计算机网络经过几十年的发展，已渗透到社会的各个阶层并深刻地改变着人的思维方式和生活方式。现在大部分计算机上使用的IP协议是20世纪70年代设计的，当时美国国防部为适应核战争的通信需要建立了ARPANET实验网，该网使用的协议就是现在IPv4原型。
摘 要：国际互联网的协议核心为TCP/IP协议，我们今天大部分计算机使用的协议是IPv4。本文通过对IPv4的探讨，分析了IPv4目前面临的主要危机，论述了IPv4将被取代的必然性，引出论述IPv6的发展及优势，IPv6面临的困难。意在引起大家对IPv6的关注，促进IPv6的发展。
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IPv4发展至今却暴露出无法克服的缺陷潜伏着严重的危机，到了必须要更新换代的程度，这时计算机的专业人士就提出了新一代互联网的体系架构，主要是制定出了新一代互联网的协议称为IPv6。本文就从多个方面探讨一下IPv4和IPv6。
1 IPv4的缺陷
1.1 地址枯竭。目前的互联网IP地址将消耗殆尽，这不是一个耸人听闻的消息，据国外媒体报道，“互联网之父”、TCP/IP协议联合创始人温顿・瑟夫(Vinton Cerf)曾表示，IPv4地址将于2011年耗尽，但这个预测并不准确。
IP地址的枯竭究其原因主要有以下几方面：
1.1.1 首先是IPv4的先天不足。IP协议的开发者当时将它用于ARPANET中，这是个军事网络，网络个数当时不多，因此将IP协议的地址长度设定为32位二进制数，其长度有其先天的不足。国际互联网发展现在这个规模，当时的IP协议开发者确实没有想到。
1.1.2 IP地址的惊人浪费。为了弥补IP地址的不足将32位IP地址分成了五类，即A类、B类、C类、D类和E类，其中D类和E类作为特殊用处或保留，只有A、 B、C三类可使用。A类网络只有126个，可容纳主机1700万个，B类网络个数为16384个每个网络可容纳65000个主机;而C类地址有约200万个网络个数，但每个网络的主机号只有254个主机。而许多企业主机个数超出了254，但又远远没有达到B类主机数，在这种情况为他们分配B类地址，一方面造成IP地址的极大浪费，另一方面导致B类地址面临枯竭的危险。
1.1.3 IP地址分配不均衡。由于IPv4地址的分配采用的是“先到先得，按需要分配”的原则，互联网在全球各个国家和各个国家内的各个区域的发展又是极不均衡的，这就势必造成大量IP地址资源集中分布在某些发达国家和各个国家的某些发达地区的情况。
据统计截至2010年8月30号占分配网址的50.50%在美国，我国为第二位占7.4%。
1.2 路由表越来越大。路由表中存放着所连接子网的状态信息。由于IPv4地址的层次结构缺乏统一的分配管理，并且多数IP地址空间的结构只有两层或者三层，这导致主干路由器中存在大量的路由表项。随着接入的网络数目增加，路由器的路由表迅速膨胀，路由效率特别是骨干网络路由效率急剧下降，最终可能导致网络的瘫痪。
1.3 安全性不够。由于地址不足，很多用户是通过NAT“网络地址转换”和CIDR“无类别域际路由选择”等技术上网，无法建立和外部主机的端到端的安全连接，因此也无法保证数据报可以不被修改地传送，这也成为了很多黑客的攻击手段。
2 IPv6优势
为了克服IPv4的缺陷，弥补IPv4的不足，IFTF(互联网工程任务组)从1992年6月提出制定下一代的IP，即IPNG后被正式命名为IPv6。并从1995年后陆续公布了一系列的IPv6协议，并不断进行修改和补充，至2002年基本上修改完善。
2.1 巨大的地址空间。IPv6采用128位地址长度，理论上可容纳2的128次方-1个主机，这样大的地址空间，有人计算过从理论上讲地球上的每个人大约拥有 5.7×1028个地址，不仅为世界上的每台计算机，而且为所有的移动电话和家用电器等许多设备都分配若干个地址也足够了。彻底解决了IP地址不足的问题。
2.2 地址自动配置。为了简化主机配置，IPv6协议支持地址自动配置，就是利用专用的地址分配服务器动态分配IPv6地址，不需要人为参与，IPv6网络接口能够自动获得全局地址、站点局部地址和链路局部地址，并且可以防止地址重复。这是―种即插即用的地址配置机制。
2.3 内置的安全机制。IPv6从开始研制时就考虑了通信安全问题，早在1995时IETF就研制了一套用于保护IP通信安全协议，简称为IPsec，IPv6内置了IPsec，IPsec提供了认证和加密机制有效的提高了IPv6的通信安全。
2.4 满足了3G网络的需求。随着技术发展，移动通信正试图从基于电路交换提供语音服务，向基于IP提供数据、语音、视频等多种服务转变。由于IPv4的缺陷不能提供有效的支持，而IPv6的地址空间、移动性的支持、服务质量保证机制、安全性和其他灵活性很好地满足了3G网络的需求。
2.5 简化了基本头部，增加了扩展头部。IPv6使用了一种全新的、相对更加灵活的头部结构，在IP头部中删除了一些不必要的IPv4功能，还有一些把头部字段变为了可选项，以减少包处理中例行处理的消耗;在基本头部后增加了扩展头部，可以很方便地实现功能扩展。IPv6扩展头部的长度只受IPv6的数据包的长度限制。当有新技术应用需求时，IPv6允许对协议进行扩充，增加了IPv6的灵活性。
2.6 更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
3 IPv6的现状及发展 IPv6从公布到现在约有14年，IPv6技术和标准己经基本成熟，支持IPv6的网络设备也逐渐推出。但从全球来看IPv6发展相当缓慢，有一个台湾的网站对各个国家申请IPv6地址的情况进行了统计，我摘取了2008年10月及2009年9月两个月份的数据，见表1。我国排在第18位。
表1
从这个表中我们看到大部分国家在一年内IPv6地址数增加的都不快，发展都比较慢，究其我认为原因有以下几种：
3.1 从IPv6的自身来说，IPv6所解决的核心问题是解决了IPv4地址不足等几个主要问题，并没有解决IPv4的全部问题，许多问题只是对IPv4的改良，并且IPv6还处在进一步完善、测试阶段，许多国家持有观望态度。
3.2 IPv4还有相当强的生命力。目前正在使用的网络设备大都是只支持IPv4的，IPv4从1981年到现在己有二十多年，经受住了各种考验，从早期的小规模，到如今已成为全球性国际互联网，这充分证明了IPv4具有相当强盛的生命力，易于实现性能良好。
3.3 采用了新技术在一定程序上缓解了IPv4地址不足的危机。为了缓解地址危机的发生，相应地产生了两种新的技术无类型网络区域路由技术CIDR和网络地址翻译技术NAT。采用无类型网络区域路由(Classless Inter Domain Routing，CIDR)的目的是为了节省B类地址。采用NAT(Network Address Translation，NAT)的主要作用是节约了地址空间，减少了对合法地址的需求，多个内部节点共享一个外部地址，使用端口进行区分(Network Address Port Translation，NAPT)，这样就能更有效的节约合法地址，但这两种技术都带来的路由表膨胀的缺陷。
参考文献：
[1]戴维斯(Joseph Davies).深入解析IPv6(第3版)[M].汪海霖，译.北京：人民邮电出版社，2014.
[2]崔勇，吴建平等.下一代互联网与IPv6过渡[M].北京：清华大学出版社，2014.
