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[摘 要] 目前互联网中广泛使用的IP地址协议IPv4面临着诸如地址匮乏等各种各样的问题，无法再采用“打补丁”的方式解决，迫切需要一种新协议的出现，IPv6协议应运而生。IPv6协议具有众多IPv4无法比拟的优势，虽然它仍需经历一段时间较长的发展与完善的历程，但其广泛应用是必然的。
[关键词] IPv4； IPv6； 地址空间； 发展； 研究
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 048
[中图分类号] TP393 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）16- 0077- 02
1 IPv4协议简介
建立计算机网络，首先需要建立一个全网地址系统，为每一台联网主机或路由器分配一个全网唯一的地址，来保证计算机之间的正常通信。这个地址系统就是通过IP协议来实现的。IP即Internet Protocol，它是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4，也就是IPv4协议，IPv4协议从1981年的第一阶段发展至今已经使用了30多年。
在IPv4协议中，IP地址是一个32位的二进制数。为了书写方便，用点分十进制数来表示。IPv4协议把IP地址分为了5类，分别为A、B、C、D、E类。其中广大计算机网络用户使用的是A、B、C类IP地址，D类和E类用于多播地址或实验来使用。
2 IPv4的不足和缺陷
随着互联网技术的飞速发展，越来越多的计算机用户要求接入计算机网络。然而，在建立计算机网络初期，设计者们设计的编址方案主要是针对大型机互联，并没有预见到个人计算机和网络会有如此之快的发展速度，因此，现行的IPv4协议渐渐暴露出了它的不足和缺陷，具体体现在以下几个方面。
2.1 地址空间濒临枯竭
IPv4定义的IP地址共有32位，原则上可以分配232 个地址，大约43亿个，除去D类和E类不能被用户使用的地址，可供分配的地址就更少了，目前，IPv4地址已经分配完毕。
2.2 地址分配贫富不均
举例来说，IPv4规定A类地址的网络号为8位，主机号为24位，一个A类地址可容纳的主机个数为224-2个，大约有1 600多万台主机，即使一个非常大的机构也不可能使用1 600多万台主机，存在严重的浪费问题。同理，B类地址的浪费问题也很严重。IP地址的有效利用率很低。
2.3 路由器工作效率低下
一个网络中分配的IP地址越多，路由表越大，路由器查询速度变慢，时间增长，效率降低，最终会不堪重负。
3 对IPv4有效使用的改进
针对IPv4的种种问题，研究者提出了几种解决方案。
3.1 划分子网
将IPv4的两层结构进一步划分为三层结构，通过几个单位共同使用一个A类或B类地址提高IPv4地址利用率。这种方法已普遍应用于IPv4协议中。
3.2 超网技术
超网技术也被称为无类域间路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）技术。技术核心是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域，从而减少路由表的大小，减轻路由器的负担，但实质上，使用超网技术并没有扩大IP地址空间。
3.3 网络地址转换NAT技术
网络地址转换NAT（Network Address Translation）技术是目前已经广泛应用的技术。其核心是为每一个单位分配一个或少量几个外用的IP地址，用于访问Internet。而在单位内部，给每一台主机分配的是不能够在Internet上直接使用的、内部独立分配的IP地址，这个内部IP地址符合IPv4协议标准，能够在单位内部计算机之间进行通信。但如果单位内部计算机想要访问Internet，必须通过运行网络地址转换NAT的主机或路由器，将内部IP地址转换成外用的IP地址去访问。这样，只给单位分配IP地址即可，个人主机并不分配真正的IP地址，极大地减少了IP地址的分配数量。NAT技术主要应用于内部网络和虚拟专用网络中，以及ISP（Internet Service Provider）提供的拨号服务上，ISP甚至不给用户分配静态的IP地址，只是随机分配给用户一个动态的IP地址，用完即释放。但是NAT技术增加了计算机网络的隐性成本，它只能算是解决IPv4地址缺乏问题的临时方案。
4 IPv6协议的推出及应用前景
通过以上内容的分析，要真正解决IPv4协议的不足和缺陷，不能仅仅只在IPv4协议的基础上修修补补，迫切需要一种新协议的出现，那么IPv6协议诞生了。
IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议。单从数量级上来说，IPv6采用128位地址长度，所拥有的地址容量达到2128个，比IPv4多了大约296个，几乎可以不受限制地提供IP地址。IPv6协议可分配的IP地址，达到了在地球的每平方米面积上1 000多个的密度。
IPv6协议有效地解决了IP地址短缺问题的同时，还在许多方面提出了改进。例如，支持自动配置，用户不再需要自己手动设置IP地址，地址自动设定。此外，在安全性、扩展性、服务质量、地址结构合理性方面都有了进一步的提高和完善。
虽然IPv6协议具有许多IPv4协议无法比拟的优点，但是从IPv4过渡到IPv6并不简单。主要体现在：
（1） IPv6并非完美的，不可能解决所有问题，只能在发展中不断完善，这需要时间和成本。
（2） 现有的软硬件基础设施对IPv6的支持还不充分，整体应用IPv6势必需要巨大的人力、财力投入，这是设备制造商、网络运营商、网络连接提供商等难以接受的，因为他们正从IPv4上获得稳定的收益，而构建IPv6网络的成本需要相当长的时间才能收回。
（3） IPv4升级到IPv6不仅仅涉及到技术问题和商业问题，还有政治问题。美国是互联网的发源地，长期在信息技术领域处于国际领先地位，拥有世界上74%的IP地址，地址空间紧张的压力感受并不强烈，不急于向IPv6过渡，因此美国对IPv6并不重视，这就影响了IPv6的快速发展。
虽然IPv6的广泛应用存在着各种各样的阻力，但是从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。我国以及亚太的一些国家，如韩国和日本等，已经走在了促进IPv6产业发展的前列。最近，美国的态度也在发生着改变，美国军方已经开始采用IPv6，美国国防部已经具体部署了IPv6的进度安排。
任何一个新协议从诞生到广泛应用都需要一个过程，经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互联网上占据统治地位。
主要参考文献
[1] 郎为明. 下一代网络技术原理与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2006.
[2] 谢希仁. 计算机网络教程[M]. 北京：人民邮电出版社，2002.
[3] 刘韵洁. 下一代网络[M]. 北京：人民邮电出版社，2005.
[关键词] IPv4； IPv6； 地址空间； 发展； 研究
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 048
[中图分类号] TP393 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2013）16- 0077- 02
1 IPv4协议简介
建立计算机网络，首先需要建立一个全网地址系统，为每一台联网主机或路由器分配一个全网唯一的地址，来保证计算机之间的正常通信。这个地址系统就是通过IP协议来实现的。IP即Internet Protocol，它是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4，也就是IPv4协议，IPv4协议从1981年的第一阶段发展至今已经使用了30多年。
在IPv4协议中，IP地址是一个32位的二进制数。为了书写方便，用点分十进制数来表示。IPv4协议把IP地址分为了5类，分别为A、B、C、D、E类。其中广大计算机网络用户使用的是A、B、C类IP地址，D类和E类用于多播地址或实验来使用。
2 IPv4的不足和缺陷
随着互联网技术的飞速发展，越来越多的计算机用户要求接入计算机网络。然而，在建立计算机网络初期，设计者们设计的编址方案主要是针对大型机互联，并没有预见到个人计算机和网络会有如此之快的发展速度，因此，现行的IPv4协议渐渐暴露出了它的不足和缺陷，具体体现在以下几个方面。
2.1 地址空间濒临枯竭
IPv4定义的IP地址共有32位，原则上可以分配232 个地址，大约43亿个，除去D类和E类不能被用户使用的地址，可供分配的地址就更少了，目前，IPv4地址已经分配完毕。
2.2 地址分配贫富不均
举例来说，IPv4规定A类地址的网络号为8位，主机号为24位，一个A类地址可容纳的主机个数为224-2个，大约有1 600多万台主机，即使一个非常大的机构也不可能使用1 600多万台主机，存在严重的浪费问题。同理，B类地址的浪费问题也很严重。IP地址的有效利用率很低。
2.3 路由器工作效率低下
