1.IPv4存在的问题
IPv4取得了巨大的成功，但它存在着三大问题。
(1)地址枯竭
在IP头标中能够处理的地址数由IP地址域的长度决定。IPv4的地址域为32比特，可提供232(约40亿)个IP地址。但因将IP地址按网络规模划分成A、B、C三类后，用户可用地址总数显著减少,IPv4地址将被用尽。
(2)网络号码匮乏
在IPv4中，A类网络只有126个，每个能容纳1亿多个主机；B类网络也仅有16382个，每个能容纳6万多个主机；C类网络虽多达209万余个，但每个只能容纳254个主机。随着ISP的剧增，这三类地址很快会被占满，新出现的网络难以加入Internet.
(3)路由表急剧膨胀
随着ISP数目的增长，已经出现路由表占满路由器内存，导致网络异常的恶性故障。由于IPv4的地址体系结构是非层次化的，每增加一个子网，路由器就增加一个表项，使路由器不堪重负。因此如不采取措施-Internet可能在地址枯竭之前就会瘫痪。
2.解决措施
为了解决这三个问题，在未使用IPv6之前，可采用内部地址(privateaddress)、无类别域间路由CIDR(ClasslessInterDomainRouting)等技术延长IPv4的使用寿命。
(1)利用内部地址弥补IP地址的不足
内部地址不作连接Internet的地址使用，即使一个地址被多个组织重复使用也不会发生问题。使用内部地址和Internet相连时，只需在二者的连接点上进行地址变换即可。这样，一个组织只要得到几个Internet用的IP地址就能将成千上万的内部网终端连到Inter-net上。当然，由于使用内部地址的LAN大量增加，使地址重复的危险增大。
(2)用CIDR扩大网络号码
CIDR技术可以用比C类网络更小的地址块来划分IP地址。虽然这样一来分配给一个组织的IP地址减少了，但能获得IP地址的组织却增加了。
(3)地址层次化可抑制路径数
CIDR也具有抑制路由表增长的作用。CIDR将地址块作父、子、孙的分层。用户使用的IP地址必然包含在其所属的ISP地址块中。因此用ISP的地址块可代表其下属的网络及用户，减少了路由表项。
3.IPv6的产生
上述方法不能彻底消除IPv4的三大缺陷，因此产生了IPv6协议，IPv6比IPv4的处理性能更加强大、高效。其变化主要如下。
(1)IPv6提供巨大的地址空间
IPv6的IP地址域为128比特，拥有巨大的地址空间(2128)。和IPv4相同，因地址分层运用，实际可用的总数要小得多。IPv6的目标是：通过1012个网络连接1015台计算机。采用IPv6地址后，不仅每个人拥有一个IP地址，就连未来的电话、冰箱等每一台信息家电设备都能分到一个IP地址。一个人拥有100个IP地址也并非梦想。
(2)IPv6具有与网络适配的层次地址
和IPv4一样，IPv6的IP地址分成表示特定网络的网络前缀和表示主机或服务器的主机地址两部分。如图7.23所示，在128比特中高64比特表示网络前缀，低64比特表示主机。
因特网络前缀分成多个层次的网络，又将其分成13比特的顶级聚类标识符TLA(TopLevelAggregation)ID,24比特的次级聚类标识符NLA(NextLevelAggregation)ID和16比特的网点级聚类标识符SLACSiteLevelAggregation)IDO首先，由管理IPv6的组织将某一确定的TLA值分配给某个骨干网的ISP。它拥有104比特这样巨大的地址块。骨干网的ISP再将地址块细分，分配给各个地区/中小ISP。用户从地区/中小ISP分到地址块。
(3)IPv6寻路效率比CIDR高
层次化分配IP地址可减小路由器中路由表的规模，从而减少了存储器的容量和CPU的开销，提高了查表和转发IP分组的速度。
(4)采用全新的数据报格式
使用固定格式的扩展首部为每一功能定义了单独头部，先是基本头部，然后跟零个或多个扩展头部，取代了IPv4可变长度选项。
4.IPv6的优势
(1)减少了软件处理内容
下面通过比较IPv4和IPv6头标的结构可以看出IPv6的优越性能(参阅图4.3)。虽然IPv6头标占40字节，是24字节(计入选项及填充)的IPv4头标的1.6倍，但因其长度固定(IPv4头标是变长的).故不需要消耗过多的内存容量。又因其要处理的域由IPv4的12个减少到8个.从而大大减少了路由器上的软件处理内容。
(2)路由器软件内核小
据Ciscosystems资料表明，IPv6版的路由器软件内核(Kernel)实际上比IPv4还小。在Cisco2500系列中配置的IPv4内核为2.17MB,如计入存放路由表的工作区(WorkArea),则升至3.2MB,而配置IPv6的内核时，其内核仅为1.69MB,计入工作区也不过2.7MB。
(3)增强了功能
在IPv6头标中删除了一些不必要的IPv4功能，加强和增加了某些功能；还增加了许多新功能。对移动互联网，发布了MIPv6,它支持单一终端，可在子网间进行移动切换.无须改动地址配置，并保持上层协议的通信不中断。
1.地址类型
TCP/IP支持3种不同类型的网络地址，即单播(Unicast)、组播(Multicast)和任播(Anycast)。
(1)单播地址是点对点通信时使用的地址。此地址仅标识一个接口。网络负责把向单播地址发送的分组送到该接口上。
(2)组播地址表示主机组(HostGroup)。严格地说，它标识一组接口(InterfaceGroup)„该组包括属于不同系统的多个接口。当分组的目的地址是组播地址时.网络尽力将分组发到该组的所有接口上。信源利用组播功能只需生成一次报文即可将其分发给多个接收者。
(3)任播地址也标识接口组，它与组播的区别在于发送分组的方法。向任播地址发送的分组并未被分发给组内的所有成员，而只发往由该地址标识的“最近的”那个接口。它是IPv6中新加入的功能。
应当注意，与IPv4不同的是，IPv6不采用广播地址(BroadcastAddress)。为了达到广播效果，IPv6可以使用能够发往所有接口组的组播地址。
2.IPv6地址表示法
IPv6地址扩展到128比特，为便于理解协议，采用了稍简洁的冒号十六进制记法，即用冒号将其分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位的16进数。例如：FECD:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210在每个4位一组的十六进数中，如其高位为0,则可省略.即采用零压缩，例如1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A可缩写成1080；0：0：0：8：800：200C:417A进一步可将一连串的零用一对冒号取代，上例变为1080:：85800：200C:417A
IPv6地址前缀的表示方法类似于CIDR中IPv4的地址前缀表示法。IPv6的地址前缀可以利用如下符号表示IPv6地址/前缀长度，这里IPv6地址是上述任一种表示法所表示的IPv6地址；前缀长度是一个十进制值.指定该地址中最左边的用于组成前缀的比特数。
3.IP地址格式
IPv6的地址体系采用多级体系。这充分考虑到怎样使路由器更快地查找路由。IPv6的地址格式如图7.24所示。其地址空间被划分为若干大小不等的地址块。
