下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——IPv6

【摘要】 主要對IPv6的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，重點闡述IPv4過渡到IPv6的兩種基本方法雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 IPv6;雙協(xié)議棧;隧道

一、IPv6的提出

因特網(wǎng)近幾年的發(fā)展速度非常快，以IPv4為基礎(chǔ)的因特網(wǎng)所固有的缺陷和局限性日益凸現(xiàn)。其中最為突出的是IP地址資源匱乏，IPv4是一個由32位二進(jìn)制構(gòu)成的地址，全球一共有40多億個。因特網(wǎng)起源于美國，故給自己預(yù)留了足夠的IP地址，我國申請到的IP地址僅3千多萬個，只相當(dāng)于美國麻省理工學(xué)院一個學(xué)校分配到的IP地址。早在兩年前專家預(yù)計到2010年全球的IP地址將用完，IPv4的生命將走到盡頭。后來采取了無類域間路由選擇(CIDR)和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)等有效措施來緩解IPv4地址資源匱乏的問題，都是治標(biāo)不治本的，專家預(yù)計到2012年所有IPv4地址將全部分配完，最終IP地址會耗盡。IPv4自身存在的問題使得因特網(wǎng)發(fā)展受到限制，如安全保障、服務(wù)質(zhì)量與運營管理等方面。

從根本上解決IP地址緊缺，全世界公認(rèn)的最好辦法是發(fā)展IPv6技術(shù)，這也是現(xiàn)在全球網(wǎng)絡(luò)專家正在解決的問題。IPv6是IPv4的升級版本，每個IP地址由128位的二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，長度是IPv4的4倍，屆時全球每個人可分到100萬個，即使以后家里的所有家用電器都接入因特網(wǎng)，IP地址都是取之不完用之不竭的。IPv6較IPv4除解決IP地址匱乏之外，還有許多優(yōu)勢

1.IPv6的路由表比IPv4更小。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類原則，在路由器能在路由表中使用一條記錄來表示一個子網(wǎng)，這使得路由器中路由表的長度減小了不少，提高路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

2.IPv6比IPv4具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對IP報文進(jìn)行校驗，極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

3.IPv6對組播和流的支持較IPv4增強(qiáng)了不少，這對多媒體在因特網(wǎng)上的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，為服務(wù)質(zhì)量(QoS)控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺。

4.IPv6加入了對自動配置(Auto Configuration)的支持。這是對DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)(尤其是局域網(wǎng))的管理更加方便和快捷。

二、IPv6的結(jié)構(gòu)

IPv6的128位地址按每16位劃分為一個位段，每個位段被轉(zhuǎn)換為一個4位的十六進(jìn)制數(shù)，并用“:”隔開，這種表示法稱為冒號十六進(jìn)制表示法(colon hexadecimal)。如可以按一下步驟形成一個冒號十六進(jìn)制IPv6。

(1)用二進(jìn)制格式表示128位的一個IPv6地址:

1001010101011101000101110000010101011111000000111111100000011111

1000000111000110011001111110101010000000010111111110101010110101

(2)將這個128位的地址按每16位劃分為8個位段:

1001010101011101 0001011100000101 0101111100000011 1111100000011111

1000000111000110 0110011111101010 1000000001011111 1101010101101011

(3)將每個位段轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號隔開，結(jié)果如下:

955D:1705:5F03:F81F:81C6:67EA:805F:D56B

因十六進(jìn)制與二進(jìn)制之間的進(jìn)制轉(zhuǎn)換比十進(jìn)制和二進(jìn)制之間的進(jìn)制轉(zhuǎn)換更容易，故IPv6的地址表示法采用十六進(jìn)制數(shù)，每一位十六進(jìn)制數(shù)對應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)。IPv6不支持子網(wǎng)掩碼，它只支持前綴長度表示法。前綴是IPv6地址的一部分，用作IPv6路由或子網(wǎng)標(biāo)識。前綴的表示方法與IPv4中的無類域間表示方法基本相同，如564A:F0::95AB:6871:578B/60表示該IP地址的前60位為網(wǎng)絡(luò)號。

三、從IPv4到IPv6過渡的基本方法

從IPv4到IPv6的過渡方法有多種，最基本的是:雙IP層或雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)。

