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随着全球互联网的爆炸性增长，我们不可避免地面临了一个紧迫的问题：IPv4地址不够用了。尽管IPv6作为其继任者提供了巨大的优势，但为什么IPv4仍然主导着互联网世界？本文将探讨IPv4地址不足的背景，分析IPv4和IPv6的特点，然后深入剖析IPv6未替代IPv4的原因。
目录：
TOC
一、背景
IPv4作为互联网通信的基础协议，使用32位地址，为互联网设备提供了约42亿个唯一IP地址。在其设计初期，这个数量似乎足够应对当时有限的互联网需求。然而，随着互联网的迅猛扩张，全球用户和设备数量的不断增加，IPv4地址资源的枯竭逐渐成为一个紧迫问题。
我们都知道，IPv4已经被用完了，但是你知道每个地区大概是什么时间用完的吗？
根据权威机构统计， 剩余 RIR 地址池消耗预测走势图如下：
什么是RIR Address？
RIR英文全称为
Regional Internet Registry，区域互联网注册管理机构，RIR是全球互联网资源的分配和管理组织。这些资源包括IP地址（IPv4和IPv6）和自治系统号码（AS号码）。RIR负责将这些资源分配给各个地理区域内的互联网服务提供商、组织和企业。RIR Address（RIR 地址）指的是由RIR分配的IP地址块。每个RIR负责特定地理区域内的IP地址分配，如亚洲、欧洲、北美等。这些IP地址块被分配给互联网服务提供商和其他组织，以确保互联网资源的合理分配和管理。
下面我们先简单的了解一下IPv4和IPv6。
二、IPv4
2.1 什么是IPv4？
IPv4，即互联网协议版本 4，是互联网通信的基础协议之一，它在20世纪80年代初就已经被开发出来。尽管后来出现了更现代的IPv6协议，IPv4仍然占据了全球互联网流量路由的主导地位。
IPv4地址是一个32位二进制数，通常以十进制表示。这32位二进制数形成了IPv4地址，从而提供了大约40亿个唯一的IP地址。这些地址用于标识互联网上的计算机、服务器、路由器和其他设备。
IPv4地址由四个十进制数字组成，每个数字的范围从0到255。这些数字之间用句号分隔。这四个数字组成的地址的形式是：X.X.X.X，其中每个X代表一个0到255之间的数字。这种四段分隔的格式使得IPv4地址易于理解和书写。
IPv4地址示例：
代码语言：txt复制192.168.1.1
IPv4头2.2 IPv4优缺点
IPv4的优点
- 简单：IPv4地址采用四段十进制数字，易于阅读和记忆。这种简单的格式使得IPv4地址更容易使用，特别适合人类记忆。
- 现有基础设施：大多数现有的互联网基础设施和网站使用IPv4。这意味着IPv4设备和IPv4网络构建已经非常成熟和广泛部署。
- 成熟的技术：IPv4是互联网通信的基础，经过多年的发展和改进，其技术和协议非常成熟。这确保了IPv4的可靠性和稳定性。
IPv4的缺点
- 资源有限：IPv4的最大问题是其地址资源的有限性。它提供的约40亿个地址在现代互联网中已经不足够支撑全球的设备和连接需求。
- 子网划分问题：IPv4的子网划分和地址分配方式有时不够灵活，这可能导致资源浪费或不足。这对于大型网络和组织来说可能是一个挑战。
2.3 查询IPv4地址
在Windows和Linux系统中，可以使用不同的命令来查询IPv4地址。
在Windows上查询IPv4地址
- 使用命令提示符：
打开命令提示符（在开始菜单中搜索“cmd”或按Win R键，输入“cmd”，然后按Enter键）。
在命令提示符窗口中，输入以下命令，并按Enter键：
代码语言：txt复制ipconfig
查找您的网络适配器（通常是以太网适配器或Wi-Fi适配器）的信息。在该信息中，找到"IPv4 地址"，这是您的IPv4地址。
- 使用图形界面：
- 右键单击计算机的网络图标（通常在任务栏中）。
- 选择“打开网络和Internet设置”或类似的选项。
- 在新窗口中，选择“更改适配器选项”或“更改适配器设置”。
- 右键单击您的网络连接（以太网或Wi-Fi），选择“状态”。
- 在新窗口中，点击“详细信息”，然后您将看到IPv4地址。
在Linux上查询IPv4地址
- 使用终端：
打开终端（通常可以在应用程序菜单中找到，或者按Ctrl Alt T快捷键打开）。
在终端中，输入以下命令，并按Enter键：
代码语言：txt复制ifconfig查找您的网络适配器信息。通常，您会看到以太网适配器（例如eth0）或Wi-Fi适配器（例如wlan0）的信息。在该信息中，找到"Inet addr"，后面的数字就是您的IPv4地址。
