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《IPv6详解》

IPv6

IPv6是InternetProtocolVersion6的缩写，其中InternetProtocol译为“互联网协议”。

IPv6是IETF（互联网工程任务组，InternetEngineeringTaskForce）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。

目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。

定义：

IPv6是“InternetProtocolVersion6”的缩写，它是IETF设计的用于替代现行版本IP协议-IPv4-的下一代IP协议。

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。

IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。

IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。

每个人将拥有更多IP地址。

简介：

目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。

它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。

但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。

其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。

地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。

一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。

在这样的环境下，IPv6应运而生。

单从数字上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128（算上全零的）个。

这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

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2^128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2^64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。

但是，如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。

而且它所带来的经济效益将非常巨大。

当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。

IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。

目前，国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组，制定相应的国际标准。

特点：

（1）IPV6地址长度为128比特，地址空间增大了2的96次方倍；

中国IPV6主干节点示意图

（2）灵活的IP报文头部格式。

使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。

IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；

（3）IPV6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量；

（4）提高安全性。

身份认证和隐私权是IPV6的关键特性；

（5）支持更多的服务类型；

（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展；

应用：

IPv6的普及一个重要的应用是将是网络实名制下的互联网身份证/VIeID，目前基于IPv4的网络之所以难以实现网络实名制，一个重要原因就是因为IP资源的共用，因为IP资源不够，所以不同的人在不同的时间段共用一个IP，IP和上网用户无法实现一一对应。

在IPv4下，现在根据IP查人也比较麻烦，电信局要保留一段时间的上网日志才行，通常因为数据量很大，运营商只保留三个月左右的上网日志，比如查前年某个IP发帖子的用户就不能实现。

IPv6的出现可以从技术上一劳永逸地解决实名制这个问题，因为那时IP资源将不再紧张，运营商有足够多的IP资源，那时候，运营商在受理入网申请的时候，可以直接给该用户分配一个固定IP地址，这样实际就实现了实名制，也就是一个真实用户和一个IP地址的一一对应。

当一个上网用户的IP固定了之后，你任何时间做的任何事情都和一个唯一IP绑定，你在网络上做的任何事情在任何时间段内都有据可查，并且无法否认。

因此你可能昨晚刚浏览过非法网站后，第二天早上就会有人上门给你开罚款单。

优势：

与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：

一，IPv6具有更大的地址空间。

IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1（符号^表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。

二，IPv6使用更小的路由表。

IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

三，IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（FlowControl），这使得网络上的多媒体

IPv6的长分布式结构图

应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，QualityofService）控制提供了良好的网络平台。

四，IPv6加入了对自动配置（AutoConfiguration）的支持。

这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

五，IPv6具有更高的安全性。

在使用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。

操作方法：

IPv6包由IPv6包头（40字节固定长度）、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。

IPv6包扩展包头中的分段包头（下文详述）中指明了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（适用于中转路由器）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（适用于最终目的地）和上层协议数据单元。

但是需要注意的是，在IPv6中，只有源节点才能对负载进行分段，并且IPv6超大包不能使用该项服务。

下文还将简述IPv6寻址、路由以及自动配置的相关内容。

IPv6数据包：

包头

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。

其中的各个字段分别为：

Version（版本号）：

4位，IP协议版本号，值=6。

TrafficClass（通信类别）：

8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。

功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。

FlowLabel（流标记）：

20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。

该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。

在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。

如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。

PayloadLength（负载长度）：

16位负载长度。

负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65535字节负载长度。

超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（JumboPayload）选项。

NextHeader（下一包头）：

8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。

HopLimit（跳段数限制）：

8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段，用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。

包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。

SourceAddress（源地址）：

128位，发送方主机地址。

DestinationAddress（目的地址）：

128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。

但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。

IPv6数据包：

扩展包头

IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。

由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。

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。

但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。

目前，RFC2460中定义了以下6个IPv6扩展头：

Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头：

IPv6包头结构

（一）Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。

其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。

这些选项有：

Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。

PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。

JumboPayload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。

使用JumboPayload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。

负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。

路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。

路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。

（二）目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。

有两种用法：

如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。

如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。

（三）路由包头

类似于IPv4的松散源路由。

IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。

（四）分段包头

提供分段和重装服务。

当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。

（五）认证包头

提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。

认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。

（六）ESP协议包头

提供加密服务。

IPv6数据包：

上层协议数据单元

上层数据单元即PDU，全称为ProtocolDataUnit。

PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。

而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允许的最大字节数为65535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的JumboPayload（见上文）选项进行发送。

