随着互联网设备数量的爆炸式增长，IPv4地址资源已接近枯竭。IPv6作为下一代互联网协议，提供了几乎无限的地址空间，为万物互联的未来奠定基础。
IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网协议的最新版本，旨在取代目前广泛使用的IPv4协议。它由互联网工程任务组（IETF）设计，主要目的是解决IPv4地址枯竭的问题。
IPv6地址示例：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
简写形式：2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
与IPv4的32位地址长度相比，IPv6使用128位地址长度，理论上可以提供约3.4×10³⁸个地址，这个数量足以让地球上的每一粒沙子都拥有一个IP地址。
IPv4仅提供约43亿个地址，随着物联网设备、智能手机等联网设备的激增，IPv4地址已于2019年11月正式耗尽。
IPv6支持自动配置功能，设备可以自动生成自己的IP地址，无需DHCP服务器，简化了网络管理。
IPSec安全协议在IPv6中是强制实现的，提供了端到端加密和认证，增强了数据传输的安全性。
IPv6简化了数据包头部结构，减少了路由器处理开销，提高了网络性能和传输效率。
128位地址长度，提供几乎无限的IP地址资源。
固定40字节头部，简化了路由器处理，提高转发效率。
支持无状态地址自动配置(SLAAC)，设备可自动生成全局地址。
IPSec协议成为IPv6的组成部分，提供端到端安全通信。
流标签字段可识别数据流，提供更好的服务质量。
移动IPv6允许设备在不同网络间移动时保持连接。
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32位 | 128位 |
| 地址数量 | 约43亿 | 约3.4×10³⁸个 |
| 地址表示 | 点分十进制（192.168.1.1） | 冒号分隔十六进制（2001:db8::1） |
| 头部长度 | 20-60字节（可变） | 40字节（固定） |
| 安全性 | 可选（IPSec） | 内置（IPSec） |
| 配置方式 | 手动或DHCP | 自动配置 |
| QoS支持 | 有限 | 更好（流标签字段） |
| NAT需求 | 必需 | 不需要 |
根据Google的统计数据，全球IPv6采用率已超过40%，许多国家和地区正在加速向IPv6迁移。主要互联网服务提供商、内容分发网络和云服务提供商已广泛支持IPv6。
印度、美国、德国、法国、日本等国家的IPv6采用率已超过50%。
Google、Facebook、Netflix、Cloudflare、Akamai等大型互联网公司已全面支持IPv6。
中国正在积极推进IPv6规模部署，三大运营商已全面支持IPv6网络。
IPv4（Internet Protocol version 4）自1981年发布以来，一直是互联网通信的核心协议，支撑了互联网从学术网络到全球基础设施的转变。然而，随着互联网的爆炸式发展，IPv4的局限性日益凸显，最终迎来了它的落幕。
2019年11月25日，欧洲网络协调中心（RIPE NCC）宣布其IPv4地址池完全耗尽，标志着全球五大区域注册机构的IPv4地址已全部分配完毕。
IPv4协议设计简洁，易于实现和部署，为早期互联网的快速发展奠定了基础。
经过数十年的发展，IPv4拥有全球最广泛的硬件和软件支持，几乎所有网络设备都能无缝支持。
围绕IPv4建立了完整的生态系统，包括DNS、路由协议、安全机制等，运行稳定可靠。
32位地址空间仅提供约43亿个地址，无法满足全球数十亿设备和物联网发展的需求。
为解决地址短缺而广泛使用的NAT技术增加了网络复杂性，破坏了端到端通信原则。
IPSec在IPv4中是可选的，导致许多实现缺乏内置的安全机制。
依赖DHCP或手动配置，增加了网络管理负担，不适合大规模设备部署。
IPv4协议正式发布，成为互联网标准协议
互联网商业化爆发，IPv4地址消耗加速
IPv6标准正式发布，作为IPv4的长期替代方案
亚太地区IPv4地址率先耗尽
欧洲地区IPv4地址耗尽，全球IPv4地址全部分配完毕
全球范围内加速向IPv6迁移，IPv4进入维护阶段
尽管IPv4正在逐步退出历史舞台，但它作为互联网基础协议的贡献不可磨灭。IPv4的成功经验和教训也为IPv6的设计和部署提供了宝贵参考。
为了解决IPv4地址短缺问题，网络工程师开发了网络地址转换（NAT）和运营商级网络地址转换（CGNAT）技术，这些技术在一定程度上缓解了地址枯竭问题，但也带来了新的挑战。
NAT技术允许多个设备共享一个公共IP地址，通过端口映射实现内外网地址转换。
CGNAT是NAT的扩展，在ISP层面实施，允许多个用户共享一个公共IPv4地址。
IPv6的设计目标之一是消除对NAT的需求，恢复真正的端到端连接。
虽然NAT和CGNAT技术暂时缓解了IPv4地址短缺问题，但它们只是权宜之计。IPv6才是从根本上解决地址枯竭问题的长期方案。