IPv4 与 IPv6：有什么区别？

网络世界取决于互联网协议（IP），这是一套规定数据包如何在网络上发送、接收和寻址的规则。随着时间的推移，对 IP 地址的需求呈指数增长，导致了从 IPv4 到 IPv6 的演变。本博客将探讨 IPv4 与 IPv6：有什么区别？它们各自的优势，以及为什么 IPv6 被认为是互联网的未来。

什么是互联网协议（IP）？

互联网协议（IP）是一套管理网络数据收发的规则。作为互联网的骨干网，它通过提供唯一的地址和管理数据包的路由来促进设备之间的通信。每个连接到网络的设备都会为自己分配一个 IP 地址，确保信息到达正确的目的地。

如何 IP 作品

地址:网络设备为每个设备分配一个唯一的标识符，即 IP 地址（例如，IPv4 为 192.168.1.1，IPv6 为更长的十六进制字符串）。这可确保设备发送和接收数据时不会出现混乱。

打包:系统将大数据分解成称为数据包的小块，每个数据包包含源 IP 地址和目标 IP 地址。

路由:这些数据包通过一系列路由器和交换机，使用 IP 地址将其引导至目的地。

重新组装:在目的地，系统将数据包重新组合成原来的形式。

版本 IP:

IPv4 (互联网协议版本 4):最常用的版本，其特点是采用 32 位地址方案。

IPv6 (互联网协议第 6 版):较新的协议，旨在通过 128 位地址空间和增强的功能克服 IPv4 的限制。

什么是 IPv4？

什么是 IPv4？

互联网工程任务组（IETF）于 1983 年制定了 IPv4（即互联网协议版本 4），作为互联网协议的第四次迭代。它构成了现代互联网通信的主干，是为设备分配唯一数字地址的主要协议。IPv4 采用 32 位地址结构，可提供约 43 亿个唯一地址。

由于 IPv4 设计简单，很早就被采用，因此成为网络通信中应用最广泛的协议。它用于识别网络上的设备，确保数据包从发送方正确路由到接收方。

扩展见解:

• IPv4 地址通常以点分十进制格式显示，例如 192.168.0.1.
• 它支持子网划分等功能，可将大型网络划分为较小的、可管理的网段。
• 尽管 IPv4 的地址空间有限，但网络管理员已广泛采用网络地址转换（NAT）等技术来扩展其可用性。

IPv4 的利与弊

优点:

1. 广泛采用:几十年来，IPv4 已成为事实上的标准，确保几乎所有网络设备、系统和软件都支持 IPv4。
2. 简约:32 位地址系统简单明了，使 IPv4 易于配置和实施。
3. 兼容性:由于它被广泛使用，因此可确保不同网络环境之间的互操作性。

缺点:

1. 解决枯竭问题:互联网连接设备（如物联网小工具和智能手机）的快速扩张几乎耗尽了 43 亿个地址的上限，因此需要 IPv6 这样的解决方案。
2. 安全限制:IPv4 在设计时没有考虑现代安全需求。它缺乏内置加密或身份验证功能，容易受到 IP 欺骗等威胁。
3. 效率低下:依靠 NAT 来弥补地址不足会增加网络的复杂性并降低效率。

什么是 IPv6？

什么是 IPv6？

开发人员创建 IPv6（互联网协议版本 6）是为了解决 IPv4 的局限性，包括有限的地址空间和缺乏现代功能。IPv6 于 20 世纪 90 年代末推出，采用 128 位地址方案，提供约 340 个十亿位唯一 IP 地址，足以满足日益增长的互联网连接设备的需要。此外，IPv6 还引入了先进的功能，如更好的安全性、改进的路由选择，以及与物联网（IoT）等新兴技术的无缝集成。

• 地址格式：IPv6 地址采用十六进制格式，由八组十六进制数字组成，每组四个数字，中间用冒号隔开（如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）。 为简化可读性，可以省略 IPv6 地址中的连续零，代之以双冒号（::），但每个地址只能省略一次（如 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334）。
• 灵活性和可扩展性：IPv6 的设计者希望它更具灵活性和可扩展性，以便将来开发新的功能和协议，而不影响现有功能。
• 消除 NAT：IPv6 不需要网络地址转换（NAT），因为它提供了足够的地址，让每个设备都有一个唯一的、可全局路由的地址。这消除了 IPv4 网络中与 NAT 相关的复杂性和潜在安全问题。

IPv6 的利与弊

优点

• 已扩展 地址空间: IPv6 庞大的地址池可确保数十年的可扩展性，满足智能设备和物联网网络的需求。
• 增强安全性： IPv6 包括内置 IPsec，提供加密和验证功能，以保护数据的完整性和保密性。
• 提高性能： 例如，简化报头结构和取消网络地址转换（NAT）等功能提高了效率，减少了延迟。
• 支持现代技术： IPv6 专为物联网设计，可简化设备通信和管理。

