问题描述

20 世纪 80 年代，IETF 发布 RFC791，即 IPv4 协议，标志 IPv4 正式标准化。在此后几十年间，IPv4 协议成为最主流的协议之一。无数人在 IPv4 的基础上开发出了各种应用，并且对这个协议做了各种补充和增强，支撑起了今天繁荣的互联网。IP网络的发展是由业务和应用驱动的，IP协议要求每个网络终端都具有唯一的可寻址的IP地址。

然而，随着互联网的规模越来越大，以及 5G、物联网等新兴技术的发展，IPv4 面临的挑战越来越多。在 2011 年，全球 IPv4 地址已经被 IANA 分配完毕。2011 年 2 月 3 日，IANA 宣布将其最后的 468w 个 IPv4 地址平均分配到全球 5 个 RIR（最后的5个A类IPv4地址段一次性地分配完毕），而后 IANA 再没有可分配的 IPv4 地址，以后获取可用的IPv4地址将非常困难，但是接入公网的用户和设备越来越多；

实践证明 IPv4 是一个非常成功的协议，它本身也经受住了 Internet 从少量计算机组网发展到目前上亿台计算机互联的考验。但该协议是几十年前基于当时的网络规模而设计的。在今天看来，IPv4 的设计者们对于 Internet 的估计和预想显得很不充分。随着 Internet 的扩张和新应用的不断推出，IPv4 越来越显示出它的局限性；

互联网规模的快速扩张是当时完全没有预料到的，特别是近十年来，更是爆炸式增长，已经走进了千家万户，人们的日常生活已经离不开它。但正因为发展太快，IP 地址空间耗尽的问题迫在眉睫；

20 世纪 90 年代，IETF 推出很多技术来推迟 IPv4 地址耗尽发生的时间点，诸如 NAT 与 CIDR 等等。但是，这些过渡方案只能缓解 IPv4 地址不足产生的问题（诸如 缓解地址枯竭的速度 等等），并不能从根本上解决问题。

解决方案

部署 IPv6 是解决 IPv4 地址不足的最终方案。

IPv6（Internet Protocol Version 6）是网络层协议的第二代标准协议，也被称为 IPng（IP Next Generation）。它是 IETF 设计的一套规范，是 IPv4（Internet Protocol Version 4）的升级版本；

IPv4 地址枯竭的问题日益严重，这是当前 IPv6 替代 IPv4 的最大动力，IPv6 取代 IPv4 势在必行：
1）全球 IPv6 部署率显著增长；
2）主流软件、服务 IPv6 支持度提高；
3）全球 IPv6 用户数量猛增；
4）全球网络及域名系统 IPv6 部署情况；

原理简述

为解决 IPv4 地址短缺问题，IPv6 采用 128-bit 地址，海量的地址空间，满足物联网等新兴业务、有利于业务演进及扩展；

此外还重新设计协议，以解决 IPv4 协议的其他问题；

特性特征

在 IPv6 中，这些问题得到很好解决：

1）巨大地址空间：IPv6和IPv4之间最显著的区别就是IP地址长度从原来的32位升级为128位。拥有海量的地址空间，满足物联网等新兴业务、有利于业务演进及扩展；

2）层次化地址结构：相较于 IPv4 地址，IPv6 地址的分配更加规范，利于路由聚合（缩减 IPv6 路由表规模）、路由快速查询；

3）即插即用：IPv6 支持 SLAAC（无状态地址自动配置，利用 IPv6 特性；DHCP 为有状态），终端接入更简单；

4）简化报文头部：简化报文头，提高效率；通过扩展报头支持新应用，利于路由器等网络设备的转发处理，降低投资成本；

5）安全特性：IPsec、真实源地址认证等保证端到端安全；避免 NAT 破坏端到端通信的完整性；
IPsec 最初是为 IPv6 设计的，所以基于 IPv6 的各种协议报文（路由协议、邻居发现等），都可以端到端地加密，当然该功能目前应用并不多。而 IPv6 的数据面报文安全性，跟 IPv4+IPsec 的能力，基本相同；

6）移动性：对移动网络实时通信有较大改进，整个移动网络性能有比较大的提升；

7）增强 QoS 特性：额外定义 Flow Label（流标签）字段，为应用程序者终端所用，针对特殊的服务和数据流，分配特定的资源；

灵活的扩展头

增强的邻居发现机制

易于部署。

能够兼容当前的各种应用。

方便用户的平滑过渡。

应用场景

新网络环境，IPv6 Networking