- 使用图形界面：
在某些Linux发行版中，可以在系统设置或网络设置中找到网络连接的详细信息，包括IPv4地址。
三、IPv6
3.1 什么是IPv6？
IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网协议的最新版本，旨在解决IPv4的限制问题。IPv4是互联网通信的基础协议，它的主要问题在于地址资源的有限性，采用32位地址，提供了大约40亿个唯一的IP地址。由于全球互联网的迅猛发展，IPv4地址池迅速枯竭，这使得IPv6的发展成为必要。
IPv6采用了128位地址，相比之下，IPv4只有32位地址。这巨大的地址空间可以提供大约340十亿个不同的IP地址，这远远超过了IPv4。IPv6的地址空间几乎可以为地球上的每颗沙粒提供一个唯一的IP地址，从而解决了IPv4资源枯竭的问题。
IPv6最初被称为IPng，这代表了"下一代互联网协议"。这个名字强调了IPv6作为IPv4的继任者，旨在为未来的互联网连接提供支持。
IPv6的开发和标准化是由互联网工程特别工作组（Internet Engineering Task Force，IETF）进行的。这个工作组于1994年初成立，致力于设计和推动IPv6的发展。通过IETF的努力，IPv6成为了一个国际标准，广泛用于互联网连接。
IPv6地址示例：
代码语言：txt复制2001:db8:3333:5555:CCCC:DDDD:EEEE:FFFF
IPv6头3.2 IPv6优缺点
IPv6的优点
- 更多唯一地址：IPv6的128位地址提供了比IPv4多得多的地址空间，可以为每个设备分配一个唯一的IP地址。这解决了IPv4中地址枯竭的问题，使得支持大规模互联网连接成为可能。
- 新设备支持：IPv6是一种现代的协议，旨在适应新设备的连接需求。它更适合支持未来的物联网（IoT）设备和智能家居设备等新兴技术。
- 没有子网划分问题：IPv6引入了更灵活的地址分配方法，消除了IPv4中的子网划分问题。这使得网络管理更加简化，减少了资源浪费。
IPv6的缺点
- 较长的地址：IPv6地址比IPv4地址长得多，这可能使得地址难以记忆。IPv6地址通常以冒号分隔的八组四位十六进制数表示，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
- 尚未得到所有网站的支持：尽管IPv6得到了广泛的支持，但并不是所有网站和互联网服务都已经完全支持IPv6。这可能导致在IPv6-only网络上访问某些IPv4-only的内容时需要进行协议转换或代理。
- 可能存在系统问题：一些旧版操作系统和网络设备可能存在与IPv6的兼容性问题。尤其是在升级到IPv6时，可能需要额外的配置和测试，以确保一切正常运行。
四、IPv4 与 IPv6：有什么区别？
特点 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
基本性能 | 32位地址 | 128位地址 |
数据包大小 | 需要576字节，可选分段 | 需要1280字节，可选分段 |
配置性能 | 必须手动配置和安装 | 基本配置可选，功能取决于需求 |
网络性能 | 需要手动建立基本网络结构或使用DHCP | 自动配置，减少基本网络结构的需求 |
碎片测试和性能 | 分段机制使用标准传输和转发路由 | 传输过程用于分片实现和改进 |
移动性能 | 基本网络拓扑，限制移动性和互操作性 | 提供嵌入式互操作性和移动性功能 |
安全性和性能 | 缺乏内部安全层，依赖于应用程序 | 内置Internet协议安全（IPSec），更安全 |
支持和性能升级 | 大型社区和文档库支持 | 最活跃的社区之一，广泛支持IPv6 |
路由性能 | 支持多种路由协议 | 缺乏特定路由协议支持，依赖静态路由 |
高级功能性能 | NAT设备用于地址转换，增强端到端完整性 | 更多可用地址空间，实现直接寻址过程 |
速度 | 更大标头，但简化结构，更快的传输 | 直接连接，更快的传输，TCP级别验证 |
校验和 | 有校验和 | 没有校验和 |
组播支持 | ✔ | ✔ |
广播支持 | ✔ | ✘ |
DNS记录 | 指针 (PTR) 记录、IN-ADDR.ARPA DNS 域 | 指针 (PTR) 记录、IP6.ARPA DNS 域 |
本地子网组管理 | 互联网组管理协议 (IGMP) | 组播侦听器发现 (MLD) |
IP 转 MAC 解决方案 | 广播ARP | 多播邻居请求 |
