1、引言
現在IPv6的技術應用已經越來越普及了，很多應用都開始支持IPv6。
▲ 去年開始，支付寶的官網上就已出現“支持IPv6”標識
對於即時通訊技術（尤其是IM應用）的開發者來說，新產品上架蘋果的App Store因IPv6問題被拒的情況，很常見。每次也都能根據網上的資料一一解決，並順利通過審核。
然而幾次下來，到底什麼是IPv6，還是有點雲裡霧裡。
那麼，IP協議在TCP/IP體系中到底有多重要？看看下圖便知（原因清晰版：從此處進入下載）。
▲ 紅圈處就是IP協議，它幾乎是整個TCP/IP協議簇的支撐（圖引用自《計算機網絡通訊協議關係圖》）
總之，IP協議在TCP/IP體系中，是非常重要的一環（可以認為，沒它，也就沒有了互聯網），作為IPv4的下一代協議，瞭解IPv6非常有必要。而作為即時通訊開發者來說，瞭解IPv6就顯的尤為迫切，說不定某天你的IM就會因為IPv6問題而導致無法通信的局面出現。
本文將用淺顯易懂的文字，帶你瞭解到底什麼是IPv6。
本文同時發佈於“即時通訊技術圈”公眾號。
（本文同步發佈於：http://www.52im.net/thread-2979-1-1.html）
2、系列文章
本文是系列文章中的第11篇，本系列文章的大綱如下：
《網絡編程懶人入門(一)：快速理解網絡通信協議（上篇）》
《網絡編程懶人入門(二)：快速理解網絡通信協議（下篇）》
《網絡編程懶人入門(三)：快速理解TCP協議一篇就夠》
《網絡編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》
《網絡編程懶人入門(五)：快速理解為什麼說UDP有時比TCP更有優勢》
《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
《網絡編程懶人入門(七)：深入淺出，全面理解HTTP協議》
《網絡編程懶人入門(八)：手把手教你寫基於TCP的Socket長連接》
《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》
《網絡編程懶人入門(十)：一泡尿的時間，快速讀懂QUIC協議》
《網絡編程懶人入門(十一)：一文讀懂什麼是IPv6》（本文）
3、複習一下什麼是IPv4？
IPv4是Internet Protocol version 4的縮寫，中文翻譯為互聯網通信協議第四版，通常簡稱為網際協議版本4。
IPv4使用32位（4字節）地址，因此地址空間中只有 4,294,967,296（即2^32） 個地址。
IPv4地址可被寫作任何表示一個32位整數值的形式，但為了方便人類閱讀和分析，它通常被寫作點分十進制的形式，即四個字節被分開用十進制寫出，中間用點分隔。
通常IPv4地址的地址格式為 nnn.nnn.nnn.nnn，就像下面這樣：
172.16.254.1
下圖看起來更清晰一些：
4、IPv6又是什麼？
IPv6是Internet Protocol version 6的縮寫，中文翻譯為互聯網通信協議（TCP/IP協議）第6版，通常簡稱為網際協議版6。IPv6具有比IPv4大得多的編碼地址空間，用它來取代IPv4主要是為了解決IPv4地址枯竭問題，同時它也在其他方面對於IPv4有許多改進。
其實，IPv6並不是新技術，從IPv6最早的工作組成立1992年到現在，已過去27年。在互聯網技術的發展歷程中，IPv6年齡甚至有些太大了。
IPv6的“6”表示的是TCP/IP協議的第六個版本，IPv4的“4”表示的是TCP/IP協議的第四個版本。其實除了這兩個版本，當然還有其它版本，TCP/IP協議其實從IPv1開始，到現在IPv10都已經出現了，這些不同版本之間並沒有關聯，也不是簡單IP地址長度的長短。
IPv6地址由八組、每組四位16進制數字組成，每組之間由"："來分隔。
看個簡單的例子：
2610:00f8:0c34:67f9:0200:83ff:fe94:4c36，每個“：”前後都是4位16進制的數字，共分隔成8組。
如下圖所示：
