隨著物聯網 (IoT) 繼續呈指數級增長，每天都有更多的設備在線連接。人們一直擔心，在某些時候，地址會用完。這個猜想開始應驗了。沒有恐懼;?互聯網并沒有走到盡頭。IPv4地址減少的問題有一個解決方案。我們將提供有關如何創建更多地址的信息，并概述通過采用 IPv6 來跟上 IoT 發展需要解決的主要問題。我們還研究了Internet 協議版本 6 (IPv6) 與 Internet 協議 4 (IPv4)?如何在 Internet 的未來和發展中發揮重要作用，以及新版本的 IP 如何優于舊的 IPv4。
IP 地址的工作原理
IP 代表“Internet 協議”，指的是一組管理數據包如何通過 Internet 傳輸的規則。
在線信息或流量使用唯一地址跨網絡流動。每臺連接到 Internet 或計算機網絡的設備都會獲得一個分配給它的數字標簽，一個用于將其標識為通信目的地的 IP 地址。
您的 IP 在特定網絡上識別您的設備。它是一種技術格式的 ID，用于將 IP 與 TCP（傳輸控制協議）相結合并啟用源和目標之間的虛擬連接的網絡。如果沒有?唯一的 IP 地址，您的設備將無法嘗試通信。
IP 地址標準化了不同機器相互交互的方式。他們交換數據包，這些數據包是指封裝的數據位，在加載網頁、電子郵件、即時消息和其他涉及數據傳輸的應用程序中起著至關重要的作用。
幾個組件允許流量通過 Internet 流動。在源點，當流量開始時，數據被打包到一個信封中。這個過程被稱為“數據報”。它是一個數據包，是 Internet 協議或 IP 的一部分。
在 Internet 上傳輸數據需要完整的網絡堆棧。IP 只是該堆棧的一部分。堆棧可以分為四層，頂部是應用程序組件，底部是數據鏈路。
堆：
- 應用程序——HTTP、FTP、POP3、SMTP
- 傳輸 – TCP、UDP
- 網絡——IP、ICMP
- 數據鏈路 – 以太網、ARP
作為 Internet 的用戶，您可能對應用層非常熟悉。它是您每天與之互動的一個。任何時候你想訪問一個網站；您輸入 http://[網址]，即應用程序。
您正在使用電子郵件應用程序嗎？那時，您可能已經在該應用程序中設置了一個電子郵件帳戶，并且可能在配置過程中遇到了 POP3 或 SMTP。POP3 代表郵局協議 3，是接收電子郵件的標準方法。它會為您收集并保留電子郵件，直到您收到為止。
從上面的堆棧中，您可以看到 IP 是網絡層的一部分。IP 早在?1982 年就作為 ARPANET 的一部分出現了。IPv1 到 IPv3 是實驗版本。IPv4 是全球第一個公開使用的 IP 版本。
IPv4 解釋
IPv4 或 Internet 協議版本 4 是在多種網絡上的數據通信中廣泛使用的協議。它是 Internet 協議的第四次修訂。它是作為一種無連接協議開發的，用于以太網等分組交換層網絡。它的主要職責是提供網絡設備之間的邏輯連接，包括為每個設備提供標識。
IPv4 基于盡力而為模型，既不保證交付也不保證避免重復交付，并被上層傳輸協議（如傳輸控制協議 (TCP)）采用。IPv4 非常靈活，可以根據網絡類型自動或手動配置一系列不同的設備。
IPv4 背后的技術
IPv4 在 Internet 工程任務組 (IETF) 的出版物?RFC 791中指定和定義，用于 OSI 模型中的分組交換鏈路層。它總共使用五類 32 位地址進行以太網通信：A、B、C、D 和 E。其中，A、B 和 C 類具有不同的位長用于處理網絡主機，而 Class D 用于多播。剩余的 E 類保留供將來使用。
A 類子網掩碼 – 255.0.0.0 或 /8
B 類子網掩碼 – 255.255.0.0 或 /16
C 類子網掩碼 – 255.255.255.0 或 /24
示例：具有 /16 子網掩碼的網絡 192.168.0.0 可以使用范圍從 192.168.0.0 到 192.168.255.255 的地址。需要注意的是，地址 192.168.255.255 僅保留用于在用戶內部廣播。在這里，IPv4 最多可以為 232 個最終用戶分配主機地址。
IP 地址遵循標準的十進制表示法格式：
171.30.2.5
