IPv6技术白皮书－基本概念

msw_smith

第一章：
1.1  什么是网络协议？

1.2  什么是OSI参考模型？

1.3  什么是TCP/IP参考模型？

1.4  什么 是IP？什么是IP地址？

1.5  互联网的运行机制是怎样的？

1.6  什么是IPv4协议？

1.7 为什么IPv4地址非常紧缺？ </P>

1.8  IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？

1.1  什么是网络协议？

网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层之上，向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。一台设备上的第n层与另一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在着许多协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。

1.2  什么是OSI参考模型？                             

在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，它们之间互不相容。为此，国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互联的体系结构（Open Systems Interconnection，OSI），“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。这个分委员会提出了开放系统互联，即OSI参考模型，它定义了异质系统互联的标准框架。OSI参考模型分为7层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层使用下层提供的服务，并向其上一层提供服务。各层的主要功能和数据传送方式阐述如下：

(1) 物理层：信息的传递需要利用物理介质，物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，并提供其机械、电气、功能和过程特性；

(2) 数据链路层：负责在两个相邻节点间的线路上实现数据的无差错传送。它接收物理层的原始数据位流以组成帧，并在网络设备之间传输；

(3) 网络层：处理网络间路由，确保数据及时传送。它将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息棗源站点和目的站点的网络地址；

(4）传输层：根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为两个端系统的会话层之间提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据；

（5）会话层：会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制；

（6）表示层：解决用户信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法，即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责；

（7）应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

1.3  什么是TCP/IP参考模型？                              

相对于OSI，TCP/IP参考模型是当前的工业标准或事实的标准，是在1974年由Kahn提出的。它分为四个层次：应用层（与OSI的应用层对应）、传输层（与OSI的传输层对应）、互联网层（与OSI的网络层对应）、主机-网络层（与OSI的数据链路层和物理层对应）。与OSI模型相比，TCP/IP参考模型中不存在会话层和表示层；传输层除支持面向连接通信外，还增加了对无连接通信的支持；以包交换为基础的无连接互联网络层代替了主要面向连接、同时也支持无连接的OSI网络层，称为互联网层；数据链路层和物理层大大简化为主机-网络层，除了指出主机必须使用能发送IP包的协议外不作其他规定。

互联网层定义了正式的分组格式和相应的协议，即IP协议（Internet Protocol），主要作用是将IP包送到相应的目的地；TCP/IP传输层的作用类似于OSI传输层的作用，使源端和目标端设备相互对话；在传输层上面是应用层，包括了所有终端协议，如TELNET、FTP、SMTP、DNS、NNTP、HTTP。

1.4  什么 是IP？什么是IP地址？                              

IP是Internet Protocol的简写，属于网络层协议，定义了相互通信的两个节点之间网络层交互方式的标准，这两个节点可以连接在同一个网络中，也可以分别位于物理/逻辑上不同的网络之中。IP与传输控制协议（TCP）一起代表了TCP/IP的核心，也是网络层中最重要的协议。

IP的内容包括设备地址表示、控制与管理、设备间信息传输实现。IP解决的最根本的问题是如何把网络及相关设备连接在一起，并且这些连接起来的设备无需了解任何的网络细节就能实现相互通信，这就有以下三个要求：

首先，每个连接在网络上的设备必须具有唯一的标识，即网络地址；

其次，所有设备都能够与其他设备以相互间能识别的格式进行数据的发送/接收；

最后，一台设备必须能够在了解另一设备的网络地址后把数据可靠地传至对方，而无需了解对方设备和网络的任何细节。

IP层接收由更低层发来的数据包，并把该数据包发送到更高层棗TCP或UDP层；相反地，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。

每个连接在网络上的设备在IP层的唯一标识就称为IP地址。IP数据包中含有发送它的设备的IP地址（源IP地址）和接收它的设备的IP地址（目的IP地址）。目前我们常说的“你的机器的IP是多少”主要是指你所用的机器配置的IP地址。

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1.5  互联网的运行机制是怎样的？                              

互联网技术要解决的是异种网之间的通信问题，其目的在于隐藏网络细节，向用户提供一致的通信服务。IP协议在TCP/IP确立的网络层次结构中起着核心作用：其一，采用无连接方式传递数据报，这样上层应用不用关心低层数据传输的细节，可以提高数据传输的效率；其二，通过IP数据报和IP地址将各种物理网络技术统一起来，达到屏蔽低层技术细节、向上提供一致性的目的。这样，可以使物理网络的多样性对上层透明，因此，Internet可以充分利用各种通信媒介，从而将全球范围内的计算机网络通过统一的IP协议连在一起，让全世界几千万个用户进行通信和资源共享。总的说来，Internet具有以下特点：· 由众多的计算机网络互联组成；

· 是一个世界性的网络；

· 主要采用TCP/IP协议；

· 采用分组交换技术；

· 由众多的路由器连接而成；

· 是一个信息资源网。

1.6  什么是IPv4协议？                                

目前互联网使用的是IP协议第4版本即IPv4，它在RFC791中定义。IPv4协议规定，每个互联网上的主机和路由器都有一个32位的IP地址，它包括网络号和主机号，这一编码组合是唯一的。把IP地址分成两部分的优点是使路由器中的路由表不会太大。路由器不必为每个目的主机维持一个路由选择表项，而仅为每个网络维护一个路由选择表项，当进行路由时，只检查目的地址的网络部分。

IPv4地址结构分为A、B和C三类。A类地址可用作126个网络，每个网络可容纳1600万个主机节点。B类地址可用作16000个网络，可容纳65000个主机节点。C类地址可用作2百万左右的网络，可容纳254个主机节点。IPv4地址以用三个“.”隔开的四个小于256的十进制非负整数表示，如“159.226.39.126”。

1.7 为什么IPv4地址非常紧缺？                              

当前IPv4地址面临即将耗尽的危机，IPv4地址紧缺的主要原因在于IPv4 地址的两个致命的弱点：地址空间的浪费和过度的路由负担。

IPv4的地址空间为32位，理论上支持40亿台终端设备的互联，但实际上由于A、B、C等地址类型的划分，浪费了上千万的地址，特别是B类地址。对于大多数机构，一个B类网络的65536个地址太大了，申请到一个B类地址的用户单位实际上一般接入的没有这么多主机，相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配，而且B类地址的首部不足以为Internet内的所有中型网络编址。再加上关于地址的许多其他的特殊规定和用途，一般来说，整个地址空间的实际利用率只能达到10%多一点。

一个合理的建议是用C类网络代替B类网络，由于C类地址有256个本地标识符，地址利用率会高一些。但是相继出现两个问题：一是网络增长。当应用C类网络的公司内部用户超过256时，必须申请另一个C类网络。另一个问题是路由选择表暴涨，在互联网中，外部路由是以网络数为基础的，使用C类地址意味着分配更多的网络，路由器要记录更多的表项，从而影响了外部路由协议的性能。

此外，由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分别占用了1600多万，1700多万和1900多万个IP地址，而分配给象中国这么大国家所用的地址量还不如美国一个大学。由此导致一方面大量的IP地址被浪费，另一方面在互联网快速发展的国家如欧洲、日本和中国得不到足够的IP地址。最后导致互联网地址耗尽和路由表爆炸。到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C类地址还有余量。

