計算機網絡經過幾十年的發展，已滲透到社會的各個階層并深刻地改變著人的思維方式和生活方式。現在大部分計算機上使用的IP協議是20世紀70年代設計的，當時美國國防部為適應核戰爭的通信需要建立了ARPANET實驗網，該網使用的協議就是現在IPv4原型。

　　摘 要：國際互聯網的協議核心為TCP/IP協議，我們今天大部分計算機使用的協議是IPv4。本文通過對IPv4的探討，分析了IPv4目前面臨的主要危機，論述了IPv4將被取代的必然性，引出論述IPv6的發展及優勢，IPv6面臨的困難。意在引起大家對IPv6的關注，促進IPv6的發展。

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　　IPv4發展至今卻暴露出無法克服的缺陷潛伏著嚴重的危機，到了必須要更新換代的程度，這時計算機的專業人士就提出了新一代互聯網的體系架構，主要是制定出了新一代互聯網的協議稱為IPv6。本文就從多個方面探討一下IPv4和IPv6。

　　1 IPv4的缺陷

　　1.1 地址枯竭。目前的互聯網IP地址將消耗殆盡，這不是一個聳人聽聞的消息，據國外媒體報道，“互聯網之父”、TCP/IP協議聯合創始人溫頓・瑟夫(Vinton Cerf)曾表示，IPv4地址將于2011年耗盡，但這個預測并不準確。

　　IP地址的枯竭究其原因主要有以下幾方面：

　　1.1.1 首先是IPv4的先天不足。IP協議的開發者當時將它用于ARPANET中，這是個軍事網絡，網絡個數當時不多，因此將IP協議的地址長度設定為32位二進制數，其長度有其先天的不足。國際互聯網發展現在這個規模，當時的IP協議開發者確實沒有想到。

　　1.1.2 IP地址的驚人浪費。為了彌補IP地址的不足將32位IP地址分成了五類，即A類、B類、C類、D類和E類，其中D類和E類作為特殊用處或保留，只有A、 B、C三類可使用。A類網絡只有126個，可容納主機1700萬個，B類網絡個數為16384個每個網絡可容納65000個主機;而C類地址有約200萬個網絡個數，但每個網絡的主機號只有254個主機。而許多企業主機個數超出了254，但又遠遠沒有達到B類主機數，在這種情況為他們分配B類地址，一方面造成IP地址的極大浪費，另一方面導致B類地址面臨枯竭的危險。

　　1.1.3 IP地址分配不均衡。由于IPv4地址的分配采用的是“先到先得，按需要分配”的原則，互聯網在全球各個國家和各個國家內的各個區域的發展又是極不均衡的，這就勢必造成大量IP地址資源集中分布在某些發達國家和各個國家的某些發達地區的情況。

　　據統計截至2010年8月30號占分配網址的50.50%在美國，我國為第二位占7.4%。

　　1.2 路由表越來越大。路由表中存放著所連接子網的狀態信息。由于IPv4地址的層次結構缺乏統一的分配管理，并且多數IP地址空間的結構只有兩層或者三層，這導致主干路由器中存在大量的路由表項。隨著接入的網絡數目增加，路由器的路由表迅速膨脹，路由效率特別是骨干網絡路由效率急劇下降，最終可能導致網絡的癱瘓。

　　1.3 安全性不夠。由于地址不足，很多用戶是通過NAT“網絡地址轉換”和CIDR“無類別域際路由選擇”等技術上網，無法建立和外部主機的端到端的安全連接，因此也無法保證數據報可以不被修改地傳送，這也成為了很多黑客的攻擊手段。

　　2 IPv6優勢

　　為了克服IPv4的缺陷，彌補IPv4的不足，IFTF(互聯網工程任務組)從1992年6月提出制定下一代的IP，即IPNG后被正式命名為IPv6。并從1995年后陸續公布了一系列的IPv6協議，并不斷進行修改和補充，至2002年基本上修改完善。

