📖 IPv6 引进的主要变化

🎯 课程摘要：IPv4 地址于 2011 年分配完毕，地址耗尽是 IPv6 诞生的根本动因。IPv6 将地址长度从 32 比特扩展到 128 比特，并带来灵活的首部格式、扩展首部、即插即用、安全性、流标签等多项改进。中国 IPv6 基础设施规模已居全球领先。

📝 详细笔记

1. IPv6 的诞生背景

1.1 IPv4 地址的设计缺陷

• IPv4 在 20 世纪 70 年代末期设计，设计者未预料到其全球广泛使用，将地址长度规定为 32 比特。
• 早期编址方法（分类的 IPv4 地址、划分子网的 IPv4 地址）不够合理，造成地址资源浪费。

1.2 IPv4 地址耗尽

• 2011 年 2 月 3 日，因特网号码分配管理局（IANA）宣布 IPv4 地址已分配完毕，ISP 已不能再申请新的 IPv4 地址块。
• 我国在 2014—2015 年逐步停止向新用户和应用分配 IPv4 地址，同时全面开展 IPv6 商用部署。
• **NAT（网络地址转换）**技术的广泛应用延长了 IPv4 的使用寿命，但仅是权宜之计。
• 根本措施：采用地址长度为 128 比特、具有更大地址空间的新版本 IP，即 IPv6。

1.3 IPv6 的提出

• IETF 早在 1992 年 6 月就提出制定下一代 IP，即 IPng（IP Next Generation），现正式成为 IPv6。
• 直接将因特网核心协议从 IPv4 更换成 IPv6 不可行（各团体出于经济利益争论激烈）。

1.4 尽早过渡到 IPv6 的好处

• 可以有更多时间来平滑过渡。
• 可以有更多时间培养 IPv6 专门人才。
• 及早提供 IPv6 服务比较便宜。

1.5 中国 IPv6 发展现状

• 2021 年中国 IPv6 创新发展大会上：中国 IPv6 网络基础设施规模全球领先，已申请的 IPv6 地址资源位居全球第一。
• 目前我国 IPv6 信息高速公路已基本全面建成，三大运营商贡献巨大力量。

2. IPv6 引进的主要变化

2.1 更大的地址空间

• IPv6 将 IPv4 的 32 比特地址空间增大到 128 比特，采用合理编址方法在可预见的未来不会用完。
• 扩展的地址层次结构可将地址划分为更多层次，更好地反映因特网拓扑结构，使寻址和路由层次设计更具灵活性。

2.2 灵活的首部格式

• IPv6 的首部格式与 IPv4 并不兼容。
• IPv6 定义了许多可选的扩展首部，不仅可提供比 IPv4 更多的功能，还可提高路由器处理效率——因为路由器对逐跳选项扩展首部外的其他扩展首部都不进行处理。

2.3 改进的选项

• IPv6 允许分组包含有选项的控制信息，因而可包含一些新选项。
• 而 IPv4 规定的选项却是固定不变的。

2.4 允许协议继续扩充

• 技术不断发展、新应用层出不穷，IPv6 允许协议继续扩充，而 IPv4 的功能固定不变。
• ⚠️ 重点：这一点很重要，使 IPv6 能适应未来技术发展。

2.5 支持即插即用（自动配置）

• IPv6 支持主机或路由器自动配置 IPv6 地址及其他网络配置参数。
• 因此 IPv6 不需要使用 DHCP 协议。

2.6 支持资源的预分配

• IPv6 能为实时音视频等要求保证一定带宽和时延的应用提供更好的服务质量保证。
• 利用流标号字段实现资源预分配。

3. IPv4 与 IPv6 主要变化对比

💡 核心总结

• IPv6 诞生的根本原因是 IPv4 地址耗尽，NAT 只是权宜之计。
• IPv6 的六大变化：更大地址空间（128 比特）、灵活首部格式、改进的选项、允许协议扩充、即插即用、支持资源预分配。
• IPv6 通过扩展首部既增加功能又提高路由器处理效率（路由器不处理大部分扩展首部）。

❓ 课后思考 / 经典考题

1. IPv4 地址耗尽的根本原因是什么？解决地址耗尽的根本措施是什么？
2. 简述 IPv6 引进的主要变化（至少列举五项）。
3. 为什么说 IPv6 的扩展首部既能提供更多功能又能提高路由器处理效率？
4. IPv6 如何实现即插即用？与 IPv4 的地址配置有何不同？
5. IPv6 的流标号字段对实时音视频传输有何意义？