IPv4 快用完，IPv6 來了！網路位址超多，重點觀念解析、試用給你看

某天，在家上網時發現，利用中華電信PPPoE所取得的固定IP位址，竟然是1.xxx.xxx.xxx的Class A位址，著實嚇了一跳，Class A的位址不是早就配發完畢？而且還拿到1號這麼前面的位址。冷靜過後仔細想一想，應該是IPv4的位址已逼近枯竭極限，才會有一些IP被拿來重複使用，否則一般人應該是拿不太到Class A等級IP才對。

快速目錄：

• IPv6 的網路位址到底有多少？ / IPv6 的位址怎麼表示？
• IPv6 的封包格式 / 取消 NAT 機制
• IPv4 到 IPv6 的過渡方法 / 嘗鮮 IPv6：HiNet Tunnel Broker 試用報告

IPv4 不夠是主因

IPv4使用32位元代表著，換算下來約42億多個位址，再減去一些特殊保留位址，無法分配給主機使用，實際上遠少於理論數字。再加上早期網路剛起步時，沒有人預期到現今上網裝置會如此普遍、氾濫，常常IP位址一發放就是一個/8範圍配給一家公司或大學，導致現今IPv4位址嚴重不足。

IPv4以32位元的數值代表網路位址，/8的意思就是前8個位元不變的意思。 例如說某公司分配到111.0.0.0/8的位址空間，代表這家公司有111.0.0.0－111.255.255.255的位址空間（包含不可以當作主機位置的空間）， 也可以當作計算子網路遮罩方法，例如一個IP：192.168.0.1/24，它的子網路遮罩就是255.255.255.0，若是192.168.0.1/32，子網路遮罩就是255.255.255.255。

在2011年2月3日，全球掌管IP位址配發的最高機構ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）將最後5個/8區段位址分配給全球5個區域網際網路註冊組織之後，ICANN手上就沒有IPv4的位址可供分配，IPv4的位址枯竭正式進入倒數計時。

IP位址如何配發

IP位址原先由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）負責，於1998年至1999年間將業務移交給ICANN，IANA成為ICANN的一個部門。

ICANN現階段掌管全球IP位址配發的部分，先將IP配發給全球5個區域性管理組織：ARIN（北美和部分加勒比海地區）、RIPE NCC（歐洲、中東、中亞）、APNIC（亞太）、LACNIC（拉丁美洲和部分加勒比海地區）、AfriNIC（非洲），再由這些區域性組織往下分配到各個國家，像是台灣為TWNIC負責IP申請及配發事務。

IP的Class等級

IPv4將位址切分成Class A～E 5種等級，Class D為群播位址，Class E僅為實驗使用。IPv4為32位元長的一組數字，一般會分成4組，每組8位元並換算成十進位的數字表示，如Google的DNS伺服器8.8.8.8。Class等級由開頭的幾個位元決定，Class A的開頭為0、Class B的開頭為10、Class C的開頭為110。所以筆者拿到前面開頭為1.xxx.xxx.xxx的位址，開頭的8位元為00000001，劃分在Class A中。

Class	位址範圍
A	0.0.0.0～127.255.255.255
B	128.0.0.0～191.255.255.255
C	192.0.0.0～223.255.255.255

APNIC 首先枯竭

負責管理亞太地區IP配發的APNIC，在2011年4月，只剩下最後一個/8位址區段，之後如果想要再申請IP，只能得到最後/8區段其中的/22區段。目前APNIC在2012年7月2號時，剩下93％的/8位址區段。不過全球其他4個區域性管理組織的狀況也不好，預計也將在這1、2年之內進入最後一個/8區段。

這個情形其實相當不樂觀，尤其這幾年手持式連網裝置爆炸性成長，IP位址的消耗更為快速，極有可能在預定的時間之前就把位址使用完畢，雖然可以利用NAT的方式減少實際對外網路IP的需求，但並非長久之計。

還好在90年代初就有人注意到這個問題，並在1998年正式推出下一代的IPv6規範。

關鍵字：NAT

NAT（Network Address Translation）網路位址轉譯，為解決IPv4位址不足的一種方案。簡單來說，有一台具有NAT功能的網路裝置，可以將私有IP和公共IP做轉換。對外傳輸時將封包表頭來源位址的私有IP，也就是大家常見的192.168.xxx.xxx這個位址，替換成公共IP位址傳送出去，並把這個對應關係儲存成一張表格。之後網際網路傳來的封包，表頭目的地位址就可以參考這張表格，看看之前是哪個私有IP所傳出去的封包，將目的地位址改成私有IP，再傳送到正確的位置。多台上網裝置只需使用1個公共IP，即可與其他網際網路上的裝置通訊。