小知識：如何查看手機或者電腦的網絡是否支持IPv6呢？
可以在你手機或者電腦上的瀏覽器中打開：Ipv6-test.com，就像下圖這樣：
5、為什麼要使用IPv6？
最主要的原因，就是地址數量不夠用了。
IPv4迄今為止已經使用了30多年。最早期的時候，互聯網只是設計給美國軍方用的，根本沒有考慮到它會變得如此龐大，成為全球網絡。
尤其是進入21世紀後，隨著計算機和智能手機的迅速普及，互聯網開始爆發性發展，越來越多的上網設備出現，越來越多的人開始連接互聯網。這就意味著，需要越來越多的IP地址。
IPv4的地址總數是2的32次方，也就是約42.9億個。而全球的網民總數早已超過這個數目。
所以說，IPv4地址池接近枯竭，根本無法滿足互聯網發展的需要。人們迫切需要更高版本的IP協議，更大數量的IP地址池。（有點像固定電話號碼升位。）
6、IPv6會帶給我們什麼？
首先，最重要的一點，就是前面所說的地址池擴容。IPv4的地址池是約42.9億，IPv6能達到多少呢？
數量如下：
340282366920938463463374607431768211456個…
不用數了，太多了… 簡單說，是2的128次方。
這個數量，即使是給地球上每一顆沙子都分配一個IP，也是妥妥夠用的。
▲ 這圖你看懂了嗎？嗯，我也沒看懂，反正就是很多的樣子
這個數量值是怎麼得來的呢？還是它的地址位長決定的。
如果以二進制來寫，IPv6的地址是128位。不過，這樣寫顯然不太方便（一行都寫不下）。所以，通常用十六進制來寫，也就縮短成32位（32位會分為8組，每組4位）。
下面就是一個標準、合法的IPv6地址示例：
2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344
注意：IPv6的地址是可以簡寫的，每項數字前導的0可以省略。
例如，下面這個地址：
2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13
粉紅的“0”就可以省略，變成：
2001: DB8:2de:0:0:0:0:e13
如果有一組或連續幾組都是0，那麼可以簡寫成“::”，也就是：
2001: DB8:2de::e13
注意：一個IPv6地址，只能有一個“::”。
為什麼？很簡單，你看下面這四個地址，如果所有0全都縮寫，會變成什麼樣？
2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade
2001: 0000: 0000:0000:25de:0000:0000:cade
2001: 0000: 0000:25de:0000:0000:0000:cade
2001: 0000: 25de:0000:0000:0000:0000:cade
是的，都是2001::25de::cade，衝突了。所以，這個地址是非法的，不允許存在的。
關於IPv6還有很多技術細節，因篇幅原因，不再贅述。
除了地址數量之外，IPv6還有很多優點，例如：
1）IPv6使用更小的路由表。使得路由器轉發數據包的速度更快；
2）IPv6增加了增強的組播支持以及對流的控制，對多媒體應用很有利，對服務質量（QoS）控制也很有利；
3）IPv6加入了對自動配置的支持。這是對DHCP協議的改進和擴展，使得網絡（尤其是局域網）的管理更加方便和快捷；
4）IPv6具有更高的安全性。用戶可以對網絡層的數據進行加密並對IP報文進行校驗，極大地增強了網絡的安全性；
5）IPv6具有更好的擴容能力。如果新的技術或應用需要時，IPV6允許協議進行擴充；
6）IPv6具有更好的頭部格式。IPV6使用新的頭部格式，就簡化和加速了路由選擇過程，提高了效率；
……
7、IPv6的優點這麼多，為什麼之前普及卻這麼慢？
IPv6優點這麼多，為什麼它問世已經20年了，還是沒有完全替代IPv4呢？這裡面的水就很深了。。。說白了，主要還是和利益有關。
7.1 NAT這類技術，讓IPv4得以續命
