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技術文摘

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IPV6百科

作者:admin  來源:   發布時間:2009-01-31

定義

IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫,其中Internet Protocol譯為“互聯網協議”。

IPv6是IETF(互聯網工程任務組,Internet Engineering Task Force)設計的用于替代現行版本IP協議(IPv4)的下一代IP協議。

目前的全球因特網所采用的協議族是TCP/IP協議族。IP是TCP/IP協議族中網絡層的協議,是TCP/IP協議族的核心協議。

目前IP協議的版本號是4(簡稱為IPv4),它的下一個版本就是IPv6。IPv6正處在不斷發展和完善的過程中,它在不久的將來將取代目前被廣泛使用的IPv4。

概述

目前我們使用的第二代互聯網IPv4技術,核心技術屬于美國。它的最大問題是網絡地址資源有限,從理論上講,編址1600萬個網絡、40億臺主機。但采用A、B、C三類編址方式后,可用的網絡地址和主機地址的數目大打折扣,以至目前的IP地址近乎枯竭。其中北美占有3/4,約30億個,而人口最多的亞洲只有不到4億個,中國只有3千多萬個,只相當于美國麻省理工學院的數量。地址不足,嚴重制約了我國及其他國家互聯網的應用和發展。

一方面是地址資源數量的限制,另一方面是隨著電子技術網絡技術的發展,計算機網絡將進入人們的日常生活,可能身邊的每一樣東西都需要連入全球因特網。在這樣的環境下,IPv6應運而生。單從數字上來說,IPv6所擁有的地址容量是IPv4的約8×10^28倍,達到2^128-1個。這不但解決了網絡地址資源數量的問題,同時也為除電腦外的設備連入互聯網在數量限制上掃清了障礙。

但是與IPv4一樣,IPv6一樣會造成大量的IP地址浪費。準確的說,使用IPv6的網絡并沒有2^128-1個能充分利用的地址。首先,要實現IP地址的自動配置,局域網所使用的子網的前綴必須等于64,但是很少有一個局域網能容納2^64個網絡終端;其次,由于IPv6的地址分配必須遵循聚類的原則,地址的浪費在所難免。

但是,如果說IPv4實現的只是人機對話,而IPv6則擴展到任意事物之間的對話,它不僅可以為人類服務,還將服務于眾多硬件設備,如家用電器、傳感器、遠程照相機、汽車等,它將是無時不在,無處不在的深入社會每個角落的真正的寬帶網。而且它所帶來的經濟效益將非常巨大。

當然,IPv6并非十全十美、一勞永逸,不可能解決所有問題。IPv6只能在發展中不斷完善,也不可能在一夜之間發生,過渡需要時間和成本,但從長遠看,IPv6有利于互聯網的持續和長久發展。 目前,國際互聯網組織已經決定成立兩個專門工作組,制定相應的國際標準。

優勢

與IPV4相比,IPV6具有以下幾個優勢:

一,IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規定IP地址長度為32,即有2^32-1(符號^表示升冪,下同)個地址;而IPv6中IP地址的長度為128,即有2^128-1個地址。

二,IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類(Aggregation)的原則,這使得路由器能在路由表中用一條記錄(Entry)表示一片子網,大大減小了路由器中路由表的長度,提高了路由器轉發數據包的速度。

三,IPv6增加了增強的組播(Multicast)支持以及對流的支持(Flow Control),這使得網絡上的多媒體應用有了長足發展的機會,為服務質量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的網絡平臺。

四,IPv6加入了對自動配置(Auto Configuration)的支持。這是對DHCP協議的改進和擴展,使得網絡(尤其是局域網)的管理更加方便和快捷。

五,IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網絡中用戶可以對網絡層的數據進行加密并對IP報文進行校驗,極大的增強了網絡的安全性。

技術信息概述

IPv6包由IPv6包頭(40字節固定長度)、擴展包頭和上層協議數據單元三部分組成。

IPv6包擴展包頭中的分段包頭(下文詳述)中指名了IPv6包的分段情況。其中不可分段部分包括:IPv6包頭、Hop-by-Hop選項包頭、目的地選項包頭(適用于中轉路由器)和路由包頭;可分段部分包括:認證包頭、ESP協議包頭、目的地選項包頭(適用于最終目的地)和上層協議數據單元。但是需要注意的是,在IPv6中,只有源節點才能對負載進行分段,并且IPv6超大包不能使用該項服務。

下文還將簡述IPv6尋址、路由以及自動配置的相關內容。

IPv6數據包:包頭

IPv6包頭長度固定為40字節,去掉了IPv4中一切可選項,只包括8個必要的字段,因此盡管IPv6地址長度為IPv4的四倍,IPv6包頭長度僅為IPv4包頭長度的兩倍。

