隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 繼續(xù)呈指數(shù)級增長，每天都有更多的設(shè)備在線連接。人們一直擔心，在某些時候，地址會用完。這個猜想開始應(yīng)驗了。沒有恐懼;?互聯(lián)網(wǎng)并沒有走到盡頭。IPv4地址減少的問題有一個解決方案。我們將提供有關(guān)如何創(chuàng)建更多地址的信息，并概述通過采用 IPv6 來跟上 IoT 發(fā)展需要解決的主要問題。我們還研究了Internet 協(xié)議版本 6 (IPv6) 與 Internet 協(xié)議 4 (IPv4)?如何在 Internet 的未來和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，以及新版本的 IP 如何優(yōu)于舊的 IPv4。

IP 地址的工作原理

IP 代表“Internet 協(xié)議”，指的是一組管理數(shù)據(jù)包如何通過 Internet 傳輸?shù)囊?guī)則。

在線信息或流量使用唯一地址跨網(wǎng)絡(luò)流動。每臺連接到 Internet 或計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都會獲得一個分配給它的數(shù)字標簽，一個用于將其標識為通信目的地的 IP 地址。

您的 IP 在特定網(wǎng)絡(luò)上識別您的設(shè)備。它是一種技術(shù)格式的 ID，用于將 IP 與 TCP（傳輸控制協(xié)議）相結(jié)合并啟用源和目標之間的虛擬連接的網(wǎng)絡(luò)。如果沒有?唯一的 IP 地址，您的設(shè)備將無法嘗試通信。

IP 地址標準化了不同機器相互交互的方式。他們交換數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包是指封裝的數(shù)據(jù)位，在加載網(wǎng)頁、電子郵件、即時消息和其他涉及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用程序中起著至關(guān)重要的作用。

幾個組件允許流量通過 Internet 流動。在源點，當流量開始時，數(shù)據(jù)被打包到一個信封中。這個過程被稱為“數(shù)據(jù)報”。它是一個數(shù)據(jù)包，是 Internet 協(xié)議或 IP 的一部分。

在 Internet 上傳輸數(shù)據(jù)需要完整的網(wǎng)絡(luò)堆棧。IP 只是該堆棧的一部分。堆棧可以分為四層，頂部是應(yīng)用程序組件，底部是數(shù)據(jù)鏈路。

堆：

• 應(yīng)用程序——HTTP、FTP、POP3、SMTP
• 傳輸 – TCP、UDP
• 網(wǎng)絡(luò)——IP、ICMP
• 數(shù)據(jù)鏈路 – 以太網(wǎng)、ARP

作為 Internet 的用戶，您可能對應(yīng)用層非常熟悉。它是您每天與之互動的一個。任何時候你想訪問一個網(wǎng)站；您輸入 http://[網(wǎng)址]，即應(yīng)用程序。

您正在使用電子郵件應(yīng)用程序嗎？那時，您可能已經(jīng)在該應(yīng)用程序中設(shè)置了一個電子郵件帳戶，并且可能在配置過程中遇到了 POP3 或 SMTP。POP3 代表郵局協(xié)議 3，是接收電子郵件的標準方法。它會為您收集并保留電子郵件，直到您收到為止。

從上面的堆棧中，您可以看到 IP 是網(wǎng)絡(luò)層的一部分。IP 早在?1982 年就作為 ARPANET 的一部分出現(xiàn)了。IPv1 到 IPv3 是實驗版本。IPv4 是全球第一個公開使用的 IP 版本。

IPv4 解釋

IPv4 或 Internet 協(xié)議版本 4 是在多種網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信中廣泛使用的協(xié)議。它是 Internet 協(xié)議的第四次修訂。它是作為一種無連接協(xié)議開發(fā)的，用于以太網(wǎng)等分組交換層網(wǎng)絡(luò)。它的主要職責是提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的邏輯連接，包括為每個設(shè)備提供標識。

IPv4 基于盡力而為模型，既不保證交付也不保證避免重復(fù)交付，并被上層傳輸協(xié)議（如傳輸控制協(xié)議 (TCP)）采用。IPv4 非常靈活，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型自動或手動配置一系列不同的設(shè)備。