而目前占有互联网地址的主要设备早已由20年前的大型机变为PC机，并且在将来，越来越多的其他设备也会连接到互联网上，包括PDA、汽车、手机、各种家用电器等。特别是手机，为了向第三代移动通信标准靠拢，几乎所有的手机厂商都在向国际因特网地址管理机构ICANN申请，要给他们生产的每一台手机都分配一个IP地址。而竞争激烈的家电企业也要给每一台带有联网功能的电视、空调、微波炉等设置一个IP地址。IPv4显然已经无法满足这些要求。

1.8  IPv4如何解决地址紧缺问题？ 这些解决方案有什么局限性？        

为了缓解IPv4地址危机的发生，相应地产生了两种技术：无类别域间路由技术（Classless Inter Domain Routing，CIDR）和网络地址翻译技术（Network Address Translation，NAT），分别阐述如下：

无类别域间路由技术

随着因特网意想不到的成长，最初设计的基于类的IPv4地址系统出现了两个主要的问题：

· 已分配的网络数目的增长使路由表大得难以管理，相当程度上降低了路由器的处理速度；

· 僵化的地址分配方案使很多地址被浪费，尤其是B类地址十分匮乏。

大多数解决方案在解决其中一个问题的同时却加剧了另一个问题，针对这种情况，在1993年9月提出了一个全面的解决方案——无类别域间路由技术CIDR，并公布在RFC 1517、RFC 1518和RFC 1519文档中。使用这种技术可以减缓路由表的增长，也可以减少IP地址的浪费。

CIDR的基本思想是以可变长分块的方式分配C类网络，将整块地址作为一个网络地址。这样，可以根据网络拓扑来给一个组织分配任意数量地址，而不必要分配整个A类网络、B类网络或C类网络。“无类别”是指不论对A类、B类还是C类的IP地址，路由决策都基于整个32位IP地址的掩码操作，没有什么区别。例如：一个服务提供商被分配以256个C类地址，从213.79.0.0到213.79.255.0，服务提供商给每个用户分配一个C类地址，但服务提供商外部的路由表只通过一个表项——掩码为255.255.0.0的网络213.79.0.0——来分辨这些路由。

CIDR最初是针对新的C类地址提出的。这种变化将使互联网路由表增长的速度放缓，但对于现存的路由则没有任何帮助。尽管通过采用CIDR，可以保护B类地址免遭无谓的消耗，但是依然无法从根本上解决IPv4面临的地址耗尽问题，这只是一个短期解决方案。

网络地址翻译技术

另一个延缓IPv4地址耗尽的方法是网络地址翻译NAT。简单的说，NAT就是在内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在边缘网关处，将内部地址替换成全局地址，从而在外部公共网上正常使用，如图所示。所谓内部地址，是指在内部网络中分配给节点的私有IP地址，这个地址只能在内部网络中使用，不能被路由。虽然内部地址可以随机挑选，但是通常使用的是RFC 1918中定义的专用地址：10.0.0.0~10.255.255.255，172.16.0.0~172.16.255.255，192.168.0.0~192.168.255.255。NAT将这些无法在互联网上使用的保留IP地址翻译成可以在互联网上使用的合法IP地址。而全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC或者网络服务提供商ISP分配的地址，对外代表一个或多个内部局部地址，是全球统一的可寻址的地址。

NAT的主要作用是节约了地址空间，减少了对合法地址的需求，多个内部节点共享一个外部地址，使用端口进行区分（Network Address Port Translation，NAPT），这样就能更有效的节约合法地址。由于目前要想得到一个A类或B类地址十分困难，因此许多企业纷纷采用了NAT。NAT使企业不必再为无法得到足够的合法IP地址而发愁了。然而，NAT也有其无法克服的弊端。首先，NAT会使网络吞吐量降低，由此影响网络的性能。其次，NAT必须对所有IP包进行地址转换，但是大多数NAT无法将转换后的地址信息传递给IP包负载，这个缺陷将导致某些必须将地址信息嵌在IP包负载中的高层应用如FTP和WINS注册等的失败。

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第二章：IPv6的产生
2.1 什么是IPv6协议？

2.2 IPv6最初出现是在什么时候？导致IPv6出现的原因是什么？

2.3 什么是IPng？IPng的设计目标是什么？

2.4 针对IPng的设计目标有哪些提案？

2.5 IPv6是如何成为IPng的标准的？

2.6 IPv6和IPng的区别是什么？

2.7 为什么在IPv4后直接就用IPv6，而不是IPv5？

2.1 什么是IPv6协议？

IPv6协议是IP协议第6版本，是作为IPv4协议的后继者而设计的新版本的IP协议。IPv6相比IPv4主要有以下一些变化：

扩展的寻址能力

IPv6将IP地址长度从32位扩展到128位，支持更多级别的地址层次、更多的可寻址节点数以及更简单的地址自动配置。通过在组播地址中增加一个“范围”域提高了多点传送路由的可扩展性。还定义了一种新的地址类型，称为“任意播地址”，用于发送包给一组节点中的任意一个；

简化的报头格式

一些IPv4报头字段被删除或变为了可选项，以减少包处理中例行处理的消耗并限制IPv6报头消耗的带宽；

对扩展报头和选项支持的改进

IP报头选项编码方式的改变可以提高转发效率，使得对选项长度的限制更宽松，且提供了将来引入新的选项的更大的灵活性；

标识流的能力

增加了一种新的能力，使得标识属于发送方要求特别处理（如非默认的服务质量获“实时”服务）的特定通信“流”的包成为可能；

认证和加密能力

IPv6中指定了支持认证、数据完整性和（可选的）数据机密性的扩展功能。

2.2 IPv6最初出现是在什么时候？导致IPv6出现的原因是什么？      

IETF于1992年开始开发IPv6协议，1995年12月在RFC1883中公布了建议标准（proposal standard），1996年7月和1997年11月先后发布了版本2和2.1的草案标准（draft standard），1998年12月发布了标准RFC2460。

IPv6是为了解决现行Internet出现的问题而诞生的。现存的IPv4网络潜伏着两大危机：地址枯竭和路由表急剧膨胀。IPv6的出现将从根本上解决这些问题。IPv6继承了IPv4的优点，并根据IPv4多年来运行的经验进行了大幅度的修改和功能扩充，比IPv4处理性能更加强大、高效。与互联网发展过程中涌现的其它技术概念相比，IPv6可以说是引起争议最少的一个。人们已形成共识，认为IPv6取代IPv4是必然发展趋势，其主要原因归功于IPv6几乎无限的地址空间。

2.3 什么是IPng？IPng的设计目标是什么？                     

早在20世纪90年代初期，互联网工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）就开始着手下一代互联网协议IP-the next generation（IPng）的制定工作。IETF在RFC1550里进行了征求新的IP协议的呼吁，并公布了新的协议需要实现的主要目标是：

· 支持几乎无限大的地址空间；

· 减小路由表的大小；

· 简化协议，使路由器能更快地处理数据包；

· 提供更好的安全性，实现IP级的安全；

· 支持多种服务类型，尤其是实时业务；

· 支持多点传送，即支持组播；

· 允许主机不更改地址实现异地漫游；

· 支持未来协议的演变；

· 允许新旧协议共存一段时间；

· 支持未来协议的演变以适应底层网络环境或上层应用环境的变化；

· 支持自动地址配置；

· 协议必须能扩展，它必须能通过扩展来满足将来因特网的服务需求；扩展必须是不需要网络软件升级就可实现的；

· 协议必须支持可移动主机和网络。

2.4 针对IPng的设计目标有哪些提案？               

20世纪90年代初期，IETF提出了IPng的设计原则之后，共有如下针对IPng的提案被提出：

TUBA：含有更多地址的TCP和UDP，建议采用ISO/OSI的CLNP协议来代替IPv4，这种解决方案允许用户有20字节的NSAP地址，以及一个可以使用的OSI传输协议的平台；

