网络编程懒人入门(十一)：一文读懂什么是IPv6

本文参考了公众号鲜枣课堂的“IPv6，究竟是什么？”一文的部份内容，感谢原做者。

一、引言

如今IPv6的技术应用已经愈来愈普及了，不少应用都开始支持IPv6。

▲ 去年开始，支付宝的官网上就已出现“支持IPv6”标识

对于即时通信技术（尤为是IM应用）的开发者来讲，新产品上架苹果的App Store因IPv6问题被拒的状况，很常见。每次也都能根据网上的资料一一解决，并顺利经过审核。

然而几回下来，到底什么是IPv6，仍是有点云里雾里。

那么，IP协议在TCP/IP体系中到底有多重要？看看下图便知（缘由清晰版：今后处进入下载）。

▲ 红圈处就是IP协议，它几乎是整个TCP/IP协议簇的支撑（图引用自《计算机网络通信协议关系图》）

总之，IP协议在TCP/IP体系中，是很是重要的一环（能够认为，没它，也就没有了互联网），做为IPv4的下一代协议，了解IPv6很是有必要。而做为即时通信开发者来讲，了解IPv6就显的尤其迫切，说不定某天你的IM就会由于IPv6问题而致使没法通讯的局面出现。

本文将用浅显易懂的文字，带你了解到底什么是IPv6。

本文已同步发布于个人“即时通信技术圈”公众号。

二、复习一下什么是IPv4？

IPv4是Internet Protocol version 4的缩写，中文翻译为互联网通讯协议第四版，一般简称为网际协议版本4。

IPv4使用32位（4字节）地址，所以地址空间中只有 4,294,967,296（即2^32） 个地址。

IPv4地址可被写做任何表示一个32位整数值的形式，但为了方便人类阅读和分析，它一般被写做点分十进制的形式，即四个字节被分开用十进制写出，中间用点分隔。

一般IPv4地址的地址格式为 nnn.nnn.nnn.nnn，就像下面这样：

172.16.254.1

下图看起来更清晰一些：

三、IPv6又是什么？

IPv6是Internet Protocol version 6的缩写，中文翻译为互联网通讯协议（TCP/IP协议）第6版，一般简称为网际协议版6。IPv6具备比IPv4大得多的编码地址空间，用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其余方面对于IPv4有许多改进。

其实，IPv6并非新技术，从IPv6最先的工做组成立1992年到如今，已过去27年。在互联网技术的发展历程中，IPv6年龄甚至有些太大了。

IPv6的“6”表示的是TCP/IP协议的第六个版本，IPv4的“4”表示的是TCP/IP协议的第四个版本。其实除了这两个版本，固然还有其它版本，TCP/IP协议其实从IPv1开始，到如今IPv10都已经出现了，这些不一样版本之间并无关联，也不是简单IP地址长度的长短。

IPv6地址由八组、每组四位16进制数字组成，每组之间由"："来分隔。

看个简单的例子：

2610:00f8:0c34:67f9:0200:83ff:fe94:4c36，每一个“：”先后都是4位16进制的数字，共分隔成8组。

以下图所示： 

 

小知识：如何查看手机或者电脑的网络是否支持IPv6呢？

能够在你手机或者电脑上的浏览器中打开：Ipv6-test.com，就像下图这样： 

四、为何要使用IPv6？

最主要的缘由，就是地址数量不够用了。

IPv4迄今为止已经使用了30多年。最先期的时候，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。

尤为是进入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，愈来愈多的上网设备出现，愈来愈多的人开始链接互联网。这就意味着，须要愈来愈多的IP地址。

IPv4的地址总数是2的32次方，也就是约42.9亿个。而全球的网民总数早已超过这个数目。

 