IPv4 背后的技術(shù)

IPv4 在 Internet 工程任務(wù)組 (IETF) 的出版物?RFC 791中指定和定義，用于 OSI 模型中的分組交換鏈路層。它總共使用五類 32 位地址進行以太網(wǎng)通信：A、B、C、D 和 E。其中，A、B 和 C 類具有不同的位長用于處理網(wǎng)絡(luò)主機，而 Class D 用于多播。剩余的 E 類保留供將來使用。

A 類子網(wǎng)掩碼 – 255.0.0.0 或 /8

B 類子網(wǎng)掩碼 – 255.255.0.0 或 /16

C 類子網(wǎng)掩碼 – 255.255.255.0 或 /24

示例：具有 /16 子網(wǎng)掩碼的網(wǎng)絡(luò) 192.168.0.0 可以使用范圍從 192.168.0.0 到 192.168.255.255 的地址。需要注意的是，地址 192.168.255.255 僅保留用于在用戶內(nèi)部廣播。在這里，IPv4 最多可以為 232 個最終用戶分配主機地址。

IP 地址遵循標準的十進制表示法格式：

171.30.2.5

上面的數(shù)字是唯一的 32 位邏輯地址。這種設(shè)置意味著最多可以有 43 億個唯一地址。四組數(shù)字中的每一組都是 8 位。每 8 位稱為一個八位字節(jié)。每個數(shù)字的范圍為 0 到 255。在 0 時，所有位都設(shè)置為 0。在 255 時，所有位都設(shè)置為 1。上述 IP 地址的二進制形式為 10101011.00011110.00000010.00000101。

即使有 43 億個可能的地址，這也不足以容納所有當前連接的設(shè)備。設(shè)備類型遠不止臺式機。現(xiàn)在有智能手機、熱點、物聯(lián)網(wǎng)、智能揚聲器、相機等。隨著技術(shù)的進步，這個列表不斷增加，設(shè)備的數(shù)量也在增加。

IPv4 的未來

IPv4 地址最終將用盡，使 IPv6 部署成為互聯(lián)網(wǎng)長期增長的唯一可行解決方案。一世

2019 年 10 月，?負責為 80 多個國家的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 (ISP) 分配 IP 地址的五個區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊機構(gòu)之一的RIPE NCC宣布僅剩下一百萬個 IPv4 地址。由于這些限制，IPv6 已作為標準化解決方案引入，提供 128 位地址長度，最多可定義 2128 個節(jié)點。

恢復(fù)的地址將僅通過等待列表分配。這意味著每年只能分配幾十萬個地址，這不足以覆蓋當今全球網(wǎng)絡(luò)所需的數(shù)百萬個地址。結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)工具將被迫依賴昂貴且復(fù)雜的解決方案來解決可用地址較少的問題。零地址倒計時意味著全球企業(yè)必須盤點IP資源，尋找臨時解決方案，并為IPv6部署做好準備，以克服不可避免的中斷。

在此期間，過渡到 IPv6 部署的一種流行解決方案是運營商級網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (CGNAT)。該技術(shù)允許延長使用 IPv4 地址。它通過允許將單個 IP 地址分布在數(shù)千臺設(shè)備上來實現(xiàn)這一點。由于 CGNAT 無法無限擴展，因此它只能填補這個漏洞。每個添加的設(shè)備都會在 NAT 上創(chuàng)建另一個層，這會增加其工作量和復(fù)雜性，從而增加 CGNAT 失敗的機會。發(fā)生這種情況時，數(shù)以千計的用戶會受到影響，并且無法快速恢復(fù)在線。

一種更常用的解決方法是 IPv4 地址交易。這是一個買賣不再需要或不再使用的 IPv4 地址的市場。這是一個冒險的游戲，因為價格是由供需決定的，而且維持現(xiàn)狀可能成為一個復(fù)雜而昂貴的過程。