五、IPv6如何解决IPv4地址耗尽的问题？
IPv6采用了128位地址，相比IPv4的32位地址，拥有更广泛的地址空间。理论上，IPv6支持多达340亿亿亿亿个唯一地址，这个数字足够庞大，足以满足未来数十年内的设备增长需求。即便考虑到地址空间的某些部分保留供特殊用途，IPv6的可用地址数量仍然是庞大的。
另一个IPv6的亮点是其灵活的地址分配方法。网络运营商可以获得大型地址块，以满足其大规模部署的需求，而小型企业和家庭用户也可以获得足够的地址，以支持其未来的扩展计划。这种分配方法的灵活性确保了地址资源的合理分配和可持续性。
此外，IPv6引入了预留地址范围，以满足各种特殊需求。例如，有一种地址范围用于私有网络（ULA），另一种用于环回测试。这些预留地址范围使网络管理员能够更好地管理地址分配，同时确保了全球范围内的唯一性。
相较于IPv4，IPv6减少了对网络地址转换（NAT）的依赖。IPv6的地址空间足够大，不再需要频繁使用NAT来解决地址不足的问题，这有助于简化网络结构，提高网络性能。
IPv6的设计考虑了未来互联网的需求，包括支持物联网（IoT）和智能设备的不断增长。这意味着IPv6具备了未来的可扩展性，可以适应新兴技术的快速发展。
六、IPv6 会耗尽吗？
IPv6 地址不太可能耗尽。IPv6采用了128位地址，这相当于2的128次方，也就是340万亿亿亿亿个地址。这个数字几乎是地球上每个人都能拥有数百亿个地址的数量级。实际上，IPv6的地址空间如此之大，以至于难以想象会耗尽。
相比之下，IPv4的32位地址空间只能支持大约43亿个地址。由于互联网的爆炸性增长，IPv4的地址已经枯竭，这迫使引入了各种技术，如网络地址转换（NAT），以在有限的地址下支持更多设备。
IPv6的设计不仅仅是为了解决地址枯竭问题，还考虑了未来的互联网需求，包括大规模的物联网设备和智能城市。它提供了更多的地址以支持这些新兴应用。此外，IPv6还引入了一些新功能，如改进的网络性能、安全性和移动性，这些功能将为用户带来巨大好处。
七、为什么IPv6还没有完全取代IPv4？
我们先来看看论坛里这些大佬是怎么看的。
这位大佬的意思是“确保 IPv4 和 IPv6 网络之间的兼容性和互操作性是一项复杂的任务。虽然这两种协议可以共存，但确保它们之间的无缝通信可能具有挑战性。这种复杂性导致人们对 IPv6 的采用持谨慎态度。”
这位大佬来自于埃及，这段话翻译成中文就是：
在我的国家埃及，IPv6尚未完全取代IPv4，原因如下：惯性和缺乏紧迫性：广泛使用的网络地址转换（NAT）有助于避免IPv4地址枯竭危机，减少了组织过渡到IPv6的直接激励。此外，一些企业如果仍能在IPv4下正常运作，可能不会看到升级系统的必要性。 互操作性：IPv4和IPv6都具有互操作性，它们可以共存于互联网上。这种互操作性进一步减少了对完全过渡到IPv6的紧迫性。 旧系统和基础设施：一些大型组织仍然严重依赖在IPv4上运行的旧系统，迁移到IPv6可能需要对其操作系统进行全面升级。这种采用的障碍可能会成本高昂且耗时。 缺乏强烈激励：缺乏强烈的激励因素，导致系统中涉及的各方未全面过渡到IPv6。例如，一些企业市场之所以不转向IPv6，是因为他们不认为它比IPv4有显著改进，而更多是为了减轻未来的风险。 市场多样性和IPv4的价格：移动和消费市场迅速接受了IPv6，但企业市场没有迅速转变，因为没有迫切需求。IPv4地址的价格也起到一定作用，因为组织可能选择继续使用IPv4，而不愿投资更昂贵的IPv6基础设施。
这位南非的网友表示“南非向 IPv6 的过渡极其缓慢。”
这位来自葡萄牙的网友表示：
葡萄牙约有13%的IPv6启用服务和40%的IPv6启用终端用户。因此，要等到我们拥有100%使用IPv6的服务还需要一些时间。我们仍然有很长的路要走。
对我来说，将IPv6替代IPv4的主要问题之一是涉及复杂的迁移过程。这需要互联网服务提供商（ISP）、网络管理员和内容提供商之间的协调，以确保顺利的过渡。这是一个重大挑战，但它是为了解决IPv4的限制并确保互联网的长期可持续性而必要的。这种协同的方法对于IPv6的顺畅共存和最终采用至关重要。
种种的说法，都表明一句话“IPv6很好，但是想要100%普及，需要时间”
对此，你是怎么看的？
还有一个问题，即使时间充足的情况下，IPv6可以完全取代IPv4吗？或者说IPv4真的一无是处了吗？
欢迎在评论区进行讨论这个话题！
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