每个连接到互联网的设备都需要一个互联网协议地址。服务器、路由器、云工作负载、办公网络、手机、监控摄像头、虚拟机和物联网设备都依赖IP地址来发送和接收数据。目前使用的互联网协议的两个主要版本是IPv4和IPv6。
IPv4已经支持互联网数十年，并且仍然是日常在线操作的关键。然而，其地址容量是有限的，全球未使用的IPv4地址供应已耗尽。因此，IPv4地址变得越来越有价值，通常需要进行转让、租赁、恢复或更复杂的网络地址转换策略。
IPv6是为了解决长期的地址短缺问题而创建的。它提供了更大得多的地址空间，改进了网络设计的多个方面，并支持云计算、移动网络、数据中心、宽带服务和物联网的持续增长。IPv6不是一种临时的替代技术；它是一种下一代互联网寻址系统，在长期的过渡期内将与IPv4同时运行。
对于企业来说，实际的问题不再是IPv4或IPv6是否存在。两者都存在，大多数组织必须了解如何在双栈互联网环境中运行。本指南解释了IPv4和IPv6之间的差异，为什么采用IPv6很重要，以及公司如何制定可靠的迁移策略。
IPv4とは何か？
IPv4，或互联网协议版本4，是部署最广泛的互联网协议版本。它使用32位地址格式，可提供大约42.9亿个唯一的地址。
IPv4地址通常写成四个由点分隔的十进制数字。每个数字的范围是0到255。一个典型的IPv4地址如下所示：
203.0.113.10当IPv4被设计时，数十亿个地址似乎已经足够。当时，互联网主要由大学、研究机构、政府和相对较少的组织使用。很少有人预料到几乎每个个人、企业、电话、家庭设备、车辆和云应用最终都需要互联网连接。
互联网的快速增长改变了这一假设。智能手机、宽带接入、公共云平台、流媒体服务、在线游戏、远程办公、物联网设备和全球数字服务显著增加了对公共IP地址的需求。可用的未使用IPv4地址池耗尽了，现在区域互联网注册机构通常无法从免费分配池中满足常规的新IPv4需求。
IPv4仍然深度集成到全球互联网中。许多网站、应用程序、遗留系统、防火墙、网络设备和互联网服务提供商仍然依赖它。因此，即使IPv6的采用率不断上升，IPv4仍将在未来多年内继续运行。
IPv6とは何か？
IPv6，或称互联网协议第6版，是IPv4的后续版本。它采用128位地址格式，创建了一个大约3.4 × 10³⁸个唯一地址的地址空间。这个数字如此之大，以至于在实际意义上很难想象。IPv6提供了足够的地址容量，以支持互联网的长期发展，而无需依赖目前影响IPv4的稀缺性模型。
IPv6地址使用十六进制表示法，并用冒号分隔。一个典型的IPv6地址如下：
2001:db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334IPv6表示法可以通过删除前导零并将连续的零组替换为双冒号来缩短。因此，同一地址可能显示为：
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334IPv6不仅旨在扩大可用地址的数量，还旨在支持更可扩展和高效的互联网架构。它简化了某些路由和寻址方面，提高了对自动配置的支持，并为大规模设备连接提供了更好的基础。
理解IPv6不会立即取代IPv4是很重要的。这两种协议不能直接互换，除非有适当的过渡机制或翻译服务，否则仅支持IPv4的设备无法与仅支持IPv6的设备通信。因此，大多数组织使用双栈网络，即IPv4和IPv6并行运行。
The Main Difference Between IPv4 and IPv6
IPv4和IPv6之间最明显的一个区别是地址容量。IPv4使用32位，而IPv6使用128位。IPv4可以提供大约42.9亿个地址，而IPv6可以为实际的全球使用提供几乎无限的地址供应。
地址格式也不同。IPv4使用熟悉的点分十进制表示法，例如 198.51.100.25. IPv6 使用由冒号分隔的十六进制组，例如 2001:db8:100::25IPv6地址更长，但更大的格式允许网络更高效地分配地址空间，并避免许多由IPv4稀缺性引起的问题。
| 功能 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32-bit | 128-bit |
| 地址容量 | About 4.29 billion | 约3.4 × 10³⁸ |
| 典型格式 | 192.0.2.1 | 2001:db8::1 |
