我们为何需要 IPv6

IPv4 提供大约 43 亿个地址（2^32）。协议在 20 世纪 80 年代设计时，这个数量似乎取之不尽，但手机、笔记本电脑和智能设备的爆发式增长消耗了这些地址。

到了 2010 年代，负责分配地址的区域互联网注册管理机构已经耗尽了可用地址池，因此不得不转向筹划已久的 IPv6。

IPv6 使用 128 位地址，而不是 32 位。这意味着有 2^128 个地址——大约 340 万亿亿亿亿个，是一个包含 39 位数字的数。

地址数量极其庞大，地球上的每台设备都可以拥有无数个地址。IPv4 的核心问题——地址耗尽——在 IPv6 中彻底消失了。

为了延缓 IPv4 地址耗尽，网络采用了 NAT（网络地址转换），让许多私有设备共享一个公有地址。NAT 延缓了地址耗尽，但并没有解决问题。

NAT 还使设备之间的直接连接变得复杂，导致某些应用无法正常工作。IPv6 丰富的地址空间让每台设备都可以拥有真实且全球唯一的地址，从而减少对 NAT 的依赖。

早期互联网假设具备端到端连接：任何主机都可以直接访问其他主机。NAT 通过将设备隐藏在共享地址之后，削弱了这一点。

IPv6 恢复了端到端可达性，这有利于点对点应用、语音和视频通话，以及物联网，因为其中许多设备都需要能够被直接寻址。

IPv6 还重新设计了数据包的首部。它移除了很少使用的字段，并将首部设为固定大小，使路由器能够更高效地处理它。

IPv6 还取消了在路由器中的分片和首部校验和，将这些工作转移到其他位置。与更复杂的 IPv4 首部相比，这样可以实现更简洁的转发。

IPv6 设备可以使用 SLAAC（无状态地址自动配置）配置自己的地址。路由器通告网络前缀，设备自行生成完整地址。

这样可以减少每个网络对 DHCP 服务器的需求，与 IPv4 更依赖手动配置或 DHCP 分配地址的方式相比，设置更加简单。

您不能简单地扩展 IPv4——它的 32 位字段在协议中是固定的，并且嵌入了无数系统。要使用更大的地址，就必须创建全新的协议版本。

IPv6 于 1998 年标准化（RFC 2460，后来为 RFC 8200），正是为了让互联网能够突破 IPv4 的硬性上限，同时不破坏原有设计。

由于 IPv4 和 IPv6 并不直接兼容，过渡过程持续了数十年。在漫长的迁移期间，网络会同时运行两者，这种策略称为双栈。

如今，主要内容提供商和移动运营商已经承载大量 IPv6 流量。随着更多设备和服务提供商启用 IPv6，其采用率仍在不断上升。

IPv6 在设计时就考虑了对 IPsec（互联网协议安全）的支持，用于加密和身份验证，同时还改进了移动性等功能。

IPv4 同样支持 IPsec，但 IPv6 更大、更简洁的设计使此类功能更容易自然地集成其中，从而满足现代安全和漫游需求。

作为技术人员，您会越来越多地看到 IPv6 地址与 IPv4 地址并存。了解 IPv6 存在的原因，有助于您在面对更长、更陌生的地址时不再困惑。

接下来的课程将教您读取、缩写和分类这些地址，让它们像 IPv4 点分十进制地址一样熟悉。

从根本上说，IPv6 的存在是为了解决地址耗尽问题。其他一切——更简洁的首部、自动配置以及恢复端到端可达性——都源于扩大地址空间这一决定。

请记住这一核心动机，这样 IPv6 就不再令人望而生畏，而会变得容易理解。

回想这一关键推动因素。

您了解了为什么需要 IPv6。

• IPv4 只有约 43 亿个（2^32）地址，并且已经耗尽。
• IPv6 使用 128 位地址（2^128），实际上近乎无限。
• NAT 是一种权宜之计，但破坏了端到端连接。
• IPv6 增加了更简洁的首部和 SLAAC 自动配置。
• 在漫长的迁移期间，IPv4 和 IPv6 通过双栈共存。