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IPv6/IPv4是什么?IPv4和IPv6有什么区别?

2020年03月26日 9800

IP协议(互联网协议)是互联网协议群(IPS)中最重要的通信协议之一,其主要用于网络设备(如计算机、电脑、单个网络或一系列互连网络的以太网交换机)数据包的寻址和路由选择,并负责将其从一个网络转发到另一个网络。目前IP协议具备IPv4和IPv6两个版本,相信很多人对它俩并不熟知,更加不清楚IPv4和IPv6有什么区别。本文将对IPv4和IPv6进行详细介绍,便于您后期对网络设备的选择做出更加明智的决策。

IPv4是什么?

IPv4是互联网协议第四版,是计算机网络使用的数据报传输机制,此协议是第一个被广泛部署的IP协议。每一个连接Internet的设备(不管是交换机、PC还是其他设备),都会为其分配一个唯一的IP地址,如192.149.252.76,如下图所示,IPv4使用32位(4字节)地址,大约可以存储43亿个地址,但随着越来越多的用户接入到Internet,全球IPv4地址已于2019年11月已全数耗尽。这也是后续互联网工程任务组(IEIF)提出IPv6的原因之一。

IPv4 Address Format.jpg

IPv6是什么?

IPv6是由IEIF提出的互联网协议第六版,用来替代IPv4的下一代协议,它的提出不仅解决了网络地址资源匮乏问题,也解决了多种接入设备接入互联网的障碍。IPv6的地址长度为128位,可支持340多万亿个地址。如下图,3ffe:1900:fe21:4545:0000:0000:0000:0000,这是一个IPv6地址,IPv6地址通常分为8组,4个十六进制数为一组,每组之间用冒号分隔。

IPv6 Address Format.jpg

IPv4和IPv6有什么区别?

虽说IPv4和IPv6都是用来标识连接到Internet的设备的地址,两者在原理上相同,但其工作方式却不同,那么IPv4和IPv6有什么区别呢?您将从以下几个方面找到答案。

性能

与IPv4相比,IPv6将地址长度从32位增加到了128位,可支持更多的地址需求。更有行业人士表示,地球上每平方米都有10的26次方的IPv6地址,因此,IP地址在可预见的未来都将不会耗尽。而且,IPv6地址的编码采用了类似于CIDR的分层分级结构,简化了路由,加快了路由速度。

IP报头

IPv4根据提供的IP选项,有20~60个字节的可变长度;而IPv6拥有40个字节的固定长度,相对于IPv4而言报头简单。此外,IPv4报头可能附带各种选项,但,IPv6报头没有选项,而是添加了附加的扩展报头(可选,其中包含了逐跳扩展、路由、分段和目标等),极大地减少了分组处理和报头带宽的开销。

网络安全

对于IPv4而言,互联网安全协议(IPsec)是可选的,但不一定是免费的,有的需要付费支持;但对于IPv6来说,互联网安全协议是必选项。此外,像身份验证、数据一致性和保密性的内容也加入到了IPv6中。由此说明,IPv6相对于IPv4来说,更加安全。

应用领域

如下图所示,从2009年到2019年通过IPv6访问Google的用户数占比小,且IPv6在早期阶段增长速度缓慢,这是为什么呢?究竟是什么原因导致IPv6的部署没有IPv4广泛呢?首先,IPv4在IPv6前面被提出,优先抢占了市场先机,而IPv6的部署是一个长期、循序渐进的过程。其次,在IPv6部署的前期,由于IPv6不够成熟,导致存在较多的问题,如,与现有的基础设施不兼容,无法从IPv4过渡到IPv6等。

IPv6 Adoption Trend Among Google Users.jpg

在大多数的实际应用中,IPv6与IPv4基本上是分开使用的,但其实现在可以利用隧道技术将IPv6与IPv4进行互通。在IPv6与IPv4网络间的隧道中,路由器可以将IPv6的数据分组封装入IPv4中,当封装成IPv4分组离开IPv4网络(也就是隧道出口处)时,再将IPv6分组取出转发给目的节点。需注意的是,两个隧道的目的节点都必须支持IPv4和IPv6协议。

IPv6 vs IPv4.png

IPv4和IPv6的区别如下:

差异 IPv4 IPv6
地址表示方式 8位一个字节,十进制表示值从0到255,共四段,中间用“.”分隔 16位一个双字节,用十进制表示值从0到65535,共八段,中间用“:”分隔
地址类型 单点广播地址、多点广播地址和广播地址 单点广播地址、多点广播地址和任意广播地址
地址掩码 用于主机部分指定网络 未使用
报头字段数 12 8
报头字节长度 20 40
报头校验
类别分配 A到E类别分配 无类别分配
配置 必须分配IP地址和路由 配置可选,具体取决于所需的功能
VLSM 支持 不支持
片段 由发送方(主机或路由器)对其分段 在源节点分段,目标节点完成重新装配
路由信息协议(RIP) 路由守护程序支持的路由协议 不支持RIP,使用的静态路由
网络配置 必须手动或通过DHCP配置 自动配置
简单网络管理协议(SNMP) 用于系统管理的协议 同样支持IPv6
移动性和互操作性 受网络拓扑限制 capabilities. 提供嵌入在网络设备中的互操作性和移动性功能
域名系统(DNS) 逆向查找域为inaddr.arpa 逆向查找的域为 ip6.arpa,如果找不到,则使用ip6.int
IP地址解析 使用广播ARP 通过多播邻居请求
服务质量(QoS) 允许TCP/IP应用程序请求信息报优先级和带宽 通过IBM i实现的QoS不支持IPv6

总结

经上述介绍可知,IPv6不仅扩大了地址空间,提供了数百万亿个地址,满足了可预见未来的互联网需求;而且还简化了网络配置,降低了成本;因此,全球的网络从IPv4过渡到IPv6是不可避免的。但,这并不意味着IPv4即将被取代。

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