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IPv4和IPv6的区别

本文介绍IPv4和IPv6技术道理、典型场景，以及两者的区别及益处

颁布功夫：2022-05-23
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1 概述
在因特网中，互联通常是指两个或两个以上推算机网络在物理和逻辑上的衔接。网络和谈成立了互联的规定，是实现网际互联的身分之一。当前，利用最宽泛的网络和谈是互联网通讯和谈，其中IPv4（Internet Protocol Version 4，互联网通讯和谈第四版）被以为是互联网的主题，第六个版本IPv6也处于大规模商用的过程中。在现实利用中，IPv4和IPv6和谈在诸多方面存在差距，下面本文就携带各人相识IPv4和IPv6的区别，以及使用IPv6有什么益处。
1.1 什么是IP地址
IP地址是互联网和谈地址，又称为网际和谈地址。IP地址是IP和谈提供的一种统一的地址体式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差距。
其中，IP地址分为IPv4和IPv6两大类，通常我们所说的IP地址指的是IPv4。
图1-1 IP地址用于推算机间通讯互联
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图1-2 IP地址用于网络设备间通讯互联
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1.2 什么是IPv4
IPv4是第一个被宽泛部署的互联网通讯和谈版本，迄今为止已使用30多年。它是一种无衔接的和谈，用于在以太网链路上进行数据转发。IPv4和谈的数据转发不保障任何数据包均能投递主张地，也不保障所罕见据包依照正确的挨次无沉复地达到。该转发方式通常称为“全力而为”转发。
在互联网中，用户想要将推算机连入IPv4网络，就必要向互联网服务提供方申请一个IP地址。IP地址是由32位二进造数，即4个字节组成的，通常被称为点分十进造暗示法，分为两个部门：
● 网络号码字段
用来标识一个网络。
● 主机号码字段
用来分辨一个网络内的分歧主机。对于网络号一样的设备，不受物理地位限度，都处在统一个网络中。
在通讯过程中，IPv4和谈可能通过以上两个字段定位主机的地位：先依照网络号码字段寻找到主机地点的网络，再通过主机号码字段找到主机。
1.3 什么是IPv6
IPv6被称为是下一代互联网的和谈。在互联网发展初期，IPv4和谈得益于其单一、易于实现、互操作性好的优势而得到急剧发展。但随着互联网的迅猛发展，IPv4设计的不及也日益显著，其中最重要的问题是IPv4地址逐步耗尽问题。为解决IPv4和谈缺点引发的一系列问题，IETF设计了IPv6和谈用于代替IPv4和谈。
IPv6和IPv4和谈间最直观的差距在于地址。IPv6的地址分为单播地址、肆意播地址（Anycast Address）和组播地址三种类型。与IPv4相比，IPv6取缔了广播地址类型，以更丰硕的组播地址包办，同时还增长了肆意播地址类型。
其中IPv6单播地址又分为以下3种：
● 全球单播地址
其作用类似于IPv4中的公网地址，也就是能够在公网上被使用转发。
● 站点本地地址
其作用类似于IPv4中的私网地址，仅能在本地网络使用，在公网上无法被使用转发。
● 链路本地地址
其体式前缀为1111 1110 10，即FE80::/64，用于统一链路相邻节点间的通讯。

