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关于“我们正在耗尽IPv4地址！”的说法并不新鲜...实际上，这是上世纪80年代末到90年代初科学家们的预期，当时互联网的增长出乎意料。
但是如果IPv4地址池中有40亿个IPv4地址，为什么我们还会耗尽IPv4地址呢？
这种不可避免和痛苦的IPv4地址耗尽有许多因素。这些因素包括对IP需求旺盛的技术的快速增长，物联网设备的兴起，虚拟化，云原生服务等等。
像NAT和CIDR这样的技术是出于对IPv4地址耗尽的预期而诞生的解决方案。然而，唯一应对IPv4问题的解决方案是进行IPv6迁移。
目录
- IPv4的未来。
- 欢迎IPv6。
- 迁移到IPv6的好处是什么？
- 改善路由效率。
- 更简单的数据包头。
- 支持新颖和优化的服务。
- 通过内置的IPSec和更大的地址空间提供更好的安全性。
- 通过直接流（组播）节省带宽。
- 改进的IP配置。
- IPv6中的移动性支持。
- IPv6迁移的技术。
- 如何确定IPv6是否已启用或正常工作？
- 主要要点。
IPv4的未来。
在2011年2月3日， IANA（互联网数字分配机构） 将最后的五个/8（恰好有1670万个）保留的IPv4地址分配给了五个RIR（区域互联网注册机构）。这一消息具有重要意义，因为它意味着来自最高权威机构的“免费和未分配”的IPv4地址已经正式耗尽。因此，现在（截至2021年10月），每个地区都需要智能地将他们最后的/8 IPv4空间分配给ISP、企业、网络运营商等等。
下面的图表显示了每个RIR的每日分配速率。APNIC（红色表示的亚洲RIR）在2007年至2010年的最低日分配量为平均40万个IPv4地址，并在2011年达到每天平均100万个地址分配量。当IANA分配给APNIC他们的最后一个地址块时，APNIC的分配速率显著下降。
IANA于2011年将最后的免费/8地址空间（/8是表示1600万个地址的CIDR表示法）分配给所有RIRs（参见下图： IPv4 CIDR图表）。RIPE NCC在2012年开始使用其最后的免费/8地址空间，并于2019年11月分配了最后的免费/22地址空间（1K个地址）。
对于RIRs来说，这并不是结束；它们确实拥有更多的IPv4空间， 其中一些IPv4地址可用于IPv6过渡，以及其他已恢复和保留的IPv4地址。 然而，随着时间的推移，IPv4地址变得越来越昂贵且难以获得。为了节省一些地址空间，许多ISP已经开始进行大规模的NAT（Carrier-Grade NAT，即CGNAT）。但从长远来看，唯一的解决方案是迁移到IPv6。其他国家，尤其是来自APNIC的日本、中国和韩国，自2011年以来已经开始迁移到IPv6。
有趣的事实！ IPv4一直依赖NAT协议来最大化IP地址空间。如果没有NAT，我们很久以前就已经用完了IPv4地址。NAT提供了使用专门为私有网络保留的大型空间的机会，同时提供了出色的安全级别。现在，IPv6不需要NAT；有太多的地址，没有必要为私有使用保留空间。
欢迎IPv6。
虽然你可能最近听到很多关于IPv6的事情，但该协议实际上早在1995年就被引入了！在开发阶段， IPv6的设计目标是解决一个问题：IPv4地址耗尽！
IPv6的格式可以支持令人惊叹的网络地址组合。简单总结一下：3.4^1038，这个数字相当于大约340万亿亿亿个IP地址。从1995年（IPv6的开发）到今天，该协议已经发展得如此之多，不仅增加了IP地址的数量，还提供了新的服务。
IPv6的采用率正在迅速增加。 根据 IPv6的Google统计数据根据（2021年10月）的数据，全球有35%的用户通过IPv6连接访问Google。
IPv6的过渡是不可避免的。迟早，IPv6将成为为每个人提供互联网寻址的唯一正确和高效的方式。如前所述，从2011年到2019年，所有的RIRs都用尽了他们的免费IPv4地址池。
3. IPv6迁移的好处是什么？
正如前面提到的，IPv6地址不仅仅是更长的IPv4地址。一些更多的特性和复杂性使得IPv6成为一个与IPv4完全不同的协议。让我们来看看IPv6迁移的一些好处。
a. 改善路由效率。
IPv6地址分为三个部分（网络或站点前缀、子网ID和主机或接口ID），总长度为128位。IPv6地址的最高位（站点前缀）包含用于在互联网上进行路由的前缀。这些IPv6前缀可以分组成单个前缀组（例如，/48），并且可以省略主机前缀，使得路由表更小且更高效。
b. 更简单的数据包头。
IPv6数据包头部比IPv4的更简单。最显著的区别之一是，IPv6不使用校验和字段。由于TCP/IP通信中的错误检查是在其他层进行的，因此这个字段被从头部中移除。旧的IPv4方法会使每个路由器都检查和重新计算校验和，导致效率低下。另一个被简化的字段是分段。在IPv6中，分段不再是数据包中的强制字段。
c. 支持新颖和优化的服务。
IPv6不使用NAT，而是在源和目的地之间建立唯一的端到端连接。这种单一IP连接可以更好地支持某些服务。例如，P2P、游戏和流媒体将更加稳定，因为IP可用性更高。VoIP和QoS等服务也将更可靠。
