ساختار IPv6 و روش نوشتن آدرس

ساختار ۱۲۸ بیتی و Hexadecimal

IPv4 آدرس ۳۲ بیتی دارد. نمونه آشنای آن 192.168.10.25 است. IPv6 از ۱۲۸ بیت استفاده می‌کند و به همین دلیل فضای آدرس‌دهی بسیار بزرگ‌تری در اختیار شبکه قرار می‌دهد.

192.168.10.25

2001:0db8:0000:0000:0212:34ff:fe56:789a

آدرس IPv6 در حالت کامل از هشت بخش تشکیل شده است. هر بخش با علامت : از بخش بعدی جدا می‌شود. اگر آدرس بالا را جدا کنیم، هشت مقدار ۲۰۰۱، 0db8، ۰۰۰۰، ۰۰۰۰، ۰۲۱۲، 34ff، fe56 و 789a را داریم. هر کدام از این بخش‌ها ۱۶ بیت دارند. هشت بخش ۱۶ بیتی در کنار هم همان ۱۲۸ بیت IPv6 را می‌سازند. دانستن این ساختار بعداً برای فهم Prefix و Subnetting لازم می‌شود.

8 × 16 = 128 bits

IPv6 برای کوتاه‌تر شدن نمایش ۱۲۸ بیت، از سیستم عددی Hexadecimal استفاده می‌کند. در سیستم Decimal که هر روز با آن کار می‌کنیم، رقم‌های ۰ تا ۹ وجود دارند. در Hexadecimal علاوه بر ۰ تا ۹، حروف A تا F هم استفاده می‌شوند.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

A = 10
B = 11
C = 12
D = 13
E = 14
F = 15

پس اگر داخل یک آدرس IPv6 چیزی مثل 2a01 یا db8 دیدی، حرف داخل آن بخشی از نمایش عدد است و متن محسوب نمی‌شود. هر رقم Hexadecimal چهار بیت را نمایش می‌دهد. هر بخش IPv6 چهار رقم Hexadecimal دارد، پس هر بخش ۱۶ بیت است.

4 Hexadecimal digits × 4 bits = 16 bits
8 sections × 16 bits = 128 bits

در شکل کامل، هر هشت بخش نوشته می‌شوند و هر بخش چهار رقم دارد. صفرهای ابتدایی هم حذف نمی‌شوند.

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010

۱ رقم Hex = 4 bits
۴ رقم Hex = 16 bits
۸ گروه × 16 bits = 128 bits

قواعد کوتاه‌نویسی و نمایش استاندارد

در هر بخش می‌توان صفرهایی را که در سمت چپ قرار گرفته‌اند حذف کرد. این کار مقدار آدرس را عوض نمی‌کند.

0db8 → db8
0042 → 42
0001 → 1
0000 → 0

مثلاً آدرس زیر را در نظر بگیر:

2001:0db8:0000:0000:0212:0034:0056:789a

بعد از حذف صفرهای ابتدایی هر بخش، همین آدرس به شکل زیر نوشته می‌شود:

2001:db8:0:0:212:34:56:789a

فقط صفرهای ابتدای همان بخش حذف می‌شوند. صفرهایی که سمت راست یک مقدار قرار دارند بخشی از عدد هستند و نباید حذف شوند.

1000 ≠ 1
1010 ≠ 11
0010 → 10

در مثال آخر، ۰۰۱۰ فقط به ۱۰ تبدیل می‌شود. اگر آن را ۱ بنویسی، مقدار آدرس را عوض کرده‌ای. اگر چند بخش پشت سر هم صفر باشند، می‌توان همه آن بخش‌ها را با :: جایگزین کرد.

2001:db8:0:0:0:0:0:10

2001:db8::10

هر دو خط یک آدرس را نشان می‌دهند. :: یعنی در این نقطه یک یا چند بخش صفر حذف شده است. برای فهمیدن تعداد بخش‌های حذف‌شده، بخش‌هایی را که هنوز دیده می‌شوند می‌شماریم. IPv6 در حالت کامل باید هشت بخش داشته باشد.

