IPV4 地址耗尽会对互联网产生什么影响？

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作者：小枣君

出处：http://1t.click/bx4K

2019 年 11 月 26 日，IPV4 地址正式宣告耗尽，但还是有很多人不清楚这会对互联网世界造成什么影响。

前两天，小 G 偶然间看到了一篇回答，直白的向普通用户解释了这一问题，在获得原作者授权后，将这一回答分享给大家看下。

下面为正文。

IPv4 迄今为止已经使用了 30 多年。最早期的时候，互联网只是设计给美国军方用的，根本没有考虑到它会变得如此庞大，成为全球网络。

尤其是进入 21 世纪后，随着计算机和智能手机的迅速普及，互联网开始爆发性发展，越来越多的上网设备出现，越来越多的人开始连接互联网。这就意味着，需要越来越多的 IP 地址。

根据互联网数据研究机构的统计，全世界 76 亿人口，网民总数已经超过了 40 亿（2018 年 1 月）。

IPv4 到底一共有多少个 IP 地址呢？答案是 2 的 32 次方，也就是约 42.9 亿个。

所以说，IPv4 地址池接近枯竭，根本无法满足互联网发展的需要。人们迫切需要更高版本的 IP 协议，更大数量的 IP 地址池。（有点像固定电话号码升位。）

其实地址不够的问题，并不是这几年才发现的。

早在 1990 年，IETF（互联网工程任务小组，成立于 1985 年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织）就开始规划 IPv4 的下一代协议。他们还建立了 IPng（下一代 IP），拉了一帮人，专门推进相关工作。

1994 年，各 IPng 的代表们于多伦多举办的 IETF 会议中，正式提议 IPv6 发展计划。该提议直到同年的 11 月 17 日才被认可，并于 1996 年 8 月 10 日成为 IETF 的草案标准。

1998 年 12 月，IPv6 被 IETF 正式推出，也就是互联网标准规范 RFC2460。

2003 年 1 月 22 日，IETF 发布了 IPv6 测试性网络，即 6bone 网络。

随着十多年的发展，IPv6 已经被很多通信网络和终端设备厂商支持，取得了长足的进步。

以我们用的最多的 windows 电脑操作系统来说，从 Windows 2000 开始，就已经支持 IPv6 了。到 Windows XP 时，进入了产品完备阶段。而 Windows Vista 及以后的版本，如 Win7、Win8、Win10 等，都已经完全支持 IPv6。

Win10 中的 IPv6 选项

2012 年 6 月 6 日，国际互联网协会专门举行了 “世界 IPv6 启动纪念日”。这一天，多家知名网站（如 Google、Facebook 和 Yahoo 等）正式开始永久性支持 IPv6 访问。

另外，IPv6 也不是一个新鲜事物。早在上个世纪 90 年代，它就已经诞生了。我相信，从事 IT 或通信相关工作的人，或多或少听说过它。

IPv6 的全称是 Internet Protocol version 6。其中，Internet Protocol 译为 “互联网协议”。所以，IPv6 就是 互联网协议第 6 版。

任何网络工作都是基于协议的。协议是网络进行运作的规则和标准。

我们现在所说的上网，就是上 “国际互联网（Internet）”。互联网是基于 TCP/IP 协议族的，而 IP 是这个协议族中的核心组成部分。

TCP/IP 模型对应的协议

IP 是网络层协议。它的主要任务，就是根据源主机和目的主机的地址，进行数据的传送。

大家一定经常听说 IP 地址。是的，IP 地址就是 IP 协议里面的概念。你要联网，就要有 IP 地址，就像你要寄信，就要有门牌地址一样。

小枣君的 IP 地址

那 IPv6 会带给我们什么？

首先，最重要的一点，就是前面所说的地址池扩容。

IPv4 的地址池是约 42.9 亿，IPv6 能达到多少呢？

数量如下 ——

340282366920938463463374607431768211456 个…

不用数了，数到后面脑子就会秀逗了…

简单说，是 2 的 128 次方。

这个数量，即使是给地球上每一颗沙子都分配一个 IP，也是妥妥够用的。

这个数量值是怎么得来的呢？还是它的地址位长决定的。

如果以二进制来写，IPv6 的地址是 128 位。不过，这样写显然不太方便（一行都写不下）。所以，通常用十六进制来写，也就缩短成 32 位。

32 位会分为 8 组，每组 4 位。

所以，下面这样的，就是一个标准的、合法的 IPv6 地址示例：

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

注意啦！IPv6 的地址是可以简写的！每项数字前导的 0 可以省略。

例如，下面这个地址：

2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13

加粗的 “0”，就可以省略，变成：

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

更进一步的，如果有一组或连续几组都是 0，那么可以简写成 “::”，也就是：

2001:DB8:2de::e13

是不是很神奇？

注意，一个 IPv6 地址，只能有一个 “::”。

为什么呢？很简单，你看下面这四个地址，如果缩写，会变成什么样？

2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade

2001:0000:0000:0000:25de:0000:0000:cade

2001:0000:0000:25de:0000:0000:0000:cade

2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

是的，都是 2001::25de::cade，冲突了。所以，这个地址是非法的，不允许存在的。

关于 IPv6 地址，还有很多技术细节，因为篇幅的原因，不再赘述。

除了地址数量之外，IPv6 还有很多优点，例如：

1、IPv6 使用更小的路由表。使得路由器转发数据包的速度更快。

2、IPv6 增加了增强的组播支持以及对流的控制，对多媒体应用很有利，对服务质量（QoS）控制也很有利。

3、IPv6 加入了对自动配置的支持。这是对 DHCP 协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

4、IPv6 具有更高的安全性。用户可以对网络层的数据进行加密并对 IP 报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。

