IPv6與IPv4的對比及發(fā)展中的問題

摘 要：對比了新老兩代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議——IPv6與IPv4，分析了二者在報文頭部和地址語法方面的差異，并列舉了IPv6的優(yōu)勢所在。同時，也指出了IPv6在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中面臨的問題，闡明了IPv6沒能得到快速發(fā)展的原因所在。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議;報文頭部;地址語法;技術(shù)方案;成本控制

IPv4是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第四版，也是第一個被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。它的最大問題是網(wǎng)絡(luò)地址資源有限。從理論上講，編址1600萬個網(wǎng)絡(luò)、40億臺主機(jī)。但采用A、B、C三類編址方式后，可用的網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址的數(shù)目大打折扣，以至IP地址已經(jīng)枯竭。

IPv6是IETF設(shè)計(jì)的用于替代IPv4的下一代IP協(xié)議。使用IPv6，可以極大地增加可用IP地址的數(shù)量，從而解決當(dāng)前IP地址資源不足的問題。

1 IPv6與IPv4的對比

1.1 IPv6與IPv4的報文頭部對比

從圖中可以看出，IPv6的報文頭部更加簡單，少了很多的字段。對比IPv4，有這幾個地方值得注意：

第一，IPv6報文頭部是定長的，而IPv4報文頭部是變長的。這意味著，寫代碼處理IPv6數(shù)據(jù)報文的效率會提高很多。

第二，IPv6的報文頭部取消了校驗(yàn)和字段。取消這個字段也是對IPv4協(xié)議的一個改進(jìn)。當(dāng)IPv4報文在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時，每經(jīng)過一個路由器，都會被修改TTL字段，這意味著每一次轉(zhuǎn)發(fā)都需要重新計(jì)算校驗(yàn)和。而由于數(shù)據(jù)鏈路層L2和傳輸層L4的校驗(yàn)已經(jīng)足夠強(qiáng)壯，因此IPv6取消這個字段會提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率。

第三，IPv6引入了一個新的概念——擴(kuò)展頭部。每個IPv6的數(shù)據(jù)報文可以承載0個或多個擴(kuò)展頭部，擴(kuò)展頭部通過鏈表的形式組織起來。當(dāng)IPv6數(shù)據(jù)報文承載著擴(kuò)展頭部的時候，Next Header的數(shù)值為擴(kuò)展頭部的類型值。引入擴(kuò)展頭部這個概念也是IPv6對IPv4改進(jìn)的一個方面。用擴(kuò)展頭部取代了IPv4的可選項(xiàng)信息，精簡了IPv6的頭部，增強(qiáng)了IPv6的擴(kuò)展性。

1.2 IPv6與IPv4的地址語法對比

IPv4使用32位地址，通常被寫作點(diǎn)分十進(jìn)制的形式，即每8位分成一段，每個8位的段用十進(jìn)制表示，中間用點(diǎn)分隔。例如：192.168.1.1。

IPv6使用128位地址，采用冒號十六進(jìn)制的表示方法，即每16位分成一段，每個16位的段用十六進(jìn)制表示，中間用冒號分隔。例如：2001：0012：0000：0000：02AA：0987：FE29：9871。為了進(jìn)一步精簡IPv6地址，當(dāng)冒號十六進(jìn)制格式中出現(xiàn)連續(xù)幾段數(shù)值0的位段時，這些段可以壓縮為雙冒號的表示形式。例如上面的地址還可以進(jìn)一步精簡表示為：2001：12：：2AA：987：FE29：9871。

可見，IPv4能夠提供的地址總量為2的32次方個。除去為特殊用途所保留的一些地址，如專用網(wǎng)絡(luò)地址和多播地址，全球可用的IPv4地址大約為43億個。而IPv6采用128位的地址長度，地址容量高達(dá)2的128次方個，足以支持可預(yù)見未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的增長。

1.3 IPv6對比IPv4的其他優(yōu)勢

與IPv4相比，IPv6還具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

第一，IPv6擁有龐大到幾乎取之不盡的地址資源，可以為每一臺設(shè)備分配一個固定的IP地址。這意味著，如果推廣IPv6，所有的家庭電腦和家用設(shè)備都將擁有固定的IP地址。這將徹底改變目前動態(tài)分配IP地址、用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換公網(wǎng)私網(wǎng)地址的局面。對個人來講，在公共場所遠(yuǎn)程控制自己家中的智能設(shè)備，比如掃地機(jī)器人，將更加便捷。

第二，現(xiàn)行的IPv4網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸過程中，默認(rèn)是明文傳輸?shù)模@就帶來了很大的安全隱患。IPv6協(xié)議默認(rèn)采用加密傳輸。通過這一安全機(jī)制，提高了傳輸?shù)陌踩裕瑴p少了安全方面的資金和設(shè)備投入，降低了安全運(yùn)維人員的維護(hù)工作量。

第三，路由器是根據(jù)路由條目進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的。IPv6遵循聚類原則分配IP地址，使得路由器可以用一條記錄表示一片子網(wǎng)。這種方式大大減少了路由器中路由條目的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速率，從而帶來了更快的網(wǎng)速。

2 IPv6發(fā)展中面臨的問題

2.1 技術(shù)方案選擇問題

IPv6最大的問題在于無法向前兼容IPv4協(xié)議，因此從IPv4升級到IPv6出現(xiàn)了眾多的演進(jìn)方案。各種技術(shù)方案的應(yīng)對場景不同，再加上企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)各異，這都增加了企業(yè)選擇方案的難度。

2.2 投資與成本控制問題

在IPv6網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的問題上，運(yùn)營商的改造規(guī)模覆蓋了終端、接入、城域、骨干等各個環(huán)節(jié)，幾乎是全網(wǎng)升級，設(shè)備采購量和資金投入自然不小。如何降低總成本，保護(hù)投資，是運(yùn)營商需要考慮的關(guān)鍵問題。

3 總結(jié)

對比IPv4，雖然IPv6有著諸多優(yōu)勢，但是，由于升級過程存在著許多阻力，使得IPv6剛剛起步就要面對種種問題。我們有足夠的理由相信，隨著時間的推移，人們會找到更好的辦法來解決這些困難，為IPv6的發(fā)展鋪平道路。

參考文獻(xiàn)：

[1]麥克法蘭德.IPv6在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的部署[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]楊國良，等.IPv6技術(shù)、部署與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3]杜娥.對IPv6技術(shù)發(fā)展的思考[A].四川省通信學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.

[4]解沖鋒，等.從互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)演進(jìn)看IPv6的發(fā)展[A].下一代互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用研討會論文集[C].2011.

[5]康志鋼.IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡模型標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展[A].下一代互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用研討會論文集[C].2011.

[6]王宇，等.淺析網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的IPv6改造方案[A].下一代互聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用研討會論文集[C].2011.

作者簡介：賈繼薇（1982-），女，漢族，環(huán)境保護(hù)工程師，研究方向：環(huán)保信息化應(yīng)用。