搜索
第1章IPv6的发展本章从IPv4网络存在的问题入手，详细阐述了IPv6网络的产生背景、发展历程及发展趋势。本章的主要内容有：lIPv4存在的问题；lIPv6产生的背景；lIPv6的发展历史及发展前景；1.1IPv6概述1.2IPv6的发展第1章IPv6的发展与应用1.1IPv6概述本节内容：1.1.1IPv4存在的问题1.1.2IPv6的诞生1.1.3IPv6的特点1.1.4IPv6与IPv4的区别1.1.5IPv6与下一代网络1.1.6IPv6的基本术语1.1.1IPv4存在的问题1．IP地址即将枯竭传统的IP，即IPv4(IPversion4)定义IP地址的长度为32位。在20世纪，32位的IP地址是足够使用的。在Internet设计的初期，谁也没有预料到互联网会有今天爆炸性的增长(例如：1987年估计全球将需要10万个网络，然而这个估计值在1996年已被突破)。Internet的设计者们根本想不到今天Internet会发展到如此大的规模，更没有预测到今天Internet的发展会因IP地址的不足而陷入困境。IPv4面临一系列难以解决的问题，IP地址即将耗尽无疑是最为严重的，有预测表明，所有IPv4地址将在2015年间分配完毕。IPv4定义IP地址的长度为32位，共有232个IP地址，即43亿个地址。从理论上来讲，40亿个IP地址，无论如何也是够用的，因为全世界只有50亿人口，不可能人人都拥有上网的计算机，据估计，如果全球人口得以控制，不会超过20亿台计算机联入Internet网络（到2003年止，全球只有2.33亿台主机或网络端设备联入了Internet）。为什么IP地址不够分配呢？有下面3方面的主要原因。造成IPv4的IP地址不足的原因有下述几个方面：l部份地址不能分配使用。我们知道，IPv4地址共分为A、B、C、D、E五大类。其中，D类和E类地址占12%，再加上2%的特殊地址也是不能分配给用户使用的，另外，10.0.0.0-10.255.255.255（A类地址）、172.16.0.0-172.31.255.255（B类地址）、192.168.0.0-192.168.255.255（C类地址）是内部网络地址，也不分配给任何用户，这类地址大约占1%。这样，只有85%的IP地址供人们分配之用。l资源分配的不合理性。美国本土占用了74%的IP地址，只有26%的地址供全世界使用。据统计，中国2004年年底网民达到9000国万，但中国拥有的IPv4地址不到5000万，占IPv4全部地址的1%，每26个中国人只能分享一个IP地址的时候，而平均每个美国人就享有6个IP地址。中国全部IPv4地址加起来还不如美国的某个高校，这个高校就是美国的斯坦福大学。另外，目前全球共有13个根域名服务器。1个为主根服务器，放置在美国。其余12个均为辅根服务器，其中9个放置在美国、欧洲2个位于英国和瑞典、亚洲1个位于日本。lIP地址的浪费严重。IP地址是以类进行分配的，即一个公司或一所学校要申请IP地址，给你分配的要么是一个A类地址，要么是一个B类地址，或是一个C类地址。假设给一所学校分配了一个B类地址（可联入65534台计算机上网），而该学校总共才有1000台计算机联入Internet网络，则造成了64534个地址的浪费（这种现象在美国尤其严重，在美国，很多大学都拥有一个A类地址和若干个B类地址）。一个A类地址拥有16777216个IP地址，浪费更是惊人。（2）NAT技术为解决IP地址不足和IP地址申请困难的问题，可采用代理服务器技术和NAT技术进行内部网络的组建。采用这种技术组网，只需申请少量的公用IP地址即可。但NAT技术存在以下3方面问题：l代理服务器技术和NAT技术破坏了端到端的模型；l代理服务器技术和NAT技术设备必须保持连接状态；l代理服务器技术和NAT技术不能保障端到端的网络安全；为了彻底解决IPv4存在的问题，从1995年开始，互联网工程特别小组(IETF)就开始着手研究开发下一代IP协议，即IPv6(IPversion6)。IPv6具有长达128位的地址空间，可以彻底解决IPv4地址不足的问题，除此之外，IPv6还采用分级地址模式、高效IP包头、服务质量、主机地址自动配置、认证和加密等许多新技术。（3）路由表的急剧膨胀众所周知，IPV4的地址是支持层次型路由结构的，但IPV4是采用与网络拓扑结构无关的的形式来分配地址空间的，因此不能有效地进行地址聚合。每增加一个子网，路由器就要增加一个表项，这样，必将导致主干路由器存在大量的路由表项。这种庞大的路由表项不仅增加了查找和存储的开销，消耗大量的网络资源，而且会降低效率和Internet服务的稳定性。另一方面，由于IPV4数据报报头的不固定，很难用硬件电路对路由信息进行提取和分析，大大抑制了路由器数据的吞吐率。（4）网络安全机制得不到保证IPV4的安全机制是非常弱的，大多数安全机制只建立在应用程序级，而在IP层保证安全的手段很少。虽然IPV4中也有IPsce，但在IPV4中只是作为一个可选项来对待。（5）服务质量得不到保障IPV4遵循的是尽力而为的服务原则，一方面，它使得IPV4能高效地运行，另一方面，它对互联网上不断涌现的新业务和新的应用缺乏有效的支持。服务质量控制要求按端到端连接进行，这就提出了一个怎样在无连接的IP协议上实现服务质量的控制问题。为了解决这个问题，人们提出了许多方法来支持上述应用，先后提出了集成服务模型（集成服务模型是端到端的基于流的QoS技术，它通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求。）和有差别的服务模型（差别服务模型是一种基于类的QoS技术，它在网络边界将数据流按QoS要求进行简单分类，并根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。）。