浅谈IPv6-

浅谈IPv6-

孙军

孙军

（中国电信股份有限公司平顶山分公司，河南平顶山467000）

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1673-0992（2009）08-118-02

摘要：随着互联网的快速发展，正在兴起新的互联网协议－－IPv6。本文系统的介绍了IPv6的特点、功能，并与当前的互联网协议进行了全面的比较，阐明了IPv6的优越性，以及IPv6产生的必要性。

关键词：IPv6；互联网

近年来互联网中出现了“IPv6”这个新名词，我在借鉴许多专家学者的基础上，简单表述一下我对“IPv6”的认识和理解。IPv6被称作下一代互联网协议，IPv6的全称是“互联网协议第6版（InternetProtocolVersion6）”。与当前广泛应用的互联网协议——IPv4相比，IPv6能够提供极为丰富的地址资源，将能充分满足人们未来数字化生活的需要，而且IPv6将提供更安全，更为广阔的应用与服务。

一、IPv6的产生背景

目前的互联网采用的是TCPIP协议，被广泛应用的IP协议是IPv4。IPv4的设计思想成功地造就了目前的国际互联网，其核心价值体现在：简单、灵活和开放性。但随着互联网的爆炸式发展和新应用的不断涌现，传统的IPv4协议已经难以支持互联网的进一步扩张和新业务的特性。IPv4也逐渐表现出了它的缺点和局限性。

1.IP地址即将枯竭，分配极不均衡

这是我们当前工作中正面临着的问题。IPv4协议中的IP地址长度为32位，理论上大约有43亿（232）个地址，但是采用Ａ、Ｂ、Ｃ类编址方式后，其可用的地址数大打折扣，在日益膨胀的网络面前，IP地址已开始匮乏。据专家预测，在未来的两年内IP地址将分配完毕。虽然采用了NAT和CIDR等办法，但这些在原有空间中挖掘潜力的办法仍然无法改变地址即将被用尽的现实；当前的IP地址分配还存在着严重的不平衡性，INTERNET的发源地－美国拥有全世界约70％的IP地址，包括中国在内的其他国家和地区只分配到极为有限的IP地址，大多数国家将面临着更为严峻的地址空间危机。

2.性能瓶颈－路由表越来越大

IPv4采用了与网络拓扑结构无关的形式来分配地址，随着接入互联网的网络数的增长，网络中的路由器和路由表也在飞速增长，因此会增加路由器在路由表中查询正确路由的时间，最终将导致网络性能的降低。

3.缺乏服务质量保证

IPv4的优点之一就是简单高效，但另一方面这也使它对互联网上涌现出的新业务类型缺乏有效的支持，比如实时和多媒体应用，这些应用要求提供一定的服务质量保证，如带宽、延迟和抖动等。

4.此外，IPv4还在安全性和新业务（例如：移动IP业务）应用等方面存在着不足和缺陷。

IPv4逐渐暴露出的问题将制约着互联网的进一步发展，于是诞生了IPv6。IPv6的设计者，充分考虑了IPv4现有的优点，并进行了大量的改进和功能扩充。

二、IPv6的功能及特征

1.更大的地址空间

IPv6将现有的IP地址长度扩大了4倍，由当前IPv4的32位扩充到128位（图1），这将提供充足的地址资源。理论上IPv6的地址总数大约是3.4×1038个，这个天文数字足以使地球上的每一粒沙子都能拥有一个IP地址。采用IPv6地址后，不仅每个人拥有一个IP地址，就连未来的电话、冰箱等每一台信息家电设备都能分到一个IP地址。

此外，IPv6支持更多级别的地址层次，IPv6的设计者把IPv6的地址空间按照不同的地址前缀来划分，并采用了层次化的地址结构。层次化分配IP地址可减小路由器中路由表的规模，从而减少了存储器的容量和寻路的开销，以利于骨干网路由器对数据包的快速转发。

2.简单灵活的包头

IPv6对数据包头作了简化，以减少处理器开销并节省网络带宽。IPv6的包头由一个基本报头和多个扩展报头构成，基本报头具有固定的长度（是40字节，见图2），放置所有路由器都需要处理的信息。由于Internet上的绝大部分数据包都只是被路由器简单的转发，因此固定的报头长度有助于加快路由速度。IPv4的包头有14个字段，而IPv6的只有8个字段，IPv4的包头长度是由IHL字段来指定的（最短时为20字节，最长时为60字节），而IPv6的是固定40个字节。这就使得路由器在处理IPv6报头时显得更为轻松。与此同时，IPv6还定义了多种扩展报头，这使得IPv6变得极其灵活，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。

