长期以来，全球 IPv4 地址耗尽令人担忧，今天这一时刻终于来临。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。
全球ipv4地址正式耗尽 --infoQ
上面的提到的是来自infoQ的一篇报道，那为什么要用到 ipv6 呢，根本原因是 ipv4 地址耗尽的问题。
IPv6 的头部字段，和 IPv4 差别巨大（可以猜测到，IPv6 和 IPv4 无法兼容）
IPv6 报文头部更精简了，字段更少了，对比起 IPv4，有以下几个地方值得注意：
- IPv6 报文头部是定长（固定为 40 字节），IPv4 报文头部是变长的。这个意味着，写代码处理 IPv6 数据报文的效率会提高很多：）
- IPv6 中 Hop Limit 字段含义类似 IPv4 的 TTL。
- IPv6 中的 Traffic Class 字段含义类似 IPv4 中的 TOS（Type Of Service）。
- IPv6 的报文头部取消了校验和字段。取消这个字段也是对 IPv4 协议的一个改进。当 IPv4 报文在网路间传输，每经过一个路由器转发就是修改 TTL 字段，就需要重新计算校验和，而由于数据链路层 L2 和传输层 L4 的校验已经足够强壮，因此 IPv6 取消这个字段会提高路由器的转发效率。值得一提的是，在 IPv6 协议下，传输层 L4 协议 UDP、TCP 是强制需要进行校验和的（IPv4 是可选的）。
- IPv6 报文头部中的 Next Header 字段表示“承载上一层的协议类型”或者“扩展头部类型”。这里的含义与 IPv4 有很大的差别，需要加以解释：
当 IPv6 数据报文承载的是上层协议 ICMPv6、TCP、UDP 等的时候，Next Header 的值分别为 58、6、17，这个时候和 IPv4 报文头部中的 Protocol 字段很类似。
当不是以上 3 种协议类型的时候，IPv6 报文头部紧接的是扩展头部。扩展头部是 IPv6 引入的一个新的概念，每个 IPv6 的数据报文可以承载 0 个或多个扩展头部，扩展头部通过链表的形式组织起来。当 IPv6 数据报文承载着扩展头部的时候，Next Header 的数值为扩展头部的类型值。
ipv4/ipv6 关键差异
| IPv4 | IPv6 | |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32位 | 128位 |
| 地址表示方式 | 点分十进制 | 冒号十六进制 |
| 头部长度 | 可变头部长度 | 定长头部 |
| 校验机制 | 使用校验和保证数据完整性 | 去掉IP层的校验和，完整性交给上层保证 |
| 头部选项 | 头部包含可选字段 | 去掉了选项字段，改为扩展头部 |
| 安全性 | 无安全机制（IPSec在IP层之外实现） | 提供认证和加密机制（IPSec inbuilt） |
| 链路层地址映射 | ARP协议 | NDP协议 |
| 广播机制 | 包含广播地址 | 没有广播机制 |
邻居发现协议 NDP（对应于 IPv4 里面的 ARP 协议）
红色部分在ipv6中去除了。
ipv6 地址语法
一个 IPv6 的地址使用冒号十六进制表示方法：128 位的地址每 16 位分成一段，每个 16 位的段用十六进制表示并用冒号分隔开，例如：
一个普通公网 IPv6 地址：2001:0D12:0000:0000:02AA:0987:FE29:9871
IPv6 地址支持压缩前导零的表示方法，例如上面的地址可以压缩表示为：
2001:D12:0:0:2AA:987:FE29:9871
为了进一步精简 IPv6 地址，当冒号十六进制格式中出现连续几段数值 0 的位段时，这些段可以压缩为双冒号的表示，例如上面的地址还可以进一步精简表示为：
2001:D12::2AA:987:FE29:9871
又例如 IPv6 的地址 FF80:0:0:0:FF:3BA:891:67C2 可以进一步精简表示为：
FE80::FF:3BA:891:67C2
这里值得注意的是，双冒号只能出现一次。
IPv6 地址的号段划分和前缀表示法
IPv6 的地址类型
IPv6 地址分三种类型
1、单播，对应于 IPv4 的普通公网和私网地址
2、组播，对应于 IPv4 的组播（多播）地址
3、任播，IPv6 新增的地址概念类型
IPv6 单播地址
1、全球单播地址
前缀 2000::/3，相当于 IPv4 的公网地址（IPv6 的诞生根本上就是为了解决 IPv4 公网地址耗尽的问题）。这种地址在全球的路由器间可以路由。
2、链路本地地址
前缀 FE80::/10，顾名思义，此类地址用于同一链路上的节点间的通信，主要用于自动配置地址和邻居节点发现过程。Windows 和 Linux 支持或开启 IPv6 后，默认会给网卡接口自动配置一个链路本地地址。也就是说，一个接口一定有一个链路本地地址。
fe80::de1e ....
