IPv6：IPv4犯的錯，為什麼要我來彌補

IPv4 和 IPv6 的區別

IPv4 做錯了什麼？

自從1981年發布了 RFC 791 標準以來我們就一直在使用 IPv4。在那個時候，電腦又大又貴還不多見，而 IPv4 號稱能提供40億條 IP 地址，在當時看來，這個數字好大好大。不幸的是，這麼多的 IP 地址並沒有被充分利用起來，地址與地址之間存在間隙。舉個例子，一家公司可能有254(2 ^8-2)條地址，但只使用其中的25條，剩下的229條被空占著，以備將來之需。於是這些空閑著的地址不能服務於真正需要它們的用戶，原因就是網路路由規則的限制。最終的結果是在1981年看起來那個好大好大的數字，在2014年看起來變得好小好小。

互聯網工程任務組（IETF）在90年代初指出了這個問題，並提供了兩套解決方案：無類型域間選路（CIDR）以及私有IP地址。在 CIDR 出現之前，你只能選擇三種網路地址長度：24 位 (共16,777,214個可用地址), 20位 (共1,048,574個可用地址)以及16位 (共65,534個可用地址)。CIDR 出現之後，你可以將一個網路再劃分成多個子網。

舉個例子，如果你需要5個 IP 地址，你的 ISP 會為你提供一個子網，裡面的主機地址長度為3位，也就是說你最多能得到6個地址（LCTT：拋開子網的網路號，3位主機地址長度可以表示0～7共8個地址，但第0個和第7個有特殊用途，不能被用戶使用，所以你最多能得到6個地址）。這種方法讓 ISP 能盡最大效率分配 IP 地址。「私有地址」這套解決方案的效果是，你可以自己創建一個網路，裡面的主機可以訪問外網的主機，但外網的主機很難訪問到你創建的那個網路上的主機，因為你的網路是私有的、別人不可見的。你可以創建一個非常大的網路，因為你可以使用16,777,214個主機地址，並且你可以將這個網路分割成更小的子網，方便自己管理。

也許你現在正在使用私有地址。看看你自己的 IP 地址，如果這個地址在這些範圍內：10.0.0.0 – 10.255.255.255、172.16.0.0 – 172.31.255.255或192.168.0.0 – 192.168.255.255，就說明你在使用私有地址。這兩套方案有效地將「IP 地址用盡」這個災難延遲了好長時間，但這畢竟只是權宜之計，現在我們正面臨最終的審判。

IPv4 還有另外一個問題，那就是這個協議的消息頭長度可變。如果數據的路由通過軟體來實現，這個問題還好說。但現在路由器功能都是由硬體提供的，處理變長消息頭對硬體來說是一件困難的事情。一個大的路由器需要處理來自世界各地的大量數據包，這個時候路由器的負載是非常大的。所以很明顯，我們需要固定消息頭的長度。

在分配 IP 地址的同時，還有一個問題，網際網路是美國人發明的（LCTT：這個萬惡的資本主義國家佔用了大量 IP 地址）。其他國家只得到了 IP 地址的碎片。我們需要重新定製一個架構，讓連續的 IP 地址能在地理位置上集中分布，這樣一來路由表可以做的更小（LCTT：想想吧，網速肯定更快）。

還有一個問題，這個問題你聽起來可能還不大相信，就是 IPv4 配置起來比較困難，而且還不好改變。你可能不會碰到這個問題，因為你的路由器為你做了這些事情，不用你去操心。但是你的 ISP 對此一直是很頭疼的。

下一代網際網路需要考慮上述的所有問題。

IPv6 和它的優點

IETF 在1995年12月公布了下一代 IP 地址標準，名字叫 IPv6，為什麼不是 IPv5？→_→ 因為某個錯誤原因，「版本5」這個編號被其他項目用去了。IPv6 的優點如下：

• 128位地址長度（共有3.402823669×10³⁸個地址）
• 其架構下的地址在邏輯上聚合
• 消息頭長度固定
• 支持自動配置和修改你的網路。

我們一項一項地分析這些特點：

地址

人們談到 IPv6 時，第一件注意到的事情就是它的地址好多好多。為什麼要這麼多？因為設計者考慮到地址不能被充分利用起來，我們必須提供足夠多的地址，讓用戶去揮霍，從而達到一些特殊目的。所以如果你想架設自己的 IPv6 網路，你的 ISP 可以給你分配擁有64位主機地址長度的網路（可以分配1.844674407×10¹⁹台主機），你想怎麼玩就怎麼玩。

