TCP/IP协议之IPv6介绍及与IPv4的区别

一、IPv6诞生的背景

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年，是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。

IPv4最大问题是网络地址资源有限。从理论上讲，IPv4可以编址1600万个网络、40亿台主机。但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至IP地址已经枯竭。虽然用动态IP及Nat地址转换等技术实现了一些缓冲，但IPv4地址枯竭已经成为不争的事实。

在这种背景下，IPv6作为下一代互联网协议被提了出来。为了扩大地址空间，IPv6重新定义地址空间，IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。

二、IPv6针对IPv4所做的改进

1.报头。IPv6报头占40字节，相对于IPv4报头（变长的24字节）看似长。其实，IPv6报头的结构比IPv4简单，IPv6报头去掉了了IPv4报头中许多不常用的域，放入了可选项和报头扩展，其可选项有更严格的定义。IPv6报头中有6个域和2个地址空间，相对于IPv4中的10个固定长度的域、2个地址空间和若干个选项的结构来说IPV6更简单。

2.地址。IPv6协议的地址长度是128位，全部可分配地址数为2的128次方（2^128）个，不再存在地址匮乏问题。同时，IPv6地址表示方式和IPv4也不同：IPv4地址表示为点分十进制格式，32位的地址分成4个8位分组，每个8位以十进制数显式，中间用点号分隔。而IPv6采用的是十六进制格式，即128位地址是以16位为一分组，每个16位分组写成4个十六进制数，中间用冒号分十六进制格式。

3.地址配置。IPv6协议支持地址自动配置，IPv6节点通过地址自动配置得到IPv6地址和网关地址。IPv6支持无状态地址自动配置和状态地址自动配置两种地址自动配置方式。至于如何实现，简单说：“即插即用”是指无需人为干涉，将一个节点插入IPv6网络并在网络中启动，IPv6使用了两种不同的机制来支持即插即用网络连接：启动协议(BOOTstrap Protocol，BOOTP)和动态主机配置协议(DHCP)。

4.域名解析。IPv6中的DNS与IPv4的在体系结构上相同，都采用树型结构域名空间。IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。IPv6可以自动发现提供解析服务的DNS，有两种方式：(1) 无状态的DNS服务器发现；(2) 有状态的DNS 服务器发现。有状态的DNS服务器发现方式是通过类似DHCP的服务器把DNS服务器地址、域名和搜索路径等DNS信息告知节点。无状态DNS服务器自动发现有多种方式，有兴趣的朋友可以阅读《IPV6技术白皮书》等相关资料。

5.网上邻居。任何设备单独工作是没意义的。同样，IPv6定义了邻居发现协议NDP，它使用一系列IPv6控制信息报文（ICMPv6）来实现相邻节点（同一链路上的节点）的交互管理，并在一个子网中保持网络层地址和链路层地址之间的映射。

三、与IPv4相比，IPV6的几大优势

1、IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1（符号^表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有

2^128-1个地址。

2、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

3、IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的控制（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。

4、IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP 协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

5、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。

我国作为上网需求大国，目前的IPv4地址数量达到2.5亿，严重落后于4.2亿网民的需求。而且，随着物联网技术的发展，越来越多的传感器终端需要接入到网络当中，IP地址显然越来越不够用。因此，国家也在加快推进IPv6的部署，越来越多的网络建设项目中也开始强制要求网络设备支持IPv6。