对IPv6的与展望

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【摘 要 】本文先分析IPv6取代IPv4的紧迫性与必然性,重点分析II%6的主要技术变化,分析能够采用IPv6的时机和

前提条件,最后展望IPv6取代IPv4后给Inte带来的变化.

【关 键 词 】展望IPv6新特性Inte变化

IPv4（IntemetProtocolofversion4.0）采用的32位（二进制）地址,使其现在出现了IP地址很快被分配完,新用户得不到分配的危机,这是它最为致命的一大缺点.在应用中暴露出来的安全漏洞、硬件潜力利用不足方面越来越多,新网络硬件技术的出现、新应用的要求（如组播、VOICE、VOD等）,这一切均使IPv4的更新换代成为必然.但是从现行的IPv4改用IPv6,有许多技术难题.下面笔者阐述一下自己的观点,分析可能会出现的情况,与大家一起探讨.

1IPv6取代IPv4的必然性

IPv4从1970年底被采纳以来,几乎保持不变,该版本的长久性说明了该协议是灵活和强有力的.但在运行了几十年之后,发现IPv4还存在如下主要缺点：

（1）地址空间不足：IP地址空间的危机由来已久,并正是升级的主要动力.按目前的分配速度,有人预计到2005年IP地址的分配将耗尽.

（2）硬件的性能没有充分挖掘出来：尽管IP表现得不错,一些源自20年甚至更早以前的设计还能够进一步改进.但从IPv4的设计到现在,处理器的性能已经提高了2个数量级以上,典型的存储器大小提高了好几十倍,网络传输介质发生了很大变化,旧的协议对新硬件的利用率显得越来越不足.

（3）安全性不足：安全性一直被认为是由网络层以上的层负责,但它现在已经成为IP的下一个版本可以发挥作用的地方.在应用IPv4中,数据帧通过路由器后MAC地址即发生改变,虽然源IP地址不变,但仍然给远端主机对源主机的身份认证带来不便.正如大家所共知,IP地址盗用、欺骗的现象是完全可能的,这降低了按IP流量计费的可信度.

（4）自动配置：对于IPv4节点的配置一直比较复杂,而网络管理员与用户则喜欢“即插即用”从设计到现在,Intemet的主干网带宽也提高了近千倍.局域网技术已有了很大的发展,网络的传输介质也发生了很大变化,人们的网络服务要求也发生了很大变化.如视频点播、实时语音服务、网上实时收音服务等,特别是IP地址即将耗尽问题及网络互连中的安全问题,使IPv4退出历史舞台,下一代互联网协议Ipng（InteProtocolnextgenerati0n）——IPv6的出现成为必然.

2IPv6的使用带来的新变化

硬件的变化,是网络协议、算法更新换代的主要推动力.如工作在易受干扰的无线环境中的网络很必要在底层（数据链路层）就进行有确认的传输；而光纤的高可靠性使我们不必在底层就进行确认传输,而只是由高层决定如何恢复出错.只有这样才能更好地发挥高可靠性物理传输介质光纤的优点,正如ATM技术大量用于光纤的传输应用中.存储容量的普遍扩大使我们在网络传输中可以设置更大的缓冲区,让更多的分组重组后再一同上交给高层,减少层间接口的传输频率.同时由于缓冲区较大,两次提交的间隔较长,可设数据报的TrL更长些,则可使更多本算超时的数据报得以正确接收,减少了重传的次数,提高了效率.

采用128位地址以后,动态主机配置协议DHCP服务的功能将发生变化,原先主要用于解决地址不足问题、以提高紧缺IP地址的利用率,将变为主要是控制用户的访问权限而分配指定的IP地址.IP地址不同,网络的路由通过能力、访问资源的权限也会不同.

IPv6协议允许为某种应用预留资源,以保证某种应用的时延、带宽的要求.若某一应用已建立,预约了资源,则当其暂无数据传输或没有用足其所预约的带宽,网络设备也不允许新的应用占用其资源.

IPV6的主要新特性有：

（1）扩展地址

IPv6的地址结构中除了32位地址空间扩展到128位外,还对IP主机可能获得的不同类型地址作了一些调整.IPv6中取消了广播地址而代之以任意点播地址.IPv4中用于指定一个网络接口的单播地址和用于指定由一个或多个主机的组播地址基本不变.