IPv6技术对管理网络应用程序的影响

IPv6中有足够的地址为地球上每一平方英寸的地方分配一个独一无二的IP地址。

虽然这实际上能够使你能想到的任何设备都分配一个IP地址，但是，这对于管理地址分配的管理员来说却是一个恶梦。

幸运的是IPv6包含一种“节点自动配置”功能。

这实际上是在所有的IPv6网络中替代DHCP（动态主机配置协议）和ARP（地址解析协议）的下一代技术，能够让你不进行任何设置就可以把新设备连接到网络。

如果你更换了ISP（因此被分配一个不同的全球路由前缀），这个功能可以使你的网络重新分配IP地址的过程更简单，因为你所要做的一切只是改变你的路由器的设置，你的网络将重新获得一个使用新的前缀的新地址。

这将减少网络管理的巨大负担。

随着IPv6功能的增加，又出现一些潜在的管理问题。

IPv6本身提供了安全支持功能，这种功能称作“IPsec”。

根据VPN建立的方式，加密也许包括也许不包括某些头信息。

VPN可以减少客户机和服务器之间通信管理的工作量。

管理端点（IKE，互连网密钥交换）之间的安全策略也是很复杂的，如果你要亲自做这项工作的话。

这是基于IPsec和VPN提供的主要功能之一。

当然，IPsec可以很强大，但是，在某些远程接入的情况下是很脆弱的，例如使用一个移动设备访问一个企业网络。

IT部门要提供这种服务将进一步增加管理的负担。

实际应用

IPv6编址

从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。

RFC2373和RFC2374定义的IPv6地址，就像下面章节所描述的，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

IPv6中可能的地址有3.4×10^38个。

也可以想象为16个因为32位地址每位可以取16个不同的值。

在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：

一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）。

IPv6地址表示

IPv6地址为128位长，但通常写作8组，每组为四个十六进制数的形式。

例如：

2001:

0db8:

85a3:

08d3:

1319:

8a2e:

0370:

7344是一个合法的IPv6地址。

IPv6网络地址和IPv4网络地址的转化关系

如果四个数字都是零，可以被省略。

例如：

2001:

0db8:

85a3:

0000:

1319:

8a2e:

0370:

7344等价于

2001:

0db8:

85a3:

1319:

8a2e:

0370:

7344遵从这些规则，如果因为省略而出现了两个以上的冒号的话，可以压缩为一个，但这种零压缩在地址中只能出现一次。

因此：

2001:

0DB8:

0000:

1428:

57ab

2001:

0DB8:

0000:

1428:

57ab

2001:

0DB8:

1428:

57ab

2001:

0DB8:

1428:

57ab

2001:

0DB8:

1428:

57ab都使合法的地址，并且他们是等价的。

但

2001:

25de:

cade是非法的。

（因为这样会使得搞不清楚每个压缩中有几个全零的分组）

同时前导的零可以省略，因此：

2001:

0DB8:

02de:

0e13等价于2001:

DB8:

2de:

e13

一个IPv6地址可以将一个IPv4地址内嵌进去，并且写成IPv6形式和平常习惯的IPv4形式的混合体。

IPv6有两种内嵌IPv4的方式：

IPv4映像地址和IPv4兼容地址。

IPv4映像地址有如下格式：

ffff:

192.168.89.9

这个地址仍然是一个IPv6地址，只是0000:

0000:

ffff:

c0a8:

5909的另外一种写法罢了。

IPv4映像地址布局如下：

|80bits|16|32bits|

+----------------------------+--------+------------------------|

0000....................0000|FFFF|IPv4address|

+----------------------------+--------+-----------------------|

IPv4兼容地址写法如下：

192.168.89.9

如同IPv4映像地址，这个地址仍然是一个IPv6地址，只是0000:

0000:

c0a8:

5909的另外一种写法罢了。

IPv4兼容地址布局如下:

|80bits|16|32bits|

+----------------------------+--------+------------------------|

0000....................0000|0000|IPv4address|

+----------------------------+--------+-----------------------|

IPv4兼容地址已经被舍弃了，所以今后的设备和程序中可能不会支持这种地址格式。

IPv6安装

1.Windows2000操作系统

（1）确认windows操作系统的补丁包已经升级到SP4。

（2）下载补丁包“tcpipv6-sp4.exe”，并双击运行该自解压文件。

（3）依次打开“控制面板”、“网络和拨号连接”，右击“本地连接”,再依次单击“属性”、“安装”、“协议”，选择“MSRIPv6Protocol”协议，即可成功安装IPv6协议栈。

2.WindowsXP/Windows2003操作系统

（1）IPv6协议栈的安装

在开始-->运行处执行ipv6install

（2）IPv6地址设置

在开始-->运行处执行netsh进入系统网络参数设置环境，然后执行

interfaceipv6

画面显示:

netshinterfaceipv6>

然后再执行

addaddress“本地连接”2001:

da8:

207:

9402

（3）IPv6默认网关设置

在上述系统网络参数设置环境中执行

addroute:

/0“本地连接”2001:

da8:

207:

9401publish=yes

（4）网络测试命令

ping6、tracert6

3.WindowsVista操作系统

（1）开始——程序——附件——右键点击“命令提示符”——以管理员身份运行

（2）netshinterfaceipv6isatapsetstateenabled回车

（3）netshinterfaceipv6isatapsetrouter隧道IP回车

4.Linux操作系统

（1）安装ipv6协议

modprobeipv6

（2）IPv6地址设置

ifconfigeth0inet6add2001:

da8:

207:

9402

（3）IPv6默认网关设置

route-Ainet6add:

/0gw2001:

da8:

207:

9401

（4）网络测试命令

ping6、traceroute6

5.Solaris操作系统

（1）创建IPv6接口

touch/etc/hostname6.hme0

（2）添加IPv6地址

在/etc/inet/ipnodes文件中，加入如下一行：

2001:

da8:

207:

9402ipv6.********.bnu-ipv6

（3）设置dns查找顺序

在/etc/nsswitch.conf文件中，修改hosts和ipnodes项如下：

hosts:

filesdns

ipnodes:

filesdns

（4）添加默认路由

routeadd-inet6default2001:

da8:

207:

9401-interface

（5）测试命令

ping-Ainet6IPv6目标地址

traceroute-Ainet6IPv6目标地址

6.win7操作系统安装

win7为自带不用安装

7.MacOS操作系统

MacOS从10.5leopard开始自带

IPv6的ISATAP隧道和6to4隧道测试

1.ISATAP隧道点IP地址是isatap.********

用户设置isatap隧道的终结点router为isatap.**********

WindowsXP/2003设置如下:

\DocumentsandSettings\Administrator>netsh

netsh>int

netshinterface>ipv6

netshinterface>ipv6>install

netshinterfaceipv6>isatap

netshinterfaceipv6isatap>setrouterisatap.**********（或是高端路由器的IP）

Vista设置如下:

鼠标右键点击“开始－>程序－>附件－>命令提示符”，选择“以管理员身份运行”。

在新开启的【命令提示符】窗口中执行以下两条命令：

netshinterfaceipv6isatapsetrouterisatap.**********

netshinterfaceipv6isatapsetstateenabled

（部分Vista系统的电脑会在本地LAN中发出IPv6RA，导致相邻用户不走隧道，此时最好在本地网卡上禁用IPv6选项）

Linux设置如下:

iptunneladdsit1modesitremote202.120.58.150locala.b.c.d

IPv6客户端安装

ifconfigsit1up

ifconfigsit1add2001:

da8:

8000:

d010:

5efe:

a.b.c.d/64

iprouteadd:

/0via2001:

da8:

8000:

d010:

1metric1

注意:

上面的a.b.c.d请使用你的真实IPv4地址代替

配置好之后ipconfig后应该看到一个2001:

da8:

8000:

d010为前缀的v6地址，hostid为5efe:

a.b.c.d，其中a.b.c.d为你的真实的IPV4地址。

推荐使用ISATAP隧道方式接入，不要和下面的另一种6to4隧道同时使用。

2.网络中心6to4隧道点IP地址是202.112.26.246

如果您无法使用ISATAP方式接入，可以考虑使用这种方式。

用户设置6to4隧道的终结点relay为202.112.26.246

WindowsXP/2003设置如下:

\DocumentsandSettings\Administrator>netsh

netsh>int

netshinterface>ipv6

netshinterface>ipv6>install

netshinterfaceipv6>6to4

netshinterfaceipv66to4>setrelay202.112.26.246enable

然后ipconfig后应该看到一个2002:

xx:

xx为前缀的v6地址，hostid亦为xx:

xx,

其中xx.xx为你的真实的IPV4地址转化成得ipv6地址。

自动获得的默认网关是2002:

ca70:

1af6:

ca70:

1af6

IPv6寻址

在Internet协议版本6（IPv6）中，地址的长度是128位。

地址空间如此大的一个原因是将可用地址细分为反映Internet的拓扑的路由域的层次结构。

另一个原因是映射将设备连接到网络的网络适配器（或接口）的地址。

IPv6提供了内在的功能，可以在其最低层（在网络接口层）解析地址，并且还具有自动配置功能。

文本表示形式

以下是用来将IPv6地址表示为文本字符串的三种常规形式：

冒号十六进制形式

这是首选形式n:

n。

每个n都表示

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