隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 繼續(xù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，每天都有更多的設(shè)備在線連接。人們一直擔(dān)心，在某些時(shí)候，地址會(huì)用完。這個(gè)猜想開始應(yīng)驗(yàn)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(gè)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(dòng)。每臺(tái)連接到 Internet 或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都會(huì)獲得一個(gè)分配給它的數(shù)字標(biāo)簽，一個(gè)用于將其標(biāo)識(shí)為通信目的地的 IP 地址。

您的 IP 在特定網(wǎng)絡(luò)上識(shí)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)化了不同機(jī)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(shí)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(gè)組件允許流量通過 Internet 流動(dòng)。在源點(diǎn)，當(dāng)流量開始時(shí)，數(shù)據(jù)被打包到一個(gè)信封中。這個(gè)過程被稱為“數(shù)據(jù)報(bào)”。它是一個(gè)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?？梢苑譃樗膶?，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(duì)應(yīng)用層非常熟悉。它是您每天與之互動(dòng)的一個(gè)。任何時(shí)候你想訪問一個(gè)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(shí)，您可能已經(jīng)在該應(yīng)用程序中設(shè)置了一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)方法。它會(huì)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(shí)驗(yàn)版本。IPv4 是全球第一個(gè)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(zé)是提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的邏輯連接，包括為每個(gè)設(shè)備提供標(biāo)識(shí)。

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(dòng)或手動(dòng)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(jìn)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(zhǎng)用于處理網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，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(gè)最終用戶分配主機(jī)地址。

IP 地址遵循標(biāo)準(zhǔn)的十進(jìn)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(gè)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(gè)八位字節(jié)。每個(gè)數(shù)字的范圍為 0 到 255。在 0 時(shí)，所有位都設(shè)置為 0。在 255 時(shí)，所有位都設(shè)置為 1。上述 IP 地址的二進(jìn)制形式為 10101011.00011110.00000010.00000101。

即使有 43 億個(gè)可能的地址，這也不足以容納所有當(dāng)前連接的設(shè)備。設(shè)備類型遠(yuǎn)不止臺(tái)式機(jī)?，F(xiàn)在有智能手機(jī)、熱點(diǎn)、物聯(lián)網(wǎng)、智能揚(yáng)聲器、相機(jī)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)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(zhǎng)期增長(zhǎng)的唯一可行解決方案。一世

2019 年 10 月，?負(fù)責(zé)為 80 多個(gè)國家的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 (ISP) 分配 IP 地址的五個(gè)區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)機(jī)構(gòu)之一的RIPE NCC宣布僅剩下一百萬個(gè) IPv4 地址。由于這些限制，IPv6 已作為標(biāo)準(zhǔn)化解決方案引入，提供 128 位地址長(zhǎng)度，最多可定義 2128 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

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(gè)地址，這不足以覆蓋當(dāng)今全球網(wǎng)絡(luò)所需的數(shù)百萬個(gè)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(jì)時(shí)意味著全球企業(yè)必須盤點(diǎn)IP資源，尋找臨時(shí)解決方案，并為IPv6部署做好準(zhǔn)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(yùn)營(yíng)商級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (CGNAT)。該技術(shù)允許延長(zhǎng)使用 IPv4 地址。它通過允許將單個(gè) IP 地址分布在數(shù)千臺(tái)設(shè)備上來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。由于 CGNAT 無法無限擴(kuò)展，因此它只能填補(bǔ)這個(gè)漏洞。每個(gè)添加的設(shè)備都會(huì)在 NAT 上創(chuàng)建另一個(gè)層，這會(huì)增加其工作量和復(fù)雜性，從而增加 CGNAT 失敗的機(jī)會(huì)。發(fā)生這種情況時(shí)，數(shù)以千計(jì)的用戶會(huì)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(gè)買賣不再需要或不再使用的 IPv4 地址的市場(chǎng)。這是一個(gè)冒險(xiǎn)的游戲，因?yàn)閮r(jià)格是由供需決定的，而且維持現(xiàn)狀可能成為一個(gè)復(fù)雜而昂貴的過程。

IPv4 的稀缺性仍然是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的一大擔(dān)憂?；ヂ?lián)網(wǎng)不會(huì)崩潰，但它正處于一個(gè)崩潰點(diǎn)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)只會(huì)發(fā)現(xiàn)越來越難以擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)施以實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。IPv4 耗盡可以追溯到 2012 年，當(dāng)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)號(hào)碼分配機(jī)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(jì)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(gè)源傳送到目的地。IPv6 被認(rèn)為是舊 IPv4 協(xié)議的增強(qiáng)版本，因?yàn)樗С值墓?jié)點(diǎn)數(shù)量比后者多得多。

IPv6 允許多達(dá) 2128 個(gè)可能的節(jié)點(diǎn)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(jìn)制格式開發(fā)，包含八個(gè)八位字節(jié)以提供更大的可擴(kuò)展性。2012 年 6 月 6 日發(fā)布，它也被設(shè)計(jì)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(xì)了解了 IPv4 和 IPv6，我們可以用一個(gè)表格總結(jié)這兩種協(xié)議之間的區(qū)別。每個(gè)都有其缺陷和好處。

使用 IPv6 的優(yōu)缺點(diǎn)

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(gè) 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?yàn)樗砂私M 16 位長(zhǎng)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(dòng)是一個(gè)艱難的銷售過程。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(rèn)為在不久的將來他們有足夠的 IPv4 地址。但堅(jiān)持使用 IPv4 將變得越來越難。

IPv6 優(yōu)于 IPv4 的一個(gè)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(gè)公共 IP 的一組計(jì)算機(jī)將需要使用 NAT。然后，要直接訪問其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)，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(jì)算機(jī)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(dòng)運(yùn)營(yíng)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(duì)于 ISP 等實(shí)體來說，沒有顯著的激勵(lì)措施來大力追求 IPv6 選項(xiàng)而不是 IPv4，尤其是因?yàn)樯?jí)需要大量的時(shí)間和金錢。

盡管價(jià)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(zhǎng)期利益值得投資。

采用仍有很長(zhǎng)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(duì)日益具有挑戰(zhàn)性和昂貴的 IPv4 市場(chǎng)的依賴。

不為此舉做好準(zhǔn)備是短視的，對(duì)網(wǎng)絡(luò)來說是有風(fēng)險(xiǎn)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(jí)增長(zhǎng)和下一代技術(shù)的上線做好準(zhǔn)備并增強(qiáng)您的業(yè)務(wù)。