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\chapter{IPv6及其相关概念概述}

\section{IP}

网际协议（英语：Internet Protocol，又称互联网协议），是互联网协议包中的网络层通信协议，用于跨网络边界分组交换。
它的路由功能实现了互联互通，并从本质上建立了互联网。

IP是在TCP/IP协议族中网络层的主要协议，任务是仅根据数据包标头中的IP地址将数据包从源主机传递到目标主机。
为此，IP协议定义了封装要传递的数据的数据包结构。
它还定义了用于用源和目的地信息标记数据报的寻址方法。

\section{IP地址}

IP地址（英语：Internet Protocol Address，又称网际协议地址、互联网协议地址）是网际协议中用于标识发送或接收数据报的设备的一串数字。

\begin{itemize}
  \item IPv4地址为32位长，通常书写时以四组十进制数字组成，并以点分隔，如：172.16.254.1
  \item IPv6地址为128位长，通常书写时以八组十六进制数字组成，以冒号分割，如：2001:db8:0:1234:0:567:8:1
\end{itemize}

\section{IPv4}

IPv4（英语：Internet Protocol version 4，译为网际协议第4版）是网际协议开发过程中的第四个修订版本，也是此协议第一个被广泛部署和使用的版本。

IPv4地址是32位长的，地址空间中只有约四十二亿（$2^{32}$，$4294967296$）个地址。
但是，一些地址是为特殊用途所保留的，如专用网络和多播地址。可分配的IPv4地址仅有36.47亿个。\footnote{
  私有IP地址段\\
  A类：10.0.0.0-10.255.255.255 1658万个\\
  B类：172.16.0.0-172.31.255.255 104万个\\
  C类：192.168.0.0-192.168.255.255 6.5万个\\
  公网IP地址段\\
  A类：1.0.0.0-9.255.255.255 1.5亿个\\
  11.0.0.0-126.255.255.255 19.23亿个\\
  B类：128.0.0.0-172.15.255.255 7.3亿个\\
  172.32.0.0-191.255.255.255 3.3亿个\\
  C类：192.0.0.0-192.167.255.255 0.11亿个\\
  192.169.0.0-223.255.255.255 5.03亿个
}

IP地址的全球性管理机构为IANA（互联网号码分配局），其下有五个区域互联网注册管理机构（RIR）。
由IANA管理的IPv4位址，已于2011年1月31日完全分派完毕。其他五个区域的可核发地址，除了为迁移IPv6而保留的最后一块/8地址外，也随之陆续用尽。

亚太地区在2011年4月15日用尽，欧洲地区在2012年9月14日分派完毕；拉丁美洲及加勒比海地区为2014年6月10日；北美地区为2014年1月16日；非洲地区为2017年4月21日。

在大块地址块用尽后，五个区域管理机构分别发布了最后一块/8地址的分配政策，随着地址耗尽的进展，政策也在相应变化，主要是限制并逐步减少每个会员的总IPv4地址申请数量以期延缓耗尽时间。IANA也在想尽办法在全球五个区域之间灵活调配剩余可用的较小的零碎的地址块给IPv4续命。然而，北美地区在2015年9月24日，欧洲地区在2019年11月25日，最终还是将所有可用的IPv4地址完全用尽了，同时启动了排队等位政策，只有老会员归还IPv4地址，新会员才能得到相应的IPv4地址。其余三个区域的剩余地址预计到2020年底也将陆续完全用尽。

\section{IPv6}

IPv6（英语：Internet Protocol version 6，译为网际协议第6版）是网际协议的最新版本。
用它来取代IPv4主要是为了解决IPv4地址枯竭问题，同时它也在其他方面对于IPv4有许多改进。