IPv7，TP/IX，CATNIP：IPv7是1992年由Robert Ullmann提出的。1993年，RFC1475进行了更详细的描述，其标题为“TP/IX：下一代的Internet”，TP/IX有64位地址。TP/IX后来演变成了RFC1707中定义的另一个协议CATNIP（Common Architecture for the Internet）。该方案包含了诸如快速信息包处理和新的RAP路由协议等观点，试图为IP、CLNP和IPX等信息包定义一个统一的格式，为众多的传输协议如OSI/TP4、TCP、UDP和SPX等提供支持；

IP in IP，IPAE：IP in IP是1992年提出的建议，计划采用两个IPv4层来解决互联网地址的匮乏：一层用于全球骨干网络，另一层用于某些特定的范围。到了1993年，这个建议得到了进一步的发展，名称也改为了IPAE（IP Address Encapsulation），并且被采纳为SIP的过渡方案；

SIP（Simple IP）：由Steve Deering在1992年11月提出的，他的想法是把IP地址改为64位，并且去除IPv4中一些已经过时的字段。这个建议由于其简单性立刻得到了许多公司的支持；

PIP（Paul’s Internet Protocol）：由Paul Francis提出，PIP是一个基于新的结构的IP。PIP支持以16位为单位的变长地址，地址间通过标识符进行区分，它允许高效的策略路由并实现了可移动性。1994年9月，PIP和SIP合并，称为SIPP；

SIPP（Simple IP Plus）：试图结合SIP的简单性和PIP路由的灵活性。SIPP设计为在高性能的网络上运作，比如ATM，同时也可以在低带宽的网络上运行，如无线网络。SIPP去掉了IPv4报头的一些字段，使得报头很小，并且采用64位地址。与IPv4将选项作为IP头的基本组成部分不同，SIPP中把IP选项与报头进行了隔离。选项（如果有）将被放在报头后的数据报中并位于传输层协议头之前。使用这种方法后，路由器只有在必要的时候才会对选项头进行处理，这样就提高了对于所有数据进行处理的性能。

2.5 IPv6是如何成为IPng的标准的？                  

1994年7月，IETF决定以SIPP作为IPng的基础，同时把地址数由64位增加到128位。新的IP协议称为IPv6，其版本是在1994年由IETF批准的RFC1752。

制定IPv6的专家们充分总结了早期制定IPv4的经验以及互联网的发展和市场需求，认为下一代互联网协议应侧重于网络的容量和网络的性能。IPv6继承了IPv4的优点，摒弃了它的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP协议族中的协议兼容，即IPv6完全可以取代IPv4。同IPv4相比较，IPv6在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，是下一代互联网可采用的比较合理的协议。

2.6 IPv6和IPng的区别是什么？                  

目前，国际上主要由IETF负责IPv6的标准制定工作。IPng问题就是在IPv4的地址空间出现危机时提出的，地址即将耗尽和路由表的过度膨胀是促使IPng问题产生的直接原因。IETF的IPng工作组在1994年9月提出了一个正式的草案“The Recommendation for the IP Next Generation Protocol”；1995年底确定了IPng的协议规范，分配了版本号6（版本号5已经分配给另一个草案），称为“IP version 6”（IPv6），同现在使用的版本4相区别；1998年又作了较大的改动。

简单说，IPng更像是为“修订IP”而提出的一个概念性的名字，没有一个具体的协议叫做IPng，它是所有有关的下一代互联网协议的总称，而IPv6是IPng协议中的一个具体的协议。

2.7 为什么在IPv4后直接就用IPv6，而不是IPv5？                  

IPv4是在20世纪80年代初期实现的，在90年代初期提出了以新的版本代替IPv4的提议，主要是为了克服IPv4的地址局限性。在1994年7月选出了继任者并命名为IPv6。作为一种网络设备地址表示的手段，IPv6是IP的有效新一代地址表示的协议。其实也有IPv5，只是IPv5已经用在TCP/IP协议族中的视频流媒体服务方面了。

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第三章：IPv6协议技术特点
3.1 IPv6相对于IPv4有哪些较为显著的优势？

相对于IPv4，IPv6有如下一些显著的优势：

（1）地址容量大大扩展，由原来的32位扩充到128位，彻底解决IPv4地址不足的问题；支持分层地址结构，从而更易于寻址；扩展支持组播和任意播地址，这使得数据包可以发送给任何一个或一组节点；

（2）大容量的地址空间能够真正的实现无状态地址自动配置，使IPv6终端能够快速连接到网络上，无需人工配置，实现了真正的即插即用；

（3）报头格式大大简化，从而有效减少路由器或交换机对报头的处理开销，这对设计硬件报头处理的路由器或交换机十分有利；

（4）加强了对扩展报头和选项部分的支持，这除了让转发更为有效外，还对将来网络加载新的应用提供了充分的支持；

（5）流标签的使用让我们可以为数据包所属类型提供个性化的网络服务，并有效保障相关业务的服务质量；

（6）认证与私密性：IPv6把IPSec作为必备协议，保证了网络层端到端通信的完整性和机密性；

（7）IPv6在移动网络和实时通信方面有很多改进。特别地，不像IPv4，IPv6具备强大的自动配置能力从而简化了移动主机和局域网的系统管理。

3.2 报头结构            

3.2.1 IPv6的报头结构是怎样的？                       

新的IPv6报头的结构比IPv4简单得多， IPv6报头中删除了IPv4报头中许多不常用的域，放入了可选项和报头扩展中；IPv6中的可选项有更严格的定义。IPv4中有10个固定长度的域、2个地址空间和若干个选项，IPv6中只有6个域和2个地址空间。

虽然IPv6报头占40字节，是24字节IPv4报头的1.6倍，但因其长度固定（IPv4报头是变长的），故不需要消耗过多的内存容量。

IPv4中的报头长度（header length）、服务类型（type of service，TOS）、标识符（identification）、标志（flag）、分段偏移（fragment offset）和报头校验和（header  checksum）这6个域被删除。报文总长（total length）、协议类型（protocol type）和生存时间（time to live，TTL）3个域的名称或部分功能被改变，其选项（options）功能完全被改变，新增加了2个域，即优先级和流标签。
3.2 地址问题                       

3.3.1 为什么IPv6协议的地址长度是128位？

有些人也许要问，IPv4地址不够用，那我在IPv4上再增加几位地址表示就行了，何必非要是IPv6的128位呢？这种提问是对芯片设计及CPU处理方式不理解造成的，同时也对未来网络的扩展没有充分的预见性。芯片设计中数值的表示我们知道是全用“0”、“1”代表，CPU处理字长发展到现在分别经历了4位、8位、16位、32位、64位等，我们知道，在计算机中，当数据能用2的指数次幂字长位的二进制数表示时，CPU对数值的处理效率最高。IPv4地址对应的是32比特字长就是因为当时的互联网上的主机CPU字长为32位。现在的64位机已十分普及，128位机正在成长中。将地址定为64位在网络扩展性上显得不足，定为其它的一个长度在硬件芯片设计、程序编制方面的效率都将下降，因此从处理效率和未来网络扩展性上考虑，将IPv6的地址长度定为128位是十分合适的。