　　2.1 巨大的地址空間。IPv6采用128位地址長度，理論上可容納2的128次方-1個主機，這樣大的地址空間，有人計算過從理論上講地球上的每個人大約擁有 5.7×1028個地址，不僅為世界上的每臺計算機，而且為所有的移動電話和家用電器等許多設備都分配若干個地址也足夠了。徹底解決了IP地址不足的問題。

　　2.2 地址自動配置。為了簡化主機配置，IPv6協議支持地址自動配置，就是利用專用的地址分配服務器動態分配IPv6地址，不需要人為參與，IPv6網絡接口能夠自動獲得全局地址、站點局部地址和鏈路局部地址，并且可以防止地址重復。這是―種即插即用的地址配置機制。

　　2.3 內置的安全機制。IPv6從開始研制時就考慮了通信安全問題，早在1995時IETF就研制了一套用于保護IP通信安全協議，簡稱為IPsec，IPv6內置了IPsec，IPsec提供了認證和加密機制有效的提高了IPv6的通信安全。

　　2.4 滿足了3G網絡的需求。隨著技術發展，移動通信正試圖從基于電路交換提供語音服務，向基于IP提供數據、語音、視頻等多種服務轉變。由于IPv4的缺陷不能提供有效的支持，而IPv6的地址空間、移動性的支持、服務質量保證機制、安全性和其他靈活性很好地滿足了3G網絡的需求。

　　2.5 簡化了基本頭部，增加了擴展頭部。IPv6使用了一種全新的、相對更加靈活的頭部結構，在IP頭部中刪除了一些不必要的IPv4功能，還有一些把頭部字段變為了可選項，以減少包處理中例行處理的消耗;在基本頭部后增加了擴展頭部，可以很方便地實現功能擴展。IPv6擴展頭部的長度只受IPv6的數據包的長度限制。當有新技術應用需求時，IPv6允許對協議進行擴充，增加了IPv6的靈活性。

　　2.6 更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類(Aggregation)的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄(Entry)表示一片子網，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉發數據包的速度。

　　3 IPv6的現狀及發展 　　IPv6從公布到現在約有14年，IPv6技術和標準己經基本成熟，支持IPv6的網絡設備也逐漸推出。但從全球來看IPv6發展相當緩慢，有一個臺灣的網站對各個國家申請IPv6地址的情況進行了統計，我摘取了2008年10月及2009年9月兩個月份的數據，見表1。我國排在第18位。

　　表1

　　從這個表中我們看到大部分國家在一年內IPv6地址數增加的都不快，發展都比較慢，究其我認為原因有以下幾種：

　　3.1 從IPv6的自身來說，IPv6所解決的核心問題是解決了IPv4地址不足等幾個主要問題，并沒有解決IPv4的全部問題，許多問題只是對IPv4的改良，并且IPv6還處在進一步完善、測試階段，許多國家持有觀望態度。

　　3.2 IPv4還有相當強的生命力。目前正在使用的網絡設備大都是只支持IPv4的，IPv4從1981年到現在己有二十多年，經受住了各種考驗，從早期的小規模，到如今已成為全球性國際互聯網，這充分證明了IPv4具有相當強盛的生命力，易于實現性能良好。

　　3.3 采用了新技術在一定程序上緩解了IPv4地址不足的危機。為了緩解地址危機的發生，相應地產生了兩種新的技術無類型網絡區域路由技術CIDR和網絡地址翻譯技術NAT。采用無類型網絡區域路由(Classless Inter Domain Routing，CIDR)的目的是為了節省B類地址。采用NAT(Network Address Translation，NAT)的主要作用是節約了地址空間，減少了對合法地址的需求，多個內部節點共享一個外部地址，使用端口進行區分(Network Address Port Translation，NAPT)，這樣就能更有效的節約合法地址，但這兩種技術都帶來的路由表膨脹的缺陷。

　　參考文獻：

　　[1]戴維斯(Joseph Davies).深入解析IPv6(第3版)[M].汪海霖，譯.北京：人民郵電出版社，2014.

　　[2]崔勇，吳建平等.下一代互聯網與IPv6過渡[M].北京：清華大學出版社，2014.