了解IPv4和IPv6的区别

随着物联网 (IoT) 继续呈指数级增长，每天都有更多的设备在线连接。人们一直担心，在某些时候，地址会用完。这个猜想开始应验了。没有恐惧; 互联网并没有走到尽头。IPv4地址减少的问题有一个解决方案。我们将提供有关如何创建更多地址的信息，并概述通过采用 IPv6 来跟上 IoT 发展需要解决的主要问题。我们还研究了Internet 协议版本 6 (IPv6) 与 Internet 协议 4 (IPv4) 如何在 Internet 的未来和发展中发挥重要作用，以及新版本的 IP 如何优于旧的 IPv4。

IP 地址的工作原理

IP 代表“Internet 协议”，指的是一组管理数据包如何通过 Internet 传输的规则。

在线信息或流量使用唯一地址跨网络流动。每台连接到 Internet 或计算机网络的设备都会获得一个分配给它的数字标签，一个用于将其标识为通信目的地的 IP 地址。

您的 IP 在特定网络上识别您的设备。它是一种技术格式的 ID，用于将 IP 与 TCP（传输控制协议）相结合并启用源和目标之间的虚拟连接的网络。如果没有 唯一的 IP 地址，您的设备将无法尝试通信。

IP 地址标准化了不同机器相互交互的方式。他们交换数据包，这些数据包是指封装的数据位，在加载网页、电子邮件、即时消息和其他涉及数据传输的应用程序中起着至关重要的作用。

几个组件允许流量通过 Internet 流动。在源点，当流量开始时，数据被打包到一个信封中。这个过程被称为“数据报”。它是一个数据包，是 Internet 协议或 IP 的一部分。

在 Internet 上传输数据需要完整的网络堆栈。IP 只是该堆栈的一部分。堆栈可以分为四层，顶部是应用程序组件，底部是数据链路。

堆：

• 应用程序——HTTP、FTP、POP3、SMTP
• 传输 – TCP、UDP
• 网络——IP、ICMP
• 数据链路 – 以太网、ARP

作为 Internet 的用户，您可能对应用层非常熟悉。它是您每天与之互动的一个。任何时候你想访问一个网站；您输入 http://[网址]，即应用程序。

您正在使用电子邮件应用程序吗？那时，您可能已经在该应用程序中设置了一个电子邮件帐户，并且可能在配置过程中遇到了 POP3 或 SMTP。POP3 代表邮局协议 3，是接收电子邮件的标准方法。它会为您收集并保留电子邮件，直到您收到为止。

从上面的堆栈中，您可以看到 IP 是网络层的一部分。IP 早在 1982 年就作为 ARPANET 的一部分出现了。IPv1 到 IPv3 是实验版本。IPv4 是全球第一个公开使用的 IP 版本。

IPv4 解释

IPv4 或 Internet 协议版本 4 是在多种网络上的数据通信中广泛使用的协议。它是 Internet 协议的第四次修订。它是作为一种无连接协议开发的，用于以太网等分组交换层网络。它的主要职责是提供网络设备之间的逻辑连接，包括为每个设备提供标识。

IPv4 基于尽力而为模型，既不保证交付也不保证避免重复交付，并被上层传输协议（如传输控制协议 (TCP)）采用。IPv4 非常灵活，可以根据网络类型自动或手动配置一系列不同的设备。

IPv4 背后的技术

IPv4 在 Internet 工程任务组 (IETF) 的出版物 RFC 791中指定和定义，用于 OSI 模型中的分组交换链路层。它总共使用五类 32 位地址进行以太网通信：A、B、C、D 和 E。其中，A、B 和 C 类具有不同的位长用于处理网络主机，而 Class D 用于多播。剩余的 E 类保留供将来使用。

A 类子网掩码 – 255.0.0.0 或 /8

B 类子网掩码 – 255.255.0.0 或 /16

C 类子网掩码 – 255.255.255.0 或 /24

示例：具有 /16 子网掩码的网络 192.168.0.0 可以使用范围从 192.168.0.0 到 192.168.255.255 的地址。需要注意的是，地址 192.168.255.255 仅保留用于在用户内部广播。在这里，IPv4 最多可以为 232 个最终用户分配主机地址。