一个网络中分配的IP地址越多，路由表越大，路由器查询速度变慢，时间增长，效率降低，最终会不堪重负。
3 对IPv4有效使用的改进
针对IPv4的种种问题，研究者提出了几种解决方案。
3.1 划分子网
将IPv4的两层结构进一步划分为三层结构，通过几个单位共同使用一个A类或B类地址提高IPv4地址利用率。这种方法已普遍应用于IPv4协议中。
3.2 超网技术
超网技术也被称为无类域间路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）技术。技术核心是将现有的IP地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域，从而减少路由表的大小，减轻路由器的负担，但实质上，使用超网技术并没有扩大IP地址空间。
3.3 网络地址转换NAT技术
网络地址转换NAT（Network Address Translation）技术是目前已经广泛应用的技术。其核心是为每一个单位分配一个或少量几个外用的IP地址，用于访问Internet。而在单位内部，给每一台主机分配的是不能够在Internet上直接使用的、内部独立分配的IP地址，这个内部IP地址符合IPv4协议标准，能够在单位内部计算机之间进行通信。但如果单位内部计算机想要访问Internet，必须通过运行网络地址转换NAT的主机或路由器，将内部IP地址转换成外用的IP地址去访问。这样，只给单位分配IP地址即可，个人主机并不分配真正的IP地址，极大地减少了IP地址的分配数量。NAT技术主要应用于内部网络和虚拟专用网络中，以及ISP（Internet Service Provider）提供的拨号服务上，ISP甚至不给用户分配静态的IP地址，只是随机分配给用户一个动态的IP地址，用完即释放。但是NAT技术增加了计算机网络的隐性成本，它只能算是解决IPv4地址缺乏问题的临时方案。
4 IPv6协议的推出及应用前景
通过以上内容的分析，要真正解决IPv4协议的不足和缺陷，不能仅仅只在IPv4协议的基础上修修补补，迫切需要一种新协议的出现，那么IPv6协议诞生了。
IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议。单从数量级上来说，IPv6采用128位地址长度，所拥有的地址容量达到2128个，比IPv4多了大约296个，几乎可以不受限制地提供IP地址。IPv6协议可分配的IP地址，达到了在地球的每平方米面积上1 000多个的密度。
IPv6协议有效地解决了IP地址短缺问题的同时，还在许多方面提出了改进。例如，支持自动配置，用户不再需要自己手动设置IP地址，地址自动设定。此外，在安全性、扩展性、服务质量、地址结构合理性方面都有了进一步的提高和完善。
虽然IPv6协议具有许多IPv4协议无法比拟的优点，但是从IPv4过渡到IPv6并不简单。主要体现在：
（1） IPv6并非完美的，不可能解决所有问题，只能在发展中不断完善，这需要时间和成本。
（2） 现有的软硬件基础设施对IPv6的支持还不充分，整体应用IPv6势必需要巨大的人力、财力投入，这是设备制造商、网络运营商、网络连接提供商等难以接受的，因为他们正从IPv4上获得稳定的收益，而构建IPv6网络的成本需要相当长的时间才能收回。
（3） IPv4升级到IPv6不仅仅涉及到技术问题和商业问题，还有政治问题。美国是互联网的发源地，长期在信息技术领域处于国际领先地位，拥有世界上74%的IP地址，地址空间紧张的压力感受并不强烈，不急于向IPv6过渡，因此美国对IPv6并不重视，这就影响了IPv6的快速发展。
虽然IPv6的广泛应用存在着各种各样的阻力，但是从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。我国以及亚太的一些国家，如韩国和日本等，已经走在了促进IPv6产业发展的前列。最近，美国的态度也在发生着改变，美国军方已经开始采用IPv6，美国国防部已经具体部署了IPv6的进度安排。
任何一个新协议从诞生到广泛应用都需要一个过程，经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期，IPv6最终会完全取代IPv4在互联网上占据统治地位。
主要参考文献
[1] 郎为明. 下一代网络技术原理与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2006.
[2] 谢希仁. 计算机网络教程[M]. 北京：人民邮电出版社，2002.
[3] 刘韵洁. 下一代网络[M]. 北京：人民邮电出版社，2005.