开发了RSVP(ResourceReSerVationProtocol资源预留协议)、RTP（Real-timeTransportProtocol实时传输协议）/RTCP（Real-timeTransportControlProtocol实时传输控制协议）等协议，实现了各种队列技术和数据包丢弃策略。但这些协议和技术带来了网络规划和建设的复杂性，并且大大提高了其规划和建设的成本。1.1.2IPv6的定义现有的互联网是在IPv4(IPversion4)协议的基础上运行。IPv6(IPversion6)是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2015年间将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。IPv4面临一系列难以解决的问题，IP地址即将耗尽无疑是最为严重的。为了彻底解决IPv4存在的问题，从1995年开始，互联网工程特别小组(IETF)就开始着手研究开发下一代IP协议，即IPv6(IPversion6)。IPv6具有长达128位的地址空间，可以彻底解决IPv4地址不足的问题，除此之外，IPv6还采用分级地址模式、高效IP包头、服务质量、主机地址自动配置、认证和加密等许多新技术。1.1.3IPv6的特点•巨大的地址；•全新的报文结构；•简化的报头结构和灵活的报头扩展；•简化的路由表；•层次化的地址结构；•即插即用的连网功能；•网络层的认证与加密；•服务质量得到保证；•对移动通讯的支持；•全新的邻居发现协议。1.1.4Pv6与IPv4的区别与IPv4相比较，IPv6有以下几个方面的不同。lIPv4可提供43亿个地址，IPv6将原来的32位地址空间增大到128位，数目是2的128次方。能够为地球上每平方米（含海洋面积）提供6.659×1023个网络地址，在可预见的将来是不会耗尽的。lIPv4使用地址解析协议ARP，IPv6使用用多点传播NeighborSolicitation消息取代地址解析通讯协议ARP。lIPv4中路由器不能识别用于服务质量的QoS处理的payload（有效载荷）。IPv6中路由器使用FlowLabel字段可以识别用于服务质量的QoS处理的payload。lIPv4网络的回路测试地址为：127.0.0.1，IPv6网络的回路测试地址为：0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001（可以简写为::1）。l在IPv4中，动态主机配置协议DHCP实现了主机IP地址及其相关配置的自动设置。一个DHCP服务器拥有一个IP地址池，主机从DHCP服务器租借IP地址并获得有关的配置信息（如缺省网关、DNS服务器等），由此达到自动设置主机IP地址的目的。IPv6继承了IPv4的这种自动配置服务，并将其称之为“全状态自动配置”（statefulautoconfiguration），以区别于无状态自动配置。lIPv4使用Internet群组管理通讯协议(IGMP)管理本机子网络群组成员身份，IPv6使用MulticastListenerDiscovery(MLD)消息取代IGMP。l内置的安全性。IPSec由IETF开发是确保秘密、完整、真实的信息穿越公共IP网的一种工业标准。IPSec不再是IP协议的补充部分，在IPv6中IPSec是IPv6自身所具有的功能。IPv4只是选择性支持IPSec，IPv6是全自动支持IPSec。l更好的支持QoS。QoS是网络的一种安全机制，通常情况下不需要QoS，但是对关键应用和多媒体应用就十分必要。当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。在IPv6的包头中定义了如何处理与识别传输，IPv6包头中使用FlowLabel来识别传输，可使路由器标识和特殊处理属于一个流量的封包。流量是指来源和目的之间的一系列封包，因为是在IPv6包头中识别传输，所以即使透过IPSec加密的封包payload，仍可实现对QoS的支持。1.1.5IPv6与下一代互联网络为了适应以IP业务为代表的数据业务的迅猛发展以及数据业务量将大大超过话音业务量的发展趋势；为了适应客户-服务器等应用方式引起的网络流量分布变化；为了支持层出不穷、越来越多的网上应用，世界各国都在探索与试验可持续发展下一代互联网络。下一代互联网络技术的出现使得运营商们开始投入对下一代互联网络的研究和探索。目前，中国的电信运营商已经开始了下一代互联网络的试验网络建设，很多高校也开始着手IPv6的试验与建设，此同时，以软交换、IPv6等为核心的下一代互联网络技术日趋成熟，国内外各大通讯厂商相继推出下一代互联网络的产品和技术。随着业务需求和技术的发展以及网络体系结构的演变，下一代互联网络已经成为通信网络发展的热点。下一代互联网络将是IP网络、光网络、无线网络的世界。下一代互联网络是基于IPv6协议的网络。从核心网到用户终端，信息的传递以IPv6的形式进行。除了互联网的各种应用不断深入和普及外，各种传统的电信业务也不断向基于IPv6的网络转移。宽带的发展需求迎来了光通信的快速发展，光通信现已渗入网络的各个层面，从广域网、城域网，一直到局域网；从长途网、本地网、接入网，一直到用户驻地网，光纤宽带网的发展为日益广泛的宽带应用提供了广阔的发展前景。无线使人摆脱了线缆的束缚，可以不受地理位置限制随时随地地获得通信与信息服务。近几年移动通信在全局的快速发展也证明，移动通信方式将逐渐占领传统有线网的中心舞台，把网络从地上的线缆移至空中的无线电波。1.1.6IPv6的基本术语结点：在IPV6网络上运行的设备，包括主机、交换机、路由器、PDA、冰箱、空调等。路由器：路由器是一种连接多个网络的网络连接设备。在IPV4网络中，路由器主要用于不同网络的数据转发，而在IPV6网络中，除具有网络数据转发功能以外，还能将一些诸如前缀信息这样的配置信息向外通告。主机：只能接收数