای زیرشبکه‌بندی

در حالی که زیرشبکه‌بندی IPv6 از همان رویکرد مفهومی زیرشبکه‌بندی IPv4، که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، پیروی می‌کند، عمل استاندارد تقریباً به‌طور جهانی از یک طول پیشوند /64 برای هر زیرشبکه‌ای که هاست‌های کاربر-نهایی دارد استفاده می‌کند.

یک زیرشبکه /64، 2^64 آدرس هاست ممکن
روی یک زیرشبکه واحد فراهم می‌کند — عددی به‌قدری بزرگ
که اتمام آدرس درون هر زیرشبکه واحد یک نگرانی
عملی نیست، برخلاف محاسبات دقیق VLSM
مورد نیاز برای IPv4

این قرارداد تا حدی وجود دارد چون برخی ویژگی‌های IPv6،
مانند تولید خودکار آدرس با استفاده از EUI-64،
به‌طور خاص حول یک بخش هاست ۶۴ بیتی طراحی شده‌اند

تأیید اتصال IPv6

Router# ping 2001:db8:1::2

Router# show ipv6 route

C   2001:DB8:1::/64 [0/0]
     via GigabitEthernet0/0, directly connected

دستورات تأیید پایه به‌طور نزدیک همتاهای IPv4شان را که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد منعکس می‌کنند — ping و show ipv6 route از نظر مفهومی یکسان با معادل‌های IPv4شان عمل می‌کنند، که عبور به عیب‌یابی IPv6 را نسبتاً شهودی می‌کند وقتی خود ساختار آدرس‌دهی درک شود.

چرا تسلط بر IPv6 روزافزون ضروری می‌شود

در حالی که بسیاری شبکه‌ها همچنان عمدتاً روی IPv4 اجرا می‌شوند، اغلب همراه با NAT برای مدیریت کمبود آدرس، اتخاذ IPv6 به‌طور پیوسته در سراسر جهان رشد می‌کند، و طراحی‌های شبکه مدرن به‌طور فزاینده هر دو پروتکل را هم‌زمان در پیکربندی‌ای به نام dual-stack اجرا می‌کنند. درک ساختار آدرس IPv6، نمادگذاری کوتاه‌شده، و نقش‌های متمایز آدرس‌های global unicast و link-local دیگر دانش تخصصی اختیاری نیست — یک شایستگی اصلی است که از هر متخصص شبکه که با زیرساخت امروزی کار می‌کند انتظار می‌رود.