| 地址可用性 | 稀缺且经常被转让或租赁 | 长期使用丰富 |
| NAT依存关系 | 常用 | 通常对于地址保存来说是不必要的 |
| 页眉设计 | 更复杂和多变 | 简化的固定标题 |
| 广播支持 | 使用广播 | 使用组播和任播代替 |
| 配置 | 手动或DHCP | SLAAC、DHCPv6 或静态配置 |
虽然IPv6提供了更大的地址空间，但企业不应将其简单地视为“更多的IP地址”。IPv6改变了网络的设计方式。它减少了对大规模NAT的依赖，允许更直接的端到端连接，并使为站点、应用程序、设备和网络段分配结构化的地址范围变得更加容易。
Why IPv4 Addresses Are Still Valuable
可用IPv4地址的耗尽已使IPv4成为一种宝贵的互联网资源。需要公共IPv4连接的企业可以通过转让、租赁安排、现有持有、云提供商、托管提供商或上游ISP获得地址。
IPv4仍然必要，因为大量互联网用户和服务仍然依赖IPv4连接。面向公众的网站、API、VPN服务、电子邮件服务器、游戏服务器、云平台或全球SaaS应用程序可能需要IPv4可达性，以可靠地为所有用户提供服务。
因此，许多组织同时运行IPv4和IPv6。IPv4确保与旧系统和仅使用IPv4的用户的兼容性，而IPv6支持长期增长并减少对稀缺IPv4资源的依赖。
对于运营自己的自主系统编号的公司，或 ASN，IPv4和IPv6前缀可以通过BGP宣告。该组织可以使用其ASN来管理路由策略，建立上行连接，宣告公共地址空间，并实施弹性多归属网络架构。
Why IPv6 Is Important for the Future of the Internet
IPv6至关重要，因为互联网持续增长。连接设备的数量正在家庭、企业、移动网络、工业环境、交通系统、医疗平台和云数据中心中不断增加。仅依赖IPv4需要越来越多地使用NAT、共享地址和地址复用模型。
IPv6提供了足够大的地址空间，可以支持大量设备和网络的直接寻址。这对于物联网部署、移动网络、云原生应用、边缘计算、智能基础设施和全球分布式服务尤为重要。
IPv6还支持更结构化的地址规划。企业可以获得一个IPv6分配或指派，并将其划分为用于办公室、数据中心、客户、环境、服务、应用程序和地理区域的独立子网。这使得大型网络在长时间内更容易组织和管理。
此外，IPv6支持现代互联网部署模型。许多主要的云服务提供商、内容平台、移动运营商、宽带服务商和操作系统已经支持IPv6。一家推迟采用IPv6的企业可能会最终面临兼容性、可扩展性、采购或连接方面的劣势。
IPv4 NAT and IPv6 End-to-End Connectivity
网络地址转换，通常称为NAT，在IPv4网络中被广泛使用，因为公共IPv4地址是有限的。NAT允许多个私有设备共享一个或少数几个公共IPv4地址。例如，一个办公室可能使用如下的私有地址： 192.168.1.0/24 内部，所有用户通过一个公共IPv4地址访问互联网。
NAT延长了IPv4的可用寿命，但也带来了操作上的复杂性。它可能使日志记录、故障排除、点对点应用程序、语音服务、远程访问、防火墙策略、端口转发和某些应用架构变得复杂。
IPv6的设计使得广泛使用的地址节约型NAT通常不再必要。在IPv6网络中，设备可以接收全局唯一的地址，从而在安全策略允许的情况下实现直接的端到端连接。
然而，直接寻址并不意味着IPv6网络应该在没有保护的情况下暴露。防火墙仍然是必不可少的。一个常见的误解是认为NAT本身提供了安全性。NAT可以隐藏内部地址，但它不能替代防火墙策略、访问控制、网络分段、监控或入侵预防。
一个安全的IPv6部署应应用与IPv4部署相同的安全纪律。应适当过滤入站流量，不应暴露不必要的服务，应限制管理访问，并应持续监控日志。
IPv4 and IPv6 Routing
IPv4和IPv6都可以使用BGP进行全球互联网路由。拥有ASN的网络运营商可以通过其传输提供商和对等方宣布IPv4前缀、IPv6前缀或两者。
路由原则大致相似，但IPv4和IPv6路由是独立的地址族。网络运营商必须分别配置、过滤、授权和监控每个族。拥有正常运行的IPv4 BGP配置并不意味着IPv6公告已正确配置。
例如，一个组织可能会宣布一个IPv4前缀，如：
198.51.100.0/24同一组织可以宣布一个IPv6前缀，例如：
