IPv6與IPv4的對比及發展中的問題

摘 要：對比了新老兩代互聯網協議——IPv6與IPv4，分析了二者在報文頭部和地址語法方面的差異，并列舉了IPv6的優勢所在。同時，也指出了IPv6在互聯網發展中面臨的問題，闡明了IPv6沒能得到快速發展的原因所在。

關鍵詞：互聯網協議;報文頭部;地址語法;技術方案;成本控制

IPv4是互聯網協議的第四版，也是第一個被廣泛使用，構成現今互聯網技術的基石的協議。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、40億臺主機。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IP地址已經枯竭。

IPv6是IETF設計的用于替代IPv4的下一代IP協議。使用IPv6，可以極大地增加可用IP地址的數量，從而解決當前IP地址資源不足的問題。

1 IPv6與IPv4的對比

1.1 IPv6與IPv4的報文頭部對比

從圖中可以看出，IPv6的報文頭部更加簡單，少了很多的字段。對比IPv4，有這幾個地方值得注意：

第一，IPv6報文頭部是定長的，而IPv4報文頭部是變長的。這意味著，寫代碼處理IPv6數據報文的效率會提高很多。

第二，IPv6的報文頭部取消了校驗和字段。取消這個字段也是對IPv4協議的一個改進。當IPv4報文在網絡上傳輸時，每經過一個路由器，都會被修改TTL字段，這意味著每一次轉發都需要重新計算校驗和。而由于數據鏈路層L2和傳輸層L4的校驗已經足夠強壯，因此IPv6取消這個字段會提高路由器的轉發效率。

第三，IPv6引入了一個新的概念——擴展頭部。每個IPv6的數據報文可以承載0個或多個擴展頭部，擴展頭部通過鏈表的形式組織起來。當IPv6數據報文承載著擴展頭部的時候，Next Header的數值為擴展頭部的類型值。引入擴展頭部這個概念也是IPv6對IPv4改進的一個方面。用擴展頭部取代了IPv4的可選項信息，精簡了IPv6的頭部，增強了IPv6的擴展性。

1.2 IPv6與IPv4的地址語法對比

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

IPv6使用128位地址，采用冒號十六進制的表示方法，即每16位分成一段，每個16位的段用十六進制表示，中間用冒號分隔。例如：2001：0012：0000：0000：02AA：0987：FE29：9871。為了進一步精簡IPv6地址，當冒號十六進制格式中出現連續幾段數值0的位段時，這些段可以壓縮為雙冒號的表示形式。例如上面的地址還可以進一步精簡表示為：2001：12：：2AA：987：FE29：9871。

可見，IPv4能夠提供的地址總量為2的32次方個。除去為特殊用途所保留的一些地址，如專用網絡地址和多播地址，全球可用的IPv4地址大約為43億個。而IPv6采用128位的地址長度，地址容量高達2的128次方個，足以支持可預見未來互聯網業務的增長。

1.3 IPv6對比IPv4的其他優勢

與IPv4相比，IPv6還具有以下幾點優勢：

第一，IPv6擁有龐大到幾乎取之不盡的地址資源，可以為每一臺設備分配一個固定的IP地址。這意味著，如果推廣IPv6，所有的家庭電腦和家用設備都將擁有固定的IP地址。這將徹底改變目前動態分配IP地址、用網絡地址轉換技術轉換公網私網地址的局面。對個人來講，在公共場所遠程控制自己家中的智能設備，比如掃地機器人，將更加便捷。

第二，現行的IPv4網絡在數據傳輸過程中，默認是明文傳輸的，這就帶來了很大的安全隱患。IPv6協議默認采用加密傳輸。通過這一安全機制，提高了傳輸的安全性，減少了安全方面的資金和設備投入，降低了安全運維人員的維護工作量。

第三，路由器是根據路由條目進行數據包轉發的。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。這種方式大大減少了路由器中路由條目的數量，提高了數據轉發的速率，從而帶來了更快的網速。

2 IPv6發展中面臨的問題

2.1 技術方案選擇問題

IPv6最大的問題在于無法向前兼容IPv4協議，因此從IPv4升級到IPv6出現了眾多的演進方案。各種技術方案的應對場景不同，再加上企業的網絡基礎各異，這都增加了企業選擇方案的難度。

2.2 投資與成本控制問題

在IPv6網絡演進的問題上，運營商的改造規模覆蓋了終端、接入、城域、骨干等各個環節，幾乎是全網升級，設備采購量和資金投入自然不小。如何降低總成本，保護投資，是運營商需要考慮的關鍵問題。

3 總結

對比IPv4，雖然IPv6有著諸多優勢，但是，由于升級過程存在著許多阻力，使得IPv6剛剛起步就要面對種種問題。我們有足夠的理由相信，隨著時間的推移，人們會找到更好的辦法來解決這些困難，為IPv6的發展鋪平道路。

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作者簡介：賈繼薇（1982-），女，漢族，環境保護工程師，研究方向：環保信息化應用。