（2）简化的包头

IPv6中包括总长为40字节的8个字段（其中两个是源地址和目的地址）.它与IPv4包头的不同在于,IPv4中包含至少12个不同字段,且长度在没有选项时为20字节,但在包含选项可达60字节.IPv6使用了固定格式的包头并减少了需要检查和处理的字段数量,这将使得选路的效率更高.正如ATM技术,采用固定53字节的CELL,使对其的处理速度更快.

（3）对扩展和选项支持的改进

在IPv4中可以在IP头的尾部加入选项,与此不同,IPv6中把选项加在单独的扩展头中.IPv6中的分段只发生在源节点上,因此需要考虑分段扩展头的节点只有源节点和目的节点.源节点负责分段并创建扩展头,该扩展头将放在IPv6头和下一个高层协议头之间.目的节点接收该包并使用扩展头进行重装.所有中间节点都可以安全地忽略该分段扩展头,这样就提高了包选路的效率.

另一种选择方案中,逐跳（hop-by-hop）选项扩展头要求包的路径上的每一个节点都处理该头字段.这种情况下,每个路由器必须在处理IPv6包头的同时也处理逐跳选项.

（4）流的支持

在IPv4中,对所有包大致同等对等,这意味着每个包都是由中间路由器按照自己的方式来处理的.路由器并不跟踪任意两台主机间发送的包,因此不能“记住”如何对将来的包进行处理.IPv6实现了流概念,其定义如REC1883中所述：流指的是从一个特定源发向一个特定（单播或者是组播）目的地的包序列,源点希望中间路由器对这些包进行特殊处理.路由器需要对流进行跟踪并保持一定的信息,这些信息在流中的每个包中都是不变的.这种方法使路由器可以对流中的包进行高效处理. （5）身份验证和保密

REC1825（IP的安全性体系结构）描述了IP的安全性体系结构,包括IPv4和IPv6.它发表于1995年8月,目前正在进行修改和更新.1998年3月发表了一个更新版Inter草案.IP安全性的基本结构仍然很坚固,且已经进行了一些显著的改变和补充.IPv6使用了两种安全性扩展：IP身份验证头（AH）首先由RFC1826（IP身份验证头）描述,而IP封装安全性净荷（ESP）首先在RFC1927（IP封装安全性净荷

（ESP））中描述.

使用ESP对IP进行隧道传输意味着对整个IP包进行加密,并由作为安全性网关操作的系统将其封装在另一IP包中.通过这种方法,被加密的IP包中的所有细节均被隐藏起来.这种技术是创建虚拟专用网（VPN）的基础,它允许各机构使用Inter作为其专用骨干网络来共享敏感信息.

3采用新协议的难度和更新的时机

IPv6的设计者们将这个新协议建立在IPv4的基础上,沿用IPv4工作良好的部分,改进可以工作的部分,去掉影响性能和功能的部分,另外还增加了当前特别需要的功能.

4采用新协议后的Inter展望

采用IPv6后,纯粹是技术上的改进引起的变化,笔者预测主要有如下几点：

（1）网络设备的性能将得到更好地挖掘,网络速度将更快.简化的包头、固定的格式,更好的硬件,更优的算法,这一切均将使网络传输速度更快.

（2）网络用户在一段时间内将高速增长.由于采用128位的IP地址,获得固定的IP地址将非常容易,有足够的固定IP地址,有利于园区网、企业网的建设和管理.

（3）网络安全的防范出现新的课题.由于IPv6的身分认证是在网络层的底层中进行的,报文摘 要 或硬件标识机制,保证发送端用户的标识信息在传输过程中的完整性.他人对网络的破坏可能不再主要是远端操纵型,而变成了主要是病毒侵范.

（4）网络流量统计将更真实可信,不可欺骗的身分标识,使对用户网络使用费用的统计具有真实可靠性.

（5）由于路由器等设备采用更先进的流技术等,同一流传输中,不必为每一个包计算与选择路由,使连续的大数据块传输更快,这有利于VOD、VOICE等多媒体服务传输应用的发展与推广