第二代互联网协议――IPv6

摘 要 ：我们现在绝大部分的网络组建使用的协议仍然是IPv4,从网络应用发展的前景来看,必然要过渡到第二代互联网.IPv6正是第二代互联网所使用的网络协议.本文所要介绍的就是在IPv4协议理论基础之上的,新一代互联网协议――IPv6.

关 键 词 ：IPv4；IPv6；地址结构；首部及功能扩展

中图分类号：TP391 文献标识码：A

1.前言

当我们组建局域网,或者做一个计算机网络系统集成设计时,我们对于IP地址的规划仍然是基于IPv4的编址方法.IPv4产生于20世纪80年代,根据网络使用现状和网络的发展速度,当初的设计者是完全没有料到IP地址的数量在2005-2011年之间某个时间将要用完.这是一个很严重的问题.在这期间解决问题的办法只有两种：一是对IPv4的地址进行改造,尽可能地挖掘浪费掉的地址资源,延缓地址耗尽的时间.二是开发新的网际协议.新的网际协议是在1993年由因特网工程任务组（Inter Engineering Task Force, IETF）发起并创建的IPv6协议（IPv5被分配给了一种实验性的流协议）.IPv6有时也被称作下一代网际协议（Next Generation Inter Protocol ,IPng）,当前的因特网以及所有公司和私有内部网络都使用IPv4,由于有了IPv6,网际协议组将发生一次大的变革.IPv6不仅能够在窄带网络上工作,也可以在宽带网络上很好地工作（如千兆位以太网、ATM等）.有的国家或者单位（企业Intra）已经开始使用IPv6了,但就全球来看,IPv6目前仍处于试验阶段.从技术上讲,IPv6将来一定会完全取代IPv4的.

但就目前来讲,我们仍然离不开IPv4,IPv6取代IPv4需要较长的一段时间,它们还有相当长地共存的历史.所以我们有必要回顾IPv4的编址及其变化,对于新的IPv6的编址方法我们也要有初步的认识和了解,并逐步应用到我们的网络中.不论我们是系统和网络管理员,还是网络设计人员和IT管理人员,都要准备迎接IPv6时代的到来.

2.地址扩展

IPv6将IP地址由目前IPv4中的32位扩展到了128位.它的优点如下：

（1）允许Inter继续扩展,也就是说,IPv6把原来IPv4的地址增加到了128位,是原32位地址的4倍,它把原来IPv4地址空间扩展了296倍.地址的空间可以说是接近无限,有连地球上的沙子都能配上IP地址之说.

（2）提高路由效率,增加路由器的查询速度并减少路由器对内存的需求,使得路由更加有效.

（3）兼容非IP寻址格式,这些非IP地址包括网际数据包交换（IPX）、网络怎么写作访问端点（NSAP）以及以太网地址等.这样,现有网络将以最小地址重构并连接到Inter,可以减少网络管理员的设置、调试和维护工作量.

3.多媒体特性

IPv6融合了多种功能,使得通过Inter传送视频信号和其它的实时数据成为可能.这类数据需要保证带宽和较小的延迟.IPv6提供了优先权字段和流标记字段,用于为网络中的数据和数据流分配优先级别.

3.1优先权字段

IPv6报头中定义了一个4位的优先权字段,该字段可以表示16种不同的优先级别.表1中列出了一些常用的优先权级别.

除了上表中列出的优先级别,其它的均预留用于实时流量.

3.2流标记字段

IPv6报头中还包含了一个24位的流标记字段,源应用程序用它来标记数据包流所属的特定IP流.这样,路由器可以直接将其分类,而不需要查找地址、应用程序端口以及其它信息.这里的“流”指的是发给目标的数据包序列.IP报头中包含自身的流标识（ID）号,从而可减少路由器的工作量和工作时间.

4.组播与任播

IPv6命令支持组播,组播是指当一个站点在发送数据时,属于同一个工作组的每一台计算机都可以接收.IPv6还可以将组播消息分发的范围限制在特定的地区、公司或其它规定的范围.任播是指IPv6允许源结点通过单一地址指定某组中需要连接的任意一台主机.

5.巨型数据包

IPv6支持长达40亿个字节的巨型数据包.这使得大型数据包的传送更加容易,并确保IPv6能够在任何传送媒体上最好地利用全部可用带宽.

