协议森林3——老兵不死：IPv4于IPv6

IP 地址是 IP 协议的重要组成部分，它可以识别接入互联网中的任意一台设备。在 IP 接力中，我们已经看到，IP 包的头部写有出发地和目的地的 IP 地址。IP 包上携带的 IP 地址和路由器相配合，最终允许 IP 包从互联网的一台电脑传送到另一台。
IPv4 与 IPv6
IPv4 和 IPv6 是先后出现的两个 IP 协议版本。IPv4 的地址就是一个 32 位的 0/1 序列，比如 11000000 00000000 0000000 00000011。为了方便人类记录和阅读，我们通常将 32 位 0/1 分成 4 段 8 位序列，并用 10 进制来表示每一段。这样，一段的范围就是 0 到 255。段与段之间以.分隔。比如上面的地址可以表示成为 192.0.0.3。IPv6 地址是 128 位 0/1 序列，它也按照 8 位分割，以 16 进制来记录每一段。使用 16 进制而不是 10 进制，这能让写出来的 IPv6 地址短一些。对于 IPv6 来说，段与段之间以:分隔。
在 TCP/IP 套装中，IP 协议作为底层协议，实现了全球互联。在 IP 协议的基础上，TCP 协议负责信息的传输。但在历史上 TCP 协议的诞生要早于 IP 协议。毕竟，在早期局域化的网络中，人们对信息传输的需求超过了对全球互联的需求。1981 年的 RFC791 正式定义了 IP 协议。IPv4 是 IP 协议的第一个实用版本，IPv6 则是第二个。你可能会问，IPv5 发生了什么。事实上，IPv5 被有意跳过。曾经有一个称为互联网流协议(Internet Stream Protocol)，被当做 IP 协议的并行协议，用到了 IPv5 的说法。为了避免混淆，IP 协议自己跳过了 IPv5 这个版本。
IP 地址的分配
IP 地址的分配是一个政策性的问题。ICANN(the Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)是 Internet 的中心管理机构。ICANN 的 IANA(Internet Assigned Numbers Authourity)部门负责将 IP 地址分配给 5 个区域性的互联网注册机构(RIR，Reginal Internet Registry)，比如 APNIC，它负责亚太地区的 IP 分配。然后 RIR 将地址进一步分配给当地的 ISP(Internet Service Provider)，比如中国电信和中国网通。ISP 再根据自己的情况，将 IP 地址分配给机构或者直接分配给用户，比如将 A 类地址分配给一个超大型机构，而将 C 类地址分配给一个网吧。机构可以进一步在局域网内部分配 IP 地址给各个主机。

5 个 RIR 的分管区域
并不是所有的地址都会被分配。一些地址被预留，用于广播、测试、私有网络使用等。这些地址被称为专用地址(special-use address)。你可以查询 RFC5735 来了解哪些地址是专用地址。RFC (Request For Comments)是一系列的技术文档，用于记录互联网相关的技术和协议规定。每一个 RFC 文件都有一个固定的编号。它们是互联网的一个重要财产。你可以通过 http://www.rfc-editor.org/来查找 RFC 文件。
IPv4 地址耗尽
由于 IPv4 协议的地址为 32 位，所以它可以提供 232, 也就是大约 40 亿个地址。如果地球人每人一个 IP 地址的话，IPv4 地址已经远远不够。更何况，人均持有的入网设备可能要远多于一个，下图中显示了一个家庭对 IP 地址的需求，这种需求量已经相当常见了：

We need more IP address！
下图显示了各大洲 RIR 的 IPv4 地址耗尽日期 (IANA 已经将所有的 IP 分配给各个 RIR)：

5 个 RIR 区域的预计耗尽日期
一些技术措施，如 NAT 技术，可以减缓了地址耗尽的紧急程度。但 IPv4 地址耗尽的一天终究还是会到来。很明显，我们需要更多的 IP 地址，以满足爆炸式增长的互联网设备对 IP 地址的需求。IPv6 的出现，最重要的就是要解决地址耗尽危机。IPv6 协议的地址最重要的改进就是：加长。IPv6 的地址为 128 位。准确的说，IPv4 有 4,294,967,296 个地址，而 IPv6 有多少个地址呢？
有 340,282,366,920,938,463,374,607,431,768,211,456 个。
这是怎样一个概念呢？我们可以大概计算一下。地球表面积大约为 510,067,866,000,000 平方米。在一平方厘米(大约是指甲盖大小)的面积内，我们可以有 6.67x1016 个 IP 地址！所以在短期的时间内，我们应该不会看到 IPv6 被用尽的尴尬。当然，不排除在未来计算机以分子尺寸出现，那么我们就会有 IPv6 耗尽危机了。但那真的是非常遥远的未来。
总结
IPv4 地址正在耗尽，而 IPv6 通过更长的序列提供了更多的 IP 地址。IPv4 向 IPv6 的迁移正在发生。
阻碍迁移的过程的主要在于 IPv4 和 IPv6 格式的不兼容性。老的路由器支持 IPv4 格式的 IP 包，但它们无法理解 IPv6 格式的 IP 包。所以这一迁移过程必然要伴随者设备的更新。然而，我们的许多互联网资产都是建立在 IPv4 网络上的，不可能一夜之间停止 IPv4 网络的服务而整体迁移到 IPv6 网络中。这一迁移过程注定充满坎坷。