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有生之年:42.9 亿个 IPv4 地址在出道 30 年后正式耗尽

2019-11-29 09:35 · 稿源:品玩

近日,负责英国、欧洲、中东和部分中亚地区互联网资源分配的欧洲网络协调中心(RIPE NCC)宣布,其最后的 IPv4 地址空间储备池在 11 月 25 日 UTC + 1 15:35 完全耗尽,所有 43 亿个 IPv4 地址已分配完毕。这意味着没有更多的 IPv4 地址可以分配给 ISP 和其他大型网络基础设施提供商。

这会带来什么影响?IPv6 是否就要正式出道?

以下内容来自知科技答主@小枣君 的回答:

IPv4 迄今为止已经使用了 30 多年。最早期的时候,互联网只是设计给美国军方使用,根本没有考虑到它会变得如此庞大,成为全球网络。

尤其是进入 21 世纪后,随着计算机和智能手机的迅速普及,互联网开始爆发性发展,越来越多的上网设备出现,越来越多的人开始连接互联网。这就意味着,需要越来越多的IP地址。

根据互联网数据研究机构的统计,全世界 76 亿人口,网民总数已经超过了 40 亿( 2018 年 1 月)。

但IPv4 到底一共有多少个IP地址呢?答案是 2 的 32 次方,也就是约42. 9 亿个。

所以IPv4 地址池接近枯竭,根本无法满足互联网发展的需要,人们迫切需要更高版本的IP协议,更大数量的IP地址池(有点像固定电话号码升位。)

IPv4 地址不够的问题,并不是近几年才发现的。

早在 1990 年,IETF(互联网工程任务小组,成立于 1985 年底,是全球互联网最具权威的技术标准化组织)就开始规划IPv4 的下一代协议。他们还建立了IPng(下一代IP),专门推进相关工作。

1994 年,各IPng代表们于多伦多举办的IETF会议中,正式提议IPv6 发展计划。该提议直到同年的 11 月 17 日才被认可,并于 1996 年 8 月 10 日成为IETF的草案标准。 

1998 年 12 月,IPv6 被IETF正式推出,也就是互联网标准规范RFC2460

2003 年 1 月 22 日,IETF发布了IPv6 测试性网络,即6bone网络。

经过十几年的发展,IPv6 已经被很多通信网络和终端设备厂商支持,取得了长足的进步。

以目前使用最多的windows电脑操作系统为例,从Windows2000 开始,就已经开始支持IPv6。到Windows XP时,进入了产品完备阶段。而Windows Vista及以后的版本,如Win7、Win8、Win10 等,都已经完全支持IPv6。

Win10 中的IPv6 选项

2012 年 6 月 6 日,国际互联网协会专门举行了“世界IPv6 启动纪念日”。这一天,多家知名网站(如Google、Facebook和Yahoo等)正式开始永久性支持IPv6 访问。

另外,IPv6 并不是一个新鲜事物。早在上个世纪 90 年代,它就已经诞生了。相信从事IT或通信相关工作的人,或多或少听说过它。

IPv6 的全称是Internet Protocol version 6。其中,Internet Protocol译为“互联网协议”。所以,IPv6 就是互联网协议第 6 版。 

任何网络工作都是基于协议的。协议是网络进行运作的规则和标准。

现在人们口中的上网,就是上“国际互联网(Internet)”。互联网是基于TCP/IP协议族的,而IP是这个协议族中的核心组成部分。 

TCP/IP模型对应的协议
TCP/IP模型对应的协议

IP是网络层协议。它的主要任务,就是根据源主机和目的主机的地址,进行数据的传送。

大家经常提到的IP地址,则是IP协议里面的概念。如果要联网,就要有IP地址,如同要寄信,必须要有门牌地址一样。

IPv6 会给我们带来什么? 

首先,最重要的一点,就是前面所说的地址池扩容。

IPv4 的地址池是约42. 9 亿,IPv6 能达到多少呢?

数量如下——

340282366920938463463374607431768211456 个。

(不用数了,数到后面脑子就会秀逗)

简单说,是 2 的 128 次方。

这个数量,即使是给地球上每一颗沙子都分配一个IP,也是妥妥够用的。 

数量值是根据地址位长决定。如果以二进制来写,IPv6 的地址是 128 位。不过,这样写显然不太方便(一行都写不下)。所以,通常用十六进制来写,也就缩短成 32 位。

32 位会分为 8 组,每组 4 位。 

所以,下面这样的,就是一个标准的、合法的IPv6 地址示例: 

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

但是IPv6 的地址是可以简写的,每项数字前导的 0 可以省略。 

例如,下面这个地址:

2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13 

加粗的“0”,就可以省略,变成:

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

如果有一组或连续几组都是0,那么可以简写成“::”,也就是:

2001:DB8:2de::e13

是不是很神奇?