6.即插即用地址获得（自动配置）

目前,用户或网络管理员必须手动配置每台计算机的地址和其他网络信息.另外,在改变网络地址时,必须手动重新配置每台计算机.这是件特别耗费时间的工作.IPv6中包含允许主机发现自身地址并自动完成地址更改的机制,从而解决了这个问题.IPv6允许主机在启动时从本地路由器获得自身地址,从而不需要在每台主机上手动配置地址或使用动态主机配置协议第6版（DHCPv6）.IPv6还指定了主机为本地站点通信和没有路由器的小型站点分配地址的过程.

7.移动主机支持

IPv6中包含由基地地址向其它任意地址自动转发数据包的算法.这样,从任意位置,甚至是通过移动连接到Inter的所有用户均可无缝地接收他们的消息.

8 效率提高

IPv6具有多种能够提高IP协议整体效率的功能,如：

（1）简化的报头

IPv6将数据包报头由IPv4中的12个数据元素简化为8个元素,从而减少了处理报头所需要的计算,加快了路由的速度.

（2）优化数据包的大小

源结点在以IPv6发送消息前,通过查找路径最大单元（MTU）,确定在到达目的端的路径中所有路由器均能支持的最大数据包大小.然后源计算机将消息分成不需要路由器再进行分段的数据包,从而减少了路由器的计算工作.

（3）减小主机的负载

IPv6的组播功能允许主机和路由器只向那些已登录接收消息的相邻结点发送消息,从而避免了其它计算机为检查和丢弃无关的数据包所需要做的工作.

（4）路由集合

IPv6允许每个设备接口具有多个地址,以使路由集合变得简单并有效.例如,如果一台主机具有多个接入提供商,它就可以对每个提供商的地址空间使用独立的地址集.在IPv4中,地址与路由基本没有关联,因此,路由器必须维护庞大的路径表.IPv6中的地址集合使路由器只需维护较小的前缀表,该前缀表可用来将数据包传送给正确的接入提供商.

9 对IPv4的兼容性

由于大量的主机和路由器已经安装了IPv4,IPv6规范中含有确保从IPv4平滑、渐进地转变到IPv6的机制.

（1）IPv4地址翻译

通过添加引导位为0的IPv6地址前缀,可以很容易地将地址翻译成IPv6地址.

（2）双协议栈

IPv6的所有实施方案中都将包含IPv4协议栈.

（3）IPv6通过IPv4路由通信

通过在IPv4数据包中封装IPv6数据包,IPv6主机之间能够通过IPv4路由器进行通信.

10 安全措施

IPv6为应用程序提供了可以确保连网安全的数据包及加密和身份验证措施.

（1）加密

对数据包的加密可以防止未经授权的人阅读其中的消息.

（2）身份验证

身份验证不但可以确保源地址不是伪造的,而且可以保证数据包在传送的过程中未被篡改.IPv6实施方案中包括进行消息身份验证的MD5算法（哈希算法,MD5用于建立数字签名）,以确保信息到达时与用户发送的数据包一样.

11 IPv6报头格式

IPv6报头格式如图1所示.

报头中字段的意义如下：

版本字段（4位）,表明是第6版.

优先权字段（4位）,用来设定不同数据的优先权.

流标记字段（24位）,即前版本IPv4的怎么写作类型（ToS）字段.

有效载荷长度字段（16位）,数据包中携带的字节数量.

下一个报头字段（8位）,用于指定紧跟在IPv6报头之后的报头,它使用与IPv4报头中协议字段类似的值,如表2所示.

转发限制字段（8位）,取代了IPv4的生存时间（TTL）字段,在每个转发数据包的结点（路由器）处递减.当它减为“0”时,数据包段或数据包被丢弃.

源地址字段和目的地址字段均增加到16个字节.

在IPv6中,地址的点分十进制表示法被十六进制加冒号表示法所取代.下面说明十六进制加冒号表示法：

1080：0：0：0：8：800：200C：417单播地址；

FF01：0：0：0：0：0：0：43组播地址；

0：0：0：0：0：0：0：1回送地址

也可以表示成：

1080：：8：800：200C：417单播地址；

FF01：：43组播地址；

：：1回送地址

从IPv4转变到IPv6可以采用多种不同的方式.每个版本均可以具有单独的IP协议栈.版本4封装在版本6的IP报头中的做法也可能出现.这取决于各个路由器制造商.

12 结语

IP协议是因特网的核心协议,无论从计算机本身发展还是从因特网规模和网络传输速率来看,现在IPv4已经很不适用了.但是要过渡到IPv6也不是一蹴而就的事情,需要更多的时间来规划IPv4-IPv6的平滑过渡,需要更多的时间培养IPv6的专门人才.社会期望能够尽可能早地获得第二代互联网的怎么写作.