ipv4和 ipv6

早就知道因为ipv4将要耗尽，所以就导致了ipv6的诞生，至于升级ipv6之后，什么每一粒沙子都能一个ip，懂数学的都很容易理解的。最近提给苹果的审核出了个问题：

We discovered one or more bugs in your app when reviewed on iPhone and iPad running iOS 10.2.1 on Wi-Fi connected to an IPv6 network.

于是被迫学习ipv6的各种细节。

ipv4其实就是一个int32存下的数量嘛，也就是2的32次方，也就是42亿多，而全球有70多亿人（2016年统计的全球有72.6亿，中国有13.9亿人），而很多时候，每个人要占用好几个IP，比如家里的电脑、电视，我们的手机，办公室的电脑等，ipv4的设计提前考虑了这些，提前留了ABC三个网段：

A 类：10.0.0.0～10.255.255.255
B 类：172.16.0.0～172.31.255.255
C 类：192.168.0.0～192.168.255.255

这三个网段由自家的路由器或者机房的交换机进行分配，这个时候就有了内网（局域网）和外网（广域网）之分。这还间接带来一个好处，就是内网机器更为安全，不容易被外网攻击，同时因为有统一的网络出口，设置防火墙，流量控制，员工行为监控带来了便利。

但如果要让外网机器直接能够访问内网机器呢，这个时候就产生了NAT服务，NAT服务就是将外网通过IP加端口的访问，转换成内网的某台机器的访问，端口转内网IP的NAT服务，可以由某台有公网IP的机器来提供，但后来路由器和交换机都能提供，而且多路由器之间还能级联，所以这种翻译服务能够一层一层执行进去，直到指定的某台具体机器。当然这种翻译是有消耗的，需要所有请求进行扫描及重新组装，特别是对于流量巨大的交换机。

ipv6并不是简单的进行了整数的扩大，它设计的更为精巧，因为它面临几个问题，很容易想到的有如下三条：

1. 如何兼容已有的系统，你不可能要求全世界所有的路由器、交互机、基站、手机、电脑网卡全都同时升级

2. 安全性，尽管可以给每粒沙子都分配IP，但是如果真这么干了，那么每一粒沙子都会被到攻击，所以还是要有内网和外网之分

3. 效率要高，如果新设计效率低下，那么没有人愿意去升级改造的

而ipv6的设计非常精巧而强大，把各种问题都解决得非常好。

首先肯定是位数扩大了，IPV6地址长度为128位，地址空间增大了2的96次方倍，留出的32位有大用处。安全性方便，96位存储外网IP，32位存储内网IP，每一级路由跳转只需要扫描整个IP的一部分，而不再需要进行请求的转换，也就是不再需要NAT服务，于是安全性得到保证，路由分发效率也提高，同时ipv6是按聚簇设计的，也就是前缀相同越多的IP，位置也越靠近，这带来的好处是，路由表的体积大大缩小，IP转地址变得容易，查询计算变得非常快，硬件资源更为节约。

兼容性是最复杂的，如果因为ip紧张，互联网上新有的网站换成ipv6地址的，那因为域名解析后手机网卡存储不下，是无法访问的，这时一种做法是手机上安装两个网卡，一个是ipv4网卡，配置DNS，一个是ipv6网卡，配置DNS64，一个域名解析两次，哪个解析出来了，就走哪个网卡。基本硬件、软件、系统都双份的，这非常不划算。

如果这样设计，算不得兼容，手机生产商和用户都没有动力升级，而实际上只需要支持ipv6就可以兼容ipv4了，应该是这样的：

这里的NAT64完全是为了兼容ipv4的一个服务，行为跟原来的NAT不大一样。手机发起域名解析，先到DNS64，如果直接就是ipv6地址，那就正常访问，一切正常。如果没解析到ip地址，就转发给DNS进行解析，拿到ipv4的地址后，DNS64将合成一个ipv6的地址返回给手机，如何将一个ipv4地址合成为ipv6地址呢，比如192.168.0.199转成::192.168.0.199，也就是::C0A8:00C7，简单说就是96位全填零，当手机拿着这个合成的ipv6去访问时，NAT64会把合成的ipv6还原成ipv4，进而去访问ipv4的站点资源。苹果给的流程图很清楚如下图：

所以整个来看，IPv6比IPv4，扩展性更好，效率更高，安全性更高，兼容性相当好。

附录：

1. 关于写法

ipv6有很多种写法，通常是冒号16进制、零位压缩表示，如：

ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101
　　0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1
　　0:0:0:0:0:0:0:0 → ::

2. ping地址

需要使用ping6命令，多网卡需要指定网卡，如：

ping6 ::1
ping6 fe80::6e40:8ff:febb:c134%en0
ping6 fe80::20c:29ff:fe43:9%eth0