IPv6的口號是：連接一切。

到今天，全球聯網設備數量首次超過了全世界的人口。

未來幾年，汽車、電視、數字機頂盒、電表、攝像頭、醫療健康...等數十億規模的設備將連接網絡。據Gartner預計，到2020年將有超過260億個物聯網設備連接到互聯網。

不幸的是，IPv4早在上個世紀80年代就開發出來了，IPv4只有43億個IP地址，而全球人口早已超過60億，每人平均可分配量不到一個，到2020年，隨著設備連接數量的增長， IPv4地址空間可以容納的連網設備不到估值的20%。

如果互聯網和物聯網要持續發展，就必須建立在IPv6基礎之上。

何為IP

IP代表了電腦在Internet網絡上獨一無二的地址，用來與其他節點 （電腦）相連溝通。

作用如同門牌號碼一般。IP地址是用來分辨網絡上的不同電腦，讓我們可以很容易的知道，誰來過這里做了什么事情。

舉一個日常生活中的例子。

如上圖所示，住在北大街的住戶要能互相找到對方，必須各自都要有個門牌號，這個門牌號就是各家的地址，門牌號的表示方法為：

北大街+XX號。假如1號住戶要找6號住戶，過程是這樣的，1號在大街上喊了一聲：”誰是6號，請回答。”，

這時北大街的住戶都聽到了，但只有6號作了回答，這個喊的過程叫”廣播”，北大街的所有用戶就是他的廣播范圍，假如北大街共有20個用戶，那廣播地址就是：

北大街 21號。也就是說，北大街的任何一個用戶喊一聲能讓”廣播地址-1”個用戶聽到。

從這個例中可以抽出下面幾個詞：

街道地址：北大街，如果給該大街一個地址則用第一個住戶的地址-1，此例為：北大街0號

住戶的號：如1號、2號等。

住戶的地址：街道地址+XX號，如北大街 1號、北大街 2號等

廣播地址：最后一個住戶的地址+1，此例為：北大街21號

Internet網絡中，每個上網的計算機都有一個像上述例子的地址，這個地址就是IP地址，是分配給網絡設備的門牌號，為了網絡中的計算機能夠互相訪問，IP地址=網絡地址+主機地址，圖1中的IP地址是192.168.100.1，這個地址中包含了很多含義。如下所示：

網絡地址（相當于街道地址）： 192.168.100.0

主機地址（相當于各戶的門號）： 0.0.0.1

IP地址（相當于住戶地址）： 網絡地址+主機地址=192.168.100.1

廣播地址： 192.168.100.255

IP地址的結構

IP地址 = 網絡地址+主機地址。

網絡地址（Network ID）

網絡地址位于 IP 地址的前段，可用來識別所屬的網絡。同一網絡上的所有設備，都會有相同的網絡地址。IP路由便是依據IP地址的網絡地址，決定要將IP包送至哪的網絡。

主機地址（Host ID）

主機地址位于IP的后段，可用來識別網絡上個別的設備。同一網絡上的設備都會有相同的網絡地址，而各設備之間則是以主機地址來區別。

由于各個網絡的規模大小不一，大型的網絡應該使用較短的網絡地址，以便能使用較多的主機地址；反之，較小的網絡則應該使用較長的IP地址。

為了符合不同網絡規模的需求，IP在設計時便依據網絡地址的長度，劃分出IP地址等級。

常見的3種地址等級

Class A

網絡地址長度為8 Bits，最左邊的Bit必須為 0。 Class A 的網絡地址可從00000000(二進位)至 01111111(二進位),，總共有 27=128 個。由于Class A 的網絡地址長度為8 Bits，因此主機地址長度為 32-8=24Bits，亦即每個Class A 網絡可用的主機地址只有2^24=16777216個(一千六百多萬)。

大部分Class A的IP地址，早已分配給當初參與ARPAnet（Internet 的前身）實驗的政府機關、學術單位、企業和非營利組織，例如:美國國防部、麻省理工學院和惠普公司。

Class B

網絡地址的長度為16 Bits，最左邊的 2 Bits必須為10（2進制），因此Class B 的 IP 地址必然介于128.0.0.0 與191.255.255.255 之間。每個Class B網絡可用的主機地址有 2^16=65536個，通常用來分配給一些大企業或 ISP使用.