5、IPv6 具有更好的扩容能力。如果新的技术或应用需要时，IPV6 允许协议进行扩充。

6、IPv6 具有更好的头部格式。IPV6 使用新的头部格式，就简化和加速了路由选择过程，提高了效率。

……

看不懂？没关系，总之大家记住，IPv6 的优点很多。

为什么 IPv6 没有迅速取代 v4？

既然 IPv6 优点这么多，为什么它问世已经 20 年了，还是没有完全替代 IPv4 呢？

这里面的水就很深了。。。说白了，主要还是和利益有关。

如果按照本世纪初专家们的预测，我们 IPv4 的地址早已枯竭几万次了。

但是，一直挺到现在，大家仍然还在用 IPv4，对老百姓来说，并没有因为地址不够而无法上网。

这是为什么呢？就是因为除了 IPv6 之外，我们还有一些技术，可以变相地缓解地址不足。

例如 NAT（Network Address Translation，网络地址转换）。

NAT 是什么意思？当我们在家里或公司上网时，你的电脑肯定有一个类似 192.168.0.1 的地址，这种地址属于私网地址，不属于公共的互联网地址。

私网和公网

每一个小的局域网，都会使用一个网段的私网地址，在与外界连接时，再变换成公网地址。这样一来，几十个或几百个电脑，都只需要一个公网地址。

甚至还可以私网套私网，NAT 套 NAT，一层一层套。这样一来，大大节约了公网 IP 地址数量。

类似于俄罗斯套娃

正因为如此，才让我们 “续命” 到了今天，不至于无法上网。

但是，NAT 这种方式也有很多缺点，虽然私网地址访问互联网地址方便，但互联网地址访问私网地址就困难了。很多服务，都会受到限制，你只能通过复杂的设置才能解决，也会影响网络的处理效率。

所以，就好像汽车一样，虽然大家可以共用（公交车），但仍然每个人还是希望能独立拥有。

岂可修

物以稀为贵，地址越稀缺，就越值钱。掌握地址的人，就越开心。

谁开心？运营商和 ISP（互联网服务提供商）。

他们就像是经销商，从上游（互联网域名与号码分配机构，ICANN）申请到 IP 地址，再卖给下游用户。稀缺没关系，反正，他一定能赚取更多的差价。

如果大家去找运营商或 ISP 买带宽，或者租赁云服务，带公共地址的，一定比不带公共地址的贵很多很多。

某云的 IP 地址产品

除了地址可以赚钱之外，如果升级支持 IPv6，对运营商和 ISP 来说，也意味着很大的资金投入。现在新设备基本都是支持的，但毕竟还是有一些老设备，如果在使用寿命到期之前就换，就是亏钱。

所以，运营商和 ISP 其实都不是很喜欢 IPv6。

至于设备商或手机电脑厂商，出于提前考虑，早已普遍支持了 IPv6，意见并不是很大，也决定不了什么。

IPv6 有相关的认证

我们国家早期的时候，曾经非常积极地推动过 IPv6 的普及。

后来，因为种种原因，我们国家放慢了 IPv6 的推进脚步，被美国等国家超越，IPv6 普及率沦落到全球排名三十以外。

现在，我们国家又重新开始大力推动 IPv6 的发展。

2017 年 11 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。

2018 年 5 月，工信部也发布了关于贯彻落实《推进 IPv6 规模部署行动计划》的通知，进一步提出明确的 IPv6 落地任务和指标要求。

之所以这么急迫地要求推进，很大一部分原因，在于推动通信基础设备的标准化建设，为 5G 打基础，为物联网打基础，为工业互联网打基础，为全面实现 “万物互联” 做好充分的准备。

尤其是行业互联网和工业互联网，现在进入高速发展阶段，地址需求非常大（根据预测，2025 年，物联网的连接数将超过 270 亿），迫切需要 IPv6。

如果几十亿人口还可以勉强用 IPv4 的话，物联网一旦上来，IPv4 肯定是 hold 不住的。

除此之外，IPv6 还涉及到国家的网络安全和网络主权。

大家都知道，我们上网需要用到 DNS（域名解析）。我们访问 baidu.com，需要把这个地址发到 DNS 服务器，服务器返回一个 IP 地址，我们才能访问百度的网站。

DNS 查询

在 IPv4 阶段，全球 DNS 根服务器，一共只有 13 台，1 台主的，12 台辅的。13 台里面，10 台在美国，另外 3 台在英国、瑞典和日本。

如果发生特殊情况，DNS 服务被对手切断，我们的互联网就将全面陷入半瘫痪状态。

到了 IPv6，情况就不一样了。

2017 年 11 月 28 日，由下一代互联网国家工程中心牵头发起的 “雪人计划”，已在全球完成 25 台 IPv6 DNS 根服务器架设，中国部署了其中的 4 台，由 1 台主根服务器和 3 台辅根服务器组成。

雪人计划

也就是说，在 IPv6 下，我们一定程度上拥有了 “网络安全感”，不再受制于人。

最后，再告诉大家一个小技巧 —— 究竟该如何知道自己现在的手机或电脑是不是支持 IPv6 呢？

很简单，打开 Ipv6-test.com 这个网站，就会显示你是不是支持了：

Supported，就是支持

其实大家也可以看到，当前大部分支持 IPv6 的网络环境中都是双栈环境，即同时支持 IPv4 和 IPv6。

当我们连接运营商 LTE 网络的时候，它一般会分配一个 IPv4 地址和一个 IPv6 地址。双栈环境下，用户自动选择使用 IPv6 或者 IPv4 协议去连接远端服务。如果服务端域名支持 IPv6，客户端则会优先使用 IPv6 协议去连接服务端；当服务端域名只支持 IPv4，客户端则会使用 IPv4 协议去连接服务端，完成请求。

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