IPv6：拓展網絡無限空間（下）

2019-11-03 09:04:05

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供稿：網友

張玉軍博士

　　ipv6的技術特征

　　同IPv4相比較，IPv6在地址容量、安全性、網絡管理、移動性及服務質量等方面有明顯的改進，它是下一代互聯網可采用的比較合理的協議。

　　簡化報頭結構

　　IPv6報頭的結構比IPv4簡單得多，IPv6報頭刪除了IPv4報頭中許多不常用的域，放入了可選項，這些可選項有更嚴格的定義。IPv4和IPv6的報頭結構分別如圖1和圖2所示。IPv4中有10個固定長度的域、2個地址空間和若干個選項，IPv6中只有6個域和2個地址空間。雖然IPv6報頭占40字節，是24字節的IPv4報頭的1.6倍，但因其長度是固定的(IPv4報頭是變長的)，所以不需要消耗過多的內存容量。IPv6中所有的擴展功能都采用擴展報頭實現。

圖1 IPv4的報頭結構

圖2 IPv6的報頭結構

　　擴展報頭是基于這樣一個原理：大多數信息包只需要簡單的處理，有基本報頭的信息就夠了；在網絡層需要額外信息的信息包可以把這些信息編碼到擴展報頭。這種處理方式提高了數據包的處理效率。

　　提供近乎無限的地址空間

　　IPv6提供128位的地址空間，它所能提供的巨大的地址容量可以從以下幾個方面來說明：

　　◆ 共有2128個不同的IPv6地址，也就是全球可分配地址數為340,282,366,920,938,463,463, 374,607,431,768,211,456個；

　　◆ 扣除一些地址使用上的特殊規定，IPv6可以讓地球上的每個人擁有有效可用地址約1600萬個；

　　◆ 如果按土地面積來分配，每平方厘米可獲得2.2×1020個地址。

　　IPv6地址耗盡的機會是很小的。在可預見的很長時期內，IPv6的128位地址長度形成的巨大的地址空間，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。IPv6充足的地址空間，將極大地滿足那些伴隨著網絡智能設備的出現而對地址增長的需求。

　　提供網絡層的安全保證

　　IPv6把IPSec作為必備協議，解決了網絡層端到端數據傳輸的安全問題。IPSec作為新一代互聯網安全標準，是IETF為提高IP協議的安全性而專門制定的。實際上，IPSec是一種協議套件，可以“無縫”地為IP提供安全特性，如提供訪問控制、數據源的身份驗證、數據完整性檢查、機密性保證，以及抗重播攻擊等。IPSec協議主要包括：驗證頭(AH)、封裝安全載荷(ESP)、Internet密鑰交換(IKE)，以及強制轉碼類型等相關組件(見圖3)。

圖3 IPSec協議結構

　　IPSec可以為IPv6網絡環境下的網絡層數據傳輸提供各種安全服務。通信雙方為實現通信保護，必須維護所需的安全策略和安全聯盟。任何第三方如果沒有關于此次通信的安全參數，不可能偽造或偷窺通信數據。安全參數的協商與獲取可以通過手工方式進行，也可以采用密鑰交換協議自動實現。網絡基礎設施的完善，可以保證安全參數的可靠協商，進而能夠最大程度地保證網絡層的通信安全。

　　支持即插即用功能

　　“即插即用”是指無需任何人工干預，就可以將一個節點插入IPv6網絡并在網絡中啟動。IPv6使用了兩種不同的機制來支持“即插即用”的網絡連接：啟動協議(BOOTP)和動態主機配置協議(DHCP)。這兩種機制允許IP節點從特殊的BOOTP服務器或DHCP服務器獲取配置信息。這些協議采用“狀態自動配置”(Stateful Auto-Configuration)，即服務器必須保持每個節點的狀態信息，并管理這些保存的信息。狀態自動配置的問題在于，用戶必須保持和管理特殊的自動配置服務器，以便管理所有“狀態”，即所容許的連接及當前連接的相關信息。

　　除了狀態自動配置，IPv6還采用了一種被稱為無狀態自動配置(Stateless Auto-Configuration)的自動配置服務。無狀態自動配置要求本地鏈路支持組播，而且網絡接口能夠發送和接收組播包。無狀態自動配置過程要求節點采用如下步驟：

　　◆ 進行自動配置的節點必須確定自己的鏈路本地地址；

　　◆ 必須驗證該鏈路本地地址在鏈路上的唯一性；

　　◆ 節點必須確定需要配置的信息，該信息可能是節點的IP地址，或者是其它配置信息，或者兩者皆有。如果需要IP地址，節點必須確定是使用無狀態自動配置過程，還是使用狀態自動配置過程來獲得。