上面的數字是唯一的 32 位邏輯地址。這種設置意味著最多可以有 43 億個唯一地址。四組數字中的每一組都是 8 位。每 8 位稱為一個八位字節。每個數字的范圍為 0 到 255。在 0 時，所有位都設置為 0。在 255 時，所有位都設置為 1。上述 IP 地址的二進制形式為 10101011.00011110.00000010.00000101。
即使有 43 億個可能的地址，這也不足以容納所有當前連接的設備。設備類型遠不止臺式機。現在有智能手機、熱點、物聯網、智能揚聲器、相機等。隨著技術的進步，這個列表不斷增加，設備的數量也在增加。
IPv4 的未來
IPv4 地址最終將用盡，使 IPv6 部署成為互聯網長期增長的唯一可行解決方案。一世
2019 年 10 月，?負責為 80 多個國家的互聯網服務提供商 (ISP) 分配 IP 地址的五個區域互聯網注冊機構之一的RIPE NCC宣布僅剩下一百萬個 IPv4 地址。由于這些限制，IPv6 已作為標準化解決方案引入，提供 128 位地址長度，最多可定義 2128 個節點。
恢復的地址將僅通過等待列表分配。這意味著每年只能分配幾十萬個地址，這不足以覆蓋當今全球網絡所需的數百萬個地址。結果是網絡工具將被迫依賴昂貴且復雜的解決方案來解決可用地址較少的問題。零地址倒計時意味著全球企業必須盤點IP資源，尋找臨時解決方案，并為IPv6部署做好準備，以克服不可避免的中斷。
在此期間，過渡到 IPv6 部署的一種流行解決方案是運營商級網絡地址轉換 (CGNAT)。該技術允許延長使用 IPv4 地址。它通過允許將單個 IP 地址分布在數千臺設備上來實現這一點。由于 CGNAT 無法無限擴展，因此它只能填補這個漏洞。每個添加的設備都會在 NAT 上創建另一個層，這會增加其工作量和復雜性，從而增加 CGNAT 失敗的機會。發生這種情況時，數以千計的用戶會受到影響，并且無法快速恢復在線。
一種更常用的解決方法是 IPv4 地址交易。這是一個買賣不再需要或不再使用的 IPv4 地址的市場。這是一個冒險的游戲，因為價格是由供需決定的，而且維持現狀可能成為一個復雜而昂貴的過程。
IPv4 的稀缺性仍然是網絡運營商的一大擔憂。互聯網不會崩潰，但它正處于一個崩潰點，因為網絡只會發現越來越難以擴展基礎設施以實現增長。IPv4 耗盡可以追溯到 2012 年，當時互聯網號碼分配機構 (IANA) 將最后的 IPv4 地址分配給了 RIPE NCC。技術社區已經計劃了期待已久的耗盡，這就是 IPv6 的用武之地。
IPv6 有何不同？
Internet 協議版本 6 或 IPv6 是 Internet 協議的最新版本，用于通過各種網絡將數據包中的數據從一個源傳送到目的地。IPv6 被認為是舊 IPv4 協議的增強版本，因為它支持的節點數量比后者多得多。
IPv6 允許多達 2128 個可能的節點或地址組合。它也被稱為下一代互聯網協議或 IPng。它最初以十六進制格式開發，包含八個八位字節以提供更大的可擴展性。2012 年 6 月 6 日發布，它也被設計用于處理地址廣播，不包括任何類中的廣播地址，與其前身相同。
比較 IPv4 和 IPv6 之間的差異
現在您已經詳細了解了 IPv4 和 IPv6，我們可以用一個表格總結這兩種協議之間的區別。每個都有其缺陷和好處。
| 差異點 | IPV4 | IPV6 |
| 與移動設備的兼容性 | 解決了使用點十進制表示法的問題，這使得它不太適合移動網絡。 | 地址使用十六進制冒號分隔符號，這使其更適合處理移動網絡。 |
| 映射 | 地址解析協議用于映射到 MAC 地址。 | 鄰居發現協議用于映射到 MAC 地址。 |
| 動態主機配置服務器 | 連接到網絡時，客戶端需要接近動態主機配置服務器。 | 客戶被給予永久地址，并且不需要聯系任何特定的服務器。 |
| 互聯網協議安全 | 它是可選的。 | 這是強制性的。 |
| 可選字段 | 展示 | 缺席的。可以改為使用擴展標頭。 |
| 本地子網組管理 | 使用 Internet 組管理協議或 GMP。 | 使用多播偵聽器發現或 MLD。 |
| IP 到 MAC 解析 | 用于廣播 ARP。 | 用于多播鄰居請求。 |
