在過(guò)去的十年間，IPv6本來(lái)應(yīng)該得到很大的發(fā)展，但事實(shí)上這種好事并沒(méi)有降臨，由此導(dǎo)致了一個(gè)結(jié)果，那就是大部分人都不了解IPv6的一些知識(shí)：它是什么?怎么使用?為什么它會(huì)存在?

IPv4做錯(cuò)了什么?

自從1981年發(fā)布了RFC791標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)我們就一直在使用IPv4。在那個(gè)時(shí)候，電腦又大又貴還不多見(jiàn)，而IPv4號(hào)稱能提供40億條IP地址，在當(dāng)時(shí)看來(lái)，這個(gè)數(shù)字好大好大。

不幸的是，這么多的IP地址并沒(méi)有被充分利用起來(lái)，地址與地址之間存在間隙。

舉個(gè)例子，一家公司可能有254(28-2)條地址，但只使用其中的25條，剩下的229條被空占著，以備將來(lái)之需，于是這些空閑著的地址不能服務(wù)于真正需要它們的用戶，原因就是網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)則的限制。

最終的結(jié)果是在1981年看起來(lái)那個(gè)好大好大的數(shù)字，在2014年看起來(lái)變得好小好小。

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)在90年代初指出了這個(gè)問(wèn)題，并提供了兩套解決方案：無(wú)類型域間選路(CIDR)、私有IP地址。

在CIDR出現(xiàn)之前，你只能選擇三種網(wǎng)絡(luò)地址長(zhǎng)度：24位(共16,777,214個(gè)可用地址)、20位(共1,048,574個(gè)可用地址)、16位(共65,534個(gè)可用地址)。CIDR出現(xiàn)之后，你可以將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)再劃分成多個(gè)子網(wǎng)。

舉個(gè)例子，如果你需要5個(gè)IP地址，你的ISP會(huì)為你提供一個(gè)子網(wǎng)，里面的主機(jī)地址長(zhǎng)度為3位，也就是說(shuō)你最多能得到6個(gè)地址。——拋開(kāi)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，3位主機(jī)地址長(zhǎng)度可以表示0～7共8個(gè)地址，但第0個(gè)和第7個(gè)有特殊用途，不能被用戶使用，所以你最多能得到6個(gè)地址)。

這種方法讓ISP能盡***效率分配IP地址。“私有地址”這套解決方案的效果是，你可以自己創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，里面的主機(jī)可以訪問(wèn)外網(wǎng)的主機(jī)，但外網(wǎng)的主機(jī)很難訪問(wèn)到你創(chuàng)建的那個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)，因?yàn)槟愕木W(wǎng)絡(luò)是私有的、別人不可見(jiàn)的。

你可以創(chuàng)建一個(gè)非常大的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槟憧梢允褂?6,777,214個(gè)主機(jī)地址，并且你可以將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成更小的子網(wǎng)，方便自己管理。

也許你現(xiàn)在正在使用私有地址?？纯茨阕约旱腎P地址，如果這個(gè)地址在這些范圍內(nèi)10.0.0.0–10.255.255.255、172.16.0.0–172.31.255.255或192.168.0.0–192.168.255.255，就說(shuō)明你在使用私有地址。

這兩套方案有效地將“IP地址用盡”這個(gè)災(zāi)難延遲了好長(zhǎng)時(shí)間，但這畢竟只是權(quán)宜之計(jì)，現(xiàn)在我們正面臨最終的審判。

IPv4還有另外一個(gè)問(wèn)題，那就是這個(gè)協(xié)議的消息頭長(zhǎng)度可變。

如果數(shù)據(jù)的路由通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)問(wèn)題還好說(shuō)，但現(xiàn)在路由器功能都是由硬件提供的，處理變長(zhǎng)消息頭對(duì)硬件來(lái)說(shuō)是一件困難的事情。一個(gè)大的路由器需要處理來(lái)自世界各地的大量數(shù)據(jù)包，這個(gè)時(shí)候路由器的負(fù)載是非常大的，所以很明顯，我們需要固定消息頭的長(zhǎng)度。