　　提供更高的服務質量保證

　　基于IPv4的Internet在設計之初，只有一種簡單的服務質量，即采用“盡最大努力”傳輸。從原理上講，文本傳輸、靜態圖像等傳輸對服務質量QoS并無要求，因此QoS是無保證的。隨著IP網上多媒體業務的增加，如IP電話、視頻點播(VOD)、電視會議等實時應用，對傳輸延時和延時抖動均有嚴格的要求。

　　IPv6數據包的格式包含一個8位的業務流類別(Class)和一個新的20位的流標簽(Flow Label)。最早在RFC1883中定義了4位的優先級字段，可以區分16個不同的優先級。后來，在RFC2460里改為8位的類別字段，其數值及如何使用還沒有定義。它的目的是允許發送業務流的源節點和轉發業務流的路由器在數據包上加上標記，并進行除默認處理之外的不同處理。一般來說，在所選擇的鏈路上，可以根據開銷、帶寬、延時或其它特性對數據包進行特殊的處理。

　　一個流是以某種方式相關聯的一系列信息包，IP層必須以相關的方式對待它們。決定信息包屬于同一流的參數包括：源地址、目的地址、QoS、身份認證及安全性。IPv6中流的概念的引入，仍然是在無連接協議的基礎上的。一個流可以包含幾個TCP連接，它的目的地址可以是單個節點，也可以是一組節點。IPv6的中間節點接收到一個信息包時，通過驗證它的流標簽，就可以判斷它屬于哪個流，然后就可以知道信息包的QoS需求，并進行快速的轉發。

　　支持真正的移動性

　　移動性無疑是互聯網上最精彩的服務之一。移動IPv6協議為用戶提供可移動的IP數據服務，讓用戶可以在世界各地都使用同樣的IPv6地址，非常適合未來的無線上網。

　　移動IPv6操作包括：家鄉代理注冊、三角路由、路由優化、綁定管理、移動檢測和家鄉代理發現。移動IPv6的工作機制如圖4所示。圖中有3條鏈路和3個系統。鏈路A上有一個路由器提供家鄉代理服務，這個鏈路是移動節點的家鄉鏈路，移動節點從鏈路A移動到鏈路B。鏈路C上有一個通信節點，可以是移動的或者靜止的。移動IPv6的工作流程包括以下幾個部分：

圖4 移動IPv6的工作機制

　　◆ 當移動節點連接到外地鏈路時，除了家鄉地址外，它還可以通過一個或多個轉交地址進行通信。轉交地址是移動節點在外地鏈路時的IP地址。

　　◆ 移動IPv6的實現離不開家鄉鏈路上的家鄉代理。家鄉代理采用代理鄰居發現來截獲家鄉鏈路上發往移動節點家鄉地址的數據包，然后通過隧道將截獲的數據包發往移動節點的主轉交地址。

　　◆ 在IPv6中，移動節點能把自己的轉交地址告訴每個通信節點，使通信節點和移動節點之間進行直接路由，避免了三角路由問題。

　　總之，對于互聯網的移動性而言，IPv6的優勢將得到充分的體現。作為下一代互聯網的核心，IPv6自身的強大功能和諸多優勢已經在全球受到了高度重視。應用IPv6后，互聯網將變得更加簡化，并為用戶提供更高效的服務質量。相關鏈接

　　IETF (Internet Engineering Task Force，互聯網工程任務組)創建于1986年，是世界上制定互聯網方面技術標準的組織。IETF的第一次會議有13個人參加，與會者全部是美國的技術研究人員，當時討論的內容也主要在技術研究方面。隨著互聯網的發展，IETF已經不再僅僅是一個美國的研究性組織，而參加會議的人也來自全球各個行業，有研究機構、設備廠家、服務提供商、政府及教育部門，也有用戶。IETF發布的文件有兩種，一種叫做Internet Draft，即“互聯網草案”，另一種是叫RFC。

　　RFC (Request For Comments)意即“意見征求書”或“請求注解”，包含了關于Internet的幾乎所有重要的文字資料。通常，當某家機構或團體開發出了一套標準或提出對某種標準的設想，想要征詢外界的意見時，就會在Internet上發放一份RFC，對這一問題感興趣的人可以閱讀該RFC并提出自己的意見。絕大部分網絡標準的制定都是以RFC的形式開始，經過大量的論證和修改過程，再由主要的標準化組織發布。但在RFC中所收錄的文件并不都是正在使用或為大家所公認的，也有很大一部分只在某個局部領域被使用，或者并沒有被采用。一份RFC具體處于什么狀態都在文件中作了明確的標識。

摘自　中國計算機用戶

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