缺点

• 过渡时期的挑战： 从 IPv4 迁移到 IPv6 需要大量的基础设施更新，包括硬件、软件和专业知识。
• 兼容性 问题： 一些传统系统和应用程序仍然缺乏对 IPv6 的全面支持，导致潜在的集成困难。

IPv4 与 IPv6：有什么区别？

特点	指Pv4	IPv6
字段	10 个主要字段（标题 + 选项）	8 个主要字段（简化标头）
地址长度	32 位	128 位
地址数量	~43 亿	~340 十亿分之一（约 3.4 x 10^38）
地址空间	已耗尽（使用 NAT 和 CIDR）	几乎无限制
班级	基于类别的寻址（A、B、C、D、E）	分层寻址（类似 CIDR）
地址配置	手动、DHCP 或 APIPA	SLAAC（无状态地址自动配置）或 DHCPv6
VLSM（可变长度子网掩码）	支持	支持（由于地址空间更大，效率更高）
安全措施	有限（可选 IPSec）	通过 IPsec 增强（在某些实施中是强制性的）
碎片化	由发送方和路由器支持（但不鼓励使用）	仅发送方支持（路由器不分片）
数据包流量识别	不存在流量标签	显示流量标签，改善交通管理
加密和验证	非固有（可选 IPSec）	IPsec 固有功能（在仅 IPv6 环境中必须使用）
传输计划	广播和单播	组播、任播和单播
端对端连接	可能需要使用 NAT 进行专用寻址	无 NAT，真正的端到端连接
校验和	存在报头校验和	无标头校验（简化处理）
页眉选项	复杂多变（选项可增加页眉大小）	简化和固定尺寸（扩展功能单独处理）
网络地址转换（NAT）	通常用于保存地址	不需要（由于地址空间较大）
地址范围	单播、广播和有限多播	单播、任播和组播（更灵活）
页眉长度	可变（20-60 字节，带选项）	固定值（40 字节）
扩展头	未使用	用于可选功能（如路由、分片）
QoS（服务质量）	有限支持（服务类型字段）	增强支持（流量标签和流量类别字段）
ICMP（互联网控制报文协议）	ICMPv4	ICMPv6（含新信息类型和代码）
ARP（地址解析协议）	ARP 用于 IPv4 地址到 MAC 地址的解析	NDP（邻居发现协议）用于 IPv6 地址到 MAC 地址的解析
DNS（域名系统）	为 IPv6 地址引入 AAAA 记录	双栈 DNS 解析（A 和 AAAA 记录）

IPv6 与 IPv4 相比有何优势？

与 IPv4 相比，IPv6 具有许多优势，例如

• 无限制寻址：
  • 消除地址耗尽的风险：与 IPv4（43 亿个地址）相比，IPv6 提供了更大的地址空间（3.4 x 10^38 个地址）。这确保了每个连接到互联网的设备都能拥有唯一的 IP 地址，从而无需使用 NAT（网络地址转换）和子网划分等技术来节省地址。
  • 简化网络管理：由于每台设备都有唯一的地址，网络管理员可以更轻松地管理网络并排除故障。
• 综合安全:
  • 确保数据完整性和保密性IPv6 内置支持 IPsec（互联网协议安全），可为 IP 数据包提供验证、完整性和加密。因此，这有助于保护数据免遭窃听、篡改和其他形式的攻击。
  • 减少安全开销：IPv6 与其前身 IPv4 相比具有多项优势。其中一个优势是它能将安全功能直接集成到协议中。通过这种方式，IPv6 可以减少对额外安全软件和硬件的需求，从而降低成本和复杂性。
• 增强型路由选择:
  • 减少延迟：IPv6 简化了数据包头，减少了数据包的大小和复杂性。这可以加快数据包处理速度，减少延迟，这对视频会议和在线游戏等实时应用非常重要。
  • 提高网络效率：更简单的报头还意味着路由器可以更高效地处理数据包，从而减少网络拥塞，提高整体性能。
• 可扩展性:
  • 物联网的理想选择物联网):IPv6 广阔的地址空间特别适合物联网（IoT），在物联网中，数十亿的设备将连接到互联网。因此，每个设备都可以拥有自己的唯一地址，这反过来又有利于更好地管理设备、提高安全性和互操作性。因此，这些优势对于确保物联网设备在各种应用中平稳、安全地运行至关重要。
  • 支持未来增长：有了 IPv6，即使连接设备的数量继续呈指数增长，也不必担心地址耗尽。
• 高效数据流:
  • 支持组播和任播IPv6 支持组播和任播寻址，可提高数据传输效率。组播可将单个数据包同时发送到多个目的地，从而减少带宽使用和延迟。任播允许多个接口共享同一地址，提供冗余和负载平衡。
  • 提高应用性能：高效的数据流对于优化各种应用程序的性能至关重要。当数据高效流动时，可提高流媒体、云计算和实时协作工具等各种应用的性能。这些改进可以提升用户体验和整体系统效率。

关于 IPv4 和 IPv6 的常见问题（FAQs）