IPv6只是增加地址数量？为什么没有迅速取代IPv4？真相没那么简单

一个月前的10月20日，在乌镇举办的第六届世界互联网大会上，中国电信副总经理刘桂清表示：“中国电信城域网、移动网、骨干网、IDC等均实现了IPv6的商用部署，目前已建成规模最大、业务形态最全的IPv6网络”，“已为超过3亿用户分配IPv6地址”。

这一新闻再次引起了公众对IPv6的广泛关注。

那么问题来了，究竟什么是IPv6？它到底是干啥用的？……

IPv6到底是什么意思？

其实，IPv6并不是一个新鲜事物。早在上个世纪90年代，它就已经诞生了。我相信，从事IT或通信相关工作的人，或多或少听说过它。

IPv6的全称是Internet Protocol version 6。其中，Internet Protocol译为“互联网协议”。所以，IPv6就是互联网协议第6版。

任何网络工作都是基于协议的。协议是网络进行运作的规则和标准。

我们现在所说的上网，就是上“国际互联网（Internet）”。互联网是基于TCP/IP协议族的，而IP是这个协议族中的核心组成部分。

TCP/IP模型对应的协议

IP是网络层协议。它的主要任务，就是根据源主机和目的主机的地址，进行数据的传送。

大家一定经常听说IP地址。是的，IP地址就是IP协议里面的概念。你要联网，就要有IP地址，就像你要寄信，就要有门牌地址一样。

小枣君的IP地址（不要攻击我啊）

既然IPv6是第6版（Version 6），说明在它之前有更老的版本。我们现在广泛使用的，就是IPv4，也就是第4版（Version 4）。

为什么要用IPv6取代IPv4呢？

最主要的原因，就是地址数量不够用了。

IPv4迄今为止已经使用了30多年。最早期的时候，互联网只是设计给美国军方用的，根本没有考虑到它会变得如此庞大，成为全球网络。

尤其是进入21世纪后，随着计算机和智能手机的迅速普及，互联网开始爆发性发展，越来越多的上网设备出现，越来越多的人开始连接互联网。这就意味着，需要越来越多的IP地址。

根据互联网数据研究机构的统计，全世界 76 亿人口，网民总数已经超过了 40 亿（2018年1月）。

IPv4到底一共有多少个IP地址呢？答案是2的32次方，也就是约42.9亿个。

所以说，IPv4地址池接近枯竭，根本无法满足互联网发展的需要。人们迫切需要更高版本的IP协议，更大数量的IP地址池。（有点像固定电话号码升位。）

其实地址不够的问题，并不是这几年才发现的。

早在1990年，IETF（互联网工程任务小组，成立于1985年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织）就开始规划IPv4的下一代协议。他们还建立了IPng（下一代IP），拉了一帮人，专门推进相关工作。

1994年，各IPng的代表们于多伦多举办的IETF会议中，正式提议IPv6发展计划。该提议直到同年的11月17日才被认可，并于1996年8月10日成为IETF的草案标准。

1998年12月，IPv6被IETF正式推出，也就是互联网标准规范RFC2460。

2003年1月22日，IETF发布了IPv6测试性网络，即6bone网络。

随着十多年的发展，IPv6已经被很多通信网络和终端设备厂商支持，取得了长足的进步。

以我们用的最多的windows电脑操作系统来说，从Windows 2000开始，就已经支持IPv6了。到Windows XP时，进入了产品完备阶段。而Windows Vista及以后的版本，如Win7、Win8、Win10等，都已经完全支持IPv6。

Windows 10中的IPv6选项

2012年6月6日，国际互联网协会专门举行了“世界IPv6启动纪念日”。这一天，多家知名网站（如Google、Facebook和Yahoo等）正式开始永久性支持IPv6访问。

IPv6会带给我们什么？

首先，最重要的一点，就是前面所说的地址池扩容。

IPv4的地址池是约42.9亿，IPv6能达到多少呢？

数量如下——

340282366920938463463374607431768211456个…

不用数了，数到后面脑子就会秀逗了…

简单说，是2的128次方。

这个数量，即使是给地球上每一颗沙子都分配一个IP，也是妥妥够用的。（沙子表示一脸懵逼~ ）

这个数量值是怎么得来的呢？还是它的地址位长决定的。

如果以二进制来写，IPv6的地址是128位。不过，这样写显然不太方便（一行都写不下）。所以，通常用十六进制来写，也就缩短成32位。

32位会分为8组，每组4位。

所以，下面这样的，就是一个标准的、合法的IPv6地址示例：

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

注意啦！IPv6的地址是可以简写的！每项数字前导的0可以省略。

例如，下面这个地址：

2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13

红色的“0”，就可以省略，变成：

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

更进一步的，如果有一组或连续几组都是0，那么可以简写成“::”，也就是：

2001:DB8:2de::e13

是不是很神奇？

注意，一个IPv6地址，只能有一个“::”。

为什么呢？很简单，你看下面这四个地址，如果缩写，会变成什么样？

2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade

2001:0000:0000:0000:25de:0000:0000:cade

2001:0000:0000:25de:0000:0000:0000:cade

2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

是的，都是2001::25de::cade，冲突了。所以，这个地址是非法的，不允许存在的。

关于IPv6地址，还有很多技术细节，因为篇幅的原因，不再赘述。

除了地址数量之外，IPv6还有很多优点，例如：

1、IPv6使用更小的路由表。使得路由器转发数据包的速度更快。

2、IPv6增加了增强的组播支持以及对流的控制，对多媒体应用很有利，对服务质量（QoS）控制也很有利。

3、IPv6加入了对自动配置的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

4、IPv6具有更高的安全性。用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。

5、IPv6具有更好的扩容能力。如果新的技术或应用需要时，IPV6允许协议进行扩充。

6、IPv6具有更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，就简化和加速了路由选择过程，提高了效率。

