IPv4所存在的問題

修改還是替換

考慮到IPv4存在的時間，它確實工作得不錯。那為什么還要用其他的東西來替換它呢？畢竟如果把IPv4替換掉的話，網絡中的所有系統均需要升級。升級到最新的微軟Windows易如閑庭信步，但IPv4的升級對于大型組織來說，簡直就是一場惡夢。我們討論的網絡可能包括十億甚至更多的遍布全球的系統，上面運行著不知道多少種不同版本的TCP/IP連網軟件、操作系統和硬件平臺。要求對其中所有系統同時進行升級是不可想象的。

那么有沒有辦法可以避免IP升級可能帶來的紛亂和不幸呢？答案是也許有，也許沒有。這取決于對新協議的需求程度。換句話說，如果協議的唯一問題僅僅在于地址的匱乏，通過使用諸如后面所討論的劃分子網、網絡地址翻譯或無類域內選路等現有工具和技術，也許可以使該協議在相當長的時間內仍可繼續工作。但是，這種權宜之計不可能長期有效，實際上，這些技術已經使用了很多年，如果不實現對IP的升級，它們最終將阻礙未來Internet的發展，因為它們限制了可連接的網絡數和主機數。

本文討論IPv4的其他問題，除了地址缺乏的問題外，還包括更普遍的擴展性問題、管理問題、選路困難、服務的改進和服務質量特性的交付以及安全性問題。

最后，擁有多年IPv4工作經驗的工程師們作出的決定是替換而不是修補IPv4。我們知道IPv4中哪些工作良好，哪些只是可以工作，哪些可以工作得更好?，F在的情形不是用未知量來取代已知量。IPv6的設計者們將這個新協議建立在IPv4的基礎上，沿用IPv4工作良好的部分，改進可以工作的部分，去掉影響性能和功能的部分，另外還增加了當前特別需要的功能。

IPv4面臨的最緊迫的問題是地址空間的大小問題，主要研究方向也定位在如何減少地址空間的浪費并提高使用效率上。其他議題，包括選路、網絡管理、配置及IPv4擴展選項有時也與地址空間有關。

1.IPv4選路

在互聯網或內聯網上傳輸的IPv4包必須從一個網絡選路到另一個網絡以到達其目的地。選路協議可以使用動態機制來確定路由，但是所有選路最終依賴于某個路由器查看不同路由的列表并確定正確的路由。選路表包含網絡的列表和連接到這些網絡的接口的列表。路由器查看包，確定包所在的網絡(或該網絡可能在的網絡)，然后把包發送到適當的網絡接口。

現在的關鍵問題在于路由表的長度將隨著網絡數量的增加而變長。而路由表越長，路由器在表中查詢正確路由的時間就越長。如果只需要了解10個、100個或1000個網絡，這不是問題。但是對諸如現在的Internet，擁有大量的網絡，在骨干路由器上通常攜帶超過11萬個不同網絡地址的顯式路由，此時選路變成了一場惡夢。

選路議題影響到性能，它對互聯網增長的影響遠比地址空間的匱乏更緊迫。IPv4地址可能在5年內使用殆盡，但如果不使用分級尋址來集聚和簡化選路，Internet的性能可能在最近甚至現在就變得不可接受。

2.劃分子網

對子網的合理使用將增加地址使用的效率，但它對于效率的改進是有限的。如果想了解原因的話，先考慮原來的網絡地址分配方式：一個機構可以申請到一個A、B或C類地址。如果能夠證明自己需要相當數量的主機地址，機構也許能獲得一個B類地址；否則，獲得的將會是一個C類地址。無論申請人的網絡中的主機是200臺、20臺還是2臺，他們都將獲得一個C類地址，這樣就占用了254個主機地址。如果他們能夠使權威機構確信他們的確需要一個B類地址的話，即便他們只有1000臺主機，他們仍將獲得完整的B類地址，這樣一來又占用了65534個主機地址。

獲得這些地址后，從外部發往網絡內任一處的業務流都在一個路由器接口處理，該路由器將把這些數據重新選路到本機構內的目的地。這種體系結構意味著用戶可以按照自己的愿望來設計網絡。圖3-1中顯示了兩種方案。兩個網絡都連接到Internet，但C類網在本機構內只提供了一個網絡的連接能力，而B類網絡把機構劃分成三個子網，通過內部路由器彼此連接，并通過第二個路由器連接到Internet。