什么是IPv4和IPv6

​ IPv4和IPv6通过将它们分为前后两个部分能够更容易理解。前面的“IP”表示互联网协议，而后面的“v4”和“v6”则代表第4版和第6版。它们都是用于在互联网上传输数据的两种不同版本的网络协议。这些协议规定了互联网中数据包的传输和路由方式。

​ IPv4（Internet Protocol version 4）：

  1. 地址格式：IPv4地址由32位二进制数字组成，通常以点分十进制（例如192.168.1.1）表示，被分成四个8位字段。

  2. 地址数量有限：因为IPv4地址只有32位，理论上最多可用约42亿个地址。然而，随着互联网的迅速扩展，这个数量已经无法满足所有设备的需求。

  3. 地址短缺：由于IPv4地址数量有限，导致了IP地址短缺问题。IPv4地址资源分配不均，很多地址已经被使用。

  4. NAT技术：为了应对IPv4地址短缺问题，引入了网络地址转换（NAT）技术，允许多个设备共享同一个公共IPv4地址。

  5. 头部结构：IPv4数据包的头部包含多个字段，包括源IP地址、目标IP地址、协议类型等。

​ IPv6（Internet Protocol version 6）：

  1. 地址格式：IPv6地址由128位二进制数字组成，通常以冒号分隔的8组16进制数字表示（例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）。

  2. 地址数量巨大：IPv6的地址空间非常巨大，理论上可以支持约340十万亿亿亿（3.4×10^38）个地址。这个数量相当于IPv4地址数量的多个数量级。可以为世界上每一粒沙子分配一个IP地址

  3. 地址分配：IPv6地址分配更加灵活，消除了地址短缺问题，为每个设备提供了全球唯一的地址。

  4. 无需NAT：由于IPv6地址空间的丰富性，不再需要使用NAT技术，每个设备都可以拥有自己的公共IPv6地址。

  5. 头部结构：相对于IPv4，IPv6的头部结构更为简化，提高了数据传输的效率。

​ IPv4和IPv6都是用于在互联网上传输数据的协议，但IPv6在地址空间、地址分配、消除NAT等方面带来了重要的改进。IPv6的广泛应用有助于解决IPv4地址短缺问题，并为未来的互联网连接提供了更大的可扩展性。

为什么有了IPv4还需要IPv6

​ 尽管IPv4在互联网发展的初期发挥了重要作用，但随着互联网连接设备数量的迅猛增长，IPv4的局限性逐渐显现出来。以下是一些原因解释为什么有了IPv4后还需要引入IPv6：

  1. 地址枯竭问题：IPv4的地址空间有限，仅有约42亿个地址。随着移动设备、物联网设备和新兴技术的普及，这个数量迅速耗尽，导致IP地址短缺问题。

  2. 全球唯一性：IPv4地址的有限性导致地址分配的不均匀，甚至在一些地区出现了地址浪费。IPv6引入了全球唯一的地址，每个设备都能够拥有一个独特的全球地址。

  3. 网络扩展性：IPv6的地址空间极其庞大，这使得未来能够连接更多的设备，包括智能家居、工业设备、车辆等，而不会出现地址不足的问题。

  4. 消除NAT：IPv4时代为了缓解地址短缺问题而引入的NAT技术，会导致一些连接问题、安全性问题和应用限制。IPv6不需要NAT，更加便于设备之间的直接通信。

  5. 未来可扩展性：随着技术的不断发展，互联网的应用领域将继续扩展。IPv6的大规模部署将为未来的创新和数字化转型提供基础。

既然IPv6优势明显，为何现在还保留IPv4呢？

​ 那么，既然IPv6提供了如此巨大的地址空间和更为灵活的分配方式，为什么还要保留IPv4呢？实际上，IPv4和IPv6在互联网的过渡中都发挥着重要作用。尽管IPv6带来了许多优势，但IPv4在过去几十年中已经被广泛使用，很多现有的网络和设备都基于IPv4运行。为了实现平稳的过渡，许多过渡机制被开发出来，以便IPv4和IPv6网络之间能够进行通信。双栈技术允许设备同时支持IPv4和IPv6，隧道技术将IPv6数据包封装在IPv4数据包中传输，NAT64/DNS64技术实现IPv4和IPv6地址的转换。