IP地址扩展方案探索：从IPv4到IPv6的演进

"本文档详细介绍了IP地址的扩展，特别是在IPv6的背景下，讨论了扩展IP地址格式的三种主要选择，并提到了IPv4的局限性和IPv6的细节，包括包头结构、寻址和扩展头等核心概念。" 在当前的互联网环境中，IPv4地址空间的枯竭已经成为了一个严重的问题。为了应对这一挑战，扩展的IP地址格式被提出。这里有三种主要的扩展方案： 1. Van Jacobson的研究成果，也被称为网络地址转换(NAT)，建议在较小区域内使用具有不同含义的地址字段，这需要在边界网关上重写包地址。然而，这种方法需要修改主机软件，并建立地址映射机制。 2. 第二种方案是将32位地址扩展到64位，其中包含一个全球唯一的主机地址和其所在的区域（如AD）。这种方法允许直接从包地址进行路由，无需预先建立映射，简化了从主机到区域的路由过程。 3. 第三种方法也是扩展到64位，但用这个扩展的部分作为“平面”主机标识符。当需要时，通过建立连接来动态提供从主机标识到区域的映射。 IPv6作为IPv4的升级版，解决了IPv4地址空间不足的问题，其地址长度从32位扩展到128位，提供了极大的地址容量。IPv6的细节包括： - 包头结构更加简洁，且固定大小，提高了处理效率。 - 引入了流标签和业务流类别，支持服务质量(QoS)管理。 - 使用扩展头来支持更多的功能，如安全、分段和选项，增强了网络的灵活性和可扩展性。 - IPv6寻址模型包括单播、组播和多播地址，其中广播地址的概念在IPv6中被替换。 - 寻址空间极大，采用冒号十六进制表示，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。 IPv6的实施还需要解决过渡策略，如何从IPv4平滑过渡到IPv6，以及如何在两者共存的网络环境中确保兼容性。这涉及到多种过渡技术，如双栈、隧道技术、NAT64等。 IPv6的引入不仅解决了IP地址空间的问题，还引入了更高效、安全和灵活的网络架构，为未来的互联网发展奠定了基础。