IPv6与IPv4的对比及发展中的问题
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摘 要：对比了新老两代互联网协议——IPv6与IPv4，分析了二者在报文头部和地址语法方面的差异，并列举了IPv6的优势所在。同时，也指出了IPv6在互联网发展中面临的问题，阐明了IPv6没能得到快速发展的原因所在。
关键词：互联网协议;报文头部;地址语法;技术方案;成本控制
IPv4是互联网协议的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。它的最大问题是网络地址资源有限。从理论上讲，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。
IPv6是IETF设计的用于替代IPv4的下一代IP协议。使用IPv6，可以极大地增加可用IP地址的数量，从而解决当前IP地址资源不足的问题。
1 IPv6与IPv4的对比
1.1 IPv6与IPv4的报文头部对比
从图中可以看出，IPv6的报文头部更加简单，少了很多的字段。对比IPv4，有这几个地方值得注意：
第一，IPv6报文头部是定长的，而IPv4报文头部是变长的。这意味着，写代码处理IPv6数据报文的效率会提高很多。
第二，IPv6的报文头部取消了校验和字段。取消这个字段也是对IPv4协议的一个改进。当IPv4报文在網络上传输时，每经过一个路由器，都会被修改TTL字段，这意味着每一次转发都需要重新计算校验和。而由于数据链路层L2和传输层L4的校验已经足够强壮，因此IPv6取消这个字段会提高路由器的转发效率。
第三，IPv6引入了一个新的概念——扩展头部。每个IPv6的数据报文可以承载0个或多个扩展头部，扩展头部通过链表的形式组织起来。当IPv6数据报文承载着扩展头部的时候，Next Header的数值为扩展头部的类型值。引入扩展头部这个概念也是IPv6对IPv4改进的一个方面。用扩展头部取代了IPv4的可选项信息，精简了IPv6的头部，增强了IPv6的扩展性。
1.2 IPv6与IPv4的地址语法对比
IPv4使用32位地址，通常被写作点分十进制的形式，即每8位分成一段，每个8位的段用十进制表示，中间用点分隔。例如：192.168.1.1。
IPv6使用128位地址，采用冒号十六进制的表示方法，即每16位分成一段，每个16位的段用十六进制表示，中间用冒号分隔。例如：2001：0012：0000：0000：02AA：0987：FE29：9871。为了进一步精简IPv6地址，当冒号十六进制格式中出现连续几段数值0的位段时，这些段可以压缩为双冒号的表示形式。例如上面的地址还可以进一步精简表示为：2001：12：：2AA：987：FE29：9871。
可见，IPv4能够提供的地址总量为2的32次方个。除去为特殊用途所保留的一些地址，如专用网络地址和多播地址，全球可用的IPv4地址大约为43亿个。而IPv6采用128位的地址长度，地址容量高达2的128次方个，足以支持可预见未来互联网业务的增长。
1.3 IPv6对比IPv4的其他优势
与IPv4相比，IPv6还具有以下几点优势：
第一，IPv6拥有庞大到几乎取之不尽的地址资源，可以为每一台设备分配一个固定的IP地址。这意味着，如果推广IPv6，所有的家庭电脑和家用设备都将拥有固定的IP地址。这将彻底改变目前动态分配IP地址、用网络地址转换技术转换公网私网地址的局面。对个人来讲，在公共场所远程控制自己家中的智能设备，比如扫地机器人，将更加便捷。
第二，现行的IPv4网络在数据传输过程中，默认是明文传输的，这就带来了很大的安全隐患。IPv6协议默认采用加密传输。通过这一安全机制，提高了传输的安全性，减少了安全方面的资金和设备投入，降低了安全运维人员的维护工作量。
第三，路由器是根据路由条目进行数据包转发的。IPv6遵循聚类原则分配IP地址，使得路由器可以用一条记录表示一片子网。这种方式大大减少了路由器中路由条目的数量，提高了数据转发的速率，从而带来了更快的网速。
2 IPv6发展中面临的问题
2.1 技术方案选择问题
IPv6最大的问题在于无法向前兼容IPv4协议，因此从IPv4升级到IPv6出现了众多的演进方案。各种技术方案的应对场景不同，再加上企业的网络基础各异，这都增加了企业选择方案的难度。
2.2 投资与成本控制问题
在IPv6网络演进的问题上，运营商的改造规模覆盖了终端、接入、城域、骨干等各个环节，几乎是全网升级，设备采购量和资金投入自然不小。如何降低总成本，保护投资，是运营商需要考虑的关键问题。
3 总结
对比IPv4，虽然IPv6有着诸多优势，但是，由于升级过程存在着许多阻力，使得IPv6刚刚起步就要面对种种问题。我们有足够的理由相信，随着时间的推移，人们会找到更好的办法来解决这些困难，为IPv6的发展铺平道路。
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作者简介：贾继薇（1982-），女，汉族，环境保护工程师，研究方向：环保信息化应用。
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