IPv6與IPv4的對(duì)比及發(fā)展中的問(wèn)題

摘 要：對(duì)比了新老兩代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議——IPv6與IPv4，分析了二者在報(bào)文頭部和地址語(yǔ)法方面的差異，并列舉了IPv6的優(yōu)勢(shì)所在。同時(shí)，也指出了IPv6在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中面臨的問(wèn)題，闡明了IPv6沒(méi)能得到快速發(fā)展的原因所在。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議;報(bào)文頭部;地址語(yǔ)法;技術(shù)方案;成本控制

IPv4是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第四版，也是第一個(gè)被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。它的最大問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)地址資源有限。從理論上講，編址1600萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)、40億臺(tái)主機(jī)。但采用A、B、C三類編址方式后，可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的數(shù)目大打折扣，以至IP地址已經(jīng)枯竭。

IPv6是IETF設(shè)計(jì)的用于替代IPv4的下一代IP協(xié)議。使用IPv6，可以極大地增加可用IP地址的數(shù)量，從而解決當(dāng)前IP地址資源不足的問(wèn)題。

1 IPv6與IPv4的對(duì)比

1.1 IPv6與IPv4的報(bào)文頭部對(duì)比

從圖中可以看出，IPv6的報(bào)文頭部更加簡(jiǎn)單，少了很多的字段。對(duì)比IPv4，有這幾個(gè)地方值得注意：

第一，IPv6報(bào)文頭部是定長(zhǎng)的，而IPv4報(bào)文頭部是變長(zhǎng)的。這意味著，寫(xiě)代碼處理IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文的效率會(huì)提高很多。

第二，IPv6的報(bào)文頭部取消了校驗(yàn)和字段。取消這個(gè)字段也是對(duì)IPv4協(xié)議的一個(gè)改進(jìn)。當(dāng)IPv4報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，都會(huì)被修改TTL字段，這意味著每一次轉(zhuǎn)發(fā)都需要重新計(jì)算校驗(yàn)和。而由于數(shù)據(jù)鏈路層L2和傳輸層L4的校驗(yàn)已經(jīng)足夠強(qiáng)壯，因此IPv6取消這個(gè)字段會(huì)提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率。

第三，IPv6引入了一個(gè)新的概念——擴(kuò)展頭部。每個(gè)IPv6的數(shù)據(jù)報(bào)文可以承載0個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展頭部，擴(kuò)展頭部通過(guò)鏈表的形式組織起來(lái)。當(dāng)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文承載著擴(kuò)展頭部的時(shí)候，Next Header的數(shù)值為擴(kuò)展頭部的類型值。引入擴(kuò)展頭部這個(gè)概念也是IPv6對(duì)IPv4改進(jìn)的一個(gè)方面。用擴(kuò)展頭部取代了IPv4的可選項(xiàng)信息，精簡(jiǎn)了IPv6的頭部，增強(qiáng)了IPv6的擴(kuò)展性。

1.2 IPv6與IPv4的地址語(yǔ)法對(duì)比

IPv4使用32位地址，通常被寫(xiě)作點(diǎn)分十進(jìn)制的形式，即每8位分成一段，每個(gè)8位的段用十進(jìn)制表示，中間用點(diǎn)分隔。例如：192.168.1.1。

IPv6使用128位地址，采用冒號(hào)十六進(jìn)制的表示方法，即每16位分成一段，每個(gè)16位的段用十六進(jìn)制表示，中間用冒號(hào)分隔。例如：2001：0012：0000：0000：02AA：0987：FE29：9871。為了進(jìn)一步精簡(jiǎn)IPv6地址，當(dāng)冒號(hào)十六進(jìn)制格式中出現(xiàn)連續(xù)幾段數(shù)值0的位段時(shí)，這些段可以壓縮為雙冒號(hào)的表示形式。例如上面的地址還可以進(jìn)一步精簡(jiǎn)表示為：2001：12：：2AA：987：FE29：9871。

可見(jiàn)，IPv4能夠提供的地址總量為2的32次方個(gè)。除去為特殊用途所保留的一些地址，如專用網(wǎng)絡(luò)地址和多播地址，全球可用的IPv4地址大約為43億個(gè)。而IPv6采用128位的地址長(zhǎng)度，地址容量高達(dá)2的128次方個(gè)，足以支持可預(yù)見(jiàn)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)。

1.3 IPv6對(duì)比IPv4的其他優(yōu)勢(shì)

與IPv4相比，IPv6還具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

第一，IPv6擁有龐大到幾乎取之不盡的地址資源，可以為每一臺(tái)設(shè)備分配一個(gè)固定的IP地址。這意味著，如果推廣IPv6，所有的家庭電腦和家用設(shè)備都將擁有固定的IP地址。這將徹底改變目前動(dòng)態(tài)分配IP地址、用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換公網(wǎng)私網(wǎng)地址的局面。對(duì)個(gè)人來(lái)講，在公共場(chǎng)所遠(yuǎn)程控制自己家中的智能設(shè)備，比如掃地機(jī)器人，將更加便捷。

第二，現(xiàn)行的IPv4網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，默認(rèn)是明文傳輸?shù)?，這就帶來(lái)了很大的安全隱患。IPv6協(xié)議默認(rèn)采用加密傳輸。通過(guò)這一安全機(jī)制，提高了傳輸?shù)陌踩?，減少了安全方面的資金和設(shè)備投入，降低了安全運(yùn)維人員的維護(hù)工作量。

第三，路由器是根據(jù)路由條目進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的。IPv6遵循聚類原則分配IP地址，使得路由器可以用一條記錄表示一片子網(wǎng)。這種方式大大減少了路由器中路由條目的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速率，從而帶來(lái)了更快的網(wǎng)速。

2 IPv6發(fā)展中面臨的問(wèn)題

2.1 技術(shù)方案選擇問(wèn)題

IPv6最大的問(wèn)題在于無(wú)法向前兼容IPv4協(xié)議，因此從IPv4升級(jí)到IPv6出現(xiàn)了眾多的演進(jìn)方案。各種技術(shù)方案的應(yīng)對(duì)場(chǎng)景不同，再加上企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)各異，這都增加了企業(yè)選擇方案的難度。

2.2 投資與成本控制問(wèn)題

在IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的問(wèn)題上，運(yùn)營(yíng)商的改造規(guī)模覆蓋了終端、接入、城域、骨干等各個(gè)環(huán)節(jié)，幾乎是全網(wǎng)升級(jí)，設(shè)備采購(gòu)量和資金投入自然不小。如何降低總成本，保護(hù)投資，是運(yùn)營(yíng)商需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

3 總結(jié)

對(duì)比IPv4，雖然IPv6有著諸多優(yōu)勢(shì)，但是，由于升級(jí)過(guò)程存在著許多阻力，使得IPv6剛剛起步就要面對(duì)種種問(wèn)題。我們有足夠的理由相信，隨著時(shí)間的推移，人們會(huì)找到更好的辦法來(lái)解決這些困難，為IPv6的發(fā)展鋪平道路。

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作者簡(jiǎn)介：賈繼薇（1982-），女，漢族，環(huán)境保護(hù)工程師，研究方向：環(huán)保信息化應(yīng)用。