3.3.2 IPv6的128位地址是一个什么概念？

IPv6提供128位的地址空间，IPv6所能提供的巨大的地址容量可以从以下几个方面来说明：

共有2128个不同的IPv6地址，也就是全球可分配地址数为340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个；

若按土地面积分配，每平方厘米可获得2.2*1020个地址。

IPv6地址耗尽的机会是很小的。在可预见的很长时期内，IPv6的128位地址长度形成的巨大的地址空间能够为所有可以想象出的网络设备提供一个全球唯一的地址，IPv6充足的地址空间将极大地满足那些伴随着网络智能设备的出现而对地址增长的需求，例如个人数据助理（PDA）、移动电话（Mobile Phone）、家庭网络接入设备（HAN）等。

3.3.3 IPv6地址是如何表示的？

IPv4地址表示为点分十进制格式，32位的地址分成4个8位分组，每个8位写成十进制，中间用点号分隔。而IPv6的128位地址则是以16位为一分组，每个16位分组写成4个十六进制数，中间用冒号分隔，称为冒号分十六进制格式。例如:21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A 是一个完整的IPv6地址。

IPv6的地址表示有以下几种特殊情形：

IPv6地址中每个16位分组中的前导零位可以去除做简化表示，但每个分组必须至少保留一位数字。如上例中的地址，去除前导零位后可写成:21DA3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A。

某些地址中可能包含很长的零序列，为进一步简化表示法，还可以将冒号十六进制格式中相邻的连续零位合并，用双冒号“::”表示。“::”符号在一个地址中只能出现一次，该符号也能用来压缩地址中前部和尾部的相邻的连续零位。例如地址1080:0:0:0:8:800:200C:417A，0:0:0:0:0:0:0:1，0:0:0:0:0:0:0:0分别可表示为压缩格式1080::8:800:200C:417A，::1，:: 。

在IPv4和IPv6混合环境中，有时更适合于采用另一种表示形式：x:d.d.d.d，其中x是地址中6个高阶16位分组的十六进制值，d是地址中4个低阶8位分组的十进制值（标准IPv4表示）。例如地址0:0:0:0:0:0:13.1.68.3 ，0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38 写成压缩形式为::13.1.68.3，::FFFF.129.144.52.38 。

要在一个URL中使用文本IPv6地址，文本地址应该用符号“[”和“]”来封闭。例如文本IPv6地址FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210写作URL示例为http://[FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210]:80/index.html。

3.3.4 IPv6地址为128位，配地址岂不是要花费很多时间？

IPv6协议支持地址自动配置，这是一种即插即用的机制。IPv6节点通过地址自动配置得到IPv6地址和网关地址。

IPv6支持无状态地址自动配置和状态地址自动配置两种地址自动配置方式。在无状态地址自动配置方式下，需要配置地址的网络接口先使用邻居发现机制获得一个链路本地地址。网络接口得到这个链路本地地址之后，再接收路由器宣告的地址前缀，结合接口标识得到一个全球地址。而状态地址自动配置的方式，如动态主机配置协议（DHCP），需要一个DHCP服务器，通过客户机/服务器模式从DHCP服务器处得到地址配置的信息。

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3.3.5  IPv6地址都有哪些类型？

所有类型的IPv6地址都被分配到接口，而不是节点。IPv6地址是单个或一组接口的128位标识符，有三种类型：

(1) 单播（Unicast）地址

单一接口的标识符。发往单播地址的包被送给该地址标识的接口。对于有多个接口的节点，它的任何一个单播地址都可以用作该节点的标识符。IPv6单播地址是用连续的位掩码聚集的地址，类似于CIDR的IPv4地址。IPv6中的单播地址分配有多种形式，包括全部可聚集全球单播地址、NSAP地址、IPX分级地址、站点本地地址、链路本地地址以及运行IPv4的主机地址。单播地址中有下列两种特殊地址：

不确定地址

单播地址0:0:0:0:0:0:0:0称为不确定地址。它不能分配给任何节点。它的一个应用示例是初始化主机时，在主机未取得自己的地址以前，可在它发送的任何IPv6包的源地址字段放上不确定地址。不确定地址不能在IPv6包中用作目的地址，也不能用在IPv6路由头中；

回环地址

单播地址0:0:0:0:0:0:0:1称为回环地址。节点用它来向自身发送IPv6包。它不能分配给任何物理接口。

(2) 任意播（AnyCast）地址

一组接口（一般属于不同节点）的标识符。发往任意播地址的包被送给该地址标识的接口之一（路由协议度量距离最近的）。IPv6任意播地址存在下列限制：

· 任意播地址不能用作源地址，而只能作为目的地址；

· 任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器；

3) 组播（MultiCast）地址

一组接口（一般属于不同节点）的标识符。发往多播地址的包被送给该地址标识的所有接口。地址开始的11111111标识该地址为组播地址。

IPv6中没有广播地址，它的功能正在被组播地址所代替。另外，在IPv6中，任何全“0”和全“1”的字段都是合法值，除非特殊地排除在外的。特别是前缀可以包含“0”值字段或以“0”为终结。一个单接口可以指定任何类型的多个IPv6地址（单播、任意播、组播）或范围。

3.3.6 什么是IPv6的可聚集全球单播地址？

IPv6为点对点通信设计了一种具有分级结构的地址，这种地址被称为可聚集全球单播地址（Aggregatable Global Unicast Address），它在RFC2374中定义。可聚集地址具有三个层次的分级结构：

公用拓扑：提供公用互联网传送服务的供应商和交换局群体；

站点拓扑：本地的特定站点或组织，不提供到本站点以外节点的公用传送服务；

接口标识符：标识链路上的接口；

可聚集全球单播地址的分级结构划分如下图所示。开始3个地址位是地址类型前缀，用于区别其它地址类型。其后的13位TLA ID、32位NLA ID、16位SLA ID和 64位主机接口ID，分别用于标识分级结构中自上向下排列的TLA （Top Level Aggregator，顶级聚集体）、NLA（Next Level Aggregator，下级聚集体）、SLA（Site Level Aggregator，站点级聚集体）和主机接口。RES保留，以备将来TLA或NLA扩充用。TLA是与长途服务供应商和电话公司相互连接的公共网络接入点，它从国际Internet注册机构如IANA处获得地址。NLA通常是大型ISP，它从TLA处申请获得地址，并为 SLA分配地址。SLA也可称为订户（subscriber），它可以是一个机构或一个小型ISP。SLA负责为属于它的订户分配地址。SLA通常为其订户分配由连续地址组成的地址块，以便这些机构可以建立自己的地址分级结构以识别不同的子网。分级结构的最底层是网络主机。  
设计这样的地址格式是为了既支持基于当前供应商的聚集，又支持被称为交换局的新的聚集类型。其组合使高效的路由聚集可用于直接连接到供应商和连接到交换局两者的站点上。站点可以选择连接到两种类型中的任何一种聚集点。

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3.3.7 IPv6的地址分配方式与IPv4有什么区别？

IPv4中，地址是用户拥有的。也就是说，一旦用户从某机构处申请到一段地址空间，他就永远使用该地址空间，而不管他是从哪个因特网服务提供者（ISP）处获得服务。这种方式的缺点是ISP必须在路由表中为每个用户的网络号维护一条表项。随着用户数的增加，会出现大量无法会聚的特殊路由，即使无类别域间路由（CIDR）也不能处理这样的路由表爆炸现象。

