IPv4与IPv6的特点及发展前景比较

薛鸣 李彦

（西安翻译学院,陕西 西安 710105）

1 引言

IP地址是人们在网络上的“身份证”，随着网络的普及和智能家电的广泛使用，不管是上网的用户，还是智能产品的信息终端，都需要拥有自己的IP地址。目前的全球因特网所采用的协议是TCP/IP协议。IP是TCP/IP协议中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4，是Internet Protocol Version 4的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”），核心技术属于美国。发展至今已经使用了30多年。现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。[1]

2 IPv4的应用现状

IPv4采用32位地址长度，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、大约43亿个电脑可以联到Internet上。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，以至目前的IP地址近乎枯竭。[2]近十几年来由于互联网的蓬勃发展，IP位址的需求量愈来愈大，使得IP地址的发放愈趋严格，各项资料显示全球IPv4地址可能在很短时间内即将消耗殆尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国只有3千多万个，只相当于美国麻省理工学院的数量。[3]地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。

一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。最根本的解决办法还是扩大IP地址，在这样的环境下，IPv6应运而生。单从数字上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128-1个。[4]这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

3 IPv6的特点及优势

IPv6是下一版本的互联网协议，它几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。IPv6采用128位地址长度，一个IPv6的IP地址由8个地址节组成，每节包含16个地址位，以4个16进制数书写，节与节之间用冒号分隔。

3.1 IPv6的特点

IPv6的发展是从1992年开始的，经过了十几年的发展时间，IPv6的标准体系已经基本完善，在这个过程中，IPv6逐步优化了协议体系结构，为业务发展创造机会，归纳起来IPv6包括如下几个特点。

地址充足：IPv6产生的初衷主要是针对IPv4地址短缺问题，即从IPv4的32bit地址，扩展到了IPv6的128bit地址，充分解决了地址匮乏问题。同时IPv6地址是有范围的，包括链路本地地址、站点本地地址和任意传播地址，这也进一步增加了地址应用的扩展性。

扩展为先：引入灵活的扩展报头，按照不同协议要求增加扩展头种类，按照处理顺序合理安排扩展头的顺序，其中网络设备需要处理的扩展头在报文头的前部，而需要宿端处理的扩展头在报文头的尾部。[5]

层次区划：IPv6极大的地址空间使层次性的地址规划成为可能，同时国际标准中已经规定了各个类型地址的层次结构，这样既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，缩减IPv6路由表大小，降低网络地址规划的难度。

即插即用：IPv6引入自动配置以及重配置技术，对于IP地址等信息实现自动增删更新配置，提高IPv6的易管理性。

贴身安全：IPv6集成了IPSec，用于网络层的认证与加密，为用户提供端到端安全，使用起来比IPv4简单、方便，可以在迁移到IPv6时同步发展IPSec。[6]

移动便捷：Mobile IPv6增强了移动终端的移动特性、安全特性、路由特性，降低了网络部署的难度和投资，为用户提供了永久在线的服务。可以说，IPv6的上述特点充分迎合了未来网络向IP融合统一的发展方向，并提升了IP网络的可运营性和可管理性。

3.2 与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势

在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、安全性、多播、移动性、即插即用等。IPv6的主要优势体现在以下几方面：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。

为适应实际应用的要求，IPv6在IPv4的设计思想上加以改进，增加了一些必要的新功能。与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势：

经过扩展的地址和路由选择功能：IP地址长度由32位增加到128位，可支持数量大得多的可寻址节点、更多级的地址层次和较为简单的地址自动配置。

定义了任一成员(anycast)地址：用来标识一组接口，在不会引起混淆的情况下将简称“任一地址”，发往这种地址的分组将只发给由该地址所标识的一组接口中的一个成员。

简化的首部格式：IPv4首部的某些字段被取消或改为选项，以减少报文分组处理过程中常用情况的处理费用，并使得IPv6首部的带宽开销尽可能低，尽管地址长度增加了。[7]虽然IPv6地址长度是IPv4地址的四倍，IPv6首部的长度只有IPv4首部的两倍。

