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IPV6论文

论文题目：

IPv6技术的发展

学院：

信息学院

专业：

通信工程

目录

现状分析1

IPv6介绍2

IPv6的优点2

IPv6地址表示法2

IPv6地址分类3

IPv4与IPv6的比较6

IPv4到IPv6过渡技术7

双协议栈技术7

隧道技术8

NAT-PT技术8

结语10

摘要

Internet经历了几十年的高速发展，已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

作为整个网络基石的IPv4也已经十分成熟。

但是由于自身的限制，己经逐渐暴露了许多问题和缺点，于是下一代网络协议IPv6的研究和应用逐渐推开。

本文对IPv6协议与IPv4协议的区别及其特殊的地址格式进行了较为详细的描述，并对在IPv4向IPv6过渡中使用的技术进行了介绍，重点说明了目前较为流行的双栈技术、隧道技术和NAT-PT技术。

关键字：

IPv6；地址分配；过渡技术

Abstract

Internethasexperienceddecadesofrapiddevelopment,hasbecomeanindispensablepartofpeople'slives.AsthecornerstoneoftheentireIPv4networkhasalsobeenverymature.However,becauseoftheirlimitations,hasbeengraduallyrevealedmanyproblemsanddisadvantages,soresearchandapplicationofnextgenerationinternetprotocolIPv6graduallyopen.Inthispaper,theIPv6protocolandtheIPv4protocoldifferencesandspecialaddressformatforamoredetaileddescription,andthetechniquesusedinthetransitionfromIPv4toIPv6hasbeenintroduced,highlightsthemorepopulardual-stacktechnology,tunnelingandNAT-PTtechnology.

Keyword：

IPv6;AddressAssignment;TransitionTechnologies

现状分析

随着Internet的飞速发展,作为Internet基石的TCP/IP协议使用的也越来越广泛。

但是,当前所使用的IP协议（IPv4）却正在成为自己过度流行的牺牲品——IPv4所能够提供的地址不够用了。

目前来看，40亿个IPv4的地址已经用掉了3/4，另外，Internet早期由于缺乏规划，造成了IP地址分配“贫富不均”的现象，少数团体与单位占用了许多A类地址，如MIT与AT&T就各自占用了1600万个IP地址，由此浪费了大量的IP地址，后来的大部分单位与公司就只能申请余下的C类地址，特别是像中国与日本这样需要大量IP地址却得不到足够多的地址的国家更是如此。

为了应付这个危机,专家和网络工程师们提出了种种对策,以期望能够延缓IP地址耗尽的窘境的到来。

于是，继解决2000年问题之后,网络界迫在眉睫、也是最为棘手的问题当数完成从IPv4向IPv6的过渡。

由于从IPv4向IPv6的过渡需要一个相当长的过程（以前网络界人士认为，从1994年算起，从IPv4向IPv6的过渡至少要花费15年，但从目前形势来看，需要的时间更多），在此期间，必须保证IPv4和IPv6具有互操作性。

所以IPv4到v6的过渡必须是一个循序渐进的过程，而且必须能实现在如下的原则和目标：

保证IPv4和IPv6主机之间的互通；在更新过程中避免设备之间的依赖性（即某个设备的更新不依赖于其它设备的更新）；对于网络管理者和终端用户来说，过渡过程易于理解和实现；过渡可以逐个进行；用户、运营商可以自己决定何时过渡以及如何过渡。

针对以上问题，目前提出了三种主要的过渡技术:

双协议栈（DualStack）、隧道技术（Tunnel）、地址协议转换（NAT-PT）。

当然，这些过渡技术都不是普遍适用的，每一种技术都是适用于某种或几种特定的网络情况，在实际应用时需综合考虑各方面现实情况，然后选择合适的转换机制进行设计和实施。

IPv6介绍

IPv6协议是下一代互联网（NGI）中的重要协议。

相对IPv4网络中,公有IP地址的不足导致了用户广泛采用私有IP地址的情况，在IPv6网络环境中,充足的IP地址量保证了任何通信终端都可以获得公有IP地址,避免了IPv4网络中私有IP地址带来的NAT穿越问题,能更好地支持多样化的多媒体业务。

经过多年的发展,IPv6基本标准日益成熟，各种不同类型的支持IPv6的网络设备相继问世，并逐渐进入商业应用。

在运营领域，国外部分电信运营商已经建立IPv6网络，并开始提供接入服务以及一些基于IPv6的增值业务。

我国也在2003年底启动了中国的下一代互联网（CNGI）工程，以促进NGI在中国的普及与发展。

接下来IPv6技术的一些特点。

IPv6的优点主要有以下几点：

1.巨大的地址空间。

IPv6拥有2128位的地址空间，大到你永远也用不完。

2.灵活的首部地址。

IPv6使用固定的包头，更利于路由器的工作。

3.层次化的编址。

IPV6采用层次化的编址，能方面路由汇聚，减少路由表的条目。

4.支持资源预留。

IPv6支持一种机制，允许对网络资源的预分配，它以此取代了IPv4的服务类型说明。

更具体些就是这些新的机制支持实时现象等应用，这些应用要求保证一定的带宽和时延。

5.即插即用和重编址。

IPv6支持无状态的DHCP和无缝的重编制机制，更有利于网络的组建与管理。

IPv6地址表示法

IPv6地址长度是128位，理论上，IPv6地址一共有2128个，IPv6使用冒号将其分割成8个16比特的数组，每个数组表示成4位十六进制数。

一般有四种文本表示形式[3]:

（1）首选的格式

把128比特划分成8段，每段为16比特用十六进制表示，并使用冒号等间距分隔。

例如:

F00D:

4598:

7304:

3210:

FEDC:

BA98:

7654:

3210

（2）压缩格式

在某些IPv6的地址形式中，很可能地址包含了长串的“0”。

为书写方便，可以允许“0”压缩，即一连串的0可用一对冒号来取代。

例如，以下地址:

1080:

0:

0:

0:

8:

8000:

200C:

417A

可以表示为:

1080:

:

8:

8000:

20OC:

417A。

但要注意，为了避免出现地址表示的不清晰，一对冒号（:

:

）在一个地址中只能出现一次。

（3）内嵌IPv4的IPv6地址

当涉及IPv4和IPv6的混合环境时有时使用地址表示形式:

x:

x:

x:

x:

x:

d.d.d.d

这里六个“x’’分别代表地址中的16bit，用十六进制表示，四个“d’’分别代表地址中的8比特，用十进制表示。

例如:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

218.129.100.10，

或者以压缩形式表示:

:

:

218.129.100.10

（4）“地址/前缀长度”表示法

表示形式是:

IPv6地址/前缀长度:

其中“前缀长度”是一个十进制数，表示该地址的前多少位是地址前缀。

例如:

F00D:

4598:

7304:

3210:

FEDC:

BA98:

7654:

3210

其地址前缀是64位，就可以表示为:

F00D:

4598:

7304:

3210:

FEDC:

BA98:

7654:

3210/64。

IPv6地址分类

IPv6地址是独立接口的标识符，所有的IPv6地址都被分配到接口，而非节点。

RFE2373中定义了三种IPv6地址类型:

单播地址（unicast）、多播地址（Multicast）、任播地址（Anycast）[4]。

（1）单播地址（Unicast）

单播地址是点对点通信时使用的地址，此地址仅标识一个接口，网络负责把对单播地址发送的数据报送到该接口上。

单播地址有以下几种形式:

全球单播地址（GlobalUnicastAddress）、未指定地址（UnspecifiedAddress）、环回地址（LoopbackAddress）等。

一般的全球单播地址的格式如表1所示。

其中:

全球单播地址的格式：

全球路由前缀

子网ID

接口ID

X位Y位128-X-Y位

①全球路由前缀（globalroutingprefix）:

典型的分层结构，根据RIP和ISP来组织，用来分配给站点（Site）站点是子网/链路的集合。

②子网ID（SubnetID）:

站点内子网的标识符，由站点的管理员分层地构建。

③接口ID（interfaceID）:

用来标识链路上的接口。

在同一子网内是唯一的。

除了000开头的单播地址以外，所有的全球单播地址都要有64位长度的接口ID，即X+Y=64。

未指定地址（UnspeeifiedAddress）被定义为0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0。

该地址不能分配给任何节点。

环回地址（LoopbackAddress）被定义0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

1。

环回地址就相当与接口本身。

该地址不分配给任何物理接口。

（2）多播地址

多播地址标识一组接口（一般属于不同节点）。

当数据报的目的地址是多播地址时，网络尽量将其发送到该组的所有接口上。

信源利用多播功能只须生成一次报文即可将其分发给多个接收者。

多播地址以11111111即ff开头。

多播地址格式如表2所示。

其中:

表2多播地址格式

11111111

标识字段

范围字段

8位4位4位112位

①标识字段，4位，目前只使用了最后一位;0表示Internet地址分配机构指定的已知的多播地址，1表示临时使用的多播地址。

该字段的前3位保留，必须被初始化为0。

②范围字段，4位，用于指示多播组是只包含同一本地网络、同一站点、同一机构中的节点，还是全球地址空间内的任何节点。

0一保留

1一接口本地范围（interfaee一localscope）

2一链路本地范围（link一localScope）

3一保留

4一管理本地范围（admin一1ocalscope）

5一站点本地范围（site一localscope）

s一机构本地范围（organization一localscope）

14一全球范围（globalscope）

15一保留

（3）任播地址（Anyeast）

任播地址标识一组接口，它与多播的区别在于发送数据报的方法。

向任播地址发送的数据报并未被分发给组内的所有成员，而是发往该地址标识的“最近的”那个接口。

任播地址从单播地址空间中分配，使用单播地址的任何格式。

因而，从语法上，任播地址与单播地址没有区别。

当一个单播地址被分配给多于一个的接口时，就将其转化为任播地址。

被分配具有任播地址的节点必须得到明确的配置，从而知道它是一个任播地址。

IPv4与IPv6的比较

IPv4

IPv6

IP地址长32位

IP地址128位

IPSec为可选扩展协议

IPSec为IPv6的组成部分，必选协议

数据报头中没有支持QoS的数据流识别项

基本报头中的流标识字段提供数据流识别功能，支持不同的QoS要求

由路由器和发生者主机两者来完成分段

路由器不再做分段工作，分段仅由发生者主机完成

报头包括完整性检查和

报头不包括完整性检查和

报头包含可选项

所有可选项全部移至扩展报头中

ARP协议使用广播ARP请求帧对IPv4地址进行解析

邻居发现报文替代了ARP请求帧

IGMP协议