IPv6改变了地址的分配方式，从用户拥有变成了ISP拥有。全球网络号由因特网地址分配机构（IANA）分配给ISP，用户的全球网络地址是ISP地址空间的子集。每当用户改变ISP时，全球网络地址必须更新为新ISP提供的地址。这样ISP能有效地控制路由信息，避免路由爆炸现象的出现。

3.3.8 一台IPv6主机有多少地址？

通常一台IPv6主机有多个IPv6地址，即使该主机只有一个单接口。一台IPv6主机可同时拥有以下几种单点传送地址：

· 每个接口的链路本地地址；

· 每个接口的单播地址（可以是一个站点本地地址和一个或多个可聚集全球地址）；

· 回环（loopback）接口的回环地址（::1）。

此外，每台主机还需要时刻保持收听以下多点传送地址上的信息：

· 节点本地范围内所有节点组播地址（FF01::1）；

· 链路本地范围内所有节点组播地址（FF02::1）；

· 请求节点（solicited-node）组播地址（如果主机的某个接口加入请求节点组）；

· 组播组组播地址（如果主机的某个接口加入任何组播组）。

3.3.9 一台IPv6路由器有多少地址？

一台IPv6路由器可被分配以下几种单点传送地址：

· 每个接口的链路本地地址；

· 每个接口的单播地址（可以是一个站点本地地址和一个或多个可聚集全球地址）；

· 子网-路由器任意播地址；

· 其他任意播地址（可选）；

· 回环接口的回环地址（::1）。

同样，除以上这些地址外，路由器需要时刻保持收听以下多点传送地址上的信息流：

· 节点本地范围内的所有节点组播地址（FF01::1）；

· 节点本地范围内的所有路由器组播地址（FF01::2）；

· 链路本地范围内的所有节点组播地址（FF02::1）；

· 链路本地范围内的所有路由器组播地址（FF02::2）；

· 站点本地范围内的所有路由器组播地址（FF05::2）；

· 请求节点（solicited-node）组播地址（如果路由器的某个接口加入请求节点组）；

· 组播组组播地址（如果路由器的某个接口加入任何组播组）。

　

3.4 地址自动配置技术                                 

3.4.1 IPv6如何实现“即插即用”？

“即插即用”是指无需任何人工干预，就可以将一个节点插入IPv6网络并在网络中启动，IPv6使用了两种不同的机制来支持即插即用网络连接：启动协议（BOOTstrap Protocol，BOOTP）和动态主机配置协议（DHCP）。这两种机制允许IP节点从特殊的BOOTP服务器或DHCP服务器获取配置信息。这些协议采用“状态自动配置”（Stateful Autoconfiguration），即服务器必须保持每个节点的状态信息，并管理这些保存的信息。

状态自动配置的问题在于，用户必须保持和管理特殊的自动配置服务器以便管理所有“状态”，即所容许的连接及当前连接的相关信息。对于有足够资源来建立和保持配置服务器的机构，该系统可以接受；但是对于没有这些资源的小型机构，工作情形较差。

3.4.2   除了状态自动配置，IPv6还提供什么自动配置服务？

除了状态自动配置，IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置（Stateless Auto Configuration）的自动配置服务。RFC2462中描述了IPv6的无状态自动配置。无状态自动配置要求本地链路支持组播，而且网络接口能够发送和接收组播包。无状态自动配置过程要求节点采用如下步骤：

首先，进行自动配置的节点必须确定自己的链路本地地址；

然后，必须验证该链路本地地址在链路上的唯一性；

最后，节点必须确定需要配置的信息。该信息可能是节点的IP地址，或者是其他配置信息，或者两者皆有。如果需要IP地址，节点必须确定是使用无状态自动配置过程还是使用状态自动配置过程来获得。

具体地说，在无状态自动配置过程中，主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在链路本地地址前缀1111111010之后，产生一个链路本地单播地址（IEEE已经将网卡MAC地址由48位改为了64位。如果主机采用的网卡的MAC地址依然是48位，那么IPv6网卡驱动程序会根据IEEE的一个公式将48位MAC地址转换为64位MAC地址）。接着主机向该地址发出一个邻居发现请求（Neighbor Discovery Request），以验证地址的唯一性。如果请求没有得到响应，则表明主机自我配置的链路本地单播地址是唯一的。否则，主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链路本地单播地址。然后，以该地址为源地址，主机向本地链路中所有路由器多点传送一个路由器请求（Router Solicitation）来请求配置信息，路由器以一个包含一个可聚集全球单播地址前缀和其它相关配置信息的路由器宣告（Router Advertisement）作为响应。主机用它从路由器得到的全球地址前缀加上自己的接口ID，自动配置全球地址，然后就可以与Internet中的其它主机通信了。

如果没有路由器为网络上的节点服务，也就是本地网络孤立于其他网络，则节点必须寻找配置服务器来完成其配置；否则，节点必须侦听路由器宣告报文。这些报文周期性地发往所有主机的组播地址，以指明诸如网络地址和子网地址等配置信息。节点可以等待路由器宣告，也可以通过发送组播请求给所有路由器的组播地址来请求路由器发送宣告。一旦收到路由器的响应，节点就可以使用响应的信息来完成自动配置。

使用无状态自动配置，无需手动干预就能够改变网络中所有主机的IP地址。例如，当企业更换了联入Internet的ISP时，将从新ISP处得到一个新的可聚集全球地址前缀。ISP把这个地址前缀从它的路由器上传送到企业路由器上。由于企业路由器将周期性地向本地链路中的所有主机多点传送路由器宣告，因此企业网络中所有主机都将通过路由器宣告收到新的地址前缀，此后，它们就会自动产生新的IP地址并覆盖旧的IP地址。

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3.5 域名解析技术                        

3.5.1 IPv6域名系统的体系结构是什么样的？

IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都是采用树型结构的域名空间，如下图所示。IPv4协议与IPv6协议的不同并不意味着IPv4 DNS体系和IPv6 DNS体系需要各自独立，相反，DNS的体系和域名空间必须一致，即IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。以后随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。下图的最上方是DNS树形结构中唯一的一个根（Root），用点号“.”表示。根的下一级称为顶级域（Top Level Domain，TLD），也称一级域。顶级域的下级就是二级域（Second Level Domain，SLD），二级域的下级就是三级域，依次类推。每个域都是其上级域的子域（Sub Domain），比如“.net.cn”是“.cn”的子域，而“cnnic.net.cn”既是“net.cn”的子域，同时也是“.cn”的子域。

DNS树上的每一个节点都有一个标识（Label），根节点的标识是“空”（即长度为0），其它节点的标识的长度在1到63字节之间。一个节点的域名是由从这个节点到根节点的路径上的所有标识从左到右顺序排列组成的，标识之间用“.”分隔。
DNS的整个域名空间划分成许多的区（Zone），见上图中的椭圆标记，数据采用分布式存储。每个区都有域名服务器（包括主服务器和辅服务器），以资源记录（Resource Record）的形式来存储域名信息。资源记录包括了主机名（域名）和IP地址的对应，以及子域服务器的授权等多种类型。

用户在使用DNS服务时，可以不必细致地了解DNS域名空间的树型结构体系，只需在设置网络时指定一个DNS服务器或使用动态主机配置（DHCP）等相关技术，从而使用户的应用程序可以通过操作系统内嵌的解析器（Resolver）访问DNS系统，查询域名相关的网络资源信息。

