ＩＰｖ６地址策略

張　毅

摘要：文章主要闡述了IPv6地址結構、地址類型及其管理機制。在IPv6地址管理方面采用層次化路由選擇策略,支持QoS路由協議,將地址解析通過鄰居發現協議來實現,新增了無態地址的自動配置,使得網絡地址的重新編號變得更加簡單快速。

關鍵詞：IPv4；IPv6；IP地址；地址管理

1引言

目前IP網絡的基本協議是IPv4協議，IPv4地址是32位，約43億個IP地址。但是全球互聯網的迅猛發展仍導致了IP地址資源的緊張，而且下一代語音、數據、視頻融合的通信網絡對網絡的安全、質量和移動性都提出了更高的要求，而目前IPv4在地址空間、端到端的IP連接、服務質量、網絡安全和移動性等方面都暴露出了不足，極大地限制了IP網絡的進一步發展。為克服IPv4的這些不足，IETF下一代網絡協議IPng工作組于制定了IPv6。 IPv6所提供的巨大的地址空間以及所具有的諸多優勢和功能，使其成為構筑下一代網絡的重要基礎，從提出至今獲得了普遍關注和廣泛認可。

2IPv6地址

2.1 IPv6 地址空間

IPv6的主要改變就是地址長度為128bit，這樣可以有2128個IP地址。128位地址所形成的地址空間大于3.4×1038，可見IPv6徹底解決了 IPv4地址不足的難題[1]。在可預見的很長時期內，它能夠為所有可以想象出的網絡設備提供一個全球唯一的地址。足以使一個大企業將其所有的設備如計算機、打印機甚至尋呼機等聯入Internet而不必擔心IP地址不足。

2.2 IPv6 地址語法

IPv6巨大的地址空間還必須使維護互聯網的人易于閱讀和操作這些地址。因此采用IPv4所用的點分十進制記法就不方便了。由RFC 1884規定的標準語法把IPv6的IP地址分為8個地址節，每節包含16個地址位，以4個十六進制數書寫，節與節之間用冒號分隔，通常這種記法叫冒號十六進制（colon hexadecimal notation，簡寫為colon hex）[1]。例如將前面所給出的點分十進制數記法的值改為冒號十六進制記法就變為：68E6：8C64：FFFF：FFFF：0000：1180：960A：FFFF。

2.3 IPv6地址類型

IPv6將128bit的地址空間分為兩大部分。第一部分是可變長度的類型前綴，第二部分是地址的其余部分，其長度也是可變的。圖1表示了IPv6地址結構。

IPv6地址的類型由第一部分的可變長格式類型前綴確定。每一種前綴表示一種類別的地址。IPv6定義了三種類型的地址：單播（Unicast）地址、多播地址（multicast）、任播（anycast） 地址[2]。單播用來標識單一接口的地址。發送到單播地址的數據包被送到由該地址標識的接口。多播地址用來標識一組接口的地址（通常分屬不同節點）。發送到多播地址的數據包被送到由該地址標識的每個接口。任播（anycast） 地址用來標識一組接口的地址。大多數情況下，這些接口屬于不同的節點。發送到任意播送地址的數據包被送到由該地址標識的其中一個接口。在IPv6中沒有廣播地址，其功能由多播地址代替。在IPv6中，除特別指出外，全0或全1的值都可以合法地用在任一字段中。

3IPv6的地址管理機制

如前所述,與IPv4相比，IPv6在地址結構上具有明顯的不同,這必然影響到相應的地址管理,包括路由選擇、地址解析和地址配置等,這些管理機制主要定義在IPv6鄰居發現(Neighbor Discovery)[2]協議和控制消息協議(ICMPv6)中[2]。