32bits 擴展成 128bits

IPv4的缺點，就是可用位址太少，使用32位元作為網路位址，就算不計那些保留位址，最多也只有42億多個位址可供使用（2^32）。以今日人手好幾支手機，還有桌機加筆電加平板來說，完全是不夠用的。IPv6最大的變革，就是把32位元位址直接擴展到128位元，一舉提升2^96倍容量。甚至有人開玩笑地說，這麼龐大的位址容量，我們就可以拋棄對NAT的依賴，甚至是地球上的每一顆沙子都能配發一個IP。

IPv6 格式與轉換

如同IPv4我們會將32位元拆成4組8位元，再換算成十進位的數字，如常見的私有IP位址：192.168.0.1，IPv6也有一套特殊的寫法。IPv6將128位元拆成8組16位元，每組再換算成16進位的數字，於是過去IPv4不曾出現的a、b、c、d、e，也將會出現在IPv6位址之中。

IPv6的位址寫法：

由上方的例子可以直接觀察到IPv6的位址出現了a、b、c、d、e，分開各組的符號從IPv4的「.」變成「：」。同時也如IPv4一樣，若是各組開頭的數字為0時，0可以不用寫出來，如下面這個例子：

以上2組IPv6的位置是相等的，在第2、3、8組個省略了1個0，在第4、5、6、7組則是各省略了3個0。IPv6在第4、5、6、7組連續為0的狀況下，還可以有個更簡略的寫法，如以下所示：

這2個指的都是同一個位址，在連續為0的情況下，可以直接由「::」2個冒號代替掉。但在同一個位址中，如有2段以上連續為0的情況，則「::」只能使用一次，如下面這個例子：

以上5個例子中，前4個例子皆正確，第1個為完整不縮寫的位址，第2個則是將第2、3組的連續0縮寫，第3個則是將第5、6組的連續0縮寫。最後一個例子不正確，是因為縮寫了2次，而這部分會造成解讀上的混淆，因為這種寫法可以等於下列的任何一種位址：

如果在同一位址有2個以上的「::」縮寫，便會造成解讀混淆的狀況，所以應避免這種情形發生。

如果是IPv4要對應到IPv6的位址，則相當簡單。IPv6中有保留映射到IPv4的位址空間，只需在IPv4的位址前加上::ffff:即可，如下面的例子：

IPv6映射到IPv4的位址，在最後的32位元可以採用IPv4的寫法，也可以轉換成IPv6的寫法。

IPv6位址分類

IPv4的封包傳遞類型分為4種，分別是unicast單播、anycast任播、multicast群播、broadcast廣播。其中broadcast廣播因為安全性問題，在IPv6中不再使用，其他3種則繼續沿用，以下為這3種封包傳遞方式的解說。

unicast單播

unicast是一般我們上網使用最多的封包傳遞方式，封包只丟向單一網路介面。用普通話來說，就是2個人的你丟我撿遊戲。

anycast任播

這種傳播方式會將封包，傳送給一群經指定的網路介面，但同時只會有1個網路介面收到這個封包。通常這1個接收到的網路介面，距離發送端較近（傳輸速度較快），或者是最快到達（中途經過的路由較不壅塞）。Anycast可用來分散伺服器的負載，因為客戶端會自動跟目前狀況最佳的伺服器作互動。同時這種方式也可以抵禦部分的阻斷式服務攻擊，因為被癱瘓的只有離攻擊者較近的伺服器，而非攻擊者指定的伺服器。

multicast群播

也譯作多播，主機只需要傳送同1個封包，就可以讓被選定的某一群網路介面卡收到，由於封包只在最後關頭於路由器中複製，並分別傳送到目的地上，所以在前端傳輸路徑中可以節省網路頻寬。中華電信MOD應用的即是這種原理，不然大家一起上線觀看高畫質頻道，是會把網路搞掛的。

（後面還有：關於IPv6的介紹喔！）