IP 地址遵循标准的十进制表示法格式：

171.30.2.5

上面的数字是唯一的 32 位逻辑地址。这种设置意味着最多可以有 43 亿个唯一地址。四组数字中的每一组都是 8 位。每 8 位称为一个八位字节。每个数字的范围为 0 到 255。在 0 时，所有位都设置为 0。在 255 时，所有位都设置为 1。上述 IP 地址的二进制形式为 10101011.00011110.00000010.00000101。

即使有 43 亿个可能的地址，这也不足以容纳所有当前连接的设备。设备类型远不止台式机。现在有智能手机、热点、物联网、智能扬声器、相机等。随着技术的进步，这个列表不断增加，设备的数量也在增加。

IPv4 的未来

IPv4 地址最终将用尽，使 IPv6 部署成为互联网长期增长的唯一可行解决方案。一世

2019 年 10 月， 负责为 80 多个国家的互联网服务提供商 (ISP) 分配 IP 地址的五个区域互联网注册机构之一的RIPE NCC宣布仅剩下一百万个 IPv4 地址。由于这些限制，IPv6 已作为标准化解决方案引入，提供 128 位地址长度，最多可定义 2128 个节点。

恢复的地址将仅通过等待列表分配。这意味着每年只能分配几十万个地址，这不足以覆盖当今全球网络所需的数百万个地址。结果是网络工具将被迫依赖昂贵且复杂的解决方案来解决可用地址较少的问题。零地址倒计时意味着全球企业必须盘点IP资源，寻找临时解决方案，并为IPv6部署做好准备，以克服不可避免的中断。

在此期间，过渡到 IPv6 部署的一种流行解决方案是运营商级网络地址转换 (CGNAT)。该技术允许延长使用 IPv4 地址。它通过允许将单个 IP 地址分布在数千台设备上来实现这一点。由于 CGNAT 无法无限扩展，因此它只能填补这个漏洞。每个添加的设备都会在 NAT 上创建另一个层，这会增加其工作量和复杂性，从而增加 CGNAT 失败的机会。发生这种情况时，数以千计的用户会受到影响，并且无法快速恢复在线。

一种更常用的解决方法是 IPv4 地址交易。这是一个买卖不再需要或不再使用的 IPv4 地址的市场。这是一个冒险的游戏，因为价格是由供需决定的，而且维持现状可能成为一个复杂而昂贵的过程。

IPv4 的稀缺性仍然是网络运营商的一大担忧。互联网不会崩溃，但它正处于一个崩溃点，因为网络只会发现越来越难以扩展基础设施以实现增长。IPv4 耗尽可以追溯到 2012 年，当时互联网号码分配机构 (IANA) 将最后的 IPv4 地址分配给了 RIPE NCC。技术社区已经计划了期待已久的耗尽，这就是 IPv6 的用武之地。

IPv6 有何不同？

Internet 协议版本 6 或 IPv6 是 Internet 协议的最新版本，用于通过各种网络将数据包中的数据从一个源传送到目的地。IPv6 被认为是旧 IPv4 协议的增强版本，因为它支持的节点数量比后者多得多。

IPv6 允许多达 2128 个可能的节点或地址组合。它也被称为下一代互联网协议或 IPng。它最初以十六进制格式开发，包含八个八位字节以提供更大的可扩展性。2012 年 6 月 6 日发布，它也被设计用于处理地址广播，不包括任何类中的广播地址，与其前身相同。

