IPv4与IPv6的区别是什么？一文读懂下一代互联网协议IPv6

时间：2025-09-18

编辑：tance.cc

好了，战略家，欢迎回来。

在过去的一周多时间里，我们像专家一样，讨论了监控、诊断和优化。我们谈论的每一个话题，都离不开一个最基础、最核心的单元——IP地址。

IP地址，是网络世界的“门牌号”，是每一台设备在互联网上的唯一坐标。但今天，我要告诉你一个可能会让你感到惊讶的事实：我们沿用了数十年的这套“门牌号”系统，它的号码，已经用完了。

这不是危言耸听。这是一场已经发生了的、无声的危机，也是一场推动着整个互联网进行代际更迭的巨大浪潮。这场变革的核心，就是从 IPv4 到 IPv6 的伟大迁徙。

为了让你理解这场危机，我们不妨用一个更熟悉的系统来打比方：电话号码。

IPv4，就像我们早期使用的7位数电话号码系统。

在上世纪80年代初，当互联网的先驱们设计IPv4时，它看起来完美无缺。它是一个32位的地址空间，能提供大约 43亿（2的32次方）个独一无二的地址。

在当时那个只有少数大学和研究机构联网的时代，43亿个地址，听起来就像一个天文数字，似乎永远也用不完。谁能想到，短短几十年后，互联网迎来了爆炸式的发展？

突然之间，我们发现，这43亿个“7位数电话号码”，在这个已经发展成全球“超级都市”的互联网里，变得捉襟见肘。2011年，全球顶级的IP地址分配机构就宣布，顶层的IPv4地址池已经耗尽。到了2019年，欧洲、亚洲、北美等地区也相继宣布，自己区域内的IPv4地址也已全部分配完毕。

我们，真的没有新的“电话号码”可以分配了。

既然号码不够用，那我们是怎么撑到今天的呢？

我们发明了一个极其聪明的“续命”技术，叫做 NAT（Network Address Translation，网络地址转换）。

电话比喻： 想象一下，一家有一千名员工的大公司，为了节省开销，只申请了一个对外公开的总机号码（公网IP）。当外面有人打电话进来时，接电话的是一位“总机小姐”（你的家用路由器）。你需要告诉她，你具体想找哪位员工的分机号（比如8001），然后由她帮你转接进去。而公司内部的这一千名员工，他们之间打电话，用的都是4位数的“分机号”（内网IP，比如 192.168.1.101），这些号码可以在任何公司内部重复使用。

我们每个人家里和公司的网络，几乎都在使用NAT技术。这就是为什么你家的路由器地址，和我家的路由器地址，可以“撞脸”，都是192.168.1.1。因为它们都是“内部号码”，只在自己的局域网内有效。

NAT技术是一个天才的“补丁”，它极大地延缓了IPv4地址耗尽的危机。但它也带来了很多问题：

破坏了网络的“端到端”连接： 外面的人，无法直接拨打你公司的“8001”分机号，必须通过总机转接。这对于P2P下载、在线游戏联机、VoIP通话等需要设备间直接通信的应用来说，是个巨大的麻烦。
让家庭服务器变得复杂： 你想在家里搭建一个网站或游戏服务器，就必须在路由器上设置复杂的“端口转发”，相当于提前给总机小姐写一份“授权书”，告诉她：“如果有人打电话找8001分机，你就直接转到我的座位上。”

NAT就像一个伟大的“创可贴”，但它治标不治本。要从根本上解决“号码危机”，我们需要的，是一套全新的、号码数量近乎无限的电话系统。

IPv6，就是那个全新的、能用上千年的“电话号码”系统。

它不再使用32位地址，而是奢侈地使用了 128位。

128位地址空间有多大？它能提供 2的128次方 个地址。这是一个超出人类想象力的数字：大约是 340万亿亿亿亿 个。

这个数字到底有多大？让我们来打个比方：

IPv6的地址数量，足以给地球上的每一粒沙子，都分配一个独立的IP地址。

是的，你没看错。这彻底解决了地址短缺的问题，也意味着，我们不再需要NAT这个“总机小姐”了。在IPv6的理想世界里，你的手机、电脑、手表、汽车、甚至你家的智能马桶，都可以拥有一个独一无二的、全球通用的“电话号码”（公网IP）。网络，回归到了它最初设计的、那种万物互联、端到端通信的美好愿景。

IPv6地址长什么样？—— 别被它的外表吓到

当你第一次看到IPv6地址时，你可能会有点密集恐惧症：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

它由8组、每组4个十六进制数字组成，用冒号隔开。看起来像是外星人的密码。

但别怕，为了让它“看起来”更友好，IPv6有两条简单的“压缩”规则：

省略前导零： 每一组数字前面的0都可以省略。比如，0db8可以写成db8，0370可以写成370。
“零压缩”： 如果中间有一长串连续的0000，你可以用一个双冒号 :: 来代替它们。但请注意，为了避免混淆，这个双冒号在一个地址里只能使用一次。

我们来实践一下。上面那个又长又丑的地址，经过压缩就变成了：2001:db8:85a3::8a2e:370:7334是不是看起来清爽多了？

除了地址数量上的碾压，IPv6相比IPv4，还有几个天生的优势：

更高的路由效率： IPv6的数据包头部格式更简洁，这让互联网骨干网络上的核心路由器，能以更高的效率处理数据，减少网络延迟。
更强的安全性： IPsec（一种网络层的加密和认证协议）在IPv6中是内建的标准，而非像IPv4那样是“外挂”的。这为端到端的通信安全提供了更强的保障。
更好的移动性支持： IPv6在设计之初就考虑了移动设备的需求，能更好地支持设备在不同网络之间“漫游”。