计算机网络技术IPv6.docx
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计算机网络技术IPv6
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。
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，中国只有3千多万个，只相当于美国麻省理工学院的数量。
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2^128-1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2^128-1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；
（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7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。
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）中指名了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。
与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6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：
（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。
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:
0000:
0000:
0000:
1428:
57ab
2001:
0DB8:
0000:
0000:
0000:
:
1428:
57ab
2001:
0DB8:
0:
0:
0:
0:
1428:
57ab
2001:
0DB8:
0:
:
0:
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如果这个地址实际上是IPv4的地址，后32位可以用10进制数表示；因此：
ffff:
192.168.89.9等价于:
:
ffff:
c0a8:
5909,但不等价于:
:
192.168.89.9和:
:
c0a8:
5909。
ffff:
1.2.3.4格式叫做IPv4映像地址，是不建议使用的。
而:
:
1.2.3.4格式叫做IPv4一致地址。
IPv4地址可以很容易的转化为IPv6格式。
举例来说，如果IPv4的一个地址为135.75.43.52（十六进制为0x874B2B34），它可以被转化为0000:
0000:
0000:
0000:
0000:
0000:
874B:
2B34或者:
:
874B:
2B34。
同时，还可以使用混合符号（IPv4-compatibleaddress），则地址可以为:
:
135.75.43.52。
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:
:
9402bnu-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
IPv6的ISATAP隧道和6to4隧道测试
1.ISATAP隧道点IP地址是
用户设置isatap隧道的终结点router为
WindowsXP/2003设置如下:
C:
\DocumentsandSettings\Administrator>netsh
netsh>int
netshinterface>ipv6
netshinterface>ipv6>install
netshinterfaceipv6>isatap
netshinterfaceipv6isatap>setrouter（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：
netshinterfaceipv6isatapsetrouter
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
ifconfigsit1up
ifconfigsit1add2001:
da8:
8000:
d010:
0:
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:
C:
\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:
n:
n:
n:
n:
n:
n。
每个n都表示八个16位地址元素之一的十六进制值。
例如：
3FFE:
FFFF:
7654:
FEDA:
1245:
BA98:
3210:
4562.
压缩形式
由于地址长度要求，地址包含由零组成的长字符串的情况十分常见。
为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式，在这一压缩形式中，多个0块的单个连续序列由双冒号符号（:
:
）表示。
此符号只能在地址中出现一次。
例如，多路广播地址FFED:
0:
0:
0:
0:
BA98:
3210:
4562的压缩形式为FFED:
:
BA98:
3210:
4562。
单播地址3FFE:
FFFF:
0:
0:
8:
800:
20C4:
0的压缩形式为3FFE:
FFFF:
:
8:
800:
20C4:
0。
环回地址0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
1的压缩形式为:
:
1。
未指定的地址0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
0的压缩形式为:
:
。
混合形式
此形式组合IPv4和IPv6地址。
在此情况下，地址格式为n:
n:
n:
n:
n:
n:
d.d.d.d，其中每个n都表示六个IPv6高序位16位地址元素之一的十六进制值，每个d都表示IPv4地址的十进制值。
地址类型
地址中的前导位定义特定的IPv6地址类型。
包含这些前导位的变长字段称作格式前缀（FP）。
IPv6单播地址被划分为两部分。
第一部分包含地址前缀，第二部分包含接口标识符。
表示IPv6地址/前缀组合的简明方式如下所示：
ipv6地址/前缀长度。
以下是具有64位前缀的地址的示例。
3FFE:
FFFF:
0:
CD30:
0:
0:
0:
0/64.
此示例中的前缀是3FFE:
FFFF:
0:
CD30。
该地址还可以以压缩形式写入，如3FFE:
FFFF:
0:
CD30:
:
/64。
IPv6定义以下地址类型：
单播地址
用于单个接口的标识符。
发送到此地址的数据包被传递给标识的接口。
通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。
多路广播地址的
升级会员 