其中的各個字段分別為:

Version(版本號):4位,IP協議版本號,值= 6。

Traffice Class(通信類別):8位,指示IPv6數據流通信類別或優先級。功能類似于IPv4的服務類型(TOS)字段。

Flow Label(流標記):20位,IPv6新增字段,標記需要IPv6路由器特殊處理的數據流。該字段用于某些對連接的服務質量有特殊要求的通信,諸如音頻或視頻等實時數據傳輸。在IPv6中,同一信源和信宿之間可以有多種不同的數據流,彼此之間以非“0”流標記區分。如果不要求路由器做特殊處理,則該字段值置為“0”。

Payload Length(負載長度):16位負載長度。負載長度包括擴展頭和上層PDU,16位最多可表示65,535字節負載長度。超過這一字節數的負載,該字段值置為“0”,使用擴展頭逐個跳段(Hop-by-Hop)選項中的巨量負載(Jumbo Payload)選項。

Next Header(下一包頭):8位,識別緊跟IPv6頭后的包頭類型,如擴展頭(有的話)或某個傳輸層協議頭(諸如TCP,UDP或著ICMPv6)。

Hop Limit(跳段數限制):8位,類似于IPv4的TTL(生命期)字段。與IPv4用時間來限定包的生命期不同,IPv6用包在路由器之間的轉發次數來限定包的生命期。包每經過一次轉發,該字段減1,減到0時就把這個包丟棄。

Source Address(源地址):128位,發送方主機地址。

Destination Address(目的地址):128位,在大多數情況下,目的地址即信宿地址。但如果存在路由擴展頭的話,目的地址可能是發送方路由表中下一個路由器接口。

IPv6數據包:擴展包頭

IPv6包頭設計中對原IPv4包頭所做的一項重要改進就是將所有可選字段移出IPv6包頭,置于擴展頭中。由于除Hop-by-Hop選項擴展頭外,其他擴展頭不受中轉路由器檢查或處理,這樣就能提高路由器處理包含選項的IPv6分組的性能。

通常,一個典型的IPv6包,沒有擴展頭。僅當需要路由器或目的節點做某些特殊處理時,才由發送方添加一個或多個擴展頭。與IPv4不同,IPv6擴展頭長度任意,不受40字節限制,以便于日后擴充新增選項,這一特征加上選項的處理方式使得IPv6選項能得以真正的利用。 但是為了提高處理選項頭和傳輸層協議的性能,擴展頭總是8字節長度的整數倍。

目前,RFC 2460中定義了以下6個IPv6擴展頭:Hop-by-Hop(逐個跳段)選項包頭、目的地選項包頭、路由包頭、分段包頭、認證包頭和ESP協議包頭:

(一)Hop-by-Hop選項包頭包含分組傳送過程中,每個路由器都必須檢查和處理的特殊參數選項。其中的選項描述一個分組的某些特性或用于提供填充。這些選項有:

Pad1選項(選項類型為0),填充單字節。

PadN選項(選項類型為1),填充2個以上字節。

Jumbo Payload選項(選項類型為194),用于傳送超大分組。使用Jumbo Payload選項,分組有效載荷長度最大可達4,294,967,295字節。負載長度超過65,535字節的IPv6包稱為“超大包”。

路由器警告選項(選項類型為5),提醒路由器分組內容需要做特殊處理。路由器警告選項用于組播收聽者發現和RSVP(資源預定)協議。

(二)目的地選項包頭指名需要被中間目的地或最終目的地檢查的信息。有兩種用法:

如果存在路由擴展頭,則每一個中轉路由器都要處理這些選項。

如果沒有路由擴展頭,則只有最終目的節點需要處理這些選項。

(三)路由包頭

類似于IPv4的松散源路由。IPv6的源節點可以利用路由擴展包頭指定一個松散源路由,即分組從信源到信宿需要經過的中轉路由器列表。

(四)分段包頭

提供分段和重裝服務。當分組大于鏈路最大傳輸單元(MTU)時,源節點負責對分組進行分段,并在分段擴展包頭中提供重裝信息。

(五)認證包頭

提供數據源認證、數據完整性檢查和反重播保護。認證包頭不提供數據加密服務,需要加密服務的數據包,可以結合使用ESP協議。

(六)ESP協議包頭

提供加密服務。

IPv6數據包:上層協議數據單元

上層數據單元即PDU,全稱為Protocol Data Unit。

PDU由傳輸頭及其負載(如ICMPv6消息、或UDP消息等)組成。而IPv6包有效負載則包括IPv6擴展頭和PDU,通常所能允許的最大字節數為65535字節,大于該字節數的負載可通過使用擴展頭中的Jumbo Payload(見上文)選項進行發送。

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