下一代互联网协议ＩＰｖ６初探

岳海峰　杜雪莲

摘要：IPv6是下一代互联网协议，它由IPv6包头、扩展包头和上层协议数据单元组成，有更大的地址空间，简洁的数据报头，更高的安全性，更方便的自动配置等特性和优势，应用广泛，目前处于IPv4到IPv6的过渡阶段。

关键词：IPv6；IPv4；互联网协议；IP协议

中图分类号：P393文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）08-0111-02

IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。它是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。

现在我们使用的是第二代互联网协议——IPv4，它的最大问题是网络地址的资源有限，据预测，几年以后它的地址将被耗尽。IPv6就是在这种背景下出现的，其特性包括：更大的地址空间；严格的继承性编址方式，更加容易实现地址的聚合；简洁的数据报头；提供更好的服务质量；强制安全协议IPSec；“即插即用”的地址自动配置；更为灵活的组播方式；更好的扩展性。

一、IPv6的组成

IPv6包由IPv6包头、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。

IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。

IPv6包扩展包头中的分段包头中指名了IPv6包的分段情况。其中不可分段部分包括：IPv6包头、Hop-by-Hop选项包头、目的地选项包头和路由包头；可分段部分包括：认证包头、ESP协议包头、目的地选项包头等。

通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。

二、IPv6的编址方案

基本的IPv6地址头远比IPv4地址头简单得多。每个地址头都包含数据包的源和目的地址、有效载荷长度、跳数限制和一个指示封装在数据包中的协议的域。

两种协议的主要不同出现在地址空间的长度和它们的编排上。IPv6地址的长度是IPv4地址长度的4倍。为了简化IPv6地址的使用，用“：”来划分16位16进制域的方法来表示，如，5efd：327：165d：2：5f0：17fd：dfa8：14e2。

不同的寻址方案是由地址区段的高效位所定义和识别的。最流行的方案将地址分成两半：64位用于网络，64位用于每个设备。高64位由用于RIR（区域Internet注册机构）的32位、用于本地Internet注册机构或ISP的16位以及用于地址所属站点的16位构成。每个站点提供最多65536台设备的地址。

但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确的说，使用IPv6的网络并没有2128-1个能充分利用的地址。首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳264个网络终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。

三、IPv6的优势

与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势：

IPv6具有更大的地址空间：IPv6产生的初衷主要是针对IPv4地址短缺问题，IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。另外，IPv6的应用也进一步增加了地址应用的扩展性。

IPv6处理效率高：IPv6使用比Ipv4更小的路由表，它的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这就使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，从而大大减小了路由器中路由表的长度，进而提高了路由器转发数据包的速度。

IPv6即插即用的易管理性：IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得对网络的管理更加方便和快捷。IPv6支持以下类型的自动配置：（1）全状态自动配置：它需要某种程度的人为干预，因为它需要动态主机配置协议来用于IPv6（DHCPv6）服务器，以便用于节点的安装和管理；（2）无状态自动配置：每一主机根据接收的路由器广告的内容确定其地址。通过使用IEEE EUI-64标准来定义地址的网络ID部分，可以合理假定该主机地址在链路上是唯一的。

IPv6具有更高的安全性：在IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。病毒和互联网蠕虫是最让人头疼的网络攻击行为。但这种传播方式在IPv6的网络中就不再适用了，因为IPv6的地址空间实在是太大了，如果这些病毒或者蠕虫还想通过扫描地址段的方式来找到有可乘之机的其他主机，就犹如大海捞针。在IPv6的世界中，对IPv6网络进行类似IPv4的按照IP地址段进行网络侦察是不可能了。IPv6具有更大的地址空间：IPv4中规定IP地址长度为32，即有232-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1个地址。

QoS考虑：新增流标记域，为源宿端快速处理实时业务提供可能，有利于低性能的业务终端支持IPv6的语音、视频等应用。

可以说，IPv6的上述优势和特点充分迎合了未来网络的特点：向IP融合统一的发展方向。从另一方面来说，IPv6也提升了IP网络的可运营可管理性。

四、IPv4到IPv6的过渡技术

Internet的规模太大了，涉及的用户太多了，这使得IPv4到IPv6的过渡不可能一次性实现，必须是一个循序渐进的过程，为此，出现了以下几种解决方法：

双栈策略：实现IPv6结点与IPv4结点互通的最简单的方式是在IPv6结点中加入IPv4协议栈。使之成为具有双协议栈的结点，这被称作“IPv6/v4结点”，这些结点既可以收发IPv4分组，也可以收发IPv6分组。从而实现了IPv6与IPv6结点互通。

隧道技术：IPv6网络和IPv4网络由于协议不同而无法连通，为此，开发了隧道技术：在IPv6网络与IPv4网络间的隧道入口处，路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4中，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口处再将IPv6分组取出转发给目的节点。

五、IPv6的广泛应用及前景展望

3G时代已经到来，为了满足永远在线的需要，每一个要接入Internet的移动设备都需要两个IP地址来实现其移动网络连接，本地网络分配一个静态IP地址，连接点分配第二个IP地址用于漫游，这些都需要大量的IP地址。

经济的迅猛发展带动了个人电子设备的发展，使用户对电子设备的需求有了很大提高，手机、PDA、智能手机等终端越来越广泛的应用到了人们的生活当中，而且使用的数量也越来越大，这些终端由于需要联网，进而要占用大量的IP地址。这也正是IPv4向IPv6发展的一个强大的动因。

思科（中国）技术总监刘永春表达了这样的观点：“WLAN、3G等都是发展中的技术，如果不做3G，我们也许可以跳到4G、5G，也许可以找到别的方式，还可以活的不错。但只要互联网存在，还在继续发展，就必须走IPv6，这是唯一的一条路。”相信在不久的将来，我们就会进入到一个IPv6的崭新的网络时代。

参考文献

[1]陈亮．基于IPv6的下一代IP协议的研究及应用[J]．福建电脑，2008，（11）．

[2]袁强，杨木清．IPv6技术及其安全等问题分析[J]．电脑知识与技术，2008，（28）．

[3]吴伟民．下一代互联网协议（IPv6）的概念及原理[J]．国土资源信息化，2008，（6）．

[4]李葆红，杨增良，李桂芳．下一代网络协议——IPv6[J]．山东师范大学学报（自然科学版），2004，（3）．

作者简介：岳海峰（1980-），男，河北秦皇岛人，河北外国语职业学院助教，研究方向：计算机网络；杜雪莲，女，河北秦皇岛人，河北外国语职业学院助教。