1.雙IP層或雙協(xié)議棧。雙IP層是指在從IPv4完全過渡到IPv6之前，部分主機(jī)和路由器裝有兩個協(xié)議，即使IPv4和IPv6協(xié)議。故該類型主機(jī)或路由器既能與IPv6的系統(tǒng)通信，又能與IPv4的系統(tǒng)通信。具有雙IP層的主機(jī)或路由器應(yīng)當(dāng)具有兩個IP地址，分別是IPv4和IPv6地址。雙IP主機(jī)在與IPv6主機(jī)通信時采用IPv6地址，而與IPv4主機(jī)通信時就采用IPv4地址。雙IP層主機(jī)的TCP或UDP協(xié)議都可以通過IPv4網(wǎng)絡(luò)、IPv6網(wǎng)絡(luò)或者IPv6穿越IPv4的隧道的通信來實現(xiàn)的(如圖1所示)。

雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點是互通性好，容易理解和實現(xiàn)。缺點是顯而易見的，即需給每個運行IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端分配IPv4地址，不能解訣IPv4地址匱乏的問題。在IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，IPv4地址相對充足，該方案是可行的。但當(dāng)IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段，為每個節(jié)點分配IPv4地址將很難實現(xiàn)。

2.隧道技術(shù)。隧道技術(shù)是向IPv6過渡階段使用的較為成熟的技術(shù)。當(dāng)IPv6分組進(jìn)入IPv4網(wǎng)絡(luò)時，將IPv6分組封裝成為IPv4分組，整個IPv6分組成為IPv4分組的數(shù)據(jù)部分。當(dāng)IPv4分組離開IPv4網(wǎng)絡(luò)時，再將其數(shù)據(jù)部分交給主機(jī)的IPv6協(xié)議，這就好像在IPv4網(wǎng)絡(luò)中打通了一個隧道來傳輸IPv6數(shù)據(jù)分組(如圖2所示)。

隧道配置是用于建立隧道的。隧道的配置主要分為路由器-路由器、主機(jī)-路由器和主機(jī)-主機(jī)三種類型。

(1)路由器-路由器隧道結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。在該結(jié)構(gòu)中，隧道的端點是兩臺路由器，該路由器分別有兩個IP地址，即一個IPv4地址和一個IPv6地址。隧道用于連接位于IPv4網(wǎng)絡(luò)的兩個端點之間的邏輯鏈路。兩個路由器都有一個表示IPv6穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道的接口和對應(yīng)的路由。

(2)主機(jī)-路由器隧道結(jié)構(gòu)(如圖4所示)。在該結(jié)構(gòu)的隧道配置中，由IPv4網(wǎng)絡(luò)中的IPv6/IPv4主機(jī)創(chuàng)建一個IPv6跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道，作為從源節(jié)點到目的節(jié)點之間路徑中的第一段。對于穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的IPv6分組來說，穿越隧道相當(dāng)于只經(jīng)過一個路由。IPv4/IPv6路由器創(chuàng)建一個表示IPv6穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)隧道的隧道接口，并在路由表中添加一條默認(rèn)路由。

(3)主機(jī)-主機(jī)隧道結(jié)構(gòu)(如圖5所示)。在該結(jié)構(gòu)的隧道配置中，由IPv4網(wǎng)絡(luò)中的IPv4/IPv6主機(jī)創(chuàng)建一個IPv6跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道，作為從源節(jié)點到目的節(jié)點整個路徑，對于穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的IPv6分組來說，穿越隧道相當(dāng)于只經(jīng)過一個路由器。

隧道技術(shù)的優(yōu)點在于隧道的透明性，即IPv6主機(jī)之間的通信可以忽略隧道的存在，不用理解隧道中使用的技術(shù)，隧道只起到物理通道的作用，且不需要大量的IPv6專用路由器設(shè)備和專用鏈路，可減少投資成本。隧道技術(shù)也有其自身的缺點:在IPv4網(wǎng)絡(luò)上配置IPv6隧道是非常復(fù)雜的，且隧道技術(shù)不能實現(xiàn)IPv4主機(jī)和IPv6主機(jī)之間地通信。

隨著因特網(wǎng)的不斷發(fā)展，IPv4地址在幾年內(nèi)將會結(jié)束自己的生命，IPv4向IPv6過渡勢在必行，在完全過渡到IPv6的過程中IPv4和IPv6會有一個長期共存的階段。在IPv4過渡到IPv6的過程中會面臨各種技術(shù)挑戰(zhàn)，但沒有一種成熟的過渡技術(shù)能夠完全滿足任意IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡，所以在進(jìn)行過渡過程中需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛻?yīng)用場景，從已有的成熟的過渡方案中選擇一種或者幾種技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡。

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