IPv6快30岁了，为啥没代替IPv4？浅谈NAT
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zhenglin
2025年12月5日 14:10
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IPv6都快30岁了，为啥没代替IPv4？
首先来聊个互联网界的“钉子户”——IPv4。
想象一下：你住在一栋叫“互联网”的大楼里，IPv4给你的家门牌号（IP地址）长得像 192.168.1.101。这栋楼在30多年前设计的时候，觉得给每家每户发一个唯一的门牌号，顶天了也就40多亿个（2的32次方），怎么也够用了。
结果呢？智能手机、平板、电脑、电视，甚至你家的冰箱、电灯泡都想挤进来要个门牌号。40亿？显然是不太够了。
于是，天才的工程师们在上世纪90年代就设计了一栋全新的、超级宽敞的“未来大楼”——IPv6。这栋楼的门牌号长得像 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334，数量多到可以给地球上的每一粒沙子都分配一个IP地址。
但问题来了：IPv6这栋“未来大楼”从1998年提出到现在，快30年了，为啥我们大部分人还挤在IPv4那栋破旧的老楼里？
那我们就要来聊聊NAT（网络地址转换）。可以说，是NAT硬生生给IPv4老楼续了命。
NAT的诞生
1.1 问题根源：IP地址大饥荒
IPv4地址只有大约43亿个，而全球上网设备早就突破百亿。这就好比一个只有100个座位的电影院，却要卖出去1000张票。怎么办？
早期的想法很直接：给每个设备一个全球唯一的公网IP地址。但地址根本不够分，此路不通。
1.2 NAT解决方案：给大楼装个“总机接线员”
NAT想出了一个绝妙的（或者说被逼无奈的）办法：
我们不给每家每户都发一个唯一的“全球门牌号”（公网IP）了，而是只给一整栋楼（比如一个家庭或一个公司）分配一个公网IP。楼里的每家每户，只用内部使用的“房间号”（私网IP，如 192.168.1.x）就行了（在我们现实中就相当于整个软件园可能只用了一个公网IP）。
那么，楼里的人怎么和外面的世界通信呢？这就需要在大楼门口设立一个超级牛X的“总机接线员”——它就是NAT路由器（就是你家里那个闪着蓝光的小盒子）。
下面我们用一张图来看看这位“接线员”是怎么工作的：
NAT的工作原理
（图1：NAT工作原理示意图）
假如我们给公司A分配了一个IP=192.168.1.1，把这个IP作为这个公司网关。
在公司A的内网里面有3台电脑，如果这三台电脑要上网的话，我们需要给他分配一个IP，那么我们一定需要去申请3个IP地址来使用吗？
答否。我们不一定需要去申请3个IP的，在我们这个内网里，我们可以指定自己的规则。
例如，我们可以给这三台电脑随便分配三个IP(请注意，这三个IP不是去申请的，而且我自己随意给它分配的)。分别分配电脑A = 192.168.1.2 电脑B = 192.168.1.3 电脑C = 192.168.1.4
假如电脑A想要访问百度，百度的IP我们假设为：172.168.30.3
我们都知道，电脑A的IP是我们虚构的，实际上可能并不存在这样一个IP，如果用电脑A的IP去访问百度，那肯定行不通。
我们也知道，由于百度和电脑A不在一个局域网内，所以A要访问百度，那么必须得经过网关。而网关的这个IP地址，是真实存在的，是可以访问百度的。
为了让 A 可以访问百度，那么我们可以采取这样的方法：让网关去帮助 A 访问，然后百度把结果传递给网关，而网关再把结果传递给 A，这样不就可以解决了？
不过电脑A, B, C都可能拜托网关去帮忙访问百度，而百度返回的结果 的目的IP都是网关的IP=192.168.1.1。那么网关该如何进行区分这结果是A的，B的还是C的呢？
我们去访问百度的时候，不是需要指定一个端口吗？只要我们把 A的IP + 端口 映射成 网关的IP+端口，不就可以唯一确定身份了？
例如A用端口60去访问百度，网关把 A的IP+端口60 映射成 网关的IP+端口80 不就可以了？
百度把结果返回给网关的80端口之后，网关再通过映射表，就可以把结果返回给 A的60端口 了。
如果B也是用60端口去访问百度的话，也是一样，可以把它映射到90端口。
这种方法地址的映射转换，我们也称之为网络地址转换。英文为 Network Address Translation，简称NAT。
而像A, B, C这样的IP地址我们也称之为内网IP，即私有IP；而像网关，百度这样的IP我们称之为外网IP，即全球IP。现在知道外网IP和内网IP了吧？
NAT到底好还是不好？
优点（为啥它能续命30年）：
极大地缓解了地址枯竭问题： 这是最大的功劳。靠着NAT，我们才能用有限的IPv4地址支撑起如今庞大的互联网规模。
一定的安全性： 因为外部网络无法直接看到你内部设备的真实IP，相当于给你的家庭网络增加了一道天然的“防火墙”。黑客想直接攻击你家的电脑，得先过了NAT路由器这一关。
部署简单，成本低廉： 无需改动现有网络基础架构，只需升级一下路由器软件/硬件即可。
问题（本质还是“续命毒药”）：
NAT虽然好用，但它本质上是个“打补丁”的方案，破坏了互联网最初的“端到端”通信原则，带来了很多麻烦：
复杂性增加： 互联网变得不再“纯粹”。每个通信都要经过NAT的翻译和记录，增加了延迟和复杂性。像IP电话（VoIP）、在线游戏联机（尤其是做主机时）、远程桌面等需要“直接点对点连接”的应用，在NAT后面会非常痛苦，需要各种“打洞”技术（如UPnP，STUN/TURN）才能实现，非常不优雅。
性能瓶颈： 那个“接线员”（NAT路由器）压力很大。所有数据都要经过它转换，如果连接数过多，它就可能成为网络速度的瓶颈。
阻碍创新： 想象一下，未来的物联网世界，你的汽车、空调、心脏起搏器都可能需要直接被互联网访问。但在NAT后面，你想从公司直接访问家里的智能门锁？得费老大劲了。这限制了新应用和新技术的发展。
结语
NAT这位“违章建筑大师”，凭借一己之力，用天才般的“打补丁”方式，延长了IPv4寿命，但也让它变得臃肿和复杂。
而真正规划好的未来之城（IPv6），虽然早已蓝图绘就，但IPv4因NAT的加持依然繁荣。
参考文章：原文链接
该文章在 2025/12/5 14:10:12 编辑过
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