Class C

網絡地址的長度為 24 Bits，最左邊的3 Bits必須為110（2進制），因此Class C的IP 地址必然介于 192.0.0.0 與 223.255.255.255之間。每個 Class C網絡可用的主機地址只有 2^8=256個，通常用來分配給一些小型企業。

IPv4演進

IPv4使用32Bits地址，因此只有 4,294,967,296（232）個地址。不過，一些地址是為特殊用途所保留的，如專用網絡(約18 百萬個地址）和多播地址（約 270 百萬 個地址）。

隨著地址不斷被分配，IPv4地址枯竭問題也在隨之產生。

1981年9月， IETF發布RFC791，此RFC替換了于1980年1月發布的RFC 760，以面向之前未曾考慮到的移動終端設備。

但是，網絡的快速發展，規模遠超設計當初的預期。1990年代前期，IETF開始檢討以下3個問題：

①IPv4的極限

②IPv4的延續策略

③設計新的IP

IPv4的極限

•IP地址數的不足

•路由表太大

接續上的網絡數量增加的話路由表也會跟著變大

因此提出了三種解決辦法：CIDR、NAT和IPv6。

CIDR

廢止IP分類方式，讓網絡地址的位數不再一定是8的倍數，而是可變動的，加入維持路徑表大小的技術，利用路由匯整方式來維持路由表的大小 。

遭遇困難：匯集的網絡都必須是集中在附近的，這跟目前實際依組織分配，分布全球的IP規劃是大不相同的，也使得實際達成的可能性微乎其微。

NAT (Network Address Translation)

只對出入網關分配真實地址，內部的主機則采用私有地址的方式；以網關器來做轉換。

遭遇問題：NAT壞點對點的透明性( 無法確認真實身份 )，沒有真實地址，無法達成P2P通信；NAT使得 QoS 、 Security功能及協定失效；提高網絡隱藏性的成本等等。

因此，IPv4的延續策略盡管暫時緩解IPv4地址緊張，但不是根本解決辦法。

▲需要注意的是，地址空間不足并不是IPv6的唯一驅動力

于是，開始考量下一代IP協議，轉向IPv6。

轉向IPv6

地址空間擴充

IPv4的地址長度為32位，地址空間為2的32次方，約42億（世界上平均3個人有2個IP地址）。

IPv6的地址長度為128位，地址空間為2的128次方，約3.4×10^38個（地球上每一粒沙子都有一個IP地址）。

IPv6地址表示

IPv4地址表示二進制：10101100 00010000 00000001 00000001 十進制：172.16.1.1

IPv6地址表示十六進制 2001:0410:0000:0001:0000:0000:0000:45ff

IPv6地址與IPv4地址表示方法有所不同，用十六進制表示，4位一組，中間用“:”隔開。

IPv6地址的壓縮表示

若以零開頭可以省略，連續全零的組可用“::”表示

IPv6地址 = 前綴 + 接口標識

前綴：相當于IPv4地址中的網絡ID

接口標識：相當于IPv4地址中的主機ID

前綴長度用“/xx”來表示

2001：da8：207：：8207/64

地址前綴部分,或者有固定的值,或者是路由或子網的標識。例如：站點本地地址

IPv6地址分類

單播地址（Unicast Address）

如同 IPv4 的Unicast模式，適用在單一節點對單一節點的數據傳送。標識一個接口，目的地址為單播地址的報文會被送到被標識的接口。

這種類型的IPv6地址可區分為Global、Site-Local、Link-Local和IPv4-Compatible 4種型態。

①Global 地址:

前3 bits為首碼，內容固定是001，最后的64 bits 為接口標識（Interface ID）。Interface ID的功能如同 IPv4 的主機地址（Host ID）。

②Site-Local 地址:

前10 bits 為首碼，內容固定為1111111011，間隔38 bits的0之后，接著16 bits 的子網地址（Subnet ID），最后才是 64 bits 的接口標識。

③Link-Local 地址:

也是用前10 bits為首碼，內容固定為1111111010，接著是連續54 bits的0，最后的64 bits也是接口標識。

④IPv4-Compatible 地址: 沒有所謂的首碼與接口標識，只有原本32 bits的IPv4地址前面，加上96 bits的 0。

組播地址（Multicast Address）

IPv6 的組播整合了IPv4的Multicast及廣播傳送 （Broadcast），適用于單一節點對多節點的傳送。標識多個接口，目的地址為組播地址的報文會被送到被標識的所有接口。

這種類型的 IPv6 地址用前8 bits為首碼，內容固定為11111111，最后112 bits為Group ID。

任播地址（Anycast Address）

Anycast是IPv6地址新增的類型。它的特殊之處在于：一個Anycast地址可以被多個節點使用，但是傳送給此地址的報文，并非真的將它送到這些節點來，而僅僅是送給距離最近或成本最低（根據路由表來判斷）的一個節點。

以目前的應用為例，Anycast地址只能分配給路由器，不能分配給電腦使用，而且不能作為發送端的地址。這種IPv6地址的首碼長度不固定，首碼以外的位元都是0。

IPv6與IPv4的并存和轉換

IPv6的實現需通過既有IPv4設備過渡至IPv6, 才能以最少的代價實現IPv6應用。過渡技術主要解決IPV4和IPV6網絡共存狀況下的互聯互通，主要有三種策略：

雙棧 (Dual-Stack)

雙棧是在原有網路層 (Network Layer) 上, 再增加一個 IPv6的堆棧 (Stack) ，讓主機同時具備IPv4和IPv6通訊能力。

隧道技術( Tunneling )

在 IPv6 報文進入IPv4的網域時，將IPv6報文前面加上 IPv4報頭, 再送入IPv4 網域。當離開IPv4網域進入IPv6網域時, 再將IPv4的抱頭移除，還原回原本的IPv6報文。或由MPLS承載在IPv4 Internet海洋中連接多個IPv6孤島。

協議轉換

提供IPV4和IPV6的互通動作。如NAT-PT等提供IPv6與IPv4互相訪問地技術，適用于IPv6 Inernet與IPv4 Internet共存，而兩者又需要互相通訊的要求。

IPv6的優點

近乎無限的地址空間

更簡潔的報文頭部

內置的安全性

IPv4原本是為學術研究而生，因而使用初衷較為單純且環境也較為封閉，所以安全機制并不是很完善，

隨著時代的演進，網絡的普及程度已今非昔比，所以安全問題更加受到關注，雖然IPv4通過IPSec提供安全保護，但架設與管理也是額外的負擔。

而IPv6在設計時已對安全性的問題進行考量，希望提供內嵌式的點對點安全保護能力，改善安全問題。

更好的QoS支持

更好的移動性

編址層次等級

IPv6應用舉例

移動通信：隨時隨地移動上網

時時在線，雙向通信：網絡游戲、網絡課堂、隨時隨地資源共享

萬物連接：

組播應用：

應用于出租車聯網：

還有利用IPv6無狀態自動配置的特點部署IPv6視頻攝像頭等等...

總之，由于IPv4網絡地址隨著網絡的需求量而慢慢的被消耗殆盡， 而IPv6補足IPv4所欠缺的，不僅在IP地址空間上增加了許多, 還在安全、自動配置......上加強了許多功能。

這次中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》，將推進IPv6規模部署，高效支撐移動互聯網、物聯網、工業互聯網、云計算、大數據、人工智能等新興領域快速發展。