IPv6技術(shù)和相關(guān)政策（一）

（數(shù)據(jù)事業(yè)部 IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品處 沈 軍）

　　IPv6(Internet Protocol version 6)作為下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPng）的基礎(chǔ)，是目前互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域替代IPV4的主流技術(shù)。目前IETF已經(jīng)制定了大量的IPv6相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括地址結(jié)構(gòu)、域名解析、自動配置、鄰居發(fā)現(xiàn)、路由協(xié)議等方面，其他諸如安全、流量工程及服務(wù)質(zhì)量等方面還在制定之中。IETF還于1996年建立了全球范圍的試驗床6Bone。目前世界各國的研究機(jī)構(gòu)及運營商都在積極進(jìn)行有關(guān)IPV6技術(shù)的研究和實驗，以便為IPV6時代的來臨積累足夠的經(jīng)驗。

一、為什么要IPv6？

　　IPV6協(xié)議的出現(xiàn)是互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及IPV4協(xié)議本身的不足的必然產(chǎn)物。IPV4地址空間嚴(yán)重不足，IPV4定義的IP地址長度為32bit。根據(jù)所支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機(jī)數(shù)的不同，又將地址分為A，B，C三類。由于對互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度估計不足，在互聯(lián)網(wǎng)的初期，人們認(rèn)為地址空間非常寬裕，因此往往一個公司就能獲得一個A類或B類地址。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和移動上網(wǎng)和信息家電等新應(yīng)用的出現(xiàn)，對IP地址的需求也呈指數(shù)級的增長。雖然人們認(rèn)識到IPV4地址資源有可能不足之后，采取了CIDR及地址翻譯（NAT）等補(bǔ)救措施，但終究無法根本解決IPV4地址匱乏的問題。

　　根據(jù)APNIC的統(tǒng)計亞太地區(qū)最近六個月的地址消耗率為34.3個B類地址/月，且這個數(shù)字呈逐月上升的趨勢。目前全球可用地址已經(jīng)不足半數(shù)，據(jù)專家估計，按現(xiàn)在的消耗速度，預(yù)計2005年IPV4地址將全部耗盡。因此現(xiàn)在IANA、APNIC等地址管理機(jī)構(gòu)對地址申請的審批越來越嚴(yán)格。現(xiàn)在總部要為某省申請地址，往往需要提供地址使用情況、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備訂單等一系列材料，歷時1-2月的時間才能完成。

　　由于中國電信Chinanet近幾年網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量都在飛速發(fā)展，對地址的需求也隨之大大增加。雖然經(jīng)過各方的努力，Chinanet擁有的地址量有了成倍地增加，但我們也深刻地感覺到IP地址空間不足及網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展之間的矛盾給地址申請工作及網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)發(fā)展帶來的巨大壓力。

　　IPV4地址空間的不足已經(jīng)成為采用IPV6的最直接原因。

　　路由表的膨脹

　　由于IPV4的地址分級結(jié)構(gòu)不完善，以及由于地址緊缺而導(dǎo)致的地址分配機(jī)構(gòu)分配的地址比較分散，使得各級路由器的路由表難以很好地聚合，路由表的路由條數(shù)在不斷的增長�，F(xiàn)在全球路由表有10.5萬條，比三年前幾乎翻了一倍。龐大的路由表使得路由器在尋路時的負(fù)載和工作效率大大降低。IPV6雖然沒有根本解決路由數(shù)量的問題，但其良好的分級結(jié)構(gòu)將有利于提高路由器的工作效率。

　　網(wǎng)絡(luò)管理變得越來越復(fù)雜

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷擴(kuò)張，越來越多的主機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，而IPV4難以實現(xiàn)自動發(fā)現(xiàn)和地址自動配置等功能，給網(wǎng)絡(luò)管理帶來了巨大的壓力。IPV6中由于地址結(jié)構(gòu)的改善，可以使得主機(jī)自動配置本機(jī)地址，從而簡化了配置過程。

