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1.IPv4存在的問題

IPv4取得了巨大的成功，但它存在著三大問題。

       (1)地址枯竭

       在IP頭標(biāo)中能夠處理的地址數(shù)由IP地址域的長(zhǎng)度決定。IPv4的地址域?yàn)?2比特，可提供232(約40億)個(gè)IP地址。但因?qū)P地址按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模劃分成A、B、C三類后，用戶可用地址總數(shù)顯著減少,IPv4地址將被用盡。

       (2)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼匱乏

       在IPv4中，A類網(wǎng)絡(luò)只有126個(gè)，每個(gè)能容納1億多個(gè)主機(jī)；B類網(wǎng)絡(luò)也僅有16382個(gè)，每個(gè)能容納6萬多個(gè)主機(jī)；C類網(wǎng)絡(luò)雖多達(dá)209萬余個(gè)，但每個(gè)只能容納254個(gè)主機(jī)。隨著ISP的劇增，這三類地址很快會(huì)被占滿，新出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)難以加入Internet.

       (3)路由表急劇膨脹

       隨著ISP數(shù)目的增長(zhǎng)，已經(jīng)出現(xiàn)路由表占滿路由器內(nèi)存，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)異常的惡性故障。由于IPv4的地址體系結(jié)構(gòu)是非層次化的，每增加一個(gè)子網(wǎng)，路由器就增加一個(gè)表項(xiàng)，使路由器不堪重負(fù)。因此如不采取措施-Internet可能在地址枯竭之前就會(huì)癱瘓。

2.解決措施

        為了解決這三個(gè)問題，在未使用IPv6之前，可釆用內(nèi)部地址(privateaddress)、無類別域間路由CIDR(Classless Inter DomainRouting)等技術(shù)延長(zhǎng)IPv4的使用壽命。

       (1)利用內(nèi)部地址彌補(bǔ)IP地址的不足

       內(nèi)部地址不作連接Internet的地址使用，即使一個(gè)地址被多個(gè)組織重復(fù)使用也不會(huì)發(fā)生問題。使用內(nèi)部地址和Internet相連時(shí)，只需在二者的連接點(diǎn)上進(jìn)行地址變換即可。這樣，一個(gè)組織只要得到幾個(gè)Internet用的IP地址就能將成千上萬的內(nèi)部網(wǎng)終端連到Inter-net上。當(dāng)然，由于使用內(nèi)部地址的LAN大量增加，使地址重復(fù)的危險(xiǎn)增大。

       (2)用CIDR擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼

       CIDR技術(shù)可以用比C類網(wǎng)絡(luò)更小的地址塊來劃分IP地址。雖然這樣一來分配給一個(gè)組織的IP地址減少了，但能獲得IP地址的組織卻增加了。

       (3)地址層次化可抑制路徑數(shù)

       CIDR也具有抑制路由表增長(zhǎng)的作用。CIDR將地址塊作父、子、孫的分層。用戶使用的IP地址必然包含在其所屬的ISP地址塊中。因此用ISP的地址塊可代表其下屬的網(wǎng)絡(luò)及用戶，減少了路由表項(xiàng)。

3.IPv6的產(chǎn)生

       上述方法不能徹底消除IPv4的三大缺陷，因此產(chǎn)生了IPv6協(xié)議，IPv6比IPv4的處理性能更加強(qiáng)大、高效。其變化主要如下。

       (1)IPv6提供巨大的地址空間

       IPv6的IP地址域?yàn)?28比特，擁有巨大的地址空間(2128)。和IPv4相同，因地址分層運(yùn)用，實(shí)際可用的總數(shù)要小得多。IPv6的目標(biāo)是：通過1012個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接1015臺(tái)計(jì)算機(jī)。

       采用IPv6地址后，不僅每個(gè)人擁有一個(gè)IP地址，就連未來的電話、冰箱等每一臺(tái)信息家電設(shè)備都能分到一個(gè)IP地址。一個(gè)人擁有100個(gè)IP地址也并非夢(mèng)想。

       (2)IPv6具有與網(wǎng)絡(luò)適配的層次地址

       和IPv4一樣，IPv6的IP地址分成表示特定網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)前綴和表示主機(jī)或服務(wù)器的主機(jī)地址兩部分。如圖7.23所示，在128比特中高64比特表示網(wǎng)絡(luò)前綴，低64比特表示主機(jī)。

圖23     IPv6按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次化地分配地址

       因特網(wǎng)絡(luò)前綴分成多個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)，又將其分成13比特的頂級(jí)聚類標(biāo)識(shí)符TLA(TopLevelAggregation)ID,24比特的次級(jí)聚類標(biāo)識(shí)符NLA(NextLevelAggregation)ID和16比特的網(wǎng)點(diǎn)級(jí)聚類標(biāo)識(shí)符SLA(SiteLevelAggregation)ID。首先，由管理IPv6的組織將某一確定的TLA值分配給某個(gè)骨干網(wǎng)的ISP。它擁有104比特這樣巨大的地址塊。骨干網(wǎng)的ISP再將地址塊細(xì)分，分配給各個(gè)地區(qū)/中小ISP。用戶從地區(qū)/中小ISP分到地址塊。

       (3)IPv6尋路效率比CIDR高

       層次化分配IP地址可減小路由器中路由表的規(guī)模，從而減少了存儲(chǔ)器的容量和CPU的開銷，提高了査表和轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的速度。

       (4)采用全新的數(shù)據(jù)報(bào)格式

       使用固定格式的擴(kuò)展首部為每一功能定義了單獨(dú)頭部，先是基本頭部，然后跟零個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展頭部，取代了IPv4可變長(zhǎng)度選項(xiàng)。

4.IPv6的優(yōu)勢(shì)
(1)減少了軟件處理內(nèi)容