d. 通过内置的IPSec和更大的地址空间提供更好的安全性。
内置的IPSec并不能自动使IPv6比IPv4更安全。虽然IPv6头部内置了IPSec字段（提供加密和认证），但并不强制使用它。然而，在IPv6中实施IPSec可以确保加密和认证，使协议比IPv4更安全。IPv6安全的另一个优势是黑客不能像在IPv4中那样简单地扫描IPv6网络。扫描具有随机分配地址的大型IPv6子网是不可能的。
e. 使用直接流量进行节省带宽：组播。
传统的IPv4使用广播消息，强制同一网络中的每个监听设备停下来并读取数据包。为了不同的目的（例如ARP），向广泛的网络广播每个设备可以简化事情，但可能会损害性能并威胁安全性。
IPv6不支持广播，而是使用组播和任播消息。组播允许将带宽密集的数据包流发送到组内的多个目的地。同一网络上的非目标设备不必停下来处理每个数据包。
f. 改进的本地IP分配。
IPv6允许通过无状态或有状态方法进行网络配置。一种称为无状态地址自动配置（SLAAC）的新过程在网络设备中需要最少（如果有的话）手动IP配置。无状态意味着设备在没有依赖第三方服务器的情况下生成其IPv6地址。SLAAC使用主机的MAC地址转换为EUI 64位格式来创建唯一地址。此外，有状态或DHCPv6与DHCPv4类似，依赖于服务器。DHCPv6的优点在于DHCP服务器无需广播子网掩码；本地路由器会处理这个过程。
g. IPv6中的移动性支持。
IPv6允许设备在IPv6互联网中自由移动并保持连接。每个设备在网络中移动时始终由一个家庭地址识别，无论它当前使用的连接点是什么。虽然IPv4也支持移动性，但IPv6通过路由优化、更好的邻居发现和更低的开销来改善了这一特性。
4. IPv6迁移技术。
迁移到IPv6不仅仅意味着用IPv6替换IPv4；它意味着使IPv6能够与IPv4并存。目前，大多数组织的网络依赖IPv4，因此对于它们来说，在短时间内迁移到IPv6是不可能的。两种协议需要在一段时间内共存，以便进行平稳过渡。
迁移到IPv6的进程虽然缓慢，但已经开始进行。一些IPv4地址严重短缺的国家开始将IPv6作为强制要求。亚洲国家，如中国和印度，就是这种情况。其他国家将IPv6迁移视为创新的必要条件，以避免日后的混乱。例如，白俄罗斯是全球首个要求互联网服务提供商支持IPv6的国家。 法律强制要求.
以下是大多数国家正在实施的三种常见的IPv6迁移技术。
a. 使用双栈进行IPv6迁移。
从IPv4迁移到IPv6应该从双栈（IPv4和IPv6）网络方法开始，其中计算机可以使用任一版本（IPv4或IPv6）进行通信。IPv4和IPv6需要在许多年内共存并提供双栈功能。双栈已经成为一种新的规范，特别是在没有免费IPv4地址空间的地区，如亚洲，很快也会在欧洲和北美洲出现。
b. 隧道技术。
隧道技术是一种将一个协议（IPv4或IPv6）封装在另一个协议（IPv4或IPv6）内部的技术。例如，如果你有两台启用了IPv6的计算机无法在IPv4网络上进行通信，隧道技术可以将IPv6流量封装在IPv4数据包中。
c. 翻译技术。
这种技术涉及将一个协议转换为另一个协议。通过翻译技术，IPv6计算机可以与IPv4计算机自由通信。使用IPv6代理将一个协议转换为另一个协议。这个代理可以是放置在网络末端的服务器，拦截所有IP数据包并将它们翻译为另一个协议。
5. 如何确定IPv6是否已启用或正常工作？
今天（截至2020年10月），几乎所有新设备和操作系统都具备IPv6兼容性，但它们是否部署在IPv6网络中则是另一个问题。你的计算机肯定有一个IPv6地址，你可能甚至都不知道。此外，你的互联网服务提供商可能已经在使用双栈网络。
最简单的确定是否使用IPv6的方法是运行在线测试，例如： 测试我的IPv6 或 ipv6-test.com。你还可以检查计算机上的IPv6参数。例如，在macOS的网络属性中，你可以快速查看到IPv6已默认配置（自动配置）；对于许多Linux、Windows、Unix甚至移动平台也是如此。这里的“自动配置”意味着 你的计算机将执行IPv6的无状态自动配置（与IPv4的DHCP相对）。
另外，通过在终端中使用“ifconfig”命令，你可以快速查看IPv6地址。请记住，你不应该需要进行任何NAT来将私有地址转换为公有地址，因此你的IPv6地址将在内部（家庭）和互联网上使用。
当然，对公共通信使用相同的IPv6地址且没有进行任何NAT可能看起来容易受到攻击和风险。但是不用担心，黑客不可能简单地扫描数万亿个地址，而且很有可能你已经启用了IPSec。
6. 要点总结。
90年代的科学家们是正确的，我们耗尽IPv4地址只是时间问题。互联网正在意想不到地扩张，需要大量IP的技术和物联网设备。
IPv4地址正在迅速变得更加昂贵和难以获取。即使是像IANA和RIRs这样的IP分配机构也在推动人们摆脱IPv4，鼓励人们部署IPv6，至少使用双栈网络，直到IPv6的支持变得更加强大。
IPv6正在慢慢迎头赶上。几乎所有新设备都支持两个IP版本。虽然IPv6迁移需要时间，并且会很慢，但IPv6很快将取而代之。
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