3.5.2  如何自动发现提供解析服务的DNS服务器？

(1) 无状态的DNS服务器发现

无状态DNS服务器自动发现有以下几种方式：

为子网内部的DNS服务器配置站点范围内的任意播地址。要进行自动配置的节点以该任意播地址为目的地址发送服务器发现请求，询问DNS服务器地址、域名和搜索路径等DNS信息。这个请求到达距离最近的DNS服务器，服务器根据请求，回答DNS服务器单播地址、域名和搜索路径等DNS信息。节点根据服务器的应答配置本机DNS信息，以后的DNS请求就直接用单播地址发送给DNS服务器。

与第一种方式相同，只是不用站点范围内的任意播地址，而采用站点范围内的组播地址或链路组播地址等。

一直用站点范围内的任意播地址作为DNS服务器的地址，所有的DNS解析请求都发送给这个任意播地址。距离最近的DNS服务器负责解析这个请求，得到解析结果后把结果返回请求节点，而不像第一种方式是把DNS服务器单播地址、域名和搜索路径等DNS信息告诉节点。

从网络扩展性、安全性、实用性等多方面综合考虑，第一种采用站点范围内的任意播地址作为DNS服务器地址的方式相对较好。

(2) 有状态的DNS服务器发现

有状态的DNS服务器发现方式是通过类似DHCP的服务器把DNS服务器地址、域名和搜索路径等DNS信息告知节点。当然，这需要额外的服务器。

3.5.3 在IPv4到IPv6的过渡阶段如何实现DNS？

在IPv4到IPv6的过渡过程中，作为Internet基础架构的DNS服务也要支持这种网络协议的升级和转换。可以用两种方法实现IPv4到IPv6过渡阶段的DNS：

(1) DNS-ALG与NAT-PT相结合的方法

IPv4和IPv6的DNS在记录格式等方面有所不同，为了实现IPv4网络和IPv6网络之间的DNS查询和响应，可以将应用层网关DNS-ALG与NAT-PT相结合，作为IPv4和IPv6网络之间的翻译器。例如，IPv4的地址域名映射使用“A”记录，而IPv6使用“AAAA”或“A6”记录。那么，IPv4节点发送到IPv6网络的DNS查询请求是“A”记录，DNS-ALG就把“A”改写成“AAAA”，并发送给IPv6网络中的DNS服务器。当服务器的回答到达DNS-ALG时，DNS-ALG修改回答，把“AAAA”改为“A”，把IPv6地址改成DNS-ALG地址池中的IPv4转换地址，把这个IPv4转换地址和IPv6地址之间的映射关系通知NAT-PT，并把这个IPv4转换地址作为解析结果返回IPv4主机。IPv4主机就以这个IPv4转换地址作为目的地址与实际的IPv6主机通过NAT-PT通信

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(2) 双协议栈方式

对于采用双协议栈方式的过渡方法，在DNS服务器中同时存在“A”记录和“AAAA”（或“A6”）记录。由于节点既可以处理IPv4协议，也可以处理IPv6协议，因此无需类似DNS ALG的转换设备。无论DNS服务器回答“A”记录还是“AAAA”记录，都可以进行通信。

3.6 邻居发现

3.6.1 IPv6邻居发现协议包括哪些内容？

IPv6定义了邻居发现协议（Neighbor Discovery protocol，NDP），它使用一系列IPv6控制信息报文（ICMPv6）来实现相邻节点（同一链路上的节点）的交互管理，并在一个子网中保持网络层地址和链路层地址之间的映射。邻居发现协议中定义了5种类型的信息：路由器宣告、路由器请求、路由重定向、邻居请求和邻居宣告。通过这些信息，实现了对以下功能的支持：

· 路由器发现：即帮助主机来识别本地路由器；

· 前缀发现：节点使用此机制来确定指明链路本地地址的地址前缀以及必须发送给路由器转发的地址前缀；

· 参数发现：帮助节点确定诸如本地链路MTU之类的信息；

· 地址自动配置：用于IPv6节点自动配置；

· 地址解析：替代了ARP和RARP，帮助节点从目的IP地址中确定本地节点（即邻居）的链路层地址；

· 下一跳确定：可用于确定包的下一个目的地，即可确定包的目的地是否在本地链路上。如果在本地链路，下一跳就是目的地；否则，包需要选路，下一跳就是路由器，邻居发现可用于确定应使用的路由器；

· 邻居不可达检测：帮助节点确定邻居（目的节点或路由器）是否可达；

· 重复地址检测：帮助节点确定它想使用的地址在本地链路上是否已被占用；

· 重定向：有时节点选择的转发路由器对于待转发的包而言并非最佳。这种情况下，该转发路由器可以对节点进行重定向，使它将包发送给更佳的路由器。例如，节点将发往Internet的包发送给为节点所在的内部网服务的默认路由器，该内部网路由器可以对节点进行重定向，以使其将包发送给连接在同一本地链路上的Internet路由器。

3.6.2 IPv6邻居发现协议与IPv4地址解析协议有什么区别？

IPv6不再执行地址解析协议（ARP）或反向地址解析协议（RARP），而以邻居发现协议中的相应功能代替，IPv6邻居发现协议与IPv4地址解析协议主要区别如下：

IPv4中地址解析协议ARP是独立的协议，负责IP地址到链路层地址的转换，对不同的链路层协议要定义不同的ARP协议。IPv6中邻居发现协议NDP包含了ARP的功能，且运行于因特网控制报文协议ICMPv6上，更具有一般性，包括更多的内容，而且适用于各种链路层协议；

ARP协议以及ICMPv4路由器发现和ICMPv4重定向报文基于广播，而NDP协议的邻居发现报文基于高效的组播和单播；

可达性检测的目的是确认相应IP地址代表的主机或路由器是否还能收发报文，IPv4没有统一的解决方案。NDP中定义了可达性检测过程，保证IP报文不会发送给“黑洞”。

3.7 超长数据传送问题                                 

3.7.1 IPv6如何解决超长数据的传送问题？

IPv6要求互联网上的每条链路具有1280或更多个八位组的最大传输单元（MTU）。无法在一段之内传送1280个八位组的链路必须根据链路的情况在IPv6下层的协议中提供分段和重组机制。具有可配置MTU的链路，比如PPP链路必须配置为具有至少1280个八位组的MTU；要发送大于路径MTU的包，节点可以使用IPv6分段报头，在源节点将包分段，并在目的节点将包重组。

3.7.2 IPv6通信中源节点如何发现到目的节点的最大传输单元？

RFC1981中描述了一种动态发现路径最大传输单元（PMTU）的方法。基本思想是源节点最初假定到目的节点的一条路径的PMTU是这条路径第一跳的已知MTU。如果发往这条路径的任何包由于太大而不能被路径上的一些节点转发，那些节点将丢弃这些包并发回ICMPv6包太大消息。源节点收到这样一个消息后应根据包太大消息中报告的MTU压缩的那一跳的MTU值减小它为这条路径假定的PMTU。当节点对PMTU的估计值小于或等于实际PMTU时路径MTU发现过程结束。要注意在这个过程中“发包-收到包太大消息”的循环可能反复多次，因为路径上总潜在可能存在MTU更小的链路。节点也可以通过停止发送比IPv6最小链路MTU大的包来终止这个发现过程。