比较 IPv4 和 IPv6 之间的差异

现在您已经详细了解了 IPv4 和 IPv6，我们可以用一个表格总结这两种协议之间的区别。每个都有其缺陷和好处。

差异点	IPV4	IPV6
与移动设备的兼容性	解决了使用点十进制表示法的问题，这使得它不太适合移动网络。	地址使用十六进制冒号分隔符号，这使其更适合处理移动网络。
映射	地址解析协议用于映射到 MAC 地址。	邻居发现协议用于映射到 MAC 地址。
动态主机配置服务器	连接到网络时，客户端需要接近动态主机配置服务器。	客户被给予永久地址，并且不需要联系任何特定的服务器。
互联网协议安全	它是可选的。	这是强制性的。
可选字段	展示	缺席的。可以改为使用扩展标头。
本地子网组管理	使用 Internet 组管理协议或 GMP。	使用多播侦听器发现或 MLD。
IP 到 MAC 解析	用于广播 ARP。	用于多播邻居请求。
地址配置	它是手动或通过 DHCP 完成的。	它使用 Internet 控制消息协议或 DHCP6 使用无状态地址自动配置。
DNS 记录	记录在地址 (A) 中。	记录在地址 (AAAA) 中。
包头	未识别用于 QoS 处理的数据包流。这包括校验和选项。	流标签字段指定 QoS 处理的数据包流。
数据包分片	发送到主机时，路由器允许数据包分段。	仅用于发送给主机。
包大小	最小数据包大小为 576 字节。	最小数据包大小 1208 字节。
安全	它主要取决于应用程序。	有自己的称为 IPSec 的安全协议。
移动性和互操作性	网络拓扑相对受限，限制了移动性和互操作性。	IPv6 提供嵌入在网络设备中的移动性和互操作性能力
SNMP	包括支持。	不支持。
地址掩码	它用于主机部分的指定网络。	未使用
地址功能	使用网络地址转换，它允许单个 NAT 地址屏蔽数千个不可路由的地址。	由于地址空间巨大，直接寻址是可能的。
配置网络	网络可以手动或使用 DHCP 进行配置。	它具有自动配置功能。
路由信息协议	支持RIP路由协议。	IPv6 不支持 RIP 路由协议。
碎片化	它是通过转发和发送路由来完成的。	它仅由发件人完成。
虚拟长度子网掩码支持	添加了支持。	未添加支持。
配置	要与其他系统通信，必须首先配置新安装的系统。	配置是可选的。
班级数	五个不同的类别，从 A 到 E。	它允许存储无限数量的 IP 地址。
地址类型	组播、广播和单播	任播、单播和组播
校验和字段	有校验和字段，例如：12.243.233.165	不存在
报头长度	20	40
标题字段数	12	8
地址法	它是一个数字地址。	它是一个字母数字地址。
地址大小	32 位 IP 地址	128 位 IP 地址

使用 IPv6 的优缺点

IPv6 地址具有 IPv4 中存在的所有技术缺陷。不同之处在于它提供了一个 128 位或 16 字节的地址，使得地址池约为 340 万亿万亿（十亿分之一）。

它比 IPv4 提供的地址大小要大得多，因为它由八组 16 位长的字符组成。庞大的规模突显了为什么网络应该尽早采用 IPv6。然而，到目前为止，采取行动是一个艰难的销售过程。网络运营商发现使用 IPv4 很熟悉，并且可能正在使用“观望”的方法来决定如何处理他们的 IP 情况。他们可能认为在不久的将来他们有足够的 IPv4 地址。但坚持使用 IPv4 将变得越来越难。

IPv6 优于 IPv4 的一个示例是不必共享 IP 并为您的设备获取专用地址。使用 IPv4 意味着想要共享单个公共 IP 的一组计算机将需要使用 NAT。然后，要直接访问其中一台计算机，您将需要设置复杂的配置，例如端口转发和防火墙更改。与有大量地址可供使用的 IPv6 相比，IPv6 计算机无需额外配置即可公开访问，从而节省资源。

IPv6 采用的未来

IPv6 的未来采用在很大程度上取决于 ISP 和移动运营商的数量，以及愿意迁移的大型企业、云提供商和数据中心，以及他们将如何迁移数据。IPv4 和 IPv6 可以在并行网络上共存。因此，对于 ISP 等实体来说，没有显着的激励措施来大力追求 IPv6 选项而不是 IPv4，尤其是因为升级需要大量的时间和金钱。

尽管价格不菲，但数字世界正在慢慢地从旧的 IPv4 模式转向更高效的 IPv6。本文中概述的 IPv6 提供的长期利益值得投资。

采用仍有很长的路要走，但只有它才能为大规模网络配置提供新的可能性。它既高效又创新，别忘了它减少了对日益具有挑战性和昂贵的 IPv4 市场的依赖。

不为此举做好准备是短视的，对网络来说是有风险的。智能企业现在正在接受 IPv6 的效率、创新和灵活性。为互联网指数级增长和下一代技术的上线做好准备并增强您的业务。