IPv6技术应用与实践

IPv6是下一代互联网的协议，是替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。IPv6为解决IPv4所存在的问题和不足而提出，并在路由、自动配置等方面做了改进。IPv6基本功能与IPv4相同，但大大增加了地址空间，并支持移动性，在QoS及安全性能方面也更好。前述已对IPv6的细节做了一些介绍，这里从下一代网络的角度，对IPv6做进一步的讨论。

IPv6特点：简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足；对移动通信更好的支持。

1.简化的报头和灵活的扩展

一个完整的IPv6的实现包括扩展报头：逐个路程段选项报头、目的选项报头、路由报头、分段报头、身份认证报头、有效载荷安全封装报头及最终目的报头。IPv6对数据报头做了简化，以减少处理器开销并节省网络带宽。报头由基本报头及多个扩展报头构成，基本报头为固定长度（40B），存放路由器所需信息。因互联网上绝大部分数据包只被路由器简单转发，固定报头有助加快路由速度。而多种扩展报头，提供对多种应用的强力支持，每一扩展报头的内容和语义决定是否去处理下一个扩展报头。因此，扩展报头必须按其在包中出现的次序依次处理。

2.层次化的地址结构

IPv6相比IPv4地址长度扩大4倍，由32位扩充到128位，以支持大规模数量的网络结点，地址总数约3.4×10³⁸个。若平均到地球表面，每平方米可获得6.5×10²³个地址。IPv6支持更多级别的地址层次，地址空间按不同地址前缀划分。采用层次化地址结构，利于骨干网路由器对数据包的快速转发。

IPv6定义3种不同的地址类型：单点传送地址（Unicast Address），多点传送地址（Multicast Address）和任意点传送地址（Anycast Address）。所有类型的地址都属于接口而非结点。一个IPv6单点传送地址赋给某一接口，而一个接口又只能属于某一特定结点，因此，一个结点的任意一接口的单点传送地址都可用来标示该结点。

单点传送地址是连续的，以位为单位的可掩码地址，与带有CIDR的IPv4地址很类似，一个标识符仅标识一个接口的情况。IPv6有多种单点传送地址形式，包括基于全局提供者的单点传送地址、基于地理位置的单点传送地址、IPX地址、结点本地地址、链路本地地址和兼容IPv4的主机地址等。

多点传送地址是一个地址标识符对应多个接口的情况（通常属于不同结点）。IPv6多点传送地址用于表示一组结点。一个结点可能会属于几个多点传送地址。在互联网上进行多播，这个功能被多媒体应用程序广泛使用，它们需要一个结点到多个结点的传输。

任意点传送地址也是一个标识符对应多个接口的情况。如一个报文要求被传送到一个任意点传送地址，将被传送到由该地址标识的一组接口中的最近一个（根据路由选择协议距离度量方式决定）。任意点传送地址是从单点传送地址空间中划分出来的，因此可使用表示单点传送地址的任何形式。从语法上看，这与单点传送地址并无差别。当一单点传送地址被指向多于一个接口时，该地址就成为任意点传送地址，并被明确指明。当用户发送一个数据包到任意点传送地址时，离用户最近的一个服务器将响应用户，这对经常移动和变更网络的用户十分便利。

3.即插即用的联网方式

IPv6将自动IP地址分配用户的功能列为标准功能。只要计算机一接入上网便自动设定地址。这有两个优势，一是最终用户不用进行地址设定，二是可大大减轻网管负担。IPv6有两种自动设定功能，一种与IPv4自动设定功能一样，名为“全状态自动设定”功能，另一种是“无状态自动设定”功能。(www.xing528.com)

IPv4中动态主机配置协议DHCP实现主机IP地址及其相关配置的自动设置。DHCP服务器拥有IP地址池，主机从DHCP服务器租借IP地址并获得有关配置信息，由此达到自动设置主机IP地址的目的。IPv6继承IPv4的自动配置服务，称为全状态自动配置。在无状态自动配置过程中，主机首先通过将其网卡MAC地址附加在链接本地地址前缀1111111010之后，产生一个链路本地单点传送地址，接着主机向该地址发出一个被称做邻居发现的请求，以验证地址的唯一性。主机用它从路由器得到全球地址前缀再加上自己的接口ID，自动配置全球地址，即可与其他主机通信。如使用无状态自动配置，无需手动干预就能改变网络中所有主机的IP地址。用DHCP进行地址自动设定，需查询DHCP服务器获取地址及相关配置。

4.网络层的认证与加密

IPSec协议用于保护IP通信的安全，IPv4中为可选扩展协议，IPv6中则是必须组成的部分。

IPSec主要功能是在网络层对数据分组提供加密和鉴别等，提供认证和加密两种安全机制。认证机制使IP通信的数据接收方能确认数据发送方的真实身份，以及数据在传输过程中是否被改动；加密机制通过对数据进行编码来保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被截获而失密。IPSec认证报头协议AH定义了认证的应用方法，安全负载封装协议ESP定义了加密和可选认证的应用方法。实际IP通信可根据安全需求同时使用两种协议或选择其一。

IPSec是一个网络层协议，只负责其下层的网络安全，并不负责其上层的应用安全。TCP/IPv6协议簇中的协议可从IPSec中受益。如IPv6的OSPFv6路由协议去掉了用于IPv4的OSPF中的认证机制。IPv6集成了VPN功能，更易实现更安全可靠的虚拟专用网。

5.服务质量的满足

基于IPv4的互联网只有一种简单服务，即采用“尽最大努力”传输，QoS无保证。一般的文本传输及静态图像等传输对QoS并无要求，但IP网的多媒体业务，如IP电话、电视会议等实时应用，对传输延时与延时抖动均有严格的限制。

IPv6数据包格式含一个8位业务流类别和一个新的20位流标签，定义4位优先级字段，可区分16个不同优先级。一般情形，在所选择链路上，可根据开销、带宽、延时或其他特性对数据包进行特殊处理。IPv6中流的概念引入仍是在无连接协议基础上。一个流可包含几个TCP连接，一个流的目的地址可为单结点也可为组结点。IPv6中间结点接收到一信息包时，通过验证其流标签，就可判断属于哪个流，然后就可知道信息包的QoS需求，进行快速转发。

6.对移动通信更好的支持

移动通信与互联网结合是网络发展大趋势。移动互联网不仅是移动接入互联网，同时还提供一系列以移动性为核心的多种增值业务。如查询本地化信息、远程控制工具、无限互动游戏和移动电子商务等。移动IPv6是协议不可分割的部分，包含许多新特性以提供更好的通信支持。