IP协议（互联网协议）是互联网协议群（IPS）中最重要的通信协议之一，其主要用于网络设备（如计算机、电脑、单个网络或一系列互连网络的以太网交换机）数据包的寻址和路由选择，并负责将其从一个网络转发到另一个网络。目前IP协议具备IPv4和IPv6两个版本，相信很多人对它俩并不熟知，更加不清楚IPv4和IPv6有什么区别。本文将对IPv4和IPv6进行详细介绍，便于您后期对网络设备的选择做出更加明智的决策。
IPv4是什么？
IPv4是互联网协议第四版，是计算机网络使用的数据报传输机制，此协议是第一个被广泛部署的IP协议。每一个连接Internet的设备（不管是交换机、PC还是其他设备），都会为其分配一个唯一的IP地址，如192.149.252.76，如下图所示，IPv4使用32位（4字节）地址，大约可以存储43亿个地址，但随着越来越多的用户接入到Internet，全球IPv4地址已于2019年11月已全数耗尽。这也是后续互联网工程任务组（IEIF）提出IPv6的原因之一。
IPv6是什么？
IPv6是由IEIF提出的互联网协议第六版，用来替代IPv4的下一代协议，它的提出不仅解决了网络地址资源匮乏问题，也解决了多种接入设备接入互联网的障碍。IPv6的地址长度为128位，可支持340多万亿个地址。如下图，3ffe:1900:fe21:4545:0000:0000:0000:0000，这是一个IPv6地址，IPv6地址通常分为8组，4个十六进制数为一组，每组之间用冒号分隔。
IPv4和IPv6有什么区别？
虽说IPv4和IPv6都是用来标识连接到Internet的设备的地址，两者在原理上相同，但其工作方式却不同，那么IPv4和IPv6有什么区别呢？您将从以下几个方面找到答案。
性能
与IPv4相比，IPv6将地址长度从32位增加到了128位，可支持更多的地址需求。更有行业人士表示，地球上每平方米都有10的26次方的IPv6地址，因此，IP地址在可预见的未来都将不会耗尽。而且，IPv6地址的编码采用了类似于CIDR的分层分级结构，简化了路由，加快了路由速度。
IP报头
IPv4根据提供的IP选项，有20~60个字节的可变长度；而IPv6拥有40个字节的固定长度，相对于IPv4而言报头简单。此外，IPv4报头可能附带各种选项，但，IPv6报头没有选项，而是添加了附加的扩展报头（可选，其中包含了逐跳扩展、路由、分段和目标等），极大地减少了分组处理和报头带宽的开销。
网络安全
对于IPv4而言，互联网安全协议（IPsec）是可选的，但不一定是免费的，有的需要付费支持；但对于IPv6来说，互联网安全协议是必选项。此外，像身份验证、数据一致性和保密性的内容也加入到了IPv6中。由此说明，IPv6相对于IPv4来说，更加安全。
应用领域
如下图所示，从2009年到2019年通过IPv6访问Google的用户数占比小，且IPv6在早期阶段增长速度缓慢，这是为什么呢？究竟是什么原因导致IPv6的部署没有IPv4广泛呢？首先，IPv4在IPv6前面被提出，优先抢占了市场先机，而IPv6的部署是一个长期、循序渐进的过程。其次，在IPv6部署的前期，由于IPv6不够成熟，导致存在较多的问题，如，与现有的基础设施不兼容，无法从IPv4过渡到IPv6等。
在大多数的实际应用中，IPv6与IPv4基本上是分开使用的，但其实现在可以利用隧道技术将IPv6与IPv4进行互通。在IPv6与IPv4网络间的隧道中，路由器可以将IPv6的数据分组封装入IPv4中，当封装成IPv4分组离开IPv4网络（也就是隧道出口处）时，再将IPv6分组取出转发给目的节点。需注意的是，两个隧道的目的节点都必须支持IPv4和IPv6协议。
IPv4和IPv6的区别如下：
| 差异 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址表示方式 | 8位一个字节，十进制表示值从0到255，共四段，中间用“.”分隔 | 16位一个双字节，用十进制表示值从0到65535，共八段，中间用“：”分隔 |
| 地址类型 | 单点广播地址、多点广播地址和广播地址 | 单点广播地址、多点广播地址和任意广播地址 |
| 地址掩码 | 用于主机部分指定网络 | 未使用 |
| 报头字段数 | 12 | 8 |
| 报头字节长度 | 20 | 40 |
| 报头校验 | 有 | 无 |
| 类别分配 | A到E类别分配 | 无类别分配 |
| 配置 | 必须分配IP地址和路由 | 配置可选，具体取决于所需的功能 |
| VLSM | 支持 | 不支持 |
| 片段 | 由发送方（主机或路由器）对其分段 | 在源节点分段，目标节点完成重新装配 |
| 路由信息协议（RIP） | 路由守护程序支持的路由协议 | 不支持RIP，使用的静态路由 |
| 网络配置 | 必须手动或通过DHCP配置 | 自动配置 |
| 简单网络管理协议（SNMP） | 用于系统管理的协议 | 同样支持IPv6 |
| 移动性和互操作性 | 受网络拓扑限制 capabilities. | 提供嵌入在网络设备中的互操作性和移动性功能 |
| 域名系统（DNS） | 逆向查找域为inaddr.arpa | 逆向查找的域为 ip6.arpa，如果找不到，则使用ip6.int |
| IP地址解析 | 使用广播ARP | 通过多播邻居请求 |
| 服务质量（QoS） | 允许TCP/IP应用程序请求信息报优先级和带宽 | 通过IBM i实现的QoS不支持IPv6 |
总结
经上述介绍可知，IPv6不仅扩大了地址空间，提供了数百万亿个地址，满足了可预见未来的互联网需求；而且还简化了网络配置，降低了成本；因此，全球的网络从IPv4过渡到IPv6是不可避免的。但，这并不意味着IPv4即将被取代。
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