IPv4是Internet Protocol version 4的缩写,中文翻译为互联网通信协议第四版,通常简称为网际协议版本4。
IPv4使用32位(4字节)地址,因此地址空间中只有 4,294,967,296(即2^32) 个地址。
IPv4地址可被写作任何表示一个32位整数值的形式,但为了方便人类阅读和分析,它通常被写作点分十进制的形式,即四个字节被分开用十进制写出,中间用点分隔。
通常IPv4地址的地址格式为 nnn.nnn.nnn.nnn,就像下面这样:
172.16.254.1
下图看起来更清晰一些:
IPv6是Internet Protocol version 6的缩写,中文翻译为互联网通信协议(TCP/IP协议)第6版,通常简称为网际协议版6。IPv6具有比IPv4大得多的编码地址空间,用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题,同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进。
其实,IPv6并不是新技术,从IPv6最早的工作组成立1992年到现在,已过去27年。在互联网技术的发展历程中,IPv6年龄甚至有些太大了。
IPv6的“6”表示的是TCP/IP协议的第六个版本,IPv4的“4”表示的是TCP/IP协议的第四个版本。其实除了这两个版本,当然还有其它版本,TCP/IP协议其实从IPv1开始,到现在IPv10都已经出现了,这些不同版本之间并没有关联,也不是简单IP地址长度的长短。
IPv6地址由八组、每组四位16进制数字组成,每组之间由":"来分隔。
看个简单的例子:
2610:00f8:0c34:67f9:0200:83ff:fe94:4c36,每个“:”前后都是4位16进制的数字,共分隔成8组。
如下图所示:
小知识:如何查看手机或者电脑的网络是否支持IPv6呢?
可以在你手机或者电脑上的浏览器中打开:Ipv6-test.com,就像下图这样:
最主要的原因,就是地址数量不够用了。
IPv4迄今为止已经使用了30多年。最早期的时候,互联网只是设计给美国军方用的,根本没有考虑到它会变得如此庞大,成为全球网络。
尤其是进入21世纪后,随着计算机和智能手机的迅速普及,互联网开始爆发性发展,越来越多的上网设备出现,越来越多的人开始连接互联网。这就意味着,需要越来越多的IP地址。
IPv4的地址总数是2的32次方,也就是约42.9亿个。而全球的网民总数早已超过这个数目。
所以说,IPv4地址池接近枯竭,根本无法满足互联网发展的需要。人们迫切需要更高版本的IP协议,更大数量的IP地址池。(有点像固定电话号码升位。)
首先,最重要的一点,就是前面所说的地址池扩容。IPv4的地址池是约42.9亿,IPv6能达到多少呢?
数量如下:
340282366920938463463374607431768211456个…
不用数了,太多了… 简单说,是2的128次方。
这个数量,即使是给地球上每一颗沙子都分配一个IP,也是妥妥够用的。
这图你看懂了吗?嗯,我也没看懂,反正就是很多的样子
这个数量值是怎么得来的呢?还是它的地址位长决定的。
如果以二进制来写,IPv6的地址是128位。不过,这样写显然不太方便(一行都写不下)。所以,通常用十六进制来写,也就缩短成32位(32位会分为8组,每组4位)。
注意
:IPv6的地址是可以简写的,每项数字前导的0可以省略。
例如,下面这个地址:
粉红的“0”就可以省略,变成:
2001: DB8:2de:0:0:0:0:e13
如果有一组或连续几组都是0,那么可以简写成“::”,也就是:
2001: DB8:2de::e13
注意
:一个IPv6地址,只能有一个“::”。
为什么?很简单,你看下面这四个地址,如果所有0全都缩写,会变成什么样?
2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
2001: 0000: 0000:0000:25de:0000:0000:cade
2001: 0000: 0000:25de:0000:0000:0000:cade
2001: 0000: 25de:0000:0000:0000:0000:cade
是的,都是2001::25de::cade,冲突了。所以,这个地址是非法的,不允许存在的。
关于IPv6还有很多技术细节,因篇幅原因,不再赘述。
除了地址数量之外,IPv6还有很多优点,例如:
1)IPv6使用更小的路由表。使得路由器转发数据包的速度更快; 2)IPv6增加了增强的组播支持以及对流的控制,对多媒体应用很有利,对服务质量(QoS)控制也很有利; 3)IPv6加入了对自动配置的支持。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; 4)IPv6具有更高的安全性。用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大地增强了网络的安全性; 5)IPv6具有更好的扩容能力。如果新的技术或应用需要时,IPV6允许协议进行扩充; 6)IPv6具有更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式,就简化和加速了路由选择过程,提高了效率; ……
IPv6优点这么多,为什么它问世已经20年了,还是没有完全替代IPv4呢?这里面的水就很深了。。。说白了,主要还是和利益有关。
如果按照本世纪初专家们的预测,我们IPv4的地址早已枯竭几万次了。但是,一直挺到现在,大家仍然还在用IPv4,对老百姓来说,并没有因为地址不够而无法上网。
这是为什么呢? 就是因为除了IPv6之外,我们还有一些技术,可以变相地缓解地址不足。
例如NAT(Network Address Translation,网络地址转换)。
NAT是什么意思?
当我们在家里或公司上网时,你的电脑肯定有一个类似192.168.0.1的地址,这种地址属于私网地址,不属于公共的互联网地址。
一个典型的NAT应用场景
每一个小的局域网,都会使用一个网段的私网地址,在与外界连接时,再变换成公网地址。这样一来,几十个或几百个电脑,都只需要一个公网地址。
甚至还可以私网套私网,NAT套NAT,一层一层套。这样一来,大大节约了公网IP地址数量。正因为如此,才让我们“续命”到了今天,不至于无法上网。
但是,NAT这种方式也有很多缺点,虽然私网地址访问互联网地址方便,但互联网地址访问私网地址就困难了。很多服务,都会受到限制,你只能通过复杂的设置才能解决,也会影响网络的处理效率。
NAT内网的计算机是不能被外网直接访问的
物以稀为贵,地址越稀缺,就越值钱。掌握地址的人,就越开心。谁开心?运营商和ISP(互联网服务提供商)。
他们就像是经销商,从上游(互联网域名与号码分配机构,即ICANN)申请到IP地址,再卖给下游用户。稀缺没关系,反正,他一定能赚取更多的差价。
如果大家去找运营商或ISP买带宽,或者租赁云服务,带公共地址的,一定比不带公共地址的贵很多很多。
除了地址可以赚钱之外,如果升级支持IPv6,对运营商和ISP来说,也意味着很大的资金投入。现在新设备基本都是支持的,但毕竟还是有一些老设备,如果在使用寿命到期之前就换,就是亏钱。
所以,运营商和ISP都没有动力去启用IPv6。
至于设备商或手机电脑厂商,出于提前考虑,早已普遍支持了IPv6,意见并不是很大,也决定不了什么。必竟,提供基础设施服务的运营商们更强势。
随着5G时代的到来,有了IPv6的加持,万物互联或许会成为现实。对于我等实时通信类软件的开发人员来说,某些场景下,或许再也不需要为“P2P打洞”这种事情烦恼了
5G+IPv6,万物互联不是梦
未来已来,你准备好了吗?