為互聯(lián)網(wǎng)用戶，或多或少聽過IPv4地址枯竭的消息，而對于定義IPv4的IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務組)來說，也沒有預料到如今的互聯(lián)網(wǎng)會出現(xiàn)如此龐大的用戶量增長。

IPv4的網(wǎng)絡地址資源局限，已經(jīng)嚴重制約了互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展。目前常用的NAT(網(wǎng)絡地址轉換)技術只能緩解公網(wǎng)IP數(shù)量不足的燃眉之急，而真正能從根本解決IP地址數(shù)量問題和推進互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術方案還得依靠IPv6(Internet Protocol Version 6，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版)。

隨著各國及各大運營商對IPv6的發(fā)展推動，IPv6已經(jīng)漸漸進入用戶的生活當中，例如我們在打開某些APP的開啟畫面中會看到IPv6的標示。

那么為什么越來越多的APP會將IPv6的標示寫入啟動界面，IPv6僅僅只是讓IP地址數(shù)量變多嗎?

一、IPv6地址數(shù)量

在IPv4中規(guī)定IP地址長度為32位二進制數(shù)，約等于2^32個網(wǎng)絡地址。而IPv6具有更大的地址空間，長度為128位二進制數(shù)，約等于2^128個網(wǎng)絡地址(約3.4×10^38)，這個數(shù)量已經(jīng)遠遠大于人們對互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)模的想象。

二、IPv6地址格式

IPv6因為地址長度較大，相對的地址格式也會復雜不少，而且采用的為16進制的表示方式(數(shù)字0-9加上字母A-F)，想要記住一個IPv6地址并不容易。

IPv6地址是可以進行縮寫表示的，例如冒號分隔的每組數(shù)值前面的0可以省略不寫，例如：

冒號分隔的一組或者連續(xù)幾組全0數(shù)值，可以用雙冒號表示(一個IP地址最多只可出現(xiàn)一次：：縮寫)，例如：

三、ipv6的網(wǎng)絡標示與主機標示

在IPv4中，大多數(shù)用戶知道是用子網(wǎng)掩碼來劃分IP地址的網(wǎng)絡號和主機號，從而得知IP地址所屬的網(wǎng)段，例如：192.168.1.2 (255.255.255.0)，我們可以通過這個IP的掩碼長度來確定這個IP的網(wǎng)絡標識為前24位，即192.168.1.0為它的網(wǎng)段，主機標識為后8位。

1. 那么IPv6如何劃分網(wǎng)段?

IPv6的地址長度為128位(比特)，默認后64位(比特)為接口ID，即主機標識。主機標識默認是由48位MAC地址加上IEEE分配的ID，依照EUI64轉換算法，進行轉換得來的，這就可以極大地降低IP地址出現(xiàn)重復的可能。

2. 全局單播地址

全局單播地址是最常用的IPv6地址類型，即全球唯一的IP地址，等同于IPv4的公網(wǎng)IP地址。

除了大多數(shù)全局單播地址，以下還有幾個特殊地址類型需要進行區(qū)分：

四、IPv6的優(yōu)點

1. 更龐大的網(wǎng)絡地址數(shù)量

2. 更小的路由表

因為IPv6在地址分配時遵循聚類原則，相同區(qū)域默認分配相同前綴IP地址。當路由在查找和傳遞過程中，可以更高效地選擇最優(yōu)路由進行傳遞，大大節(jié)省傳遞時的開銷。

3. IPv6的分段處理

在IPv4的網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中，路由器會根據(jù)其設置的MTU值(最大傳輸單元，默認為1500字節(jié))來對數(shù)據(jù)包進行分片傳輸。

而在IPv6的網(wǎng)絡中，主機在發(fā)出數(shù)據(jù)包時，就已經(jīng)對數(shù)據(jù)包進行分片處理(默認最小MTU為1280字節(jié))，這樣在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中就不需要路由器來擔任分片工作，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

4. 即插即用

在IPv4的網(wǎng)絡中，如果用戶不想手動配置IP地址，就得依賴DHCP服務來進行地址自動分配。在IPv6中同樣可以通過DHCPv6進行有狀態(tài)地址分配，但是也可以不依賴DHCPv6來進行無狀態(tài)地址分配(SLAAC)。

IPv6可以通過NDP進行路由請求和通告，獲取IPv6地址的網(wǎng)絡前綴，而 IPv6地址的后64位是由網(wǎng)卡的物理地址(MAC)加上轉換算法得來，本身就是全球唯一的地址，所以也就很難遇到IP地址沖突現(xiàn)象。

5. 傳輸安全性

在IPv6網(wǎng)絡中，除了對以往IPv4的報文精簡改進，最大的區(qū)別就是強制使用IPSec安全加密傳輸，讓用戶不再擔心數(shù)據(jù)抓包導致信息泄密，也避免了大多數(shù)據(jù)數(shù)欺騙攻擊。

