IPv4與IPv6的特點及發展前景比較

薛鳴 李彥

（西安翻譯學院,陜西 西安 710105）

1 引言

IP地址是人們在網絡上的“身份證”，隨著網絡的普及和智能家電的廣泛使用，不管是上網的用戶，還是智能產品的信息終端，都需要擁有自己的IP地址。目前的全球因特網所采用的協議是TCP/IP協議。IP是TCP/IP協議中網絡層的協議，是TCP/IP協議族的核心協議。目前IP協議的版本號是4（簡稱為IPv4，是Internet Protocol Version 4的縮寫，其中Internet Protocol譯為“互聯網協議”），核心技術屬于美國。發展至今已經使用了30多年。現有的互聯網是在IPv4協議的基礎上運行。[1]

2 IPv4的應用現狀

IPv4采用32位地址長度，它的最大問題是網絡地址資源有限，從理論上講，編址1600萬個網絡、大約43億個電腦可以聯到Internet上。但采用A、B、C三類編址方式后，可用的網絡地址和主機地址的數目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。[2]近十幾年來由于互聯網的蓬勃發展，IP位址的需求量愈來愈大，使得IP地址的發放愈趨嚴格，各項資料顯示全球IPv4地址可能在很短時間內即將消耗殆盡，地址空間的不足必將影響互聯網的進一步發展。其中北美占有3/4，約30億個，而人口最多的亞洲只有不到4億個，中國只有3千多萬個，只相當于美國麻省理工學院的數量。[3]地址不足，嚴重地制約了我國及其他國家互聯網的應用和發展。

一方面是地址資源數量的限制，另一方面是隨著電子技術及網絡技術的發展，計算機網絡將進入人們的日常生活，可能身邊的每一樣東西都需要連入全球因特網。最根本的解決辦法還是擴大IP地址，在這樣的環境下，IPv6應運而生。單從數字上來說，IPv6所擁有的地址容量是IPv4的約8×10^28倍，達到2^128-1個。[4]這不但解決了網絡地址資源數量的問題，同時也為除電腦外的設備連入互聯網在數量限制上掃清了障礙。

3 IPv6的特點及優勢

IPv6是下一版本的互聯網協議，它幾乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6實際可分配的地址，整個地球每平方米面積上可分配1000多個地址。IPv6采用128位地址長度，一個IPv6的IP地址由8個地址節組成，每節包含16個地址位，以4個16進制數書寫，節與節之間用冒號分隔。

3.1 IPv6的特點

IPv6的發展是從1992年開始的，經過了十幾年的發展時間，IPv6的標準體系已經基本完善，在這個過程中，IPv6逐步優化了協議體系結構，為業務發展創造機會，歸納起來IPv6包括如下幾個特點。

地址充足：IPv6產生的初衷主要是針對IPv4地址短缺問題，即從IPv4的32bit地址，擴展到了IPv6的128bit地址，充分解決了地址匱乏問題。同時IPv6地址是有范圍的，包括鏈路本地地址、站點本地地址和任意傳播地址，這也進一步增加了地址應用的擴展性。

擴展為先：引入靈活的擴展報頭，按照不同協議要求增加擴展頭種類，按照處理順序合理安排擴展頭的順序，其中網絡設備需要處理的擴展頭在報文頭的前部，而需要宿端處理的擴展頭在報文頭的尾部。[5]

層次區劃：IPv6極大的地址空間使層次性的地址規劃成為可能，同時國際標準中已經規定了各個類型地址的層次結構，這樣既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，縮減IPv6路由表大小，降低網絡地址規劃的難度。

即插即用：IPv6引入自動配置以及重配置技術，對于IP地址等信息實現自動增刪更新配置，提高IPv6的易管理性。

貼身安全：IPv6集成了IPSec，用于網絡層的認證與加密，為用戶提供端到端安全，使用起來比IPv4簡單、方便，可以在遷移到IPv6時同步發展IPSec。[6]

移動便捷：Mobile IPv6增強了移動終端的移動特性、安全特性、路由特性，降低了網絡部署的難度和投資，為用戶提供了永久在線的服務。可以說，IPv6的上述特點充分迎合了未來網絡向IP融合統一的發展方向，并提升了IP網絡的可運營性和可管理性。

3.2 與IPv4相比，IPv6具有以下幾個優勢

在IPv6的設計過程中除了一勞永逸地解決了地址短缺問題以外，還考慮了在IPv4中解決不好的其它問題，主要有端到端IP連接、安全性、多播、移動性、即插即用等。IPv6的主要優勢體現在以下幾方面：擴大地址空間、提高網絡的整體吞吐量、改善服務質量(QoS)、安全性有更好的保證、支持即插即用和移動性、更好實現多播功能。

為適應實際應用的要求，IPv6在IPv4的設計思想上加以改進，增加了一些必要的新功能。與IPv4相比，IPv6具有以下幾個優勢：

經過擴展的地址和路由選擇功能：IP地址長度由32位增加到128位，可支持數量大得多的可尋址節點、更多級的地址層次和較為簡單的地址自動配置。

定義了任一成員(anycast)地址：用來標識一組接口，在不會引起混淆的情況下將簡稱“任一地址”，發往這種地址的分組將只發給由該地址所標識的一組接口中的一個成員。