……

看不懂？没关系，总之大家记住，IPv6的优点很多。

为什么IPv6没有迅速取代IPv4？

既然IPv6优点这么多，为什么它问世已经20年了，还是没有完全替代IPv4呢？

这里面的水就很深了。。。说白了，主要还是和利益有关。

如果按照本世纪初专家们的预测，我们IPv4的地址早已枯竭几万次了。

但是，一直挺到现在，大家仍然还在用IPv4，对老百姓来说，并没有因为地址不够而无法上网。

这是为什么呢？就是因为除了IPv6之外，我们还有一些技术，可以变相地缓解地址不足。

例如NAT（Network Address Translation，网络地址转换）。

NAT是什么意思？当我们在家里或公司上网时，你的电脑肯定有一个类似192.168.0.1的地址，这种地址属于私网地址，不属于公共的互联网地址。

私网和公网

每一个小的局域网，都会使用一个网段的私网地址，在与外界连接时，再变换成公网地址。这样一来，几十个或几百个电脑，都只需要一个公网地址。

甚至还可以私网套私网，NAT套NAT，一层一层套。这样一来，大大节约了公网IP地址数量。

正因为如此，才让我们“延续”到了今天，不至于无法上网。

但是，NAT这种方式也有很多缺点，虽然私网地址访问互联网地址方便，但互联网地址访问私网地址就困难了。很多服务，都会受到限制，你只能通过复杂的设置才能解决，也会影响网络的处理效率。

所以，就好像汽车一样，虽然大家可以共用，但仍然每个人还是希望能独立拥有。

物以稀为贵，地址越稀缺，就越值钱。掌握地址的人，就越开心。

谁开心？运营商和ISP（互联网服务提供商）。

他们就像是经销商，从上游（互联网域名与号码分配机构，ICANN）申请到IP地址，再卖给下游用户。稀缺没关系，反正，他一定能赚取更多的差价。

如果大家去找运营商或ISP买带宽，或者租赁云服务，带公共地址的，一定比不带公共地址的贵很多很多。

某云的IP地址产品

除了地址可以赚钱之外，如果升级支持IPv6，对运营商和ISP来说，也意味着很大的资金投入。现在新设备基本都是支持的，但毕竟还是有一些老设备，如果在使用寿命到期之前就换，就是亏钱。

所以，运营商和ISP其实都不是很喜欢IPv6。

至于设备商或手机电脑厂商，出于提前考虑，早已普遍支持了IPv6，意见并不是很大，也决定不了什么。

IPv6有相关的认证

我们国家早期的时候，曾经非常积极地推动过IPv6的普及。当年，因为教育网支持IPv6，很多在校学生都能访问404网站（你懂的）。

后来，因为种种原因，我们国家放慢了IPv6的推进脚步，被美国等国家超越，IPv6普及率沦落到全球排名三十以外。

现在，我们国家又重新开始大力推动IPv6的发展。

2017年11月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。

2018年5月，工信部也发布了关于贯彻落实《推进IPv6规模部署行动计划》的通知，进一步提出明确的IPv6落地任务和指标要求。

之所以这么急迫地要求推进，很大一部分原因，在于推动通信基础设备的标准化建设，为5G打基础，为物联网打基础，为工业互联网打基础，为全面实现“万物互联”做好充分的准备。

尤其是行业互联网和工业互联网，现在进入高速发展阶段，地址需求非常大（根据预测，2025年，物联网的连接数将超过270亿），迫切需要IPv6。

如果几十亿人口还可以勉强用IPv4的话，物联网一旦上来，IPv4肯定是hold不住的。

除此之外，IPv6还涉及到国家的网络安全和网络主权。

大家都知道，我们上网需要用到DNS（域名解析）。我们访问www.baidu.com，需要把这个地址发到DNS服务器，服务器返回一个IP地址，我们才能访问百度的网站。

DNS查询

在IPv4阶段，全球DNS根服务器，一共只有13台，1台主的，12台辅的。13台里面，10台在美国，另外3台在英国、瑞典和日本。

如果发生特殊情况，DNS服务被对手切断，我们的互联网就将全面陷入半瘫痪状态。

到了IPv6，情况就不一样了。

2017年11月28日，由下一代互联网国家工程中心牵头发起的“雪人计划”，已在全球完成25台IPv6 DNS根服务器架设，中国部署了其中的4台，由1台主根服务器和3台辅根服务器组成。

雪人计划

也就是说，在IPv6下，我们一定程度上拥有了“网络安全感”，不再受制于人。

最后，再告诉大家一个小技巧——究竟该如何知道自己现在的手机或电脑是不是支持IPv6呢？

很简单，打开Ipv6-test.com这个网站，就会显示你是不是支持了：

Supported，就是支持

其实大家也可以看到，当前大部分支持IPv6的网络环境中都是双栈环境，即同时支持IPv4和IPv6。

当我们连接运营商LTE网络的时候，它一般会分配一个IPv4地址和一个IPv6地址。双栈环境下，用户自动选择使用IPv6或者IPv4协议去连接远端服务。如果服务端域名支持IPv6，客户端则会优先使用IPv6协议去连接服务端；当服务端域名只支持IPv4，客户端则会使用IPv4协议去连接服务端，完成请求。

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