基于IP的核心网(IPv6)
Internet协议第4 版(Ipv4)为TCP/IP 协议簇和整个Internet 提供了基本的通信机制。自1970 年发布该协议,已沿用至今,说明该协议设计灵活和功能强大。但近年来国际Internet 的飞速发展,入网设备的数量急速增加, 虽然现在IP 地址还能满足用户的需要,但从Internet 强劲的发展趋势来看,IP 地址总有一天会水尽源枯。IETF(Internet Engineer Task Force)组织已意识到:目前的IPv4网络协议已很不适用了。因此提出了下一代的网络协议IPng(IPNext一Generation),又称IPv6。
基本原理：IPv6 为新一代的网络协议。为了与现有的IPv4 有所区别,下一代的网络被称为IP 第六版,即IPv6,有的地方也称为IPng。IPng过去常被用来指跟下一代的网络协议定址方式有关的研究报告,而IPv6 则特指由IETF 所提出的网络协议规则。在有的文献中将IPng 和IPv6 交互引用。为了避免混淆,我们称呼下一代的网络通信协议为IPv6,称呼有关的研究工作为IPng。
IPv6 在协议设计上充分考虑到了IPv4 网络实践过程中的经验,并尽可能的使其适合未来网络的发展需要。IPv6 不是简单的IPv4 的继承,而是一个有力的改进。IPv6 和IPv4 设计的主要差异以下几个方面。
1 地址空间
IPv6 与IPv4 比较最显著的一个改动就是使用128 比特上的地址来代替了32 比特长的IPv4 地址。IPv4 采用32bit 地址来标识网络上的计算机和网络本身。IPv4 的地址分五类,分别为A 类、B 类、C 类、D 类及E 类。其中,D 类地址用于多地址发送用途,E类地址是为未来的需求而预留的。IPv6 地址使用128 位地址,彻底解决了Internet 地址不够用的问题。IPv6 地址分三类:(1)单目地址(unicast),供点到点通信使用;(2)任意目地址(anycast),这是新定义的地址类型。它对应于一组地址中与发送者最接近的那一个,当然这里"最接近"的含义由寻径协议的度量标准确定;(3)多目地址(multicast).对应于一组单目地址,这与IPv4 中多目地址的含义一致。IPv6 中取消了广播地址,其功能由多目地址代替。
由于IPv6 的地址空间巨大, 所以沿用IPv4 所使用的点分十进制表示法不能简洁的表示这些地址,如:18 .104 .255 .255 .255 .255 .0 .0 .0 .0 .17.150.10 .129 .0 .0
为了使表示更简洁,IPv6 的设计者建议用冒号十六进制表示,即每2 个八位组用十六进制表示, 然后各个量之间用冒号分隔开,如上面的点分十进制变成冒号十六进制就是1268:FFFF:FFFF :0 :0 :1196 :0A80 :0
显然,IPv6 采用的冒号十六进制较IPv4 中的点分十进制使用了更少的分割符和数字,具有明显的优势。另外,冒号十六进制表示还允许零压缩。IPv6 对于不同的地址类型,由不同的前缀来标识。
2 数据报格式
IPv6 报头格式在IPv4 的基础上进行了优化,从而有助于提高处理效率。首先,有些不必要的域被削减了,有些域则被定义为可选报头, 如IPv4 中的报头长度域由于在IPv6 中采用下一报头域将可选报头或上层协议报头连起来而显得没必要; 与分段(fragment) 有关的域也由于IPv6 中不同的分段方法而被定为可选报头。其次,IPv6 报头中每个多字节的域都按照自然边界对齐,从而方便程序处理。
校验和域在IPv6 中被取消了。实际上,计算校验和对于传输速度有一定影响。在当前网络传输较可靠而且数据链路层和传输层都有校验和的情形下,网络层的校验和计算就显得有些得不偿失。
IPv6 对扩展报头或可选项的支持十分灵活。这些扩展报头紧跟在基本报头后面,由下一报头域串联起来形成一个链。下一报头域不同的值指示不同的扩展报头,如:
0-Hop-by-Hop options header
43--routing header
44-fragment header
51-authentication header
59-no next header
60--destination option header
最后一个扩展报头的下一报头域指示上层协议:
6-TCP
17-LJDP
45-IRP
46-RSVP
58-ICMP
在实际数据包中,扩展报头一般按表中所列次序排序,这可以简化处理。对路由器而言,它们一般关心hop-by-hop 及routing报头,因此如果它们一旦读到除此以外的其他报头,就不用再往下看。
