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IPv4耗盡已成事實,IPv6的未來已來!

更新時間:2019年12月03日16時14分 來源:傳智播客 瀏覽次數:

IP協議是互聯網中網絡層所使用的協議,我們應用最多是IPv4(互聯網協議版本4),自20世紀80年代初以來,IPv4就始終伴隨著互聯網的迅猛發展而發展。到目前為止,IPv4運行良好、穩定,但是IPv4協議設計之初是為千萬級計算機組網設計的,隨之著互聯網的發展我們發現IPv4已經不足以支撐現今的發展規模。

IPv4已耗盡

實踐證明IPv4是一個非常成功的協議,它經受住了Internet從最初數目很少的計算機發展到目前上億計算機互聯的考驗。但是IPv4也不是十全十美的,目前已經暴露出以下問題:

一、IP地址枯竭

在IPv4中,32位的地址結構提供了大約43億個地址,其中有12%的D類和E類地址不能作為全球唯一單播地址被分配使用,還有2%是不能使用的特殊地址。

截至到2007年4月,整個IPv4地址空間還剩余18%沒有被IANA所分配;到2009年11月,只剩余6%沒有被分配;2012年頂級IPv4地址耗盡;2019年11月25日歐洲網絡信息中心從可用池進行最后的/22 IPv4分配,表示區域性IPv4地址庫存也已耗盡,全球所有約43億個IP地址都已分配完畢,意味著沒有更多的IPv4可分配給互聯網服務提供商和其他大型網絡基礎設施提供商。

二、Internet骨干路由器路由表容量壓力過大

在Internet發展初期,IPv4地址結構被設計成一種扁平的結構,人們沒有考慮到地址規劃的層次結構性,以及地址塊的可聚合性,使得Internet骨干路由器不得不維護非常大的BGP路由表,在CIDR技術出現之后,IPv4網絡號規劃與分配才有了一定的層次結構性,但是CIDR不能解決歷史遺留的問題,截至到2009年11月,Internet骨干路由器上的BGP路由表條目已超過30多萬條,給骨干路由器造成了非常大的壓力。

三、NAT技術破壞了端到端應用模型

由于IPv4地址緊缺,NAT技術得到的普遍的應用,NAT通過建立大量私有地址對小量公網地址的映射,從而能使使用了私有地址的用戶訪問Internet,但是NAT存在以下問題:

1、NAT破壞了IP的端到端模型

2、NAT會影響網絡的性能

3、NAT阻止了端到端的網絡安全

四、地址配置與使用不夠簡便

通過IPv4技術訪問Internet時,必須首先給PC或終端的網絡接口卡手動配置IP地址,或者使用有狀態的自動配置技術,如DHCP來獲取地址。手動配置IP地址要求使用者懂得一定的計算機網絡知識,隨著越來越多的計算機和設備需要經常移動、連接不同網絡,用戶配置IP地址的工作量和難度增加了。在使用DHCP配置時,會增加對DHCP服務器管理的額外任務。

五、IP協議本身的安全性不足

用戶在訪問Internet資源時,很多私人信息是需要受到保護的,如收發E-mail或者訪問網上銀行等。IPv4協議本身并沒有提供這種安全技術,需要使用額外的安全技術如IPSec、SSL等來提供這種保障。

六、Qos功能難以滿足現實需求

大量業務在使用網絡時,對網絡在時延、抖動、帶寬、差錯率等方面提供一定的服務質量保障。IPv4協議在設計時已經考慮到了對數據流提供一定的服務質量,但是由于IPv4本身的一些缺陷,如IPv4地址層次結構不合理、路由不易聚合、路由選擇效率不高、IPv4報頭不固定等,使用節點難以通過硬件來實現數據流識別,從而使得IPv4無法提供很好的服務質量。

IPv4與IPv6


IPv6正崛起

IPv4的局限性使人們認識到,需要設計一個新的協議來替代目前的IPv4,并且這個協議不是僅僅加大了地址空間而已,早在20世紀90年代初期,互聯網工程任務組IETF就進行了征求新IP協議的呼吁,并公布了以下新協議需要實現的主要目標:

1、支持幾乎無限大的地址空間

2、減少路由表的大小,使路由器能更快地處理數據報文

3、提供更好的安全性,實現IP級的安全

4、支持多種服務類型,并支持組播

5、支持自動地址配置,允許主機不更改地址實現異地漫游

6、允許新、舊協議共存一段時間

7、協議必須支持可移動主機和網絡

IETF提出了IPng的設計原則以后,出現許多針對IPng的提案,其中包括一種稱為SIPP(Simple IP Plus)的提案,SIPP去掉了IPv4報頭中一些字段,使報頭變小,并且采用64位地址,與IPv4將選項作為IP頭的基本組成部分不同,SIPP把IP選項與報頭進行了隔離,選項被放在報頭后的數據報文中,且處于傳輸層協議頭之前。使用這種方法后,路由器只有在必要的時候才對選項進行處理,這樣就提高了對所有數據進行處理的能力。

1994年7月,IETF決定以SIPP作用IPng的基礎,同時把地址數由64位增加到128位,新的IP協議稱為IPv6(Internet Protocol Version 6 互聯網協議版本6)?!就扑]了解傳智播客linux云計算+運維開發課程

IPv6新特性



一、巨大的地址空間

IPv6有128位長度,意味著可以提供3.4 x 10 ^38個地址,有一種夸張的說法:地球上每一粒沙子都可以獲取一個IPv6地址,雖然說法有些夸張,但是IPv6地址確實數量龐大。

二、數據報文處理效率提高

IPv6協議報文頭部使用新的格式,盡管IPv6的數據報頭更大,但是其格式比IPv4要更簡潔,在路由時,不需要路由器去處理一堆不必要信息。

三、良好的擴展性

因為IPv6基本報頭之后添加了擴展報頭,IPv6可以很方便地實現功能擴展。

四、路由選擇效率提高

考慮到IPv4全球單播地址扁平結構給路由器帶來的路由表容量壓力問題,IPv6充足的選址空間與網絡前綴使大量的連續的地址塊可以用來分配給互聯網服務提供商和其他組織。這使ISP或企業組織能夠將其所有客戶的網絡前綴并入一個單獨前綴,并將此前綴通告到IPv6互聯網。在IPv6地址空間內,多層地址劃分體系的實施提高了路由選擇的效率與可擴展性,縮小了Internet路由器必須儲存與維護的路由表的大小。

五、支持自動配置與即插即用

隨著移動業務的發展,越來越多的設備需要接入互聯網,即插即用和地址重新編址的需求變得越來越重要。

在IPv6中,主機支持IPv6地址的無狀態自動配置,這種自動配置機制是IPv6內置的基本功能,IPv6節點可以根據本地鏈路上相鄰的IPv6路由器發布的網絡信息,自動配置IPv6地址和默認路由。這種方式不需要人工干預,不需要架設DHCP服務器,簡單易行,使得IPv6節點的遷移及IPv6地址的增加和更改更加容易,并且顯著降低了網絡維護成本。

六、更好的服務質量

IPv6設計的一個目的就是為那些對傳輸時延和抖動有嚴格要求的實時網絡業務提供良好的服務質量保證。IPv6報頭相對簡化,報頭長度固定,這些改進有利于提高網絡設備的處理效率。

七、內置的安全機制

IPv4通過疊加IPSec等安全協議的解決方案來實現安全,而IPv6將IPSec協議作為其自身的完整組成部分,從而使IPv6具有內在的安全機制。

八、全新的鄰居發現協議

IPv6中的ND(Neighbor Discovery,鄰居發現)協議包含了一系列機制,用來管理相鄰節點的交互。ND協議使用全新的報文結構及報文交互流程,實現并優化了IPv4中的地址解析、ICMP路由器發現、ICMP重定向等功能,同時還提供了無狀態地址自動配置功能。

九、增強對移動IP的支持

在IETF定義的移動IP中,移動設備不必脫離其現有連接即可自動移動,這是一種日益重要的網絡功能。

IPv6在中國

2017年11月26日,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《推進互聯網協議第六版(IPv6)規模部署行動計劃》。

2018年6月,國內三大網絡運營商聯合阿里云宣布,將全面對外提供IPv6服務,并計劃在2025年前助推中國互聯網真正實現。

2019年4月16日,工業和信息化部發布《關于開展2019年IPv6網絡就緒專項行動的通知》,計劃于2019年末完成13個互聯網骨干直聯點IPv6的改造。

以上我們介紹了在IPv4耗盡的現狀,及IPv6崛起的事實,歡迎大家補充及提出您的見解,如需要預約IPv6相關課程,傳智播客。



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