3.更为可靠的安全机制

安全机制是当前和未来INTERNET的重要组成部分。为了加强INTERNET的安全性，专家学者们制定了一套用于保护IP通信的IP安全协议（IPSec）。IPSec的主要功能是在网络层对数据分组提供加密和鉴别等安全服务，它提供了两种安全机制：认证和加密。认证机制使IP通信的数据接收方能够确认数据发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否遭到改动。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他人截获而失密。虽然IPv4同样支持IPSec，但它只是IPv4的一个可选扩展协议，是作为补丁的形式出现的。而在IPv6中，IPSec是其协议的一个必要组成部分。通过IPv6中的IPSec可以对IP层上（也就是运行在IP层上的所有应用）的通信提供加密授权，可以实现远程企业内部网（如企业VPN网络）的无缝接入，并且可以实现永远连接。作为IPSec的一项重要应用，IPv6集成了虚拟专用网（VPN）的功能，使用IPv6可以更容易地、实现更为安全可靠的虚拟专用网。

4.完善的QoS

当前采用的IPv4协议，只提供一种简单的QoS（服务质量），即采用“尽最大努力”（Besteffort）传输，从原理上讲其提供的服务质量是无保证的。而早期的文本传输，静态图像等传输，对QoS并无太苛刻的要求。但是随着IP网上多媒体业务增加，如IP电话、VOD、视频通讯等实时应用，对传输延时和延时抖动均有严格的要求，因此就要求有更高的QoS保证。IPv6在设计时，其数据包的格式（见图2）包含一个8位的业务流类别(trafficclass)和一个新的20位的流标签(flowlabel)。通过这些，可以划分多种不同的QoS级别。其目的是允许发送业务流的源节点和转发业务流的路由器在数据包上加上标记，中间节点在接收到一个数据包后，通过验证它的流标签，就可以判断它属于哪个流，然后就可以知道数据包的QoS需求和级别，并根据网络情况进行快速的转发，从而实现对不同应用提供不同的QoS，为数据的传输提供了服务质量的保证。

5.对移动通讯更好的支持

移动性无疑是互联网上最精彩的服务之一。移动IPv6协议为用户提供可移动的IP数据服务，让用户可以在世界各地都使用同样的IPv6地址，非常适合无线上网。IPv6中的移动性支持是在制订IPv6协议的同时作为一个必需的协议内嵌在IP协议中的。不同于IPv4的移动性支持是作为一种对IP协议附加的功能提出的，不是所有的IPv4实现都能够提供对移动性的支持，其效率没有移动IPv6高。更重要的是，IPv4有限的地址空间资源无法提供所有潜在移动终端设备所需的IP地址，难以实现移动IP的大规模应用。和IPv4相比，IPv6的移动性支持取消了异地代理，完全支持路由优化，彻底消除了三角路由问题，并且为移动终端提供了丰富的地址资源，使得移动IP的实际应用成为可能。未来，移动互联网将成为我们日常生活的一部分，将改变我们生活的方方面面。

三、IPv6的现状和未来

由于现有互联网络的存在，不可能直接废弃当前使用IPv4协议的INTERNET,全面采用IPv6协议。因此，IPv6的网络建设必须考虑与当前IPv4协议的兼容，必然存在着一个从IPv4向IPv6的过渡时期。这个过渡将是IPv6发展的关键。包括中国在内的IP专家、学者正在进行不断的实践和研究，来解决各方面的问题。尽管，IPv6的实现还存在着许多困难，但是IPv6的强大功能和人们对互联网的不断需求，必将推动IPv6取代IPv4。

当前越来越多的人们认为，未来的电信网络将是基于IP技术的网络。人们力图将自由的IP网络变成有序的、可管理的、有QoS保障的，以提供多种增值业务为主的网络。IPv6作为未来的互联网协议，将成为下一代网络的核心技术，必将有着巨大的发展前景。

参考文献：

[1][美]李清.IPv6详解.人民邮电出版社.2009.01

[2]徐宇杰.IPV6深入分析.清华大学出版社.2009.02

[3]周伯扬.IPv6技术初探.国防工业出版社.2007.05