注意，很容易会把链路本地地址和 IPv4 的私网 / 内网地址对应起来，其实链路本地地址对应于 IPv4 的 APIPA 地址，也就是 169.254 开头的地址（典型场景就是 windows 开启自动获取地址而获取失败后自动分配一个 169.254 的地址）。
3、唯一本地地址
前缀 FC00::/7，相当于 IPv4 的私网地址（10.0.0.0、172.16.0.0、192.168.0.0），在 RFC4193 中新定义的一种解决私网需求的单播地址类型，用来代替废弃使用的站点本地地址。
4、环回地址
0:0:0:0:0:0:0:1 或::1，等同于 IPv4 的 127.0.0.1
5、过渡地址
就是在 IPv6 的某一些十六进制段内嵌这 IPv4 的地址，例如 IPv6 地址中 64:ff9b::10.10.10.10，此 IPv6 地址最后 4 个字节内嵌一个 IPv4 的地址，这类地址主要用于 IPv6/IPv4 的过渡技术中。
IPv6部署现状
- IPv6使用比例比较高的几个国家/地区：
1、印度（57%）比利时（54%）美国（50%）德国（41%）马来（37%）希腊（36%）日本（30%）巴西（29%）
2、使用率超过5%的国家有55个
3、中国目前只有3.9% - 移动运营商
1、 印度（JIO 87% Vodafone 45.9%）
2、美国（T-Mobile 93 % Sprint 70%）
3、 日本（Softbank 34%） - IPv6路由
全球BGP路由数据库中，由54154个AS，其中13947（25.8%）通告了IPv6的前缀，其中243个只通告了IPv6前缀。 - 运营商骨干网
除非洲，中东国家，拉美少数国家和中国外，其他国家的运营商骨干网都完成了IPv6的部署。
IPv6 过渡方案
为什么 IPv6 已经发展了十几年了，目前在我们的工作和生活中还是比较少接触和使用。这里的原因是非常的复杂，有技术上障碍，因为 IPv6 和 IPv4 是两个完全不兼容的协议（在极少数的特定场景可以实现兼容），如果要从支持 IPv4 升级到 IPv6，无论是应用程序用客户端、服务器程序端、路由器等等，都要同时支持 IPv6 才能解决问题，这个的升级改造需要花费的成本是巨大的。而且，正是由于技术上的升级花费大量的人力物力，无论是运营商还是互联网服务商，一方面要重视用户的体验问题，这个肯定不能强制客户更新换代硬件设备和软件，另一方面也要维护自身的投资和利益，更愿意去选择利用现有技术降低 IPv4 地址耗尽带来的压力，例如 NAT 的广泛应用，就是 IPv6 推广使用的一个重要的“障碍”。
1、双栈技术
简介：
- 设备同时支持IPv4/IPv6协议栈
- 如果通信双方都支持IPv6,则使用IPv6,否则使用IPv4
- 最简单直接的过渡方案
特点： - 不能解决根本的IPv4地址耗尽的问题
-
现实网络中，双栈技术需要和其他过渡技术配合一起使用
2、隧道技术
当前的网络是以 IPv4 为主，因此尽可能地充分利用 IPv4 网络进行 IPv6 通信是十分好的手段之一。隧道技术就是这样子的一种过渡技术。
隧道将 IPv6 的数据报文封装在 IPv4 的报文头部后面（IPv6 的数据报文是 IPv4 的载荷部分），IPv6 通信节点之间传输的 IPv6 数据包就可以穿越 IPv4 网络进行传输。隧道技术的一个很重要的优点是透明性，通过隧道进行通信的两个 IPv6 节点（或者节点上的应用程序）几乎感觉不到隧道的存在。
简介：
- 当前网络是以ipv4为主，新增的IPv6网络形成彼此不通的孤岛网络
- IPv6孤岛通过隧道技术联通。
关键技术： - IP隧道：IPv6 over IPv4
- 边界路由器支持双栈协议
- 边界路由器之间，通过MP-BGP交换IPv6路由信息
-
边界路由器之间，通过隧道技术在IPv4网络上转发IPv6数据包
隧道技术
3、转换技术
解决问题：
- IPv6-only 客户端如何访问IPv4-only的网络
- 运营商用户侧网络的兼容性技术。
技术： - DNS64/NAT64
- 464XLAT
方案一：DNS64/NAT64
DNS64
1、 当DNS 查询记录AAAA为空时，用A记录合成一个IPv6地址。
2、 合成地址的第一部分只想NAT64的地址前缀，第二部分嵌入A记录中的IPv4地址
NAT64
1、NAT64网关将DNS64的合成地址转换为IPv4地址后向外发送，并维持 IPv4和IPv6的MAP表
2、NAT64网关接收到外部的IPv4包后，根据MAP表将IPv4包转换为IPv6包发送给IPv6 only 的客户端。
其实就是子网内用IPv6,出口用IPv4.
方案二：464XLAT
也是为了客户端 IPv6-only 网络访问 IPv4服务端的方式。
但不是有 DNS64/NAT64 方式了吗？不不不，万一，客户端绕过DNS 阶段，直接访问 8.8.8.8 怎么办呢？
解决方案：
- XLAT Customer-side translator
客户端操作系统之上，将IPv4包转成IPv6 - PLAT Provider-side translator
运营商的本地网关上，将IPv6包转换为IPv4包
支持范围：
- 操作系统：Android 4.3 以上,Windows10
- 支持的运营商 T-mobile;Orange
-
苹果明确表示不支持，要求APP在IPv6网络下正常工作。
464XLAT
这种技术把运营商网络搞的超级复杂，而且这种方式就是在对 IPv4 做妥协。
国内三大运营商对兼容性方案做的支持程度还是不够，主要推崇IPv6-only。
国内运营商在服务端没有 IPv6 的情况下都会请求失败!!!（IPv6兼容性在国外比较常见）
参考：
https://www.infoq.cn/article/vpDCmupCW3MEv3L2kx41
https://www.infoq.cn/article/zgkJXORjQiTEUBifd3pi
