在過去的十年間，IPv6本來應該得到很大的發展，但事實上這種好事并沒有降臨，由此導致了一個結果，那就是大部分人都不了解IPv6的一些知識：它是什么?怎么使用?為什么它會存在?

IPv4做錯了什么?

自從1981年發布了RFC791標準以來我們就一直在使用IPv4。在那個時候，電腦又大又貴還不多見，而IPv4號稱能提供40億條IP地址，在當時看來，這個數字好大好大。

不幸的是，這么多的IP地址并沒有被充分利用起來，地址與地址之間存在間隙。

舉個例子，一家公司可能有254(28-2)條地址，但只使用其中的25條，剩下的229條被空占著，以備將來之需，于是這些空閑著的地址不能服務于真正需要它們的用戶，原因就是網絡路由規則的限制。

最終的結果是在1981年看起來那個好大好大的數字，在2014年看起來變得好小好小。

互聯網工程任務組(IETF)在90年代初指出了這個問題，并提供了兩套解決方案：無類型域間選路(CIDR)、私有IP地址。

在CIDR出現之前，你只能選擇三種網絡地址長度：24位(共16,777,214個可用地址)、20位(共1,048,574個可用地址)、16位(共65,534個可用地址)。CIDR出現之后，你可以將一個網絡再劃分成多個子網。

舉個例子，如果你需要5個IP地址，你的ISP會為你提供一個子網，里面的主機地址長度為3位，也就是說你最多能得到6個地址。——拋開子網的網絡號，3位主機地址長度可以表示0～7共8個地址，但第0個和第7個有特殊用途，不能被用戶使用，所以你最多能得到6個地址)。

這種方法讓ISP能盡最大效率分配IP地址。“私有地址”這套解決方案的效果是，你可以自己創建一個網絡，里面的主機可以訪問外網的主機，但外網的主機很難訪問到你創建的那個網絡上的主機，因為你的網絡是私有的、別人不可見的。

你可以創建一個非常大的網絡，因為你可以使用16,777,214個主機地址，并且你可以將這個網絡分割成更小的子網，方便自己管理。

也許你現在正在使用私有地址。看看你自己的IP地址，如果這個地址在這些范圍內10.0.0.0–10.255.255.255、172.16.0.0–172.31.255.255或192.168.0.0–192.168.255.255，就說明你在使用私有地址。

這兩套方案有效地將“IP地址用盡”這個災難延遲了好長時間，但這畢竟只是權宜之計，現在我們正面臨最終的審判。

IPv4還有另外一個問題，那就是這個協議的消息頭長度可變。

如果數據的路由通過軟件來實現，這個問題還好說，但現在路由器功能都是由硬件提供的，處理變長消息頭對硬件來說是一件困難的事情。一個大的路由器需要處理來自世界各地的大量數據包，這個時候路由器的負載是非常大的，所以很明顯，我們需要固定消息頭的長度。

在分配IP地址的同時，還有一個問題，因特網是美國人發明的(這個萬惡的資本主義國家占用了大量IP地址)，其他國家只得到了IP地址的碎片。我們需要重新定制一個架構，讓連續的IP地址能在地理位置上集中分布，這樣一來路由表可以做的更小(想想吧，網速肯定更快)。

還有一個問題，這個問題你聽起來可能還不大相信，就是IPv4配置起來比較困難，而且還不好改變。你可能不會碰到這個問題，因為你的路由器為你做了這些事情，不用你去操心，但是你的ISP對此一直是很頭疼的。

下一代因特網需要考慮上述的所有問題。

IPv6和它的優點

IETF在1995年12月公布了下一代IP地址標準，名字叫IPv6，為什么不是IPv5?→_→因為某個錯誤原因，“版本5”這個編號被其他項目用去了。IPv6的優點如下：

- 128位地址長度(共有3.402823669×103 個地址)

- 其架構下的地址在邏輯上聚合

- 消息頭長度固定

- 支持自動配置和修改你的網絡

　　我們一項一項地分析這些特點：

地址

人們談到IPv6時，第一件注意到的事情就是它的地址好多好多。為什么要這么多?因為設計者考慮到地址不能被充分利用起來，我們必須提供足夠多的地址，讓用戶去揮霍，從而達到一些特殊目的。