在分配IP地址的同時(shí)，還有一個(gè)問(wèn)題，因特網(wǎng)是美國(guó)人發(fā)明的(這個(gè)萬(wàn)惡的資本主義國(guó)家占用了大量IP地址)，其他國(guó)家只得到了IP地址的碎片。我們需要重新定制一個(gè)架構(gòu)，讓連續(xù)的IP地址能在地理位置上集中分布，這樣一來(lái)路由表可以做的更小(想想吧，網(wǎng)速肯定更快)。

還有一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題你聽(tīng)起來(lái)可能還不大相信，就是IPv4配置起來(lái)比較困難，而且還不好改變。你可能不會(huì)碰到這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槟愕穆酚善鳛槟阕隽诉@些事情，不用你去操心，但是你的ISP對(duì)此一直是很頭疼的。

下一代因特網(wǎng)需要考慮上述的所有問(wèn)題。

IPv6和它的優(yōu)點(diǎn)

IETF在1995年12月公布了下一代IP地址標(biāo)準(zhǔn)，名字叫IPv6，為什么不是IPv5?→_→因?yàn)槟硞€(gè)錯(cuò)誤原因，“版本5”這個(gè)編號(hào)被其他項(xiàng)目用去了。IPv6的優(yōu)點(diǎn)如下：

- 128位地址長(zhǎng)度(共有3.402823669×10³⁸個(gè)地址)

- 其架構(gòu)下的地址在邏輯上聚合

- 消息頭長(zhǎng)度固定

- 支持自動(dòng)配置和修改你的網(wǎng)絡(luò)

我們一項(xiàng)一項(xiàng)地分析這些特點(diǎn)：

地址

人們談到IPv6時(shí)，***件注意到的事情就是它的地址好多好多。為什么要這么多?因?yàn)樵O(shè)計(jì)者考慮到地址不能被充分利用起來(lái)，我們必須提供足夠多的地址，讓用戶去揮霍，從而達(dá)到一些特殊目的。

所以如果你想架設(shè)自己的IPv6網(wǎng)絡(luò)，你的ISP可以給你分配擁有64位主機(jī)地址長(zhǎng)度的網(wǎng)絡(luò)(可以分配1.844674407×10¹⁹臺(tái)主機(jī))，你想怎么玩就怎么玩。

聚合

有這么多的地址，這些地址可以被稀稀拉拉地分配給主機(jī)，從而更高效地路由數(shù)據(jù)包。算一筆帳啊，你的ISP拿到一個(gè)80位地址長(zhǎng)度的網(wǎng)絡(luò)空間，其中16位是ISP的子網(wǎng)地址，剩下64位分給你作為主機(jī)地址。這樣一來(lái)，你的ISP可以分配65,534個(gè)子網(wǎng)。

然而，這些地址分配不是一成不變地，如果ISP想擁有更多的小子網(wǎng)，完全可以做到(當(dāng)然土豪ISP可能會(huì)要求再來(lái)一個(gè)80位網(wǎng)絡(luò)空間)。

***的48位地址是相互獨(dú)立地，也就是說(shuō)ISP與ISP之間雖然可能分到相同地80位網(wǎng)絡(luò)空間，但是這兩個(gè)空間是相互隔離的，好處就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間里面的地址會(huì)聚合在一起。

固定的消息頭長(zhǎng)度

IPv4消息頭長(zhǎng)度可變，但I(xiàn)Pv6消息頭長(zhǎng)度被固定為40字節(jié)。IPv4會(huì)由于額外的參數(shù)導(dǎo)致消息頭變長(zhǎng)，IPv6中如果有額外參數(shù)，這些信息會(huì)被放到一個(gè)緊挨著消息頭的地方，不會(huì)被路由器處理，當(dāng)消息到達(dá)目的地時(shí)，這些額外參數(shù)會(huì)被軟件提取出來(lái)。

IPv6消息頭有一個(gè)部分叫“flow”，是一個(gè)20位偽隨機(jī)數(shù)，用于簡(jiǎn)化路由器對(duì)數(shù)據(jù)包的路由過(guò)程。如果一個(gè)數(shù)據(jù)包存在“flow”，路由器就可以根據(jù)這個(gè)值作為索引查找路由表，不必慢吞吞地遍歷整張路由表來(lái)查詢路由路徑。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使IPv6更容易被路由。