簡化的首部格式：IPv4首部的某些字段被取消或改為選項，以減少報文分組處理過程中常用情況的處理費用，并使得IPv6首部的帶寬開銷盡可能低，盡管地址長度增加了。[7]雖然IPv6地址長度是IPv4地址的四倍，IPv6首部的長度只有IPv4首部的兩倍。

支持擴展首部和選項：IPv6的選項放在單獨的首部中，位于報文分組中IPv6首部和傳送層首部之間。因為大多數IPv6選項首部不會被報文分組投遞路徑上的任何路由器檢查和處理，直至其到達最終目的地，這種組織方式有利于改進路由器在處理包含選項的報文分組時的性能。IPv6的另一改進，是其選項與IPv4不同，可具有任意長度，不限于40字節。

支持驗證和隱私權：IPv6定義了一種擴展，可支持權限驗證和數據完整性。這一擴展是IPv6的基本內容，要求所有的實現必須支持這一擴展。[8]IPv6還定義了一種擴展，借助于加密支持保密性要求。

支持自動配置：IPv6支持多種形式的自動配置，從孤立網絡節點地址的“即插即用”自動配置，到DHCP提供的全功能的設施。

服務質量能力：IPv6增加了一種新的能力，如果某些報文分組屬于特定的工作流，發送者要求對其給予特殊處理，則可對這些報文分組加標號，例如非缺省服務質量通信業務或“實時”服務。

4 IPv6的應用

IPv6技術體系經歷了十多年的發展，其標準化的進程緩慢，嚴重影響了IPv6技術關鍵應用體系的建立。近兩年來由于亞洲和歐洲力量的推動，IPv6的標準化進程明顯加快，具有IPv6特性的網絡設備和網絡終端，以及相關的硬件平臺的推出也已加快了進度。在這種趨勢下，IPv6的關鍵應用將很快出現。

4.1 3G通訊業務

由于IP的諸多優點和全球IP浪潮的沖擊，3G演變為全IP網絡的趨勢越來越明顯。為了滿足永遠在線的需要，每一個要接入因特網的移動設備都將需要兩個唯一的IP地址來實現與移動因特網連接，本地網絡分配一個靜態IP地址，連接點分配第二個IP地址用于漫游。[9]GPRS和3G作為未來移動通信藍圖中的核心組成部分，對IP地址的需求量極大，只有IPv6才能滿足這種需要。

4.2 多種個人智能終端

經濟的發展帶動了個人電子設備的發展，由呼機、手機、PDA到智能手機的發展趨勢看，有聯網能力的集成數據、語音和視頻的個人智能終端將會很快出現，經過2～4年的發展，其規模就會相當大，由此將產生巨大的對IP地址的需求，這將是過渡到IPv6的一個最大動因。[10]

4.3 超高速家庭網絡

根據Allied Business Intelligence的預測，家用網關的數量將從2000年的618000個增加到2005年的16.8M個，家用寬帶和ADSL設備的增長也是驅動家庭網絡市場的因素，很多信息技術廠商都在進行家庭網絡方面的項目開發。像IEEE 1394和藍牙這樣的新技術已經被開發用于移動和家庭用途，眾多擁有處理器的設備越來越具備和網絡設備相連的條件。

5 結束語

安全性既涉及網絡安全也涉及信息安全，是發展下一代互聯網應注意的最關鍵問題。隨著互聯網的大規模商用化和在國民經濟中越來越重要的地位，安全威脅成為一個必須解決的問題。IPv6為互聯網換上一個簡捷、高效的引擎，不僅可以解決IPv4目前的地址短缺難題，而且可以使國際互聯網擺脫日益復雜、難以管理和控制的局面，變得更加穩定、可靠、高效和安全。

[1]謝希仁.計算機網絡（第5版）[M].北京：電子工業出版社.2008.

[2]雷震甲.網絡工程師教程（第3版）[M].北京：清華大學出版社.2009.

[3]特南鮑姆.計算機網絡[M].北京：清華大學出版社.2004.

[4]史蒂文斯.TCP/IP 詳解(卷 1:協議)[M].北京：機械工業出版社.2007.

[5]陳志亮.IPv6訪問IPv4的過渡技術研究與實踐[J].天津大學學報.2007：56-58.

[6]陳慶章，趙小敏.TCP/IP網絡原理與技術[M].北京：高等教育出版社.2006.

[7]譚瓊玲.IPv4向IPv6的過渡技術研究[J].湖南科技學院學報.2009：110-112.

[8]劉韻潔，張云勇.下一代網絡服務質量技術[M].北京：電子工業出版社.2005.

[9]朱瑩瑩.下一代IP技術--IPv6[J].民營科技,2009：89-91.

[10]聶紅杰.淺談IPv6技術的發展[J].科技資訊,2009：23-25.

[11]賀文華.IPv4、IPv6 和 IPv9 比較研究[J].計算機科學.2008：123-124.