如果按照本世紀初專家們的預測，我們IPv4的地址早已枯竭幾萬次了。但是，一直挺到現在，大家仍然還在用IPv4，對老百姓來說，並沒有因為地址不夠而無法上網。
這是為什麼呢？ 就是因為除了IPv6之外，我們還有一些技術，可以變相地緩解地址不足。
例如NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）。
NAT是什麼意思？當我們在家裡或公司上網時，你的電腦肯定有一個類似192.168.0.1的地址，這種地址屬於私網地址，不屬於公共的互聯網地址。
▲ 一個典型的NAT應用場景（圖自《IPv6，到底是什麼？》）
每一個小的局域網，都會使用一個網段的私網地址，在與外界連接時，再變換成公網地址。這樣一來，幾十個或幾百個電腦，都只需要一個公網地址。
甚至還可以私網套私網，NAT套NAT，一層一層套。這樣一來，大大節約了公網IP地址數量。正因為如此，才讓我們“續命”到了今天，不至於無法上網。
但是，NAT這種方式也有很多缺點，雖然私網地址訪問互聯網地址方便，但互聯網地址訪問私網地址就困難了。很多服務，都會受到限制，你只能通過複雜的設置才能解決，也會影響網絡的處理效率。
▲ NAT內網的計算機是不能被外網直接訪問的（圖自《IPv6，到底是什麼？》）
7.2 升級IPv6涉及運營商的利益
物以稀為貴，地址越稀缺，就越值錢。掌握地址的人，就越開心。誰開心？運營商和ISP（互聯網服務提供商）。
他們就像是經銷商，從上游（互聯網域名與號碼分配機構，即ICANN）申請到IP地址，再賣給下游用戶。稀缺沒關係，反正，他一定能賺取更多的差價。
如果大家去找運營商或ISP買帶寬，或者租賃雲服務，帶公共地址的，一定比不帶公共地址的貴很多很多。
除了地址可以賺錢之外，如果升級支持IPv6，對運營商和ISP來說，也意味著很大的資金投入。現在新設備基本都是支持的，但畢竟還是有一些老設備，如果在使用壽命到期之前就換，就是虧錢。
所以，運營商和ISP都沒有動力去啟用IPv6。
至於設備商或手機電腦廠商，出於提前考慮，早已普遍支持了IPv6，意見並不是很大，也決定不了什麼。必竟，提供基礎設施服務的運營商們更強勢。
8、IPv6未來會怎樣
隨著5G時代的到來，有了IPv6的加持，萬物互聯或許會成為現實。對於我等實時通信類軟件的開發人員來說，某些場景下，或許再也不需要為“P2P打洞”這種事情煩惱了。
▲ 5G+IPv6，萬物互聯不是夢
未來已來，你準備好了嗎？
9、參考資料
[1] IPv6入門教程
[2] IPv6，到底是什麼？
[3] 關於IPv6的發展史！IPv6的秘密史！
[4] 科普：一文讀懂IPv6是什麼？
[5] 漫話：全球IPv4地址正式耗盡？到底什麼是IPv4和IPv6？
附錄：更多網絡編程基礎知識文章
《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶數據報協議》
《TCP/IP詳解 - 第17章·TCP：傳輸控制協議》
《TCP/IP詳解 - 第18章·TCP連接的建立與終止》
《TCP/IP詳解 - 第21章·TCP的超時與重傳》
《技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）》
《通俗易懂-深入理解TCP協議（上）：理論基礎》
《通俗易懂-深入理解TCP協議（下）：RTT、滑動窗口、擁塞處理》
《理論經典：TCP協議的3次握手與4次揮手過程詳解》
《理論聯繫實際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程》
《計算機網絡通訊協議關係圖（中文珍藏版）》
《UDP中一個包的大小最大能多大？》
《P2P技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》
《P2P技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解(基本原理篇)》
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