2019年11月25日，欧洲网络协调中心（RIPE NCC）正式宣布其最后一块IPv4地址资源在UTC+1 15:35时已完全耗尽。这一时刻标志着全球IPv4地址池的彻底枯竭，所有可用的43亿个IPv4地址已被分配完毕。
早在20世纪80年代末期，全球技术社区便开始意识到这一问题的严峻性。为了应对IPv4地址的枯竭，IPv6的研发和部署成为了必要的解决方案。
什么是IPv4？
IPv4，即Internet Protocol version 4，是第四版互联网通信协议，简称网际协议版本4。它使用32位（4字节）的地址，允许最多有4,294,967,296（2^32）个唯一的地址。
通常，IPv4地址被以点分十进制形式表示，例如：192.168.1.255。这种表示方式将32位地址分为四个字节，每个字节以十进制数字表示，数字范围为0至255。
IPv4报文格式
在TCP/IP五层协议模型中，每个网络请求会依次经过应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。在这一过程中，请求数据从应用层到物理层会经历逐层封装，每层添加头部信息并传递给下一层。
IPv4报文由首部和数据两部分组成。IPv4首部的长度在20至60字节之间，包含诸如版本号、首部长度、标识符、分片偏移、存活时间和协议等字段。
报文的数据部分是传输层协议（如TCP或UDP）的内容，IPv4在将这些数据传递给链路层时，会将数据部分与首部一起封装。
IPv4枯竭的原因
全球IP地址管理机构是互联网号码分配局（IANA），其下设有五个区域互联网注册管理机构（RIR）。IPv4理论上可提供约42.9亿个地址，但其中部分地址被保留用于特殊用途，如专用网络和多播地址，这减少了可用地址的数量。
中国是全球互联网用户最多的国家，人均仅拥有0.45个IPv4地址。在IPv4环境下，用户上网地址通常动态分配，这导致用户溯源困难，增加了互联网安全和监管的挑战。
IPv6的出现便是解决IPv4地址枯竭问题的关键。
什么是IPv6？
IPv6，即Internet Protocol version 6，是第六版互联网通信协议。相比于IPv4，IPv6拥有更大的地址空间。IPv6使用128位地址，而IPv4使用32位，支持的地址数量达到340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个，这远远超过了IPv4。
IPv6的地址以十六进制表示，每16位为一组，以冒号“:”分隔，共有8组。例如：2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344。
IPv6报文格式
IPv6报文同样包括首部和数据部分，但其首部长度为固定的40字节，相比之下，IPv4的首部长度可变。IPv6的设计旨在减少路由器处理时的开销，简化了报文头部。
IPv4与IPv6的对比
在了解了IPv4和IPv6之后，我们可以看到这两种协议的主要区别：
地址长度：
IPv4地址为32位（4字节），例如：192.168.1.1；而IPv6地址为128位（16字节），例如：2001:0db8:86a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344。
地址解析：
IPv4使用ARP来查找与IP地址关联的物理地址；IPv6则利用ICMPv6进行邻居发现和无状态自动配置。
报头：
IPv4报头长度可变（20-60字节），IPv6报头固定为40字节，且不支持可选报头字段。
安全性：
IPv6内建IPSec以提升安全性，而IPv4的IPSec需要额外启用。
地址类型：
IPv4包括单播、广播和多播地址；IPv6则包括单播、任播和多播地址。
IPv6不仅扩展了地址空间，还在多个方面改进了IPv4的不足。虽然IPv4依然在许多网络中使用，但IPv6的全面部署是互联网发展的必然趋势。