3.8  路由技术                                    

3.8.1 IPv6在路由方面有什么新特点？

IPv6采用聚类机制，定义了非常灵活的层次寻址及路由结构，同一层次上的多个网络在上层路由器中表示为一个统一的网络前缀，这样可以显著减少路由器必须维护的路由表项。在理想情况下，一个核心主干网路由器只须维护不超过8192个表项。这大大降低了路由器的寻路和存储开销。

IPv6协议所带来的另一个特点是提供数据流标签，即流量识别。路由器可以识别属于某个特定流量的数据包，并且这条信息第一次接收时即被记录下来，下一次这个路由器接收到同样的流量数据包后，路由器采用识别的记录情况，而不需查对路径选择表，从而减少了数据处理的时间。

多点传送路由是指目的地址是一个多点传送地址的信息包路由。在IPv6中，多点传送路由的问题与IPv4中类似，只是功能有所加强，分别成为了ICMPv6和OSPFv6的一部分，而不是IPv4中的单独协议，从而成为了IPv6整体的一部分。为了路由多点传送信息包，IPv6中创建了一个分布树（多点传送树）到达组里的所有成员。

3.8.2 IPv6中可用的路由协议包括哪些？

IPv6主要使用三种路由协议：RIPv6（Routing Information Protocol，路由信息协议）、OSPFv6（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）和IDRPv2（Inter-Domain Routing Protocol，域间路由协议）以及可能的EIGRP和双层的IS-IS。

RIPv6是可以与IPv6共同使用的RIP版本。更新后的RIP允许接收128位地址，没有增加新特性，没有消除以前限制的相关前缀长度。这种选择的原因是为了保持RIPv6的简单性，这样它可以在非常简单的设备上实现。

OSPFv6是可以用于IPv6的OSPF版本，它也是IPv6推荐的内部网关路由协议（IGP），作为所有路由器厂商的标准实现，它适于大型网络。OSPFv6作为OSPF的更新，允许传送新的128位地址和相关的前缀长度，在OSPFv6中，区域定义为128位地址。

IDRP是和IPv6共同使用的外部网关路由协议（EGP），IDRP是一个路径矢量协议，在OSI结构中是设计在无连接网络协议（CLNP，ISO 8473）使用的，在Internet上作为EGP从BGP-4得出，适于和IPv6共同使用的IDRP版本是IDRPv2。

3.9 组播技术                           

3.9.1 IPv6在支持组播方面有什么特征？

IPv6加强了组播功能，这是一种可将信息传递给所有已登记了欲接收该消息的主机的功能。使用组播功能可以同时传递数据给大量的用户，传递过程只会占有一些公共或专用带宽开销而不会浪费带宽在整个网络里广播。在IPv6的组播功能中增加了 “标志”，可以区分永久性与临时性地址，更有利于组播功能的实现。IPv6还包含了一些限制组播消息传递范围的一些特性，这样，组播消息可以被局限在一个特定的位置、区域、公司或其它约定范围，从而减少了带宽的使用并可提供安全性。组播的意义在于只有用户加入相应的组播组才能收到发给该组的信息，这对于视频节目的发送来说意义尤其重大，模拟电视中的频道概念就完全可以用组播组的概念来代替。而且组播组的范围可以包括同一本地网、同一机构网、甚至IPv6全球地址空间中的任何位置的节点，这就为网络多媒体信息服务提供了更大的灵活性。

3.10 对移动性的支持

3.10.1 什么是移动IPv6？

移动IPv6协议为用户提供可移动的IP数据服务，让用户可以在世界各地都使用同样的IPv6地址，非常适合未来无线上网。

现在的互联网协议IPv4，原本不提供任何移动性支持。针对这一情况，IETF于1996年制订了支持移动互联网设备的协议，称为移动IP，其协议有两种版本：基于IPv4的移动IPv4和基于IPv6的移动IPv6。

移动IP的主要目标是：不管是连接在本地链路还是移动到外地网络，移动节点总是通过本地地址寻址。移动IP在网络层加入了新的特性，在改变网络连接点时，运行在节点上的应用程序不用修改或配置仍然可用。这些特性使得移动节点总是通过本地地址通信。这种机制对于IP层以上的协议层是完全透明的。移动节点所在的本地链路称为移动节点的家乡链路，移动节点的本地地址称为家乡地址。

移动IPv6操作包括家乡代理注册、三角路由、路由优化、绑定管理、移动检测和家乡代理发现。移动IPv6的工作机制如下图所示。图中有3条链路和3个系统。链路A上有一个路由器提供家乡代理服务，这个链路是移动节点的家乡链路。移动节点从链路A移动到链路B。链路C上有一个通信节点，可以是移动的或者静止的。

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第四章：IPv6应用和过渡
4.1 如何推动IPv6实用化？
4.2 现有网络转换为IPv6网络存在哪些困难？  
4.3 当前IPv6试验网上的典型应用有那些？
4.4 未来的IPv6网络上可能会出现什么应用？
4.5 IPv6带来的新的应用与服务有什么特征？


EXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 18pt" align=left>4.1 如何推动IPv6实用化？

市场、成本与政策是推动IPv6实用化的关键。

市场需求驱动IPv6

IPv6从趋势变成现实，在技术上得以保障的前提下，业务和市场是真正使IPv6得以广泛应用的条件。未来的电信网将是基于IP技术的网络，电信级的IP网和GPRS、3G移动上网成为了公认的两个“杀手”性应用，推动了IPv6的发展。

降低门槛启动IPv6

IPv6虽然是发展趋势，也比较成熟，但仍存在一些需要解决的问题。逐步将 IPv4向IPv6迁移，是业界的共识。目前数量巨大的IPv4协议网络中的设备和装置仍然需要得到IPv6的支持。因此，在IPv4环境下，降低IPv6的启动门槛，成为铺开IPv6的重要条件。降低门槛的一个办法是提供硬件支持IPv6的产品，以节省用于升级的成本。降低门槛的另一个办法是通过软件升级的方法，可以用在一些要求不太高的环境。

政策规划推动IPv6

IPv6推动最快的是日本。日本采取了模型证实实验，由地方政府、企业用户、家庭用户组成一个模型地区，进行从IPv4方式过渡到IPv6方式的试验，来制定合适的过渡模型。为了促进IPv6产业发展，日本制定了一系列的优惠、低利息、无利息贷款等各种支持。目前，日本已经形成了IPv6运营商、IPv6设备提供商、IPv6终端提供商、IPv6用户这样一个完整的产业链，使得日本的IPv6走在了世界的前面。除了日本，还有与我们紧邻的韩国政府也采取了有力的推动措施。同样积极的还有欧洲国家。我国的IPv6发展已经得到了政府的高度重视。中国应尽快制定IPv6的发展措施，制定推动IPv6的时间表，以有利于国内信息通信业的发展。

4.2 现有网络转换为IPv6网络存在哪些困难？                 

从IPv4过渡到IPv6并不是一件容易的事情，因为从IPv4升级到IPv6涉及到很多技术问题和商业问题，甚至还有政治问题。最明显的当然是技术更换的策略，以及基础设施的升级和建设。IPv4的可靠性和普遍应用是IPv6发展中主要的减速因素。具体来说，现有网络向IPv6网络的转化存在下述几个方面的困难：

(1) 现有的IPv4网络运行十分稳定，设备制造商（包括芯片设计与生产商）、网络运营商、网络连接提供商等正从IPv4上获得稳定的收益，在目前他们还不想转到IPv6上，因为那意味着淘汰现有设施，构建新的通信网络，新的IPv6网络的成本需要相当长的时间才能收回；