聚合

有這麼多的地址，這些地址可以被稀稀拉拉地分配給主機，從而更高效地路由數據包。算一筆帳啊，你的 ISP 拿到一個80位地址長度的網路空間，其中16位是 ISP 的子網地址，剩下64位分給你作為主機地址。這樣一來，你的 ISP 可以分配65,534個子網。

然而，這些地址分配不是一成不變地，如果 ISP 想擁有更多的小子網，完全可以做到（當然，土豪 ISP 可能會要求再來一個80位網路空間）。最高的48位地址是相互獨立地，也就是說 ISP 與 ISP 之間雖然可能分到相同地80位網路空間，但是這兩個空間是相互隔離的，好處就是一個網路空間裡面的地址會聚合在一起。

固定的消息頭長度

IPv4 消息頭長度可變，但 IPv6 消息頭長度被固定為40位元組。IPv4 會由於額外的參數導致消息頭變長，IPv6 中，如果有額外參數，這些信息會被放到一個緊挨著消息頭的地方，不會被路由器處理，當消息到達目的地時，這些額外參數會被軟體提取出來。

IPv6 消息頭有一個部分叫「flow」，是一個20位偽隨機數，用於簡化路由器對數據包的路由過程。如果一個數據包存在「flow」，路由器就可以根據這個值作為索引查找路由表，不必慢吞吞地遍歷整張路由表來查詢路由路徑。這個優點使 IPv6 更容易被路由。

自動配置

IPv6 中，當主機開機時，會檢查本地網路，看看有沒有其他主機使用了自己的 IP 地址。如果地址沒有被使用，就接著查詢本地的 IPv6 路由器，找到後就向它請求一個 IPv6 地址。然後這台主機就可以連上互聯網了 —— 它有自己的 IP 地址，和自己的默認路由器。

如果這台默認路由器宕機，主機就會接著找其他路由器，作為備用路由器。這個功能在 IPv4 協議里實現起來非常困難。同樣地，假如路由器想改變自己的地址，自己改掉就好了。主機會自動搜索路由器，並自動更新路由器地址。路由器會同時保存新老地址，直到所有主機都把自己地路由器地址更新成新地址。

IPv6 自動配置還不是一個完整地解決方案。想要有效地使用互聯網，一台主機還需要另外的東西：域名伺服器、時間同步伺服器、或者還需要一台文件伺服器。於是 dhcp6 出現了，提供與 dhcp 一樣的服務，唯一的區別是 dhcp6 的機器可以在可路由的狀態下啟動，一個 dhcp 進程可以為大量網路提供服務。

唯一的大問題

如果 IPv6 真的比 IPv4 好那麼多，為什麼它還沒有被廣泛使用起來（Google 在2014年5月份估計 IPv6 的市場佔有率為4%）？一個最基本的原因是「先有雞還是先有蛋」。服務商想讓自己的伺服器為儘可能多的客戶提供服務，這就意味著他們必須部署一個 IPv4 地址。

當然，他們可以同時使用 IPv4 和 IPv6 兩套地址，但很少有客戶會用到 IPv6，並且你還需要對你的軟體做一些小修改來適應 IPv6。另外比較頭疼的一點是，很多家庭的路由器壓根不支持 IPv6。還有就是 ISP 也不願意支持 IPv6，我問過我的 ISP 這個問題，得到的回答是：只有客戶明確指出要部署這個時，他們才會用 IPv6。然後我問了現在有多少人有這個需求，答案是：包括我在內，共有1個。

與這種現實狀況呈明顯對比的是，所有主流操作系統：Windows、OS X、Linux 都默認支持 IPv6 好多年了。這些操作系統甚至提供軟體讓 IPv6 的數據包披上 IPv4 的皮來騙過那些會丟棄 IPv6 數據包的主機，從而達到傳輸數據的目的。

總結

IPv4 已經為我們服務了好長時間。但是它的缺陷會在不遠的將來遭遇不可克服的困難。IPv6 通過改變地址分配規則、簡化數據包路由過程、簡化首次加入網路時的配置過程等策略，可以完美解決這個問題。

問題是，大眾在接受和使用 IPv6 的過程中進展緩慢，因為改變代價太大了。好消息是所有操作系統都支持 IPv6，所以當你有一天想做出改變，你的電腦只需要改變一點點東西，就能轉到全新的架構體系中去。

via: http://www.tecmint.com/ipv4-and-ipv6-comparison/

作者：Jeff Silverman 譯者：bazz2 校對：Mr小眼兒

本文由 LCTT 原創翻譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive