IPv6学习笔记

在主动去了解IPv6的相关知识之前，我有着如下的疑问

IPv6是什么？
它和IPv4有什么异同？
IPv6能为我们带来什么好处？
为什么IPv6没有流行起来？

带着这些疑问让开始网络冲浪~

IPv6是什么？

IPv6英文全称Internet protocol version 6，翻译成中文为互联网通信协议第六版，或者叫TCP/IP协议第六版。它的出现就是用来替代IPv4，它解决了IPv4地址空间有限，路由效率不高、安全性不足的问题，IPv6最显著的特点就是它具有很大的地址空间-128位，能够提供几乎无限的IP地址。

128位有多大呢？众所周知计算机使用的是二进制，那么2的128次方能表示多少个IP地址呢？

340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个

所以我们只用知道IPv6完全足够给每个互联网设备都分配一个IP地址了。

因为数字太大所以通常我们使用分组十六进制方式来表达IPv6的地址，由8组、每组4个16进制数字组成，同时每组之间用“:”来分割

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
fe80::202:b3ff:fe1e:8329
2607:f8b0:4005:807::200e
::1 (这是一个特殊的IPv6地址，表示回环地址，类似于IPv4的127.0.0.1)

IPv6的地址是可以简写的，例如，将连续的零组用双冒号(::)表示，但需要注意在一个地址中只能使用一次。

1
2
3

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 
可以简化成
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334

why?为什么一个IPv6的地址中只能有一个双冒号(::)，这是因为如果允许使用多次的话会出现歧义

2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
2001: 0000: 0000:0000:25de:0000:0000:cade
2001: 0000: 0000:25de:0000:0000:0000:cade
2001: 0000: 25de:0000:0000:0000:0000:cade
if 如果允许多次缩写
就会导致不同的IPv6地址最后都变成同个2001::25de::cade 会有歧义

它和IPv4有什么异同？

它们都属于TCP/IP协议，也就是都支持TCP/UDP协议，而不同点就很多啦

地址空间，IPv4使用32位来表示IP地址，而IPv6使用128位来表示IP地址，可表示的地址空间大很多。同时IPv4使用点分十进制来表示：127.0.0.1，而IPv6使用分组冒号十六进制来表示：2607:f8b0:4005:807::200e
结构上，IPv6相对于IPv4，具有更好的头部格式，使用更小的路由表、更高的安全性、更好的扩容能力，因此整体都优于IPv4
物理设备上，IPv4和IPv6即不向前兼容也不向后兼容

IPv6能为我们带来什么好处？

直接copy一段来自Chat GPT的描述

IPv6（互联网协议第六版）相较于IPv4（互联网协议第四版）带来了许多好处和优势。以下是IPv6为我们带来的一些主要好处：

更大的地址空间：IPv6具有128位地址长度，可提供2^128个唯一的IP地址。这个庞大的地址空间可以满足互联网设备数量增长的需求，特别是在物联网（IoT）等新兴技术领域。

更简洁的报文头部：IPv6的报文头部结构相较于IPv4更简洁，减少了数据包处理的复杂性，提高了网络性能。

更好的安全性：IPv6在设计时考虑了安全性，支持IPSec（IP安全协议），有助于保护数据的机密性、完整性和用户身份验证。

自动配置：IPv6支持无状态地址自动配置（SLAAC），使设备能够自动获取网络地址，简化了网络配置过程。

无需网络地址转换（NAT）：由于IPv6地址空间的庞大，设备可以分配到唯一的公网地址，从而减少了对网络地址转换（NAT）的依赖。这有助于提高端到端通信的质量和可靠性。

更优化的路由：IPv6采用更优化的路由结构和地址聚合技术，减轻了路由器负担，提高了路由效率。

支持多播和任播：IPv6取消了广播功能，转而支持多播和任播传输，提高了传输效率，降低了网络拥堵风险。

更好的移动性支持：IPv6具有原生的移动IP支持，提高了设备在不同网络间切换时的通信质量。

总之，IPv6为我们带来了更大的地址空间、更高的安全性、更优化的网络性能和更灵活的配置选项等诸多好处。随着互联网设备数量不断增长和物联网等新兴技术的发展，IPv6将成为未来互联网的基石。

为什么IPv6没有流行起来？

通过上面一串的IPv6优点介绍，我们可能会很疑惑为什么相对于IPv4具有这么多的优势，为什么作为一个在1992年就开始提出的协议到2023年还是没有大规模普及或者说流行呢？

目前认为主要原因有三点

IPv6完全不兼容IPv4，正如上面提到的不同点，IPv6即不向后兼容也不向前兼容，导致只能通过双协议栈、隧道技术、NAT来实现协议切换的过渡，这导致了很多工作成本
有NAT替代方案，通过NAT技术能够缓解IPv4地址枯竭的问题，通过NAT无限套娃能够节约所需的公网IP地址数量。当然这具有缺点，他破坏了互联网平等通信的理念，虽然私有网络访问公网网络简单，但公网地址访问私有网络就很困难了，即出去容易，进来难
利益问题，由于IPv4地址稀缺，同时分配地址来自于各大运营商，稀缺性可以为他们带来更高的收益，如果IPv6普及就会导致自己利益受损。更主要是运营商需要对旧的设备进行升级来支持IPv6协议，这也是需要money的，一来一去这对运营商本身没有什么益处，就缺少相关动力啦