　　新的應(yīng)用的出現(xiàn)對IP網(wǎng)絡(luò)提出了新的要求

　　由于視頻服務(wù)等新的應(yīng)用的出現(xiàn)，客戶對互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和安全性等有了更高的要求，而IPV4在設(shè)計時并沒有考慮這些因素。同時IPV4對移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)也沒有提供很好的支持。

　　雖然以上問題，在IPV4中已經(jīng)采取了一些技術(shù)加以解決，如DHCP、VPN等，但采用IPV6后效率將變得更高，功能也會更加完善。

二、IPV6數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

　　IPV6數(shù)據(jù)包由一個固定大小的基本包頭和零個或多個擴(kuò)展包頭及數(shù)據(jù)段組成，如下圖：

基本包頭

擴(kuò)展包頭1

………

擴(kuò)展包頭N

數(shù)據(jù)

　　　圖1 IPV6數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

　　這種結(jié)構(gòu)的使用使得IPV6數(shù)據(jù)包變得功能強(qiáng)大，靈活，且便于處理。

　　IPV6基本包頭

　　基本包頭是IPV6包頭的核心。首先看一下IPV4和IPV6包頭的結(jié)構(gòu)，如下圖：

　　　　　　　　　　　　　　圖2 IPV4包頭

　　　　　　　　　　　　　　　圖3 IPV6包頭

　　從IPV4和IPV6包頭的比較可以看出，IPV6包頭比IPV4的包頭簡單了很多，這樣有利于提高路由器等的工作效率。另外兩者的區(qū)別還在于：在IPV4和IPV6包頭中都保留了版本號，但數(shù)值分別為4和6。

　　由于IPV4包頭的長度是不固定的，因此有一個頭長度字段，而IPV6基本包頭的長度是固定的40個字節(jié)，因此取消了這一字段。同時，IPV4中數(shù)據(jù)包總長度字段被IPV6中的負(fù)載長度所替代。固定長度的包頭也有利于提高軟件處理包頭的效率。

　　IPV4包頭中的業(yè)務(wù)類型在IPV6包頭中更名為流量類型。利用這一字段可以將IP包分為若干個級別，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，可根據(jù)IP包優(yōu)先級的高，采取丟棄或保留等不同手段實現(xiàn)QOS。

　　IPV4包頭中的TTL在IPV6包頭中更名為跳數(shù)限制。該字段是為了防止路由循環(huán)設(shè)置的，更名后使其名稱和作用更加相符。

　　IPV6包頭中刪除了IPV4包頭中分段偏移量，標(biāo)識符，flags等字段，而將他們移到擴(kuò)展包頭中去了。

　　由于壞包將在鏈路層或傳輸層的校驗下被丟棄，因此在網(wǎng)絡(luò)層就沒有必要再進(jìn)行校驗。因此IPV6包頭中取消了IPV4包頭中的校驗項。

　　IPV4包頭中的選項是為了提供安全、源路由等信息而設(shè)的。而在IPV6中這些功能都將在擴(kuò)展包頭中實現(xiàn)，因此在基本包頭中刪除了此字段。

　　IPV6中的數(shù)據(jù)流標(biāo)記是用于為不同的數(shù)據(jù)流預(yù)留資源而設(shè)的，目前RSVP協(xié)議就已經(jīng)定義了該字段的使用。

　　IPV6的下一包頭字段用于說明下一擴(kuò)展包頭的類型。

　　IPV6中的源和目的地址不同于IPV4的32bits,是128bits。

　　IPV6擴(kuò)展包頭

　　擴(kuò)展報頭IPV6的擴(kuò)展包頭實現(xiàn)了IPV4包頭中選項字段的功能，并進(jìn)行了擴(kuò)展。每一個擴(kuò)展包頭都有一個next header 字段，用于指明下一個擴(kuò)展包頭的類型。如下圖：

