IPv4和IPv6之间的区别

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深入解析：IPv4与IPv6的差异

在探究IPv4和IPv6的区别之前，我们需要先理解互联网协议（IP）或IP地址的概念。它本质上是设备在互联网上进行通信的唯一标识代码。目前，存在两个主要的互联网协议版本，分别为IPv4和IPv6。IPv4在1980年正式推出，但在1989年蒂姆·伯纳斯-李爵士发明万维网后才真正得到广泛应用。IPv6则在1998年开始设计研发，并于2017年正式启用。虽然两者各有优缺点，但人们对于IPv4和IPv6的区别仍然存在疑惑。本文将深入探讨IPv6相对于IPv4的优势，并通过具体示例加以说明。

理解互联网协议的基本概念

互联网协议是一种允许数据在互联网上从一台计算机传输到另一台计算机的机制。它遵循一系列规则，确保信息能够从发送端顺利路由到接收端。发送端的数据会被分解成更小的数据块，称为数据包。每个数据包都包含了目标计算机的IP地址信息。IP地址是互联网分配给设备的唯一标识符。

互联网协议的多种类型

互联网协议有多种类型，以下是一些主要的例子：

  • IP（互联网协议）：作为一套规则，它允许计算机之间相互通信，并为每台计算机分配唯一的IP地址，以此来标识其在网络中的位置。IP协议主要有两个版本，即IPv4和IPv6。它们之间的差异是本文的主要讨论内容。

  • TCP（传输控制协议）：负责将数据分解为较小的数据包，并通过互联网进行传输。它确保数据包包含源地址、目标地址和数据顺序等信息。TCP协议进一步分为四个层次：应用层负责确保接收到的数据格式与发送的数据格式一致；传输层负责平稳地将数据从发送端传输到接收端，同时进行错误修复和流量控制；网络层通过连接不同的网络，将数据包从发送端传递到接收端；网络接入层则负责将计算机连接到网络。

  • UDP（用户数据报协议）：是一种无连接且不可靠的协议。它不建立连接，因此无法确保数据成功接收。它一次只能传输少量数据，并包含发送端和接收端的地址信息。

  • POP3（邮局协议第3版）：由两个消息访问代理（客户端和服务器）组成，用于管理和接收邮箱中的邮件。

  • SMTP（简单邮件传输协议）：主要用于发送电子邮件。它使用两个程序，通过一组规则在互联网上发送和接收邮件。

  • FTP（文件传输协议）：允许将各种类型的文件从一台计算机传输到另一台计算机，包括文本、多媒体、文档和程序等。

  • HTTP（超文本传输协议）：用于在互联网上的万维网（www）上传输特殊格式数据的协议。它可以链接其他数据，如文本或图像，并确保数据的正确结构和传输。它还负责响应用户在浏览器上发出的指令。

  • HTTPS（安全超文本传输协议）：是HTTP的扩展版本。它使用安全套接字层和传输层安全证书来提高网络通信的安全性，特别适用于用户需要共享敏感信息的情况。

  • TELNET（远程终端协议）：允许一个系统通过网络连接到另一个系统。本地计算机被称为主机，而目标计算机被称为远程计算机。该协议允许主机登录到远程计算机。

IP地址的定义

IP地址是分配给连接到网络的设备的唯一编号，用于在网络上进行标识和通信。例如，192.168.293.10就是一个IP地址的示例。

对于通过有线连接或家中调制解调器上网的用户，他们的IP地址可能相同。然而，在访问公共网络地址时，通常会使用网络地址转换（NAT）进行分隔。调制解调器/路由器的工作方式类似于NAT，它将设备的身份隔离开来，并在设备需要访问互联网时做出不同的响应。在深入了解IPv4和IPv6的对比之前，让我们先简单定义一下两者。

什么是IPv4？

IPv4，即互联网协议第4版，是最初面向公众使用的互联网协议版本。它为设备分配一个唯一的代码，使其能够在网络上浏览内容。IPv4主要用于分组交换链路层网络，这意味着它主要设计用于以太网。

IPv4使用32位二进制数字来存储地址，这使得它可以分配2的32次方个地址，即大约43亿个地址（精确地说是4,294,967,296个）。

什么是IPv6？

该图片由Gerd Altmann在Pixabay上发布

IPv6，即互联网协议第6版，是一种拥有全新高级特性的协议。它的推出是为了解决IPv4中出现的IP地址耗尽问题。IPv6使用128位地址，在理论上可以支持2的128次方个地址，这是一个非常庞大的数字。IPv6地址使用冒号（:）分隔的十六进制数字表示。

IPv4与IPv6的主要区别

目前，互联网服务提供商（ISP）正在逐步强制用户使用IPv6，以获得更流畅和稳定的网络连接。用户可能并不知道自己使用的是IPv4还是IPv6。为了帮助大家理解它们之间的差异，以下是一些具体的IPv4和IPv6地址示例：