2001:db8::10

Visible sections: 2001, db8, 10 = 3
Missing sections: 8 - 3 = 5

Full form:
2001:db8:0:0:0:0:0:10

در این مثال :: نماینده پنج بخش صفر است. در یک آدرس IPv6 فقط یک بار می‌توان از :: استفاده کرد.

2001:db8::10

2001::db8::10

اگر دو :: در یک آدرس وجود داشته باشد، دیگر مشخص نیست هرکدام چند بخش صفر را حذف کرده‌اند. ممکن است یک قسمت دو بخش و قسمت دیگر سه بخش صفر باشد یا برعکس. در نتیجه آدرس مبهم می‌شود. به همین دلیل استاندارد IPv6 اجازه نمی‌دهد :: بیشتر از یک بار در یک آدرس استفاده شود. این آدرس کامل را در نظر بگیر:

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:00aa:0010

اول صفرهای ابتدایی هر بخش را حذف می‌کنیم:

2001:db8:0:0:0:0:aa:10

چهار بخش صفر پشت سر هم داریم، پس می‌توانیم آن‌ها را با :: جایگزین کنیم:

2001:db8::aa:10

هر سه شکل بالا دقیقاً یک آدرس هستند. در خروجی سیستم‌عامل‌ها و تجهیزات معمولاً شکل کوتاه‌تر دیده می‌شود. مسیر برعکس هم مهم است. اگر 2001:db8:20::5 را ببینی، چهار بخش مشخص ۲۰۰۱، db8، ۲۰ و ۵ وجود دارند. برای رسیدن به هشت بخش، :: باید چهار بخش صفر را پوشش دهد.

2001:db8:20:0:0:0:0:5

2001:0db8:0020:0000:0000:0000:0000:0005

2001:DB8::ABCD
2001:db8::abcd

حروف بزرگ و کوچک Hexadecimal مقدار متفاوتی نمی‌سازند؛ 2001:DB8::ABCD و 2001:db8::abcd یک آدرس هستند. برای مستندسازی بهتر است شکل یکنواخت RFC 5952 را رعایت کنی: Leading Zeroها حذف شوند، نمایش معمولاً با حروف کوچک باشد و :: به‌صورت یکنواخت برای طولانی‌ترین دنباله صفر استفاده شود. این کار مقایسه Log، ACL و مستندات را ساده‌تر می‌کند.

آدرس‌های ویژه و Prefix Length

گاهی آدرسی فقط به شکل :: دیده می‌شود. این آدرس یعنی هر ۱۲۸ بیت صفر هستند.

::

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

این آدرس Unspecified Address نام دارد. دستگاه وقتی هنوز آدرس مشخصی برای خودش در یک وضعیت خاص ندارد می‌تواند از مفهوم Unspecified استفاده کند. :: یک آدرس عادی برای اختصاص دادن به Interface نیست. آدرس ::۱ در IPv6 برای Loopback استفاده می‌شود.

::1

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001

در IPv4 معمولاً 127.0.0.1 را برای Loopback می‌شناسیم. در IPv6 آدرس اصلی Loopback برابر ::۱ است. Loopback یعنی مقصد خود دستگاه است. بسته قرار نیست برای رسیدن به ::۱ از کارت شبکه خارج شود و وارد Switch شود.

ping ::1

اگر IPv6 روی سیستم درست فعال باشد، معمولاً این Ping پاسخ می‌گیرد. این تست فقط عملکرد محلی IPv6 روی همان سیستم را بررسی می‌کند و سالم بودن ارتباط با شبکه بیرونی را ثابت نمی‌کند. کنار آدرس IPv6 معمولاً عددی مثل /64 دیده می‌شود:

2001:db8:10:20::25/64

عدد /64 خود آدرس نیست. این عدد Prefix Length است و مشخص می‌کند چند بیت اول آدرس بخش شبکه را مشخص می‌کنند. هر بخش IPv6 شانزده بیت است. چهار بخش اول در مجموع ۶۴ بیت می‌شوند.