(2) 网络管理员惧怕任何需要对大量基础设施进行升级的操作。浏览器、IP电话、网络游戏、Web商业应用等每一个使用IPv6网络的应用都必须进行修改；

(3) 人们在IPv4基础设施及应用开发上的投资十分巨大，由于IPv6与IPv4的不同，现有网络仅靠简单的软件升级是无法很好的支持通信服务性能的，要想提升IPv6网络性能，必须在芯片一级上按IPv6的特性进行设计才行，这是一项相当大的开销，因此人们在还能容忍现有IPv4网络的情况下，不会轻易进行IPv6改造；

(3) 当前人们开发网络应用时都还基于IPv4网络，因此IPv6网络提供给用户的应用还十分少。只要现有的IPv4网络还能够十分经济的解决人们各个方面的应用需求，IPv6就无法得到长足的发展和大面积推广。数据业务是驱动IPv6技术实现的一个最重要的动力源。如果没有足够的需求必须要采用独立的合法IP地址，那么运营商也就不会热衷于升级设备或扩建基础设施；

(4) 操作系统对IPv6的支持还不充分。目前作为终端用户最常用的操作系统之一的Windows不能提供对IPv6的完全支持，使得设备开发商无法及时推出支持IPv6的应用设备，特别是IPv6终端设备。这使得用户也无法很好的熟悉并使用IPv6网络；

(5) 缺乏IPv6的网管和安全产品。在IPv6中，原则上所有的终端都拥有全局IP地址。因此，存在着能够从Internet访问内部网中所有终端的危险性，安全成为IPv6连接的最大问题。目前，适配IPv6的防火墙产品的开发还很落后，可以说导入IPv6的时间受到IPv6防火墙产品性能的限制；

美国政府和IETF似乎也未做好向IPv6过渡的准备。由于美国长期在信息技术领域处于国际领先地位，且拥有大量地址，因此不急于向IPv6过渡。但是随着手持设备的大量使用，在两三年内，美国乃至全球都会感到IP地址的缺乏。IETF当然是IPv6技术获得推进的关键性组织，但它的思路似乎是等到技术细节完全确定后，才在全球范围内推广使用IPv6。但我国以及亚太的一些国家，如韩国、日本等，已经不可能再等待了。对中国而言，电信业和网络市场其实是全球新技术和新设备的温床，IPv6应当在这里获得第一推动性的发展。

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4.3 当前IPv6试验网上的典型应用有那些？                  

目前，国际上进行的IPv6实验主要集中在以下几个关键技术上：

(1) IPv6基本功能的实现：地址和路由机制、ICMPv6、主机自动配置、各种平台的IPv6代码和应用程序接口（API）已经实现，Cisco和Bay已经制造出支持IPv6的路由器，主要应用向支持IPv6的升级也正在进行；

(2) 从IPv4向IPv6过渡的技术：IPv6和IPv4必然有一段较长的共存时间，在此期间，IPv4和IPv6的互通主要采用以下技术：双协议栈，隧道（Tunnel）及隧道代理（Tunnel Broker），NAT-PT，无状态IPv4-IPv6翻译（Stateless IPv4-IPv6 Translator，SIIT），其中隧道技术和双协议栈技术已经得到广泛的使用；

(3) IPv6的安全性：不少研究开发项目是将IPv6同IPSec（IP Security）结合起来的，典型的，如KAME和NRL开发的IPv6协议栈，都包含IPSec的代码；

(4) IPv6对服务质量（Quality of Service，QoS）的支持：包括对“综合服务”（InteServ）特别是“区分服务”（DiffServ）的支持；

(5) IPv6支持移动性的能力：这一方面的研究同IPv4移动性的研究并列进行。然而，初步的研究和实践倾向于选择IPv6作为支撑移动计算的平台；移动性的实现同安全、服务质量等方面的技术密切相关。

4.4 未来的IPv6网络上可能会出现什么应用？                     

IPv6通过自动识别机能、无限多的地址、网络安全设置，能对每个终端（包括无线终端）、每个家电、每个生产流程、每个感应器，都进行IP全球化管理。可以说，在以IPv6为核心技术的下一代网络上，可以实现现有IPv4网络所提供的全部通信业务。更重要的是，IPv6所提供的巨大的地址空间以及所具有的诸多优势和功能，使其提供语音、数据、视频融合的高品质、多样化通信服务的下一代网络的实现成为可能。那时，从移动终端、汽车到自动售货机、报警系统、照相机乃至钥匙环和其他各种各样的产品都可以实时在线，一个个信息孤岛最终将连成强大的网络，人们也将在以下三方面获得全新的通信服务体验：

端到端实时通信

端到端实时通信是通信业务的基本特征，同时也是下一代网络的本质特征和发展方向。将来，所有的电信服务和信息服务都会使用下一代网络。下一代网络将逐渐取代电路交换网络和构成现有互联网的IP网，除了提供原来在这些网上提供的服务之外，运营商还将利用下一代网络的多业务能力，提供新的服务，创造新的收入增长点。

这类通信服务主要包括应用服务提供与综合话音和数据业务，其中应用服务提供主要有应用软件的递送和支持、电子商务服务两种；综合话音和数据业务是指下一代网络具有把话音和数据综合在一起的能力，包括web使能的呼叫中心、统一消息和多媒体会议。

移动互联

IPv6与移动通信的结合将为目前的互联网开拓一个全新的领域——移动互联网，无线将成为IPv6的第一个“杀手级”应用。移动互联网上有许多新型而精彩的服务，IPv6将是实现这些服务的关键。通过移动互联网，人们能够随时随地以在线方式选购商品或服务并为之付款；也可以使用移动设备查询飞机的航班、风景点的简要情况，查找地图以及要参观的地方；人们还能够找到距离最近的餐馆；如果是平时驾车外出，安装在汽车里的无线设施将提供实时定位技术，同时也起到导航和安全保护的作用。

此外，在不远的未来，家电厂商们将开发出新一代的信息家电，除了计算机之外，还可给电视机、冰箱、微波炉、空调、洗衣机等家用电器分配IP地址，以利于它们与Internet的连接。当信息家电与Internet连接后，人们不在家也可以操作家中的空调、冰箱等。

宽带网络

实行IPv6协议可以从根本上优化路由器传输效率，使得目前的各种宽带传输技术迈上一个新的台阶。到那时，困扰中国网民很久的网络速度问题将得到彻底解决，人们可以舒舒服服地呆在家里，享受超高速网络所带来的欢乐。信息家电连上光纤后，更可直接以交互方式收看电影、听音乐和广播。股民即使在家中，也能通过光纤网络和证券公司等金融机构的业务员在电视上交谈，同时进行交易。

应用是没有止境的。在以IPv6为核心的下一代网络的服务平台上开发多种多样的应用，可以带来更多的商机、更大的市场，许多今天还无法想象的服务将带给人们更大的灵活性，更多的方便和自由。

4.5 IPv6带来的新的应用与服务有什么特征？                  

在市场需求的牵引下，IPv6的优势将在具体应用中得到越来越突出的显现。IPv6所带来的创新应用与服务将具有如下特征：

· 需要大量公有地址，如信息家电、移动终端、工业传感器、自动售货机、汽车等对地址的需求；

· 对服务质量和安全高度敏感的端到端实时语音及视频应用；

· 无处不在（Ubiquitous）的信息与通信服务方式。