IPv4 的稀缺性仍然是網(wǎng)絡(luò)運營商的一大擔憂。互聯(lián)網(wǎng)不會崩潰，但它正處于一個崩潰點，因為網(wǎng)絡(luò)只會發(fā)現(xiàn)越來越難以擴展基礎(chǔ)設(shè)施以實現(xiàn)增長。IPv4 耗盡可以追溯到 2012 年，當時互聯(lián)網(wǎng)號碼分配機構(gòu) (IANA) 將最后的 IPv4 地址分配給了 RIPE NCC。技術(shù)社區(qū)已經(jīng)計劃了期待已久的耗盡，這就是 IPv6 的用武之地。

IPv6 有何不同？

Internet 協(xié)議版本 6 或 IPv6 是 Internet 協(xié)議的最新版本，用于通過各種網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)從一個源傳送到目的地。IPv6 被認為是舊 IPv4 協(xié)議的增強版本，因為它支持的節(jié)點數(shù)量比后者多得多。

IPv6 允許多達 2128 個可能的節(jié)點或地址組合。它也被稱為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議或 IPng。它最初以十六進制格式開發(fā)，包含八個八位字節(jié)以提供更大的可擴展性。2012 年 6 月 6 日發(fā)布，它也被設(shè)計用于處理地址廣播，不包括任何類中的廣播地址，與其前身相同。

比較 IPv4 和 IPv6 之間的差異

現(xiàn)在您已經(jīng)詳細了解了 IPv4 和 IPv6，我們可以用一個表格總結(jié)這兩種協(xié)議之間的區(qū)別。每個都有其缺陷和好處。

使用 IPv6 的優(yōu)缺點

IPv6 地址具有 IPv4 中存在的所有技術(shù)缺陷。不同之處在于它提供了一個 128 位或 16 字節(jié)的地址，使得地址池約為 340 萬億萬億（十億分之一）。

它比 IPv4 提供的地址大小要大得多，因為它由八組 16 位長的字符組成。龐大的規(guī)模突顯了為什么網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該盡早采用 IPv6。然而，到目前為止，采取行動是一個艱難的銷售過程。網(wǎng)絡(luò)運營商發(fā)現(xiàn)使用 IPv4 很熟悉，并且可能正在使用“觀望”的方法來決定如何處理他們的 IP 情況。他們可能認為在不久的將來他們有足夠的 IPv4 地址。但堅持使用 IPv4 將變得越來越難。

IPv6 優(yōu)于 IPv4 的一個示例是不必共享 IP 并為您的設(shè)備獲取專用地址。使用 IPv4 意味著想要共享單個公共 IP 的一組計算機將需要使用 NAT。然后，要直接訪問其中一臺計算機，您將需要設(shè)置復(fù)雜的配置，例如端口轉(zhuǎn)發(fā)和防火墻更改。與有大量地址可供使用的 IPv6 相比，IPv6 計算機無需額外配置即可公開訪問，從而節(jié)省資源。

IPv6 采用的未來

IPv6 的未來采用在很大程度上取決于 ISP 和移動運營商的數(shù)量，以及愿意遷移的大型企業(yè)、云提供商和數(shù)據(jù)中心，以及他們將如何遷移數(shù)據(jù)。IPv4 和 IPv6 可以在并行網(wǎng)絡(luò)上共存。因此，對于 ISP 等實體來說，沒有顯著的激勵措施來大力追求 IPv6 選項而不是 IPv4，尤其是因為升級需要大量的時間和金錢。

盡管價格不菲，但數(shù)字世界正在慢慢地從舊的 IPv4 模式轉(zhuǎn)向更高效的 IPv6。本文中概述的 IPv6 提供的長期利益值得投資。

采用仍有很長的路要走，但只有它才能為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)配置提供新的可能性。它既高效又創(chuàng)新，別忘了它減少了對日益具有挑戰(zhàn)性和昂貴的 IPv4 市場的依賴。

不為此舉做好準備是短視的，對網(wǎng)絡(luò)來說是有風(fēng)險的。智能企業(yè)現(xiàn)在正在接受 IPv6 的效率、創(chuàng)新和靈活性。為互聯(lián)網(wǎng)指數(shù)級增長和下一代技術(shù)的上線做好準備并增強您的業(yè)務(wù)。