2001 : db8 : 10 : 20
 16     16    16    16

16 + 16 + 16 + 16 = 64 bits

پس در آدرس 2001:db8:10:20::25/64، Prefix شبکه برابر 2001:db8:10:20::/64 است.

2001:db8:10:20::25/64
Prefix: 2001:db8:10:20::/64
Interface portion: ::25

IPv6 روی Interface و Cisco IOS

فرض کن روی Interface یک Router این آدرس تنظیم شده است:

Router: 2001:db8:10:1::1/64

یک کامپیوتر داخل همان LAN هم این آدرس را دارد:

PC: 2001:db8:10:1::20/64

هر دو آدرس Prefix یکسان 2001:db8:10:1::/64 دارند. از نظر Addressing در یک Subnet قرار گرفته‌اند. اگر تنظیمات و اتصال فیزیکی درست باشند، می‌توانند روی همان شبکه محلی با هم ارتباط داشته باشند. در این مرحله فقط روی خواندن آدرس و Prefix تمرکز می‌کنیم. اینکه دستگاه دقیقاً چطور دستگاه دیگر را پیدا می‌کند و برای ارتباط IPv6 چه پیام‌هایی ردوبدل می‌شوند، در درس Neighbor Discovery بررسی می‌شود. در Cisco IOS یکی از دستورهای مفید برای دیدن خلاصه Interfaceهای IPv6 این است:

show ipv6 interface brief

خروجی می‌تواند شبیه نمونه زیر باشد:

GigabitEthernet0/0    [up/up]
    FE80::1
    2001:DB8:10:1::1

خروجی show ipv6 interface brief ممکن است هم Link-Local و هم Global Unicast را روی یک Interface نشان دهد و این طبیعی است. وجود چند IPv6 به‌تنهایی Conflict نیست. برای تحلیل، وضعیت up/down، Prefix آدرس‌ها و Link-Local را کنار هم بخوان. اگر جزئیات بیشتری لازم بود، show ipv6 interface همان Interface اطلاعات Neighbor Discovery و گروه‌های Multicast را هم نشان می‌دهد.

show ipv6 interface brief
show ipv6 interface GigabitEthernet0/0
show running-config interface GigabitEthernet0/0

کنترل صحت آدرس و خواندن عملی خروجی‌ها

یکی از خطاهای رایج، اشتباه در شمارش بخش‌هاست. اگر :: وجود نداشته باشد، آدرس کامل باید هشت بخش داشته باشد.

2001:db8:10:20:30:40:50:60

2001:db8:10:20:30:40:50

خطای دیگر حذف صفرهای اشتباه است. مثلاً ۰۰۱۰ می‌تواند ۱۰ شود، اما نمی‌تواند ۱ شود.

0010 → 10
0010 ≠ 1

برای بررسی سریع یک IPv6 سه سؤال از خودت بپرس: اگر :: وجود ندارد آیا هشت بخش می‌بینی؟ اگر :: وجود دارد آیا فقط یک بار استفاده شده؟ آیا فقط صفرهای ابتدای هر بخش حذف شده‌اند؟ IPv4 معمولاً به صورت چهار عدد Decimal با نقطه نوشته می‌شود:

192.168.10.20

IPv6 با بخش‌های Hexadecimal و علامت : نوشته می‌شود:

2001:db8:10:20::5

برای اعتبارسنجی آدرس، ظاهر طولانی را ساده کن: تعداد گروه‌ها، محل ::، محدوده رقم‌های Hex و Prefix را جداگانه بررسی کن. در عمل یک Hex digit اشتباه می‌تواند Host را در Prefix دیگری قرار دهد. قبل از تغییر Routing یا Firewall، آدرس و Prefix را با مستندات مقایسه کن.

۱) اگر :: وجود ندارد، باید ۸ گروه داشته باشیم
۲) هر گروه حداکثر ۴ رقم Hex دارد
۳) فقط ۰-۹ و a-f مجازند
۴) :: در یک آدرس فقط یک بار استفاده می‌شود
5) Prefix باید بین /0 و /128 باشد