不过一个IPv6 地址,只能有一个“::”。

除了地址数量之外,IPv6 还有很多优点,例如:

1、IPv6 使用更小的路由表。使得路由器转发数据包的速度更快。

2、IPv6 增加了增强的组播支持以及对流的控制,对多媒体应用很有利,对服务质量(QoS)控制也很有利。

3、IPv6 加入了对自动配置的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。

4、IPv6 具有更高的安全性。用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大地增强了网络的安全性。

5、IPv6 具有更好的扩容能力。如果新的技术或应用需要时,IPV6 允许协议进行扩充。

6、IPv6 具有更好的头部格式。IPV6 使用新的头部格式,就简化和加速了路由选择过程,提高了效率。

……

为什么IPv6 没有迅速取代v4?

既然IPv6 优点这么多,为什么它问世已经 20 年,还是没有完全替代IPv4 呢?

如果按照本世纪初专家们的预测,我们IPv4 的地址早已枯竭几万次了。

但是,一直挺到现在,大家仍然还在用IPv4,对老百姓来说,并没有因为地址不够而无法上网。 

因为除了IPv6 之外,还有一些技术可以变相地缓解地址不足。

例如NAT(Network Address Translation,网络地址转换)。 

当我们在家里或公司上网时,电脑上会有一个类似192.168.0. 1 的地址,这种地址属于私网地址,不属于公共的互联网地址。

私网和公网
私网和公网

每一个小的局域网,都会使用一个网段的私网地址,在与外界连接时,再变换成公网地址。这样一来,几十个或几百个电脑,都只需要一个公网地址。

甚至还可以私网套私网,NAT套NAT,一层一层套。这样一来,大大节约了公网IP地址数量。

正因为如此,才让我们“续命”到了今天,不至于无法上网。

但是,NAT这种方式也有很多缺点,虽然私网地址访问互联网地址方便,但互联网地址访问私网地址就困难了。很多服务,都会受到限制,只能通过复杂的设置才能解决,会影响网络的处理效率。

这就像汽车一样,虽然大家可以共用(公交车),但每个人还是希望能独立拥有。

物以稀为贵,地址越稀缺,就越值钱。掌握地址的人,就越开心。

谁开心?运营商和ISP(互联网服务提供商)。

他们就像是经销商,从上游(互联网域名与号码分配机构,ICANN)申请到IP地址,再卖给下游用户。稀缺没关系,反正,他一定能赚取更多的差价。

如果大家去找运营商或ISP买带宽,或者租赁云服务,带公共地址的,一定比不带公共地址的贵很多很多。

除了地址可以赚钱之外,如果升级支持IPv6,对运营商和ISP来说,也意味着很大的资金投入。尽管现在新设备基本都是支持IPv6,但还是有一些老设备,如果在使用寿命到期之前就换,带来的后果就是亏钱。

所以,运营商和ISP都不是很喜欢IPv6。 

至于设备商或手机电脑厂商,出于提前考虑,早已普遍支持了IPv6,意见并不是很大,也决定不了什么。

IPv6 有相关的认证
IPv6 有相关的认证

我们国家早期的时候,曾经非常积极地推动过IPv6 的普及。

后来,因为种种原因,放慢了IPv6 的推进脚步,被美国等国家超越,IPv6 普及率沦落到全球排名三十以外。

现在,我们国家又重新开始大力推动IPv6 的发展。 

2017 年 11 月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》,并发出通知,要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。 

2018 年 5 月,工信部也发布了关于贯彻落实《推进IPv6 规模部署行动计划》的通知,进一步提出明确的IPv6 落地任务和指标要求。

之所以这么急迫地要求推进,很大一部分原因,在于推动通信基础设备的标准化建设,为5G打基础,为物联网打基础,为工业互联网打基础,为全面实现“万物互联”做好充分的准备。

尤其是行业互联网和工业互联网,现在进入高速发展阶段,地址需求非常大(根据预测, 2025 年,物联网的连接数将超过 270 亿),迫切需要IPv6。

如果几十亿人口还可以勉强用IPv4 的话,物联网一旦上来,IPv4 肯定是hold不住的。 

除此之外,IPv6 还涉及到国家的网络安全和网络主权。

大家都知道,我们上网需要用到DNS(域名解析)。我们访问某一个网站,需要把这个地址发到DNS服务器,服务器返回一个IP地址,我们才能访问该网站。

DNS查询
DNS查询

在IPv4 阶段,全球DNS根服务器,一共只有 13 台, 1 台主服务器, 12 台辅服务器。 13 台里面, 10 台在美国,另外 3 台在英国、瑞典和日本。

如果发生特殊情况,DNS服务被对手切断,我们的互联网就将全面陷入半瘫痪状态。 

到了IPv6,情况就不一样了。 

2017 年 11 月 28 日,由中国领衔发起的“雪人计划”,已在全球完成 25 台IPv6 DNS根服务器架设,中国部署了其中的 4 台,由 1 台主根服务器和 3 台辅根服务器组成。

也就是说,在IPv6 下,我们一定程度上拥有了“网络安全感”,不再受制于人。

最后,再告诉大家一个小技巧——如何知道自己现在的手机或电脑是不是支持IPv6?

首先,打开http://Ipv6-test.com网站,根据显示结果查看是否支持:

Supported,就是支持

Supported,就是支持


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