  • IPv4：192.168.27.12
  • IPv6：2001:4860:4860:0:0:0:0:8888

为了更清晰地比较IPv4和IPv6之间的差异，我们可以将它们整理成一个表格：

特点 IPv4 IPv6
地址长度 32位 128位
地址数量 43亿个 340万亿亿亿个
地址表示 数字 十六进制
寻址类型 单播、多播和广播 单播、任播和多播
数据包大小 576 字节 1208 字节
地址组成 0 到 255 的数字 0 到 FFFF
分隔符 点（.） 冒号（:）
结构 由 4 个八位字节和 8 位组成 由 8 个八位字节和 16 位组成
设备兼容性 适用于电脑和笔记本电脑 与移动网络更兼容
有效载荷 由于过时的原型，有效载荷有限 更大的有效载荷（数据包承载能力）
示例 192.168.27.12 2001:4860:4860:0:0:0:0:8888

IPv6 相对于 IPv4 的优势

在了解了IPv4和IPv6之间的区别后，我们来探讨一下IPv6相对于IPv4的优势。由于兼容性问题，目前仍有部分用户使用IPv4，这可能是由于网络提供商或旧系统造成的。IPv4起源于有线网络时代，当时无线技术的普及还比较困难。但随着大规模生产竞争的加剧，人们逐渐意识到互联网的重要性，从而转向数字生活方式。IPv6带来了诸多优势，下面我们来逐一了解：

  • IPv6无需使用网络地址转换（NAT）即可直接访问互联网。
  • 它拥有无限的IP地址。
  • 流标签（服务质量）的设置更加灵活。
  • 它为设备提供了自动配置功能。
  • 它具有自动身份验证和隐私证书功能。
  • 它适用于多播路由。
  • 它提供了改进的移动性和稳定的连接。
  • IPv6与移动设备更加兼容。
  • 与IPv4相比，网站的启动速度提高了约5%。
  • 对于地址映射，IPv6使用邻居发现协议（NDP）来解析MAC地址。
  • 它没有校验和字段。

IPv6 使用统计

随着新版本的推出，人们倾向于在工作中采用单一IP地址，以避免网络拥堵。根据谷歌的统计数据，截至2022年10月25日，IPv6的使用率已从2008年9月4日的0.14%增长到36.85%。这表明互联网服务提供商正在积极推动IPv6的普及，但进展仍然比较缓慢。

图片来自 谷歌 IPv6 采用

随着各国为IPv6做好准备，科技公司（例如NFT、游戏、加密货币）正在积极开发Web 3.0。

图片来自 每个国家/地区采用 Google IPv6

在了解了IPv4和IPv6的差异和优势之后，我们继续探讨哪个版本更好。

IPv4 和 IPv6：哪个更好？

尽管我们已经讨论了IPv6相对于IPv4的许多优势，但要回答哪个更好并不简单。我们需要根据实际需求和网络环境来做出决定。如果您主要连接到使用IPv4地址的设备，那么继续使用IPv4可能是更好的选择。如果您的重点是当前需求而不是网络的长期扩展，那么IPv4可能更适合。但总体而言，IPv6在技术上更先进、速度更快、更安全且功能更多。

此外，IP地址通常是自动启用和分配的，这取决于您所在的地区以及所选择的服务提供商。

IPv4 和 IPv6 的共存

尽管IPv4和IPv6之间存在差异，但它们可以同时存在。两种IP版本各有优缺点，因此同时使用它们也是有益的。在这种共存模式下，计算机和路由器会同时运行这两种协议，这种模式通常被称为双栈网络。隧道技术和网络地址转换也是常用的方法。

谁在使用 IPv6？

根据谷歌的数据，全球IPv6的普及率约为34%。在美国，这一比例约为46%。互联网服务提供商和运营商网络是IPv6的首批用户之一。像Google、Yahoo、Amazon、Telcom和Comcast等大型公司已经转向双栈模式，而Microsoft、CERNET和T-Mobile等公司则已经全面使用IPv6。预算、复杂性和时间等因素是在迁移之前需要考虑的。

常见问题 (FAQ)

Q1. IPv4 现在还在使用吗？

答：在讨论IPv4和IPv6时，我们需要了解IPv4的使用情况。如前所述，IPv4正面临资源枯竭的挑战。尽管如此，由于其兼容性，它仍然被广泛使用。IPv4地址正在被出售和重复利用，并且没有被正式关闭。尽管正在向IPv6过渡，但许多网站已经升级了IPv6的系统管理。

Q2. DNS和IP有什么区别？

答：IP地址是分配给设备的唯一数字标识符，用于连接到网络。而DNS（域名系统）是将字母名称（例如，amazon.com）转换为对应的IP地址的服务。例如，amazon.com对应的IP地址可能是54.192.0.0/16。

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希望本文能帮助您理解IPv4和IPv6之间的差异。如果您有任何其他问题或建议，欢迎在评论区留言。