IPv6 增加T流标签(flow label)功能。报头中有24位长的流标签域。它与一个源地址可以共同确定网络中某个特定的数据流。为保证所需资源,应用可以事先申请予以保留,而特定的流标签可用作指示使用这些预留资源的使用权。流标签是一个崭新的功能,目前尚处于实验当中,如果应用程序不支持流标签的话,则数据包中24 位的流标签域应该被设置成0。
3 分段策略
IPv6 的分段策略也有了改变。在IPv4 数据包传输过程中,如果需要,分段就有可能发生。而在IPv6 中,分段只能由源主机进行,而不能由路由器进行。一旦某路由器认为收到的包太大,它只能向源主机发回一个错误信息, 要求主机将包分段后再重新发出。这种策略相对于在传递路径上分段要有效得多。事实上,IPv6规定所有的主机与路由器都必须支持576 字节的数据包,这使得分段的概率就小得多了。因此,IPv6 的基本报头中就不包括有关分片的域了,而是特别定义一个分片的扩展报头。
4 安全性
IPv6 在安全性方面有所加强。IPv4 实际上对于它所传递的数据并未提供有意义的安全措施。随着Internet 的应用面越来越广,这一弱点日益突出。IPv6 从两个方面进行了加强。首先要求所有IPv6 主机支持鉴别机制,特别定义了鉴别扩展报头,并以MD5 算法(message digest 5)作为缺省的鉴别算法;其次,IPv6 还建立了交换机密信息的保密机制,以防IP 包在传输过程中被窃听。
5 自动配置
在一个IPv4 环境中, 用户或网络管理员必须手工配置IPv4节点地址,这样既烦琐又容易出错,而且如果改变网络地址,每一个节点都需要重新配置。而I Pv6 由于有了地址自动设定,主机可以自动的为每个地址配置一个或多个地址。只要一连上网络就可以自动设定地址。这样一来用户不用花多少时间去进行地址设定,而且可以大大减轻网络管理员的负担。IPv6 支持两种自动设定功能。
一种是"无状态自动设定"。另一种是和IPv4 自动设定功能一样的名为"有状态自动设定(DHCPv6)",他通过保留关于地址分配处理的信息支持更大的管理性系统控制。
现状及其发展方向：目前有很多公司已经宣布支持IPv6,根据专家们的估计,目前IPv4 的可用地址会在2000 年至2008 年之间用完,那时也是IPv6 的到来之日。IPv6 的应用前景十分广泛。它强大的地址空间以及支持移动网间协议使得全球移动通信成为现实。IPv6 将极大地推动移动数据通信、全球定位系统、互联网接入等技术的飞速发展。
基本原理：IPv6 为新一代的网络协议。为了与现有的IPv4 有所区别,下一代的网络被称为IP 第六版,即IPv6,有的地方也称为IPng。IPng过去常被用来指跟下一代的网络协议定址方式有关的研究报告,而IPv6 则特指由IETF 所提出的网络协议规则。在有的文献中将IPng 和IPv6 交互引用。为了避免混淆,我们称呼下一代的网络通信协议为IPv6,称呼有关的研究工作为IPng。
IPv6 在协议设计上充分考虑到了IPv4 网络实践过程中的经验,并尽可能的使其适合未来网络的发展需要。IPv6 不是简单的IPv4 的继承,而是一个有力的改进。IPv6 和IPv4 设计的主要差异以下几个方面。
1 地址空间
IPv6 与IPv4 比较最显著的一个改动就是使用128 比特上的地址来代替了32 比特长的IPv4 地址。IPv4 采用32bit 地址来标识网络上的计算机和网络本身。IPv4 的地址分五类,分别为A 类、B 类、C 类、D 类及E 类。其中,D 类地址用于多地址发送用途,E类地址是为未来的需求而预留的。IPv6 地址使用128 位地址,彻底解决了Internet 地址不够用的问题。IPv6 地址分三类:(1)单目地址(unicast),供点到点通信使用;(2)任意目地址(anycast),这是新定义的地址类型。它对应于一组地址中与发送者最接近的那一个,当然这里"最接近"的含义由寻径协议的度量标准确定;(3)多目地址(multicast).对应于一组单目地址,这与IPv4 中多目地址的含义一致。IPv6 中取消了广播地址,其功能由多目地址代替。
由于IPv6 的地址空间巨大, 所以沿用IPv4 所使用的点分十进制表示法不能简洁的表示这些地址,如:18 .104 .255 .255 .255 .255 .0 .0 .0 .0 .17.150.10 .129 .0 .0