支持扩展首部和选项：IPv6的选项放在单独的首部中，位于报文分组中IPv6首部和传送层首部之间。因为大多数IPv6选项首部不会被报文分组投递路径上的任何路由器检查和处理，直至其到达最终目的地，这种组织方式有利于改进路由器在处理包含选项的报文分组时的性能。IPv6的另一改进，是其选项与IPv4不同，可具有任意长度，不限于40字节。

支持验证和隐私权：IPv6定义了一种扩展，可支持权限验证和数据完整性。这一扩展是IPv6的基本内容，要求所有的实现必须支持这一扩展。[8]IPv6还定义了一种扩展，借助于加密支持保密性要求。

支持自动配置：IPv6支持多种形式的自动配置，从孤立网络节点地址的“即插即用”自动配置，到DHCP提供的全功能的设施。

服务质量能力：IPv6增加了一种新的能力，如果某些报文分组属于特定的工作流，发送者要求对其给予特殊处理，则可对这些报文分组加标号，例如非缺省服务质量通信业务或“实时”服务。

4 IPv6的应用

IPv6技术体系经历了十多年的发展，其标准化的进程缓慢，严重影响了IPv6技术关键应用体系的建立。近两年来由于亚洲和欧洲力量的推动，IPv6的标准化进程明显加快，具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也已加快了进度。在这种趋势下，IPv6的关键应用将很快出现。

4.1 3G通讯业务

由于IP的诸多优点和全球IP浪潮的冲击，3G演变为全IP网络的趋势越来越明显。为了满足永远在线的需要，每一个要接入因特网的移动设备都将需要两个唯一的IP地址来实现与移动因特网连接，本地网络分配一个静态IP地址，连接点分配第二个IP地址用于漫游。[9]GPRS和3G作为未来移动通信蓝图中的核心组成部分，对IP地址的需求量极大，只有IPv6才能满足这种需要。

4.2 多种个人智能终端

经济的发展带动了个人电子设备的发展，由呼机、手机、PDA到智能手机的发展趋势看，有联网能力的集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快出现，经过2～4年的发展，其规模就会相当大，由此将产生巨大的对IP地址的需求，这将是过渡到IPv6的一个最大动因。[10]

4.3 超高速家庭网络

根据Allied Business Intelligence的预测，家用网关的数量将从2000年的618000个增加到2005年的16.8M个，家用宽带和ADSL设备的增长也是驱动家庭网络市场的因素，很多信息技术厂商都在进行家庭网络方面的项目开发。像IEEE 1394和蓝牙这样的新技术已经被开发用于移动和家庭用途，众多拥有处理器的设备越来越具备和网络设备相连的条件。

5 结束语

安全性既涉及网络安全也涉及信息安全，是发展下一代互联网应注意的最关键问题。随着互联网的大规模商用化和在国民经济中越来越重要的地位，安全威胁成为一个必须解决的问题。IPv6为互联网换上一个简捷、高效的引擎，不仅可以解决IPv4目前的地址短缺难题，而且可以使国际互联网摆脱日益复杂、难以管理和控制的局面，变得更加稳定、可靠、高效和安全。

[1]谢希仁.计算机网络（第5版）[M].北京：电子工业出版社.2008.

[2]雷震甲.网络工程师教程（第3版）[M].北京：清华大学出版社.2009.

[3]特南鲍姆.计算机网络[M].北京：清华大学出版社.2004.

[4]史蒂文斯.TCP/IP 详解(卷 1:协议)[M].北京：机械工业出版社.2007.

[5]陈志亮.IPv6访问IPv4的过渡技术研究与实践[J].天津大学学报.2007：56-58.

[6]陈庆章，赵小敏.TCP/IP网络原理与技术[M].北京：高等教育出版社.2006.

[7]谭琼玲.IPv4向IPv6的过渡技术研究[J].湖南科技学院学报.2009：110-112.

[8]刘韵洁，张云勇.下一代网络服务质量技术[M].北京：电子工业出版社.2005.

[9]朱莹莹.下一代IP技术--IPv6[J].民营科技,2009：89-91.

[10]聂红杰.浅谈IPv6技术的发展[J].科技资讯,2009：23-25.

[11]贺文华.IPv4、IPv6 和 IPv9 比较研究[J].计算机科学.2008：123-124.