所以如果你想架設自己的IPv6網絡，你的ISP可以給你分配擁有64位主機地址長度的網絡(可以分配1.844674407×101 臺主機)，你想怎么玩就怎么玩。

聚合

有這么多的地址，這些地址可以被稀稀拉拉地分配給主機，從而更高效地路由數據包。算一筆帳啊，你的ISP拿到一個80位地址長度的網絡空間，其中16位是ISP的子網地址，剩下64位分給你作為主機地址。這樣一來，你的ISP可以分配65,534個子網。

然而，這些地址分配不是一成不變地，如果ISP想擁有更多的小子網，完全可以做到(當然土豪ISP可能會要求再來一個80位網絡空間)。

最高的48位地址是相互獨立地，也就是說ISP與ISP之間雖然可能分到相同地80位網絡空間，但是這兩個空間是相互隔離的，好處就是一個網絡空間里面的地址會聚合在一起。

固定的消息頭長度

IPv4消息頭長度可變，但IPv6消息頭長度被固定為40字節。IPv4會由于額外的參數導致消息頭變長，IPv6中如果有額外參數，這些信息會被放到一個緊挨著消息頭的地方，不會被路由器處理，當消息到達目的地時，這些額外參數會被軟件提取出來。

IPv6消息頭有一個部分叫“flow”，是一個20位偽隨機數，用于簡化路由器對數據包的路由過程。如果一個數據包存在“flow”，路由器就可以根據這個值作為索引查找路由表，不必慢吞吞地遍歷整張路由表來查詢路由路徑。這個優點使IPv6更容易被路由。

自動配置

IPv6中，當主機開機時，會檢查本地網絡，看看有沒有其他主機使用了自己的IP地址。如果地址沒有被使用，就接著查詢本地的IPv6路由器，找到后就向它請求一個IPv6地址。然后這臺主機就可以連上互聯網了——它有自己的IP地址，和自己的默認路由器。

如果這臺默認路由器宕機，主機就會接著找其他路由器，作為備用路由器。這個功能在IPv4協議里實現起來非常困難。同樣地，假如路由器想改變自己的地址，自己改掉就好了。主機會自動搜索路由器，并自動更新路由器地址。路由器會同時保存新老地址，直到所有主機都把自己地路由器地址更新成新地址。

IPv6自動配置還不是一個完整地解決方案。想要有效地使用互聯網，一臺主機還需要另外的東西：域名服務器、時間同步服務器、或者還需要一臺文件服務器。于是dhcp6出現了，提供與dhcp一樣的服務，唯一的區別是dhcp6的機器可以在可路由的狀態下啟動，一個dhcp進程可以為大量網絡提供服務。

唯一的大問題

如果IPv6真的比IPv4好那么多，為什么它還沒有被廣泛使用起來?Google在2014年5月份估計IPv6的市場占有率為4%。一個最基本的原因是“先有雞還是先有蛋”。

服務商想讓自己的服務器為盡可能多的客戶提供服務，這就意味著他們必須部署一個IPv4地址。

當然，他們可以同時使用IPv4和IPv6兩套地址，但很少有客戶會用到IPv6，并且你還需要對你的軟件做一些小修改來適應IPv6。

另外比較頭疼的一點是，很多家庭的路由器壓根不支持IPv6。

還有就是ISP也不愿意支持IPv6。

我問過我的ISP這個問題，得到的回答是：只有客戶明確指出要部署這個時，他們才會用IPv6。然后我問了現在有多少人有這個需求，答案是：包括我在內，共有1個。

與這種現實狀況呈明顯對比的是，所有主流操作系統Windows、OS 、Linux都默認支持IPv6好多年了。這些操作系統甚至提供軟件讓IPv6的數據包披上IPv4的皮，來騙過那些會丟棄IPv6數據包的主機，從而達到傳輸數據的目的。

總結

IPv4已經為我們服務了好長時間，但是它的缺陷會在不遠的將來遭遇不可克服的困難。IPv6通過改變地址分配規則、簡化數據包路由過程、簡化首次加入網絡時的配置過程等策略，可以完美解決這個問題。

問題是，大眾在接受和使用IPv6的過程中進展緩慢，因為改變代價太大了。

好消息是所有操作系統都支持IPv6，所以當你有一天想做出改變，你的電腦只需要改變一點點東西，就能轉到全新的架構體系中去。