五、IPv6與IPv4如何互通

文章開頭提到，為什么那么多APP會特別標注支持IPv6網(wǎng)絡，原因就是，IPv4與IPv6之間網(wǎng)絡默認是不能互通的，而支持IPv6的APP即可以在IPv6網(wǎng)絡下直接進行訪問。

那么，目前互聯(lián)網(wǎng)上絕大多數(shù)設備依然在使用IPv4網(wǎng)絡，不可能讓所有設備同時切換到IPv6的網(wǎng)絡上，在IPv4向IPv6過渡的漫長階段中，如何使二者網(wǎng)絡下的設備能正常訪問互聯(lián)網(wǎng)及互相通訊呢?

1. 雙協(xié)議棧技術

雙協(xié)議棧技術是指在路由器或者主機上同時運行IPv4和IPv6協(xié)議。

其中大多數(shù)應用服務器采用的為雙棧主機的解決方案，嚴格意義上它并不是解決IPv4與IPv6互通的問題，而是適配兩種網(wǎng)絡模式來為不同網(wǎng)絡下的客戶端提供服務。

當IPv4網(wǎng)絡下的客戶端發(fā)起請求時，服務器及鏈路會在IPv4網(wǎng)絡下進行響應。同理，當發(fā)起客戶端處于IPv6網(wǎng)絡時，服務器會在IPv6網(wǎng)絡下進行響應。

反之，也可以在客戶終端上配置雙協(xié)議棧，來分別訪問不同網(wǎng)絡協(xié)議下的服務器。

2. 隧道技術

目前常見的IPv6隧道傳輸方案有手工隧道與自動隧道，例如6 over 4、6 to 4等。其中自動隧道因為需要同時配置IPv4和IPv6地址，所以需要雙協(xié)議棧路由器支持。

隧道技術是指將IPv6的數(shù)據(jù)包封裝在IPv4的數(shù)據(jù)包里進行發(fā)送，它好處就是不需要對現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡進行改造，就可以直接利用隧道來傳輸IPv6的數(shù)據(jù)包。

隧道技術主要是為了向IPv6網(wǎng)絡過渡過程中減少搭建設備的成本，但是它依然無法解決純IPv4主機與IPv6主機的互通問題。

3. 網(wǎng)絡協(xié)議轉換技術

IPv6上的網(wǎng)絡協(xié)議轉換技術類似于IPv4上經(jīng)常使用的NAT技術，但是轉換的內(nèi)容不一樣。早期的翻譯網(wǎng)關采用的為NAT-PT技術，但是因為技術的局限性和安全性，最終還是改用了NAT64轉換技術。

NAT64的工作原理就是搭建一臺翻譯網(wǎng)關位于IPv4與IPv6網(wǎng)絡之間，將通過網(wǎng)關的IPv6與IPv4的數(shù)據(jù)包進行翻譯傳輸。NAT64一般只能單方向的將發(fā)往IPv4網(wǎng)絡的IPv6報文進行翻譯，而不能主動翻譯反方向的IPv4發(fā)往IPv6的報文，需要進行靜態(tài)條目綁定才能真正實現(xiàn)IPv4訪問IPv6網(wǎng)絡，在技術實現(xiàn)上成本較高。

4. IVI技術

IVI技術是國內(nèi)研發(fā)的翻譯網(wǎng)關技術，雖然都屬于翻譯網(wǎng)關，但是NAT64轉換基于狀態(tài)，而IVI可以進行無狀態(tài)的映射。

網(wǎng)絡運營商通過對一部分IPv4和IPv6地址進行映射，生成IVI專用地址。IPv6網(wǎng)絡的用戶如果想訪問IPv4網(wǎng)絡，可以通過IVI網(wǎng)關的映射表獲得IPv4地址來直接訪問IPv4網(wǎng)絡。而IPv4用戶如果需要訪問IPv6網(wǎng)絡，則會通過IVI網(wǎng)關獲得IVI-6地址來訪問IPv6網(wǎng)絡。

目前IVI是IPv4向IPv6過渡的較優(yōu)方案，原因就是它不需要改變用戶的使用習慣和成本，可以直接由運營商進行搭建翻譯網(wǎng)關來進行雙網(wǎng)互訪。

六、總結

隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展，IPv4向IPv6轉變是必然趨勢。

而各國和運營商對IPv6的推動，在不久的將來會有更多的設備和產(chǎn)品加入物聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境，原本的設備互聯(lián)問題將發(fā)生巨大改變，作為普通互聯(lián)網(wǎng)用戶也能享受IPv6帶來的便利。