自動(dòng)配置

IPv6中，當(dāng)主機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，會(huì)檢查本地網(wǎng)絡(luò)，看看有沒(méi)有其他主機(jī)使用了自己的IP地址。如果地址沒(méi)有被使用，就接著查詢本地的IPv6路由器，找到后就向它請(qǐng)求一個(gè)IPv6地址。然后這臺(tái)主機(jī)就可以連上互聯(lián)網(wǎng)了——它有自己的IP地址，和自己的默認(rèn)路由器。

如果這臺(tái)默認(rèn)路由器宕機(jī)，主機(jī)就會(huì)接著找其他路由器，作為備用路由器。這個(gè)功能在IPv4協(xié)議里實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。同樣地，假如路由器想改變自己的地址，自己改掉就好了。主機(jī)會(huì)自動(dòng)搜索路由器，并自動(dòng)更新路由器地址。路由器會(huì)同時(shí)保存新老地址，直到所有主機(jī)都把自己地路由器地址更新成新地址。

IPv6自動(dòng)配置還不是一個(gè)完整地解決方案。想要有效地使用互聯(lián)網(wǎng)，一臺(tái)主機(jī)還需要另外的東西：域名服務(wù)器、時(shí)間同步服務(wù)器、或者還需要一臺(tái)文件服務(wù)器。于是dhcp6出現(xiàn)了，提供與dhcp一樣的服務(wù)，唯一的區(qū)別是dhcp6的機(jī)器可以在可路由的狀態(tài)下啟動(dòng)，一個(gè)dhcp進(jìn)程可以為大量網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。

唯一的大問(wèn)題

如果IPv6真的比IPv4好那么多，為什么它還沒(méi)有被廣泛使用起來(lái)?Google在2014年5月份估計(jì)IPv6的市場(chǎng)占有率為4%。一個(gè)最基本的原因是“先有雞還是先有蛋”。

服務(wù)商想讓自己的服務(wù)器為盡可能多的客戶提供服務(wù)，這就意味著他們必須部署一個(gè)IPv4地址。

當(dāng)然，他們可以同時(shí)使用IPv4和IPv6兩套地址，但很少有客戶會(huì)用到IPv6，并且你還需要對(duì)你的軟件做一些小修改來(lái)適應(yīng)IPv6。

另外比較頭疼的一點(diǎn)是，很多家庭的路由器壓根不支持IPv6。

還有就是ISP也不愿意支持IPv6。

我問(wèn)過(guò)我的ISP這個(gè)問(wèn)題，得到的回答是：只有客戶明確指出要部署這個(gè)時(shí)，他們才會(huì)用IPv6。然后我問(wèn)了現(xiàn)在有多少人有這個(gè)需求，答案是：包括我在內(nèi)，共有1個(gè)。

與這種現(xiàn)實(shí)狀況呈明顯對(duì)比的是，所有主流操作系統(tǒng)Windows、OS 、Linux都默認(rèn)支持IPv6好多年了。這些操作系統(tǒng)甚至提供軟件讓IPv6的數(shù)據(jù)包披上IPv4的皮，來(lái)騙過(guò)那些會(huì)丟棄IPv6數(shù)據(jù)包的主機(jī)，從而達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的。

總結(jié)

IPv4已經(jīng)為我們服務(wù)了好長(zhǎng)時(shí)間，但是它的缺陷會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)遭遇不可克服的困難。IPv6通過(guò)改變地址分配規(guī)則、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)包路由過(guò)程、簡(jiǎn)化***加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)的配置過(guò)程等策略，可以***解決這個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題是，大眾在接受和使用IPv6的過(guò)程中進(jìn)展緩慢，因?yàn)楦淖兇鷥r(jià)太大了。

好消息是所有操作系統(tǒng)都支持IPv6，所以當(dāng)你有一天想做出改變，你的電腦只需要改變一點(diǎn)點(diǎn)東西，就能轉(zhuǎn)到全新的架構(gòu)體系中去。