IPv4 与 IPv6：有何差异？

IPv4是当前用于创建、分配和使用 IP 地址的协议。IPv4 是首个广泛使用的 IP 地址版本。这种互联网协议使用 32 位数字地址，这意味着它大约可以拥有 43 亿个唯一的 IP 地址。

然而，当 IPv4 在 40 年前创建时，工程师没有想到如今人们都会拥有至少几个联网设备。现在很明显，IPv4 无法为全球人口提供足够的 IP 地址。更糟的是，在 IPv4 的初期阶段，分配了数十亿个 IP 地址给大公司。尽管至今这些 IP 地址仍未被使用，但这些公司也拒绝将其归还给世界，而我们的 IP 地址正在逐渐耗尽。

优点

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  简单易记。
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  得到多数网站的支持。
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  可靠且经过测试的技术。

缺点

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  缺少新的 IPv4 地址和资源。
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  子网问题。

90 年代，一种名为 IPv6 的升级引入了 128 位 IP 地址。IPv6 提供了近 3.4 × 10 ^ 38 个唯一地址。这相当于 340 兆兆兆个 IP 地址（准确地说是 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456）。这远超过 IPv4 的 43 亿个唯一地址。

优点

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  IPv6 使用 128 位技术，可提供 340 个后接 36 个零位数（undecillion）的 IP 地址。
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  新设备支持的新前沿协议。
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  无子网问题。
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  其设计比 IPv4 更安全。

缺点

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  IPv6 更难配置，因此在实施过程中更可能留下漏洞和错误。
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  并非所有网站都支持。
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  非常长，很难记住。

尽管 IPv6 在规模上具有明显的优势，但出于几个原因，IPv6 尚未被完全采用。

• IPv6 与 IPv4 不兼容。如果网站运行在 IPv4 上，但您的设备和 ISP 仅使用较新的协议，您将无法访问该网站。若要访问该网站，您的设备也需要与 IPv4 兼容。如今，多数现代路由器和电子设备都支持 IPv6；然而，要实现全球无缝转换，所有设备、操作系统和 ISP 都需要升级其系统。为了避免任何服务中断，将不得不在一段时间同时运行这两种协议，这可能会带来高昂的成本。您可以在此处查看我们关于如何启用或禁用 IPv6 的文章。
• 对一般用户的好处并不明显。如果客户无法直接感受到新技术的直接影响，或认为这不具有太大的价值，公司便很难证明投资新技术的必要性。创建更多的 IP 地址是一个重要而具有远见的目标，但在真正用尽地址之前，不会影响日常用户。

IPv4 和 IPv6 协议之间的主要差异在于 IPv4 地址使用 32 位，而 IPv6 是一种 128 位协议。以下将介绍这两种协议之间的更多差异。

1. 标记法

IPv4 地址使用 32 位的点分十进制标记法。一个 IPv4 地址的例子是 localhost – 127.0.0.1。用二进制表示，这会被写成 01111111.0000000.00000000.000000001。

IPv6 地址使用 128 位，并采用冒号分隔的十六进制标记法。一个 IPv6 地址的例子是 2001:db8:3333:4444:5555:6666:7777:8888。作为一个 128 位的格式，用二进制表示会非常长，因此本文不便列出。

如前所述，较长的地址和十六进制标记法使得 IPv6 拥有远超过 IPv4 地址的数量。

2. IP 报头

在 IPv4 中，报头的长度可以是 20 到 60 个字节。除非在报头的末尾设置选项，否则报头通常被限制为 20 个字节。

在 IPv6 中，报头固定大小为 40 个字节。IPv6 允许扩展，而不使用 IPv4 的选项报头元素，这有助于通过更容易结合未来技术，而帮助协议在未来的验证。

IPv6 的报头越大意味着更大的开销。然而，由于内置元素，较大的报头提供了许多优点：

• 它不使用校验和，因此不需要在运输过程中进行处理。
• 它使用流标识来识别有效载荷，以提高服务处理的质量。
• IPv6 数据包在传输过程中不能被分割，从而提高了完整性。只有来源节点才能对数据包进行分段。

3. 地址类型

IPv4 提供广播、单播和多播地址。通过保留特定的 IP 地址并将其限制于一般使用之外，达到了这种差异化。IPv4 地址也可以用于任播（anycast），但在 IPv4 中不是定义的地址类型。

IPv6 提供单播（global、link-local、loopback、unspecified、unique local）、多播（well-known、transient、solicited-node）和任播地址。

注意：要让任播在 IPv6 中工作，需要告诉路由设备它正在共享一个任播地址。

4. 地址配置

这两种协议的地址配置有很大不同。

IPv4 的地址可以手动配置，也可以通过 DHCP（动态主机配置协议）来配置。

IPv6 支持手动配置、SLAC（无状态地址自动配置）和 DHCPv6（无状态/有状态）配置。在多数使用情况下，这使得 IPv6 配置和运行变得更加容易。

5. 本地地址

IPv4 使用 ARP（地址解析协议）将互联网 IPv4 地址连结到本地链接层地址，如 MAC 地址。

IPv6 使用 NDP（邻居发现协议）来互连本地设备，并将它们连接到本地网络的互联网网关。

以下是 IPv4 和 IPv6 技术之间的一些相似处：

• 两种 IP 地址都由二进制数字组成，用于识别连接到网络的机器。
• 两者都支持手动 IP 分配。
• 两种 IP 系统都有一个数据包报头，可以传输碎片数据包。
• 两者都具有广播和多播功能。
• 两者都支持 VLSM。

除了解决 IPv4 地址短缺的关键优点外，IPv6 还有一些关键优势，当它最终被采用时，用户将能享受这些优势：

1. 提高安全性

IPv6 的构建考虑到安全性。它提供了保密性、身份验证和数据完整性。互联网控制消息协议（ICMP）作为 IPv4 组件的一部分，可能携带恶意软件，因此常被企业防火墙封锁。另一方面，IPv6 的 ICMP 数据包可以使用 IPsec，使其变得更加安全。

2. 无地域限制

与 IPv4 地址不同，IPv6 地址对所有人开放，不会偏向世界任何一方。在创建之初，有 50% 的 IPv4 地址保留给美国。

3. 更高效路由的潜力

与 IPv4 的可变报头不同，IPv6 的报头较长，但它们是一致的。这可能意味着路由到这些地址的代码将变得更简单，也需要更少的硬件处理。在这种情况下，IPv6 将具有更好的服务质量和用户体验。

4. 端到端连接

工程师创建了网络地址转译（NAT）方法来帮助解决 IP 地址不足的问题。IPv6 将为所有设备创建足够的 IP 地址，这将使 NAT 不再必要。每个设备现在都可以连接到互联网，并直接与网站“通信”。

5. 自动配置

可以说，IPv6 最好的特性之一是前述的无状态自动配置。这允许设备在不需要服务器的情况下自行分配 IP 地址。相反地，IP 地址是使用设备的 MAC 地址生成的，每个手机、平板电脑或笔记本电脑的 MAC 地址都是唯一的。这使得连接到同一网络的设备更容易发现彼此。

IPv6 是否比 IPv4 更快？目前还没有明确的答案，在 IPv6 被广泛采用之前可能也不会有答案。尽管性能上的差异使 IPv4 略有优势，但差异非常小。Sucuri 测试了 22 个域名在 6 个不同地点的响应时间，发现 IPv6 比 IPv4 稍慢，但仅慢了几分之一秒。这在浏览互联网是无法察觉的。速度测试还表明，响应时间也可能受到地点的影响。

您可以同时使用 IPv4 和 IPv6。浏览器会检查网站是否支持 IPv6。如果不支持，则会通过 IPv4 发送请求。

虽然两者都有一些好处，但出于本文所述的原因，整个互联网将逐渐转向使用 IPv6。

您可能想知道 IPv6 与 VPN 有何关联。事实上，许多主要的 VPN 提供商实际上并不支持 IPv6，包括 NordVPN。然而，如果您使用 IPv4 地址，那么它应该与您的 VPN 完美兼容；您的数据在使用 IPv4 协议的加密隧道中传输时将受到保护。

事实上，多数 VPN 软件都在 IPv4 上运行。如果您尝试在仅支持 IPv4 的 VPN 上使用 IPv6，您的 IPv6 流量可能会通过默认网关和 ISP 重定向。您的 IPv6 流量将在安全 VPN 隧道之外传输。

目前，我们其中的解决方案包括禁用大部分 IPv6 流量，以确保用户流量的安全。然而，NordVPN 计划在未来支持 IPv6。