2001:db8:1234::/48操作员应确保为两种地址族正确配置路由对象、RPKI路由起源授权和上游过滤器。如果缺少IPv6路由对象或ROA，传输提供商可能会拒绝该路由，或其他网络可能将其视为无效。
对于多归属网络，IPv6可以提供与IPv4相同的弹性和流量工程优势。公司可以连接到多个提供商，建立BGP会话，定义路由偏好，并在运营商故障期间保持连通性。关键要求是正确的策略设计和主动监控。
IPv6 Security Considerations
IPv6包含一些可以改善网络设计的功能，但它也带来了管理员必须了解的安全考虑因素。更大的地址空间使得大规模扫描更加困难，但通过DNS、应用程序暴露、路由错误、配置错误的防火墙、恶意路由器公告和未经授权的地址分配，仍然存在安全风险。
组织应确保安全控制措施完全支持IPv6。这包括防火墙、入侵检测系统、DDoS防护、SIEM平台、漏洞扫描工具、资产管理系统、监控系统和事件响应程序。常见的部署错误是在系统上启用IPv6的同时，仍然仅对IPv4流量应用安全控制措施。
IPv6不应被当作一个不可见的次要网络。如果设备具有IPv6连接性但安全团队未对其进行监控，组织可能会创建一个不受管理的攻击面。IPv6流量应根据与IPv4相同的标准进行记录、检查、过滤和管理。
RPKI对于这两种协议同样重要。通过创建路由起源授权，网络运营商可以指定哪个ASN被授权发起IPv4或IPv6前缀。这有助于降低路由劫持的风险，并提高全球路由的可靠性。
Common IPv6 Migration Challenges
IPv6迁移最大的挑战通常不是协议本身。而是组织现有的环境。旧的应用程序、网络设备、监控平台、访问控制系 统和第三方集成可能具有不完整的IPv6支持。
成功的IPv6迁移需要对基础设施进行清点。企业应确定公共网站、DNS记录、负载均衡器、防火墙、VPN网关、云平台、路由器、服务器、容器环境、SaaS集成、监控工具和面向客户的应用程序。每个组件都应评估其IPv6兼容性。
DNS尤为重要。网站在通过IPv6访问之前必须具有AAAA记录。然而，在应用、防火墙、CDN、负载均衡器和监控环境完全准备好之前发布AAAA记录可能会导致面向用户的问题。因此，应在端到端测试确认服务可靠后，才启用IPv6。
另一个挑战是员工的知识。网络团队可能有多年的IPv4经验，但对IPv6地址分配、子网划分、路由、防火墙规则、邻居发现协议、路由器通告、DHCPv6以及IPv6前缀的RPKI了解有限。培训和书面的操作规程可以降低这种风险。
IPv4 vs IPv6 Quiz
测试你对IP地址、路由、NAT和IPv6部署的理解。
双栈：最实用的部署模型
对于大多数企业而言，双栈部署是最实际的方法。在双栈环境中，网络设备、服务器、应用程序和服务同时支持IPv4和IPv6。
此方法为现有的IPv4用户提供了兼容性，同时使具备IPv6功能的用户和网络能够通过IPv6连接。它还允许企业逐步迁移，仔细测试服务，并避免对单一协议族产生突然的依赖。
双栈在数据中心、云平台、企业网络、CDN、ISP和面向公众的网络服务中很常见。具有IPv6连接的用户可以通过IPv6访问双栈网站，而仅支持IPv4的用户则通过IPv4访问相同的服务。
主要的操作要求是保持一致性。安全规则、监控、DDoS防护、负载均衡、DNS配置、访问控制和路由策略应适用于两种协议。双栈不应意味着IPv6受到的关注少于IPv4。
How Businesses Should Plan IPv4 and IPv6 Strategy
企业应将IPv4和IPv6视为长期网络策略的互补部分。IPv4仍对全球兼容性至关重要，但应尽早部署IPv6，以避免未来压力、昂贵的重新设计或操作限制。
一个实际的策略从识别哪些服务需要公共互联网访问以及哪些系统今天可以支持IPv6开始。公共网站、API、云工作负载、CDN服务、DNS基础设施和数据中心网络通常是好的起点。这些服务通常受益于广泛的互联网可达性，并可以在受控阶段进行测试。
下一步是地址规划。IPv6提供了很大的灵活性，但这种灵活性应该被负责任地使用。组织应为将前缀分配给地理区域、业务单元、数据中心、网络环境、客户业务和内部子网定义一个清晰的结构。一份书面计划会使故障排除和未来的扩展更加容易。
对于使用BGP的网络，IPv6路由应与IPv4集成到相同的运营框架中。这包括传输供应商协调、路由过滤、RPKI ROAs、需要时的IRR路由对象、前缀限制、监控和事件响应。