| 地址配置 | 它是手動或通過 DHCP 完成的。 | 它使用 Internet 控制消息協議或 DHCP6 使用無狀態地址自動配置。 |
| DNS 記錄 | 記錄在地址 (A) 中。 | 記錄在地址 (AAAA) 中。 |
| 包頭 | 未識別用于 QoS 處理的數據包流。這包括校驗和選項。 | 流標簽字段指定 QoS 處理的數據包流。 |
| 數據包分片??????????? | 發送到主機時，路由器允許數據包分段。 | 僅用于發送給主機。 |
| 包大小 | 最小數據包大小為 576 字節。 | 最小數據包大小 1208 字節。 |
| 安全 | 它主要取決于應用程序。 | 有自己的稱為 IPSec 的安全協議。 |
| 移動性和互操作性 | 網絡拓撲相對受限，限制了移動性和互操作性。 | IPv6 提供嵌入在網絡設備中的移動性和互操作性能力 |
| SNMP | 包括支持。 | 不支持。 |
| 地址掩碼 | 它用于主機部分的指定網絡。 | 未使用 |
| 地址功能 | 使用網絡地址轉換，它允許單個 NAT 地址屏蔽數千個不可路由的地址。 | 由于地址空間巨大，直接尋址是可能的。 |
| 配置網絡 | 網絡可以手動或使用 DHCP 進行配置。 | 它具有自動配置功能。 |
| 路由信息協議 | 支持RIP路由協議。 | IPv6 不支持 RIP 路由協議。 |
| 碎片化 | 它是通過轉發和發送路由來完成的。 | 它僅由發件人完成。 |
| 虛擬長度子網掩碼支持 | 添加了支持。 | 未添加支持。 |
| 配置 | 要與其他系統通信，必須首先配置新安裝的系統。 | 配置是可選的。 |
| 班級數 | 五個不同的類別，從 A 到 E。 | 它允許存儲無限數量的 IP 地址。 |
| 地址類型 | 組播、廣播和單播 | 任播、單播和組播 |
| 校驗和字段 | 有校驗和字段，例如：12.243.233.165 | 不存在 |
| 報頭長度 | 20 | 40 |
| 標題字段數 | 12 | 8 |
| 地址法 | 它是一個數字地址。 | 它是一個字母數字地址。 |
| 地址大小 | 32 位 IP 地址 | 128 位 IP 地址 |
使用 IPv6 的優缺點
IPv6 地址具有 IPv4 中存在的所有技術缺陷。不同之處在于它提供了一個 128 位或 16 字節的地址，使得地址池約為 340 萬億萬億（十億分之一）。
它比 IPv4 提供的地址大小要大得多，因為它由八組 16 位長的字符組成。龐大的規模突顯了為什么網絡應該盡早采用 IPv6。然而，到目前為止，采取行動是一個艱難的銷售過程。網絡運營商發現使用 IPv4 很熟悉，并且可能正在使用“觀望”的方法來決定如何處理他們的 IP 情況。他們可能認為在不久的將來他們有足夠的 IPv4 地址。但堅持使用 IPv4 將變得越來越難。
IPv6 優于 IPv4 的一個示例是不必共享 IP 并為您的設備獲取專用地址。使用 IPv4 意味著想要共享單個公共 IP 的一組計算機將需要使用 NAT。然后，要直接訪問其中一臺計算機，您將需要設置復雜的配置，例如端口轉發和防火墻更改。與有大量地址可供使用的 IPv6 相比，IPv6 計算機無需額外配置即可公開訪問，從而節省資源。
IPv6 采用的未來
IPv6 的未來采用在很大程度上取決于 ISP 和移動運營商的數量，以及愿意遷移的大型企業、云提供商和數據中心，以及他們將如何遷移數據。IPv4 和 IPv6 可以在并行網絡上共存。因此，對于 ISP 等實體來說，沒有顯著的激勵措施來大力追求 IPv6 選項而不是 IPv4，尤其是因為升級需要大量的時間和金錢。
盡管價格不菲，但數字世界正在慢慢地從舊的 IPv4 模式轉向更高效的 IPv6。本文中概述的 IPv6 提供的長期利益值得投資。
采用仍有很長的路要走，但只有它才能為大規模網絡配置提供新的可能性。它既高效又創新，別忘了它減少了對日益具有挑戰性和昂貴的 IPv4 市場的依賴。
不為此舉做好準備是短視的，對網絡來說是有風險的。智能企業現在正在接受 IPv6 的效率、創新和靈活性。為互聯網指數級增長和下一代技術的上線做好準備并增強您的業務。
