下一代互联网协议.doc

下一代互联网协议（IPv6）的概念及原理 来源：国土资源信息化 作者：吴伟民 发布时间：2009.03.10 摘要：IPv6是下一代互联网采用的核心协议。本文介绍了IPv6技术发展背景、新特性、地址空间、地址格式、地址表示方法、地址类型、地址范围、IPv4到IPv6的过渡技术，以及在国土资源部的具体应用。 关键词：IPv6 路由 无状态的地址配置 双协议栈技术 隧道技术 1 IPv6诞生的发展背景 Internet协议的第4版（IPv4）为TCR/IP族和Internet提供了基本的通信机制。IP技术已经广泛应用了10多年，互联网的影响已经渗透到社会的各个方面，同时，互联网的发展也成为国家信息化和现代化建设的重要部分，并产生了重大的经济效益和社会效益。随着Internet的指数增长，互联网的体系结构由NSFNET核心网络演变为由ISP(Internet Service，Provider互联网络提供商）运营的分散的体系结构。当前互联网面临的一个严峻问题是地址消耗严重，即没有足够的地址来满足全球的需要。IPv4的问题逐渐显露出来，32位的IP地址空间枯竭、路由表急剧膨胀、路由选择效率不高、对网络安全和多媒体应用的支持不够，配置复杂，对移动性支持不好，很难开展端到端的业务等，这些问题已经成为制约互联网发展的重要障碍，而IETF开发的IPv6下一代网络彻底、有效地解决了目前IPv4所存在的上述问题。 2 IPv6的新特性 (1)巨大的地址空间 IPv6的源地址和目标地址都是128位的（16字节），几乎可以不受限制地提供IP地址。128位可以表达超过3.4×1038种可能的组合，也就是说整个地球的每平方米面积上可以分配6.65×1023个IP地址，设计这种巨大的地址空间的目的是为了能更好的把路由器域名划分出层次结构，并更好地反映出现代Internet的拓扑结构，使寻址和路由层次的设计更具灵活性，允许使用多级的子网划分和地址分配，涵盖范围从Internet骨干直到机构组织内部的各个子网，这些正是基于IPv4的Internet所缺乏的。即便是算上目前已为主机分配的所有IP地址，IPv6仍然还有充足的地址可供今后使用。由于有绝对更多地可用地址，就不再需要一些节约地址的技术，比如NAT转换，这样就可以全面建立端到端的连接了。 (2)新的协议头格式 IPv6的协议头采用一种新的格式，可最大程度地减少协议头开销。IPv6的报头有一个基本包头和多个扩展包头构成，基本包头具有40字节的固定长度，放置所有路由器都需要处理的信息。由于Internet上的绝大部分包都只是被路由器简单地转发，因此固定的包头长度有助于加快路由速度。为实现这个目标，IPv6包头中字段的数量从IPv4中的12（包括选项）个，降到了8个；中间路由器必须处理的字段从6个降到了4个，这样网络中的中间路由器在处理这种简化的IPv6协议头时，效率就更高；很少使用的字段，如支持拆分的字段，以及IPv4包头中的选项，被移到了IPv6包头的扩展包头中。IPv6定义了多种扩展包头，能提供对多种应用的强力支持，同时又为以后支持新的应用提供了可能。IPv4头和IPv6头不具有互操作性。IPv6从功能上说，并不是IPv4的超集，也就是说它并不向下兼容IPv4。因此每台主机或路由器都必须既实现IPv4，又实现IPv6协议，以便识别和处理两种不同的协议头。虽然新IPv6中的地址位数是IPv4地址位数的4倍，但是，新IPv6协议头的长度仅是IPv4协议头的2倍。 (3)有效地、分级的寻址和路由结构 与IPv4地址空间的划分准则相似，IPv6地址空间也是基于地址中高位的值来进行划分的。高位和它们的固定值称为格式前缀（FP）。根据格式前缀位的多少划分IPv6地址空间，目前已分配的有为网络服务接入点（NSAP）、可集聚全球单播地址、链路本地单播地址、站点本地单播地址和多播地址，当前可被IPv6节点使用的单播地址集合由可集聚全球单播地址、链路本地单播地址和站点本地地址组成。IPv6中的全球地址中的字段创建了一个3层的拓扑结构。 IPv6使用全球地址的设计意图是创建一个有效地、分层次的并且可以概括的路由结构，这种路由结构是基于当前存在的多级ISP体系而设计的。公共拓扑是提供接人服务的大大小小的ISP的集合。站点拓扑是一个机构站点的内部子网的集合。接口标识符惟一地标识了一个机构站点的内部子网上的一个接口。在采用IPv6的Internet中，骨干路由器具有更小的路由表，这种路由表对应着全球ISP的路由结构。