互联网一大进步 IPv6与IPv4协议的比较

　　互联网已经成为现代社会信息基础设施的重要组成部分，在国民经济发展和社会进步中起着举足轻重的作用，同时也成为当今高科技发展的重要支撑环境，互联网的巨大成功有目共睹。

　　现在被全球广泛使用的互联网协议IPv4是“互联网协议第四版”，已经有30年的历史。从技术上看，尽管IPv4在过去的应用具有辉煌的业绩，但是现在看来已经露出很多弊端。

　　全球范围内WLAN、2.5G、3G无线移动数据网络的发展加快了以互联网为核心的通信模式的形成，由于移动通信用户的增长要比固定网用户快得多，特别是各种具有联网功能的移动终端的迅猛发展，考虑到随时随地的、任何形式、直接的个人多媒体通信的需要，现有的IPv4已经远远不能满足网络市场对地址空间、端到端的IP连接、服务质量、网络安全和移动性能的要求。因此人们寄希望于新一代的IP协议来解决以上问题。

　　IPv6协议正是基于这一思想提出的，它是“互联网协议第六版”的缩写。在设计IPv6时不仅仅扩充了IPv4的地址空间，而且对原IPv4协议各方面都进行了重新考虑，做了大量改进。除了提出庞大的地址数量外，IPv6与IPv4相比，还有很多的工作正在进行以期得到更高的安全性、更好的可管理性，对QoS和多播技术的支持也更为良好。下面的章节将从几个主要的方面探讨一下IPv6与IPv4的区别。

2、IPv4与IPv6协议的比较

2.1　报头格式

　　IPv4报头如表1所示，包含20bit+选项，13个字段，包括3个指针。

表1　IPv4报头

　　IPv6报头由基本报头+扩展报头链组成，其中基本报头如表2所示，包含40bit，8个字段。

　　IPv4和IPv6报头格式主要区别如下。

　　IPv6报头采用基本报头+扩展报头链组成的形式，这种设计可以更方便地增添选项以达到改善网络性能、增强安全性或添加新功能的目的。

2.1.1　固定的IPv6基本报头

　　IPv6基本报头被固定为40bit，使路由器可以加快对数据包的处理速度，提高了转发效率，从而提高网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。

2.1.2　简化的IPv6基本报头

　　IPv6基本报头中去掉了IPv4报头中阴影部分的字段，其中段偏移和选项和填充字段被放到IPv6扩展报头中进行处理。

　　去掉报头校验(Header Checksum，中间路由器不再进行数据包校验，去掉此字段的原因有三：一是因为大部分二层链路层已经对数据包进行了校验和纠错控制，链路层的可靠保证使得三层网络层不必再进行报头校验；二是端到端的四层传输层协议也有校验功能以发现错包；三是报头校验需随着TTL值的变化在每一跳重新进行计算，增加包传送的时延。

　　IPv6基本报头中去掉与IP分片相关的域，使得路由器无需再对数据包进行分片，而分片工作由源终端设备根据最大传输单元MTU路径发现来进行。这样IPv6的数据包可以远远超过64kbit/s，应用程序可以利用MTU，获得更快、更可靠的数据传输。

2.1.3　IPv6报头新增流标记宇段

　　IPv6协议不仅保存了IPv4报头中的业务类别字段，而且新增了流标记字段，使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类，实现优先级控制和QoS保障，极大地改善了IPv6的服务质量。

2.1.4　IPv6报头采用128bit地址长度

　　这是IPv4与IPv6最主要的区别。IPv4采用32bit长度，理论上可以提供大约43亿个IP地址，这么多的IP地址似乎可以满足网络连接的需要，但事实上网络中任意交换机和交换机任意端口均需一个独立地址，为此网络缺乏足够地址满足各种潜在的用户。

　　IPv6采用128bit长度，相对IPv4，增加了296倍的地址空间。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。这样几乎可以不受限制地提供IP地址，从而确保了端到端连接的可能性。表3给出IPv4和IPv6的可用地址空间。