2 IPv4和IPv6的区别
IPv4和IPv6在诸多方面都存在较大差距。本章将萦绕地址空间、报头体式、寻址、自动编址、安全、QoS和可扩大性等方面来注明IPv4和IPv6的区别，以及从两者的差距来相识IPv6有什么益处。
2.1 地址空间
IPv4地址长度32位，可分配地址有2^32个，约为43亿，而IPv6的地址长杜咨IPv4的32位扩大到128位，有2^128个地址。甚至能够说，IPv6和谈的地址数量多到足以为全世界的每一粒沙子分配一个地址。
2.2 报头体式
图2-1 IPv4报文头部
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图2-2 IPv6报文头部
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如图3-1和图3-2报文头部结构所示，IPv6相较于IPv4，拥有更单一的数据报头结构，通过以下几种方式最大限度地削减了处置报头所需的功夫。
● 将可选字段以及非必要字段如首部长度、标志位等移动到IPv6的扩大报头。由于除Hop-by-Hop选项扩大报头表，其他扩大报头不受中转路由器查抄或处置，所以相比IPv4，路由器处置IPv6报头的耗时更少。
● IPv6报头中没有设计校验字段。
● IPv6报文的吩飕在源节点进行，在转发中报文毋庸进行二次吩飕。
因而，中转路由器能够更有效地处置IPv6报头，转发报文效能更高。
2.3 档次寻址及路由结构
IPv6地址的编码选取类似于CIDR的分层分级结构，其组成方式类似于电话号码。如：电话的组成是“国度或地域代码+区号+电话号码”，IPv6的地址编码是“顶级聚合ID+次级聚合ID+站点级聚合ID”，两者三段分歧的代码都由分歧的层级所组成。由于IPv6网络前缀能够进一步细分成多个级此外网络，因而其分级寻址结构极度矫捷，能有效地对地址进行聚合，简化路由，从而削减路由器必须守护的路由表项数量并加快路由的收敛快率。
IPv4的路由聚合方式通常是凭据一样IP前缀进行聚合，所以相迸宗IPv6，该聚合方式存在两个短板：第一，若IP地址不陆续则无法聚合；第二，无法像IPv6一样能够凭据多层级进行聚合。当选取IPv6的聚合方式进行地址聚应时，一个企业网主题主干路由器在理论上只必要守护不超过8192个表项，而若是选取IPv4的聚合方式进行地址聚合，路由器必要守护的表项数量将会高达几万甚至十几万以上，从此能够看出，IPv6的聚合方式显著降低了路由器的寻址和存储开销。
2.4 自动编址
IPv6提供了两种地址配置方式：
● 继承IPv4和谈的动态主机配置和谈，即通过DHCP服务器进行配置的有状态地址配置。
● IPv6拥有即插即用的独有个性，在没有DHCP服务器的场景能通过无状态地址配置获取接口地址。
在无状态地址配置中，统一个链路上的主机遇使用邻居发现和谈，自动地为接口配置一个适合于本链路的IPv6地址（称为链路本地地址）或者由本地路由器布告的前缀所衍生出来的IPv6地址。
无状态配置链路本地地址的过程仅需1秒钟就能实现。相比之下，使用DHCP的IPv4主机在DHCP产生故障的情况下，要先烧毁DHCP的配置，之后自行配置一个IPv4地址，此过程必要整整1分钟的功夫。
2.5 内置安全性
IPv6使用内置安全机造对IP和谈分组进行认证加密，以此来�；に缢档腎P和谈数据流量。目前，IPv6支持AH（Authentication Header，认证头）和ESP（Encapsulated Security Payload，封装安全载荷）两种机造。IPv6在网络层对数据包提招认证和加密两种服务，认证机造使接管方可能确认发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否受到篡改。加密机造对数据进行编码以保障数据的机密性。IPv4中网络层不提供类似的安全机造。
2.6 QoS支持
QoS（Quality of Service，服务质量）是用于解决网络时延和阻塞的技术。
IPv4的QoS重要使用服务类型（Type of Service）字段，共界说3比特8个优先级。而在IPv6中使用流类别（Traffic Class）字段进行代替，共界说4比特16个优先级，并且IPv6还额表增长一个20位的流标签（Flow Label）字段。中央转发设备能够不通过报头直接鉴别分歧预先界说好的流标签，并且能够凭据流标签鉴别主张节点。目前，IPv6的流标签利用还在试验阶段。
图2-3 IPv4的QoS字段
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图2-4 IPv6的QoS字段
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2.7 可扩大性
IPv6拥有很强的可扩大性，能够在IPv6报头后的扩大报头中增长新个性。IPv4报头最多只能支持60字节的可选项，而IPv6扩大报头的大幼仅受到整个IPv6包最大字节数的限度。
2.8 两者差距性对比
在前面的章节中，本文萦绕“IPv4和IPv6的区别”进行了论述，表3-1通过将两者的差距性进行列举对比，从中能够相识与IPv4相比，IPv6有什么益处。

**表2-1 IPv4和IPv6差距性对比**
报文个性	IPv4支持情况	IPv6支持情况	IPv6有什么益处
地址空间	2^32地址数量	2^128地址数量	IPv6占有更大空间
报头体式	报头中蕴含可选字段和校验字段	简化报头体式	IPv6取缔了IPv4的偏移和填充等字段，转发效能更高
路由聚合	通常凭据前缀进行单一聚合	占有分级寻址结构	IPv6聚合方式更矫捷和高效
即插即用	必要手动配置	无状态方式自动配置	IPv6支持即插即用
安全性	无安全性	内置安全加密	IPv6数据传输占有认证和加密，更安全
QoS职能	通常没有使用	占有更多QoS字段	IPv6能够更精密化界说流量优先级
可扩大性	最多扩大60字节	仅受IPv6最大字节数限度	IPv6可扩大性更好

3 IPv4若何向IPv6过渡
上一节萦绕“IPv6有什么益处”列出了IPv6的几个优势。那么，既然IPv6的优势如此凸起，在当前网络环境中，IPv6是否可能当即取代IPv4么？事实上，由于IPv4的存量过大、IPv4和IPv6和谈齐全不兼容等原因，显然在短期内IPv6无法直接取代IPv4，因而在相当一段功夫内IPv4和IPv6会共存在一个环境中。在此期间用户能够使用IPv6/IPv4的双栈和谈、隧路和网络地址转换技术进行过渡转换。
图3-1 IPv6的隧路模型图
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● IPv6/IPv4的双栈和谈技术：使IPv6网络节点拥有一个IPv4栈和一个IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6和谈。
● 隧路技术：必要时将IPv6数据包作为数据封装在IPv4数据包里，使IPv6数据包能在已有的IPv4基础设施（重要是指IPv4路由器）上传输的机造。隧路技术在IPv4向IPv6演进的初期利用极度宽泛。但是，隧路技术不能实现IPv4主机和IPv6主机之间的通讯。
● 和谈转换技术：NAT-PT（Stateless IP/ICMP Translation Algorithm）由和谈转换技术和动态地址翻译（NAT）技术结合和演进而来，分为静态和动态两种大局。当一台IPv4主机要与IPv6主机通讯时，NAT-PT从IPv4地址池中分配一个IPv4池地址标识IPv6对端。在IPv4与IPv6主机通讯的过程中，NAT-PT设备天生和守护IPv4池地址与IPv6主机之间的映射关系。

4 总结
从IPv4和IPv6的区别对比来看，IPv6的后期利用优势更大。总体来说，全球IPv6技术不休发展，随着IPv4亏损殆尽，很多国度意识到IPv6取代IPv4已经成为发展的必然趋向，出格是中国，目前已通过一些国度级的项目，来推动IPv6下一代互联网全面部署和大规模商用。

有关链接

IPv6系列基础篇（上）——地址与报文体式

IPv6系列基础篇（下）——邻居发现和谈NDP

IPv6系列安全篇——SAVI技术解析

IPv6系列安全篇——园区网IPv6的接入安全战术

IPv6系列利用篇——数据中心IPv4/IPv6双栈架构探求

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