基本包頭

next header=routing

路由包頭

next header=AH

認(rèn)證包頭

next header=TCP

TCP數(shù)據(jù)段

　　　　　　圖4 擴(kuò)展包頭示例

　　目前IPV6定義的擴(kuò)展包頭有：逐跳選項報頭、路由包頭、分段包頭、目的地選項包頭、認(rèn)證包頭、負(fù)載安全封裝包頭等等。

三、IPV6地址

　　IPV6協(xié)議中最重要的就是對地址的擴(kuò)充。IPV6地址為128比特，是IPV4地址長度的4倍。

　　IPV6地址的表示方法

　　IPV6地址的表示采用16進(jìn)制的表示方法。將128bit分為8組，每組16比特，用4個16進(jìn)制數(shù)表示，各組之間用“：”隔開，每組中最前面的0可以省略，但每組必須得有一個數(shù)，如：

FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210

1080:0:0:0:8:800:200C:417A

　　在IPV6地址段中有時會出現(xiàn)連續(xù)的幾組0，這時這些0可以用“::”代替，但一個地址中只能出現(xiàn)一次“::”。如：

1080:0:0:0:8:800:200C:417A =1080::8:800:200C:417A

FF01:0:0:0:0:0:0:101=FF01::101

0:0:0:0:0:0:0:1=::1

　　某些情況下，IPV4地址需要包含在IPV6地址中，這時，最后兩組用現(xiàn)在習(xí)慣使用的IPV4的十進(jìn)制表示方法，前六組表示方法同上，如：

0:0:0:0:0:0:61.1.133.1 或::61.1.133.1

　　IPV6地址的類型

　　同IPV4地址一樣，IPV6也被劃分為若干種類型，主要有：

　　單播地址（unicast）

　　該地址標(biāo)識某一單個接口。發(fā)往單播地址的包將被傳送到該地址指向的接口。

　　任播地址（anycast）

　　該地址標(biāo)識屬于不同節(jié)點的一組接口。發(fā)往任播地址的包將被傳送到該地址標(biāo)識的某一個接口，通常是路由協(xié)議計算出的最近的那個接口。

　　組播地址（multicast）

　　同樣該地址標(biāo)識屬于不同節(jié)點的一組接口。但發(fā)往組播地址的包將被傳送到該地址標(biāo)識的所有接口。

　　可聚類單播地址

　　單播地址分為若干種，可聚類單播地址是其中最重要和最常用的一種。其前綴為2000::/3。

　　有人計算，地球上每平方公里可分配4個IPV4地址，而每平方米就可以分配6*10^23個地址面對如此巨大的地址空間，如何進(jìn)行合理的分配，成為一個重要問題。一種合理的分配地址的方法就是將地址的分級結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)的分級結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。

　　為此可聚類單播地址被劃分以下結(jié)構(gòu)：

3

13

8

24

16

64bit

FP

TLA ID

RES

NLA ID

SLA ID

Inerface ID

　　　　　　　　　　　　　圖５　單播地址結(jié)構(gòu)

FP：格式前綴，為001；

TLA ID ：Top-Level Aggregation Identifier，標(biāo)識該地址處于路由分級結(jié)構(gòu)的頂級。

RES：8bit。預(yù)留，需設(shè)置為０。當(dāng)TLA ID或NLA ID不夠用時，可向RES擴(kuò)展。

NLA ID：Next-Level Aggregation Identifier用于擁有TLA ID的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識其下一級的各個網(wǎng)絡(luò)。

SLA ID：Site-Level Aggregation Identifier用于標(biāo)識某一網(wǎng)絡(luò)其內(nèi)部的分級結(jié)構(gòu)。

Inerface ID：64bit，為符合EUI-64格式的接口地址，用于標(biāo)識某條鏈路上的接口。大多數(shù)情況下為接口的鏈路層地址。

　　各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對IPV6的支持

　　目前，IETF已經(jīng)制定了一系列RFC，以支持IPV6網(wǎng)絡(luò)的運行，主要有：

RFC2545 Use of BGP-4 Multiprotocol Extensions for IPv6 Inter-Domain Routing

RFC2740 OSPF for IPv6

RFC2461 Neighbor Discovery for IP Version 6

RFC2463 ICMP for IP Version 6

RFC2464 Transmission of IPv6 Packets over Ethernet Networks

RFC2472 IP Version 6 over PPP

RFC1886 DNS Extensions to support IP version 6

（未完待續(xù)）

摘自《中國數(shù)據(jù)通信網(wǎng)》