因此说，IPv4地址池接近枯竭，根本没法知足互联网发展的须要。人们迫切须要更高版本的IP协议，更大数量的IP地址池。（有点像固定电话号码升位。）

五、IPv6会带给咱们什么？

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？

数量以下：

340282366920938463463374607431768211456个…

不用数了，太多了… 简单说，是2的128次方。

这个数量，即便是给地球上每一颗沙子都分配一个IP，也是妥妥够用的。

▲ 这图你看懂了吗？嗯，我也没看懂，反正就是不少的样子

这个数量值是怎么得来的呢？仍是它的地址位长决定的。

若是以二进制来写，IPv6的地址是128位。不过，这样写显然不太方便（一行都写不下）。因此，一般用十六进制来写，也就缩短成32位（32位会分为8组，每组4位）。 

下面就是一个标准、合法的IPv6地址示例：

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

注意：IPv6的地址是能够简写的，每项数字前导的0能够省略。

例如，下面这个地址：

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

粉红的“0”就能够省略，变成：

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

若是有一组或连续几组都是0，那么能够简写成“::”，也就是：

2001: DB8:2de::e13

注意：一个IPv6地址，只能有一个“::”。

为何？很简单，你看下面这四个地址，若是全部0全都缩写，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。因此，这个地址是非法的，不容许存在的。

关于IPv6还有不少技术细节，因篇幅缘由，再也不赘述。

除了地址数量以外，IPv6还有不少优势，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增长了加强的组播支持以及对流的控制，对多媒体应用颇有利，对服务质量（QoS）控制也颇有利；

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（尤为是局域网）的管理更加方便和快捷；

4）IPv6具备更高的安全性。用户能够对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大地加强了网络的安全性；

5）IPv6具备更好的扩容能力。若是新的技术或应用须要时，IPV6容许协议进行扩充；

6）IPv6具备更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，就简化和加速了路由选择过程，提升了效率；

……

六、IPv6的优势这么多，为何以前普及却这么慢？

IPv6优势这么多，为何它问世已经20年了，仍是没有彻底替代IPv4呢？这里面的水就很深了。。。说白了，主要仍是和利益有关。

6.1 NAT这类技术，让IPv4得以续命

若是按照本世纪初专家们的预测，咱们IPv4的地址早已枯竭几万次了。可是，一直挺到如今，你们仍然还在用IPv4，对老百姓来讲，并无由于地址不够而没法上网。

这是为何呢？ 就是由于除了IPv6以外，咱们还有一些技术，能够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？当咱们在家里或公司上网时，你的电脑确定有一个相似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。

▲ 一个典型的NAT应用场景（图自《IPv6，究竟是什么？》）

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

甚至还能够私网套私网，NAT套NAT，一层一层套。这样一来，大大节约了公网IP地址数量。正由于如此，才让咱们“续命”到了今天，不至于没法上网。

可是，NAT这种方式也有不少缺点，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。不少服务，都会受到限制，你只能经过复杂的设置才能解决，也会影响网络的处理效率。

▲ NAT内网的计算机是不能被外网直接访问的（图自《IPv6，究竟是什么？》）

6.2 升级IPv6涉及运营商的利益

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，即ICANN）申请到IP地址，再卖给下游用户。稀缺不要紧，反正，他必定能赚取更多的差价。

若是你们去找运营商或ISP买带宽，或者租赁云服务，带公共地址的，必定比不带公共地址的贵不少不少。

除了地址能够赚钱以外，若是升级支持IPv6，对运营商和ISP来讲，也意味着很大的资金投入。如今新设备基本都是支持的，但毕竟仍是有一些老设备，若是在使用寿命到期以前就换，就是亏钱。

因此，运营商和ISP都没有动力去启用IPv6。 

至于设备商或手机电脑厂商，出于提早考虑，早已广泛支持了IPv6，意见并非很大，也决定不了什么。必竟，提供基础设施服务的运营商们更强势。

七、IPv6将来会怎样

随着5G时代的到来，有了IPv6的加持，万物互联或许会成为现实。对于我等实时通讯类软件的开发人员来讲，某些场景下，或许不再须要为“P2P打洞”这种事情烦恼了。 

▲ 5G+IPv6，万物互联不是梦

将来已来，你准备好了吗？（本文同步发布于：http://www.52im.net/thread-2979-1-1.html）

八、参考资料

[1] IPv6入门教程

[2] IPv6，究竟是什么？

[3] 关于IPv6的发展史！IPv6的秘密史！

[4] 科普：一文读懂IPv6是什么？

[5] 漫话：全球IPv4地址正式耗尽？到底什么是IPv4和IPv6？

[6] IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践（上篇） 

[7] IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践（下篇）