3.1 IPv6的路由選擇

IPv6地址資源的擴大必然增加路由選擇的困難,而路由選擇問題屬于OSI參考模型網絡層的核心問題,基本作用是在網絡中為分組報文選擇一條或一組適當的轉發路徑。在IPv6的分組報頭中定義了128it源地址和目的地址；一般情況下，路由器就根據IPv6分組報頭所提供的這2個IP地址和所采用的路由協議進行路由接受、調度、查尋、計算和轉發。由于IPv6地址具有聚類性，因此IPv6所采用的路由協議必須支持這一特性。原IPv4中支持CIDR尋址的路由協議,包括域內路由協議(如RIP和OSPF等)和域間路由協議(如IDRP和BGP-4等)等，均要經過一定的修改,以支持IPv6的地址機制，如RIPng、OSPFv6或IDRPv2等[2]；利用鄰居發現協議，以ICMPv6信息性消息報文格式定期或按需發送和接收路由器請求消息和路由器宣告消息，從而進行路由表的建立、維護和更新，對鄰居路由器進行定位。另外,在IPv6中也支持人工指定路由,在其擴展報頭中有一個路由報頭(routing header)，用來指定分組報文到達目的地址前必須經過的中間路由器。

3.2 IPv6的地址解析

在IPv4中網絡地址解析主要采用ARP(Address Resolution Protocol)或RARP(Reverse ARP)協議來完成，進行IP地址和MAC地址之間的映射和轉發。而在IPv6中是通過鄰居發現來實現地址解析和路由器發現的功能[2]。鄰居發現協議集成了原IPv4中的ARP、RDISCP(Router DISCovery Protocol)和ICMP重定向消息(redirection message)等[2]，以ICMPv6分組格式進行消息廣播和確認,包括路由器請求和路由器宣告、鄰居請求、鄰居發現和鄰居宣告消息以及重定向消息。其中鄰居請求、鄰居確認和鄰居宣告消息就是用來進行地址解析和防止地址沖突的，源節點發送鄰居請求消息以獲得相鄰節點或目標節點的鏈路層地址，同時發送節點可將本地的鏈路層地址傳送給目標節點；源節點也可通過廣播鄰居確認消息來完成地址解析操作,該消息發送到特定的目標多播地址,要求返回目標節點的鏈路層地址；目標節點接收到鄰居請求消息或鄰居確認消息后,在其單播鄰居宣告消息中響應鏈路層地址,而源節點發送的鄰居宣告消息可作為對鄰居確認消息的響應。網絡節點也可以發送非鄰居確認的宣告消息,說明鏈路層的變化。

3.3 IPv6地址的自動配置

在IPv6中網絡地址既可以是手工配置,也可以是自動配置。當采用地址自動配置時又分為無態和有態2種類型,有態地址自動配置可采用DHCPv6 (IPv6的動態主機配置協議)協議[2],DHCPv6仍采用客戶機/服務器模式來構造,在局部網絡范圍內對單播IP地址進行動態的分配和管理,但與原DHCPv4相比進行了多方面的改進,如重新定義了DHCP消息名稱與類型,新增了重新配置類和中繼類消息,刪除了應答消息DHCPACK和DHCPNAK,并統一和簡化了消息的報頭,以支持IPv6地址結構和管理機制的新特點。而無態自動配置服務是IPv6新增的,對移動主機來說非常重要。IPv6 協議可為任意主機生成一個“本地 IP地址”，這個地址內嵌一個以太網卡地址，由于MAC地址是全球唯一的，這樣IP地址就不會重復，IPv6的自動配置功能正是基于這種唯一IP地址的概念。

4結論

綜上所述，IPv6在地址結構上與IPv4相比完全不同，地址長度增加了3倍，極大地豐富了IP地址空間；采用分層結構化的單播地址,取消了廣播地址，擴展了多播地址，新增了任播地址;在地址管理方面擴展了鄰居發現服務，集成了路由器發現、地址解析和無態地址自動配置，并對原IPv4的DHCP協議進行了改進；這種管理機制可有效地提高路由效率，支持QoS業務和移動主機單播IP地址的快速配置。

參考文獻:

[1]謝稀仁.計算機網絡（第四版）[M].北京:電子工業出版社,2004(10):176,237-238.

[2]Joseph Davies（美）.理解IPv6[M].北京:清華大學出版社,2004(3):8,40-54,150.