浅谈——IPv4与IPv6- 大数跨境

河北镌远网络科技有限公司

2019-12-04

导读：浅谈——IPv4与IPv6

2019年10月20日，在乌镇举办的第六届世界互联网大会上，中国电信副总经理刘桂清表示：“中国电信城域网、移动网、骨干网、IDC等均实现了IPv6的商用部署，目前已建成规模最大、业务形态最全的IPv6网络”，“已为超过3亿用户分配IPv6地址”。

2019年11月25日，负责英国、欧洲、中东和部分中亚地区互联网资源分配的欧洲网络协调中心（RIPE NCC）宣布，其最后的 IPv4 地址空间储备池在 11 月 25 日 UTC + 1 15:35 完全耗尽，所有 43 亿个 IPv4 地址已分配完毕。

其实，早在20世纪80年代后期开始，全球已经开始意识到这个问题将会发生。IPv6的研发及布署，主要就是为了解决这个问题。

2017年11月28日，由下一代互联网国家工程中心牵头发起的“雪人计划”，已在全球完成25台IPv6 DNS根服务器架设，中国部署了其中的4台，由1台主根服务器和3台辅根服务器组成。也就是说，在IPv6下，我们一定程度上拥有了“网络安全感”，不再受制于人。

什么是IPv4？

IPv4是Internet Protocol version 4的缩写，中文翻译为互联网通信协议（TCP/IP协议）第四版，通常简称为网际协议版本4。

IPv4使用32位（4字节）地址，因此地址空间中只有4,294,967,296（2^32）个地址。

IPv4地址可被写作任何表示一个32位整数值的形式，但为了方便人类阅读和分析，它通常被写作点分十进制的形式，即四个字节被分开用十进制写出，中间用点分隔。

所以，通常IPv4地址的地址格式为nnn.nnn.nnn.nnn，如：

因为在点分十进制的表达形式下，共有4个字节的IP地址被分位四段，每一段就有一个字节，而一个字节有8位，那么，8位能表示的数字范围是 0 - 255。

所以，一个IPv4的地址，格式为nnn.nnn.nnn.nnn，其中 0<=nnn<=255，而每个 n 都是十进制数。可省略前导零。

为什么IPv4会枯竭？

IP地址的全球性管理机构为互联网号码分配局（IANA），其下有五个局域网际网络注册管理机构（RIR）在理论上，IPv4最多可以提供2^32 （约42.9亿）个IP地址。不过，一些地址是为特殊用途所保留的，如约1800万个专用网络和约2.7亿个多播地址，同样减少了可在互联网上路由的地址数量。

随着地址不断被分配给终端用户，IPv4地址枯竭问题也在随之产生。

中国是世界上互联网用户数量最多的国家，但人均只有0.45个IPv4地址。在IPv4的环境下，我国用户上网地址需要动态分配，人与地址没有固定的对应关系，用户溯源难，带来互联网安全和监管隐患。所以，为了解决这个问题，IPv6诞生了。

什么是IPv6？

IPv6是Internet Protocol version 6的缩写，中文翻译为互联网通信协议（TCP/IP协议）第6版，通常简称为网际协议版6。IPv6具有比IPv4大得多的编码地址空间，用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进。

IPv6具有比IPv4大得多的编码地址空间。这是因为IPv6采用128位的地址，而IPv4使用的是32位。因此新增的地址空间支持2^128 个地址；

具体数量为340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个，有人说IPv6的地址数可能比全世界的沙子还要多，足以解决目前IPv4地址量不足的问题。

IPv6二进位制下为128位长度，以16位为一组，每组以冒号“:”隔开，可以分为8组。

IPv6文本格式为 xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx，其中每个 x 都是十六进制数，表示 4 位。例如：

IPv4 对比 IPv6

地址

IPv4长度为 32 位（4 个字节）。

IPv4 地址的文本格式为 nnn.nnn.nnn.nnn，其中 0<=nnn<=255，而每个 n 都是十进制数。可省略前导零。最大打印字符数为 15 个，不计掩码。

IPv6长度为 128 位（16 个字节）。

IPv6 地址的文本格式为 xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx，其中每个 x 都是十六进制数，表示 4 位。可省略前导零。可在地址的文本格式中使用一次双冒号（::），用于指定任意数目的 0 位。例如，::ffff:10.120.78.40 表示 IPv4 映射的 IPv6 地址。

地址解析协议

IPv4 使用 ARP 来查找与 IPv4 地址相关联的物理地址（如 MAC 或链路地址）。

IPv6 使用因特网控制报文协议版本 6（ICMPv6）将这些功能嵌入到 IP 自身作为无状态自动配置和邻节点发现算法的一部分。因此，不存在类似于 ARP6 之类的东西。

IP 报头

IPv4根据提供的 IP 选项，有 20-60 个字节的可变长度。

IPv6的报文头是 40 个字节的固定长度。没有 IP 报头选项。

安全性

IPv6预设有IPSec，来提升安全性。

相较之下，IPv4的IPSec则需要额外开启。

地址类型

IPv4 地址分为三种基本类型：单点广播地址、多点广播地址和广播地址。

IPv6 地址分为三种基本类型：单点广播地址、多点广播地址和任意广播地址。

相比IPv4,IPv6主要有以下几个方面的优点

1.更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32 -1个地址。而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128 -1个地址。

2.更小的路由表。IPv6的地址分配遵循聚类原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录表示一片子网，大大减少了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

3.增强的组播支持以及对流的支持。这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量控制提供了良好的网络平台，加入了对自动配置的支持。这是对DHCP的改进和扩展，使得网络的管理更加方便和快捷。

4.更高的安全性。在使用ipv6的网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大地增强了网络安全。

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