为了使表示更简洁,IPv6 的设计者建议用冒号十六进制表示,即每2 个八位组用十六进制表示, 然后各个量之间用冒号分隔开,如上面的点分十进制变成冒号十六进制就是1268:FFFF:FFFF :0 :0 :1196 :0A80 :0
显然,IPv6 采用的冒号十六进制较IPv4 中的点分十进制使用了更少的分割符和数字,具有明显的优势。另外,冒号十六进制表示还允许零压缩。IPv6 对于不同的地址类型,由不同的前缀来标识。
2 数据报格式
IPv6 报头格式在IPv4 的基础上进行了优化,从而有助于提高处理效率。首先,有些不必要的域被削减了,有些域则被定义为可选报头, 如IPv4 中的报头长度域由于在IPv6 中采用下一报头域将可选报头或上层协议报头连起来而显得没必要; 与分段(fragment) 有关的域也由于IPv6 中不同的分段方法而被定为可选报头。其次,IPv6 报头中每个多字节的域都按照自然边界对齐,从而方便程序处理。
校验和域在IPv6 中被取消了。实际上,计算校验和对于传输速度有一定影响。在当前网络传输较可靠而且数据链路层和传输层都有校验和的情形下,网络层的校验和计算就显得有些得不偿失。
IPv6 对扩展报头或可选项的支持十分灵活。这些扩展报头紧跟在基本报头后面,由下一报头域串联起来形成一个链。下一报头域不同的值指示不同的扩展报头,如:
0-Hop-by-Hop options header
43--routing header
44-fragment header
51-authentication header
59-no next header
60--destination option header
最后一个扩展报头的下一报头域指示上层协议:
6-TCP
17-LJDP
45-IRP
46-RSVP
58-ICMP
在实际数据包中,扩展报头一般按表中所列次序排序,这可以简化处理。对路由器而言,它们一般关心hop-by-hop 及routing报头,因此如果它们一旦读到除此以外的其他报头,就不用再往下看。
IPv6 增加T流标签(flow label)功能。报头中有24位长的流标签域。它与一个源地址可以共同确定网络中某个特定的数据流。为保证所需资源,应用可以事先申请予以保留,而特定的流标签可用作指示使用这些预留资源的使用权。流标签是一个崭新的功能,目前尚处于实验当中,如果应用程序不支持流标签的话,则数据包中24 位的流标签域应该被设置成0。
3 分段策略
IPv6 的分段策略也有了改变。在IPv4 数据包传输过程中,如果需要,分段就有可能发生。而在IPv6 中,分段只能由源主机进行,而不能由路由器进行。一旦某路由器认为收到的包太大,它只能向源主机发回一个错误信息, 要求主机将包分段后再重新发出。这种策略相对于在传递路径上分段要有效得多。事实上,IPv6规定所有的主机与路由器都必须支持576 字节的数据包,这使得分段的概率就小得多了。因此,IPv6 的基本报头中就不包括有关分片的域了,而是特别定义一个分片的扩展报头。
4 安全性
IPv6 在安全性方面有所加强。IPv4 实际上对于它所传递的数据并未提供有意义的安全措施。随着Internet 的应用面越来越广,这一弱点日益突出。IPv6 从两个方面进行了加强。首先要求所有IPv6 主机支持鉴别机制,特别定义了鉴别扩展报头,并以MD5 算法(message digest 5)作为缺省的鉴别算法;其次,IPv6 还建立了交换机密信息的保密机制,以防IP 包在传输过程中被窃听。
5 自动配置
在一个IPv4 环境中, 用户或网络管理员必须手工配置IPv4节点地址,这样既烦琐又容易出错,而且如果改变网络地址,每一个节点都需要重新配置。而I Pv6 由于有了地址自动设定,主机可以自动的为每个地址配置一个或多个地址。只要一连上网络就可以自动设定地址。这样一来用户不用花多少时间去进行地址设定,而且可以大大减轻网络管理员的负担。IPv6 支持两种自动设定功能。
一种是"无状态自动设定"。另一种是和IPv4 自动设定功能一样的名为"有状态自动设定(DHCPv6)",他通过保留关于地址分配处理的信息支持更大的管理性系统控制。
现状及其发展方向：目前有很多公司已经宣布支持IPv6,根据专家们的估计,目前IPv4 的可用地址会在2000 年至2008 年之间用完,那时也是IPv6 的到来之日。IPv6 的应用前景十分广泛。它强大的地址空间以及支持移动网间协议使得全球移动通信成为现实。IPv6 将极大地推动移动数据通信、全球定位系统、互联网接入等技术的飞速发展。
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