ipv6技术

一、ipv6的使用需求

随着无线设备、无线游戏、音乐点播、视像和电视会议等新业务以及移动订票、移动银行等移动商务业务的迅速发展，对IP地址的需求也随之而大大增大。然而由于ipv4因自身缺陷而无法有效地满足当前不断增长的地址需求。Ipv6则是针对ipv4现在面临的问题而提出的。

Ipv4存在的问题：地址危机，配置复杂，安全问题，骨干路由表膨胀，移动性支持不够。

二、ipv6特点

Ipv6与ipv4相比，ipv6具有以下特点：

1）具有充足的地址空间。

Ipv4采用32bit地址，而ipv4采用的是128bit地址。

2）层次化的网络结构，提高路由效率

Ipv6极大的地址空间使层次性的地址规划成为可能，同时国际标准中已经规定了各个类型地址的层次结构，这样既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，缩减IPv6路由表大小，降低网络地址规划的难度。

3）简化报头格式

相对于ipv4，ipv6取消IP头的校验和域等措施，提高网络设备对IP报文的处理效率。

4）支持自动配置，即插即用

Ipv6引入自动配置以及重配置技术，对于IP地址等信息实现自动增删更新配置，提高IPv6的易管理性。

5）支持端到端安全

IPSec是IPv4的一个可选扩展协议，但是在IPv6中它是IPv6的一个组成部分，用于提供IPv6的安全性。目前，IPv6实现了认证头（实现数据的完整性及对IP包来源的认证，保证分组确实来自源地址所标记的节点）和封装安全载荷（提供数据加密功能，实现端到端的加密）两种机制。

6）支持移动性

MobileIPv6增强了移动终端的移动特性、安全特性、路由特性，降低了网络部署的难度和投资，为用户提供了永久在线的服务。

7）更好的QoS

Ipv6新增了流标签（标识同一业务流数据，中间转发路由对同一源和目的的同一业务采用相同的转发，提高转发效率），为源宿端快速处理实时业务提供可能，有利于低性能的业务终端支持IPv6的语音、视频等应用。 

三、ipv6地址

a）ipv4和ipv6包头比较

Ipv4包头格式如下图：

Ipv6包头格式如下图：

由图1和图2可得知：

ipv4与ipv6相比，少了首度（ipv6的首度是固定的）；标识符，标志和段偏移量（ipv6首部没有分段和重组，ipv6分段与重组只发生在源端和目的端，中间结点不再进行分段和重组。Ipv6的分段和重组用的字段位于扩展报头既扩展首部信息中）；和首部校验和（ipv6首部中没有校验和，校验是依靠上层完成）。

b）ipv6包头

    版本（version）：长度为 4，对于ipv6该字段必须为6。

    流量类型（traffic class）：长度为8，相当于IPv4中的TOS字段，规定使用的服务类型。

    流标签（Flow Label）：长度为20，用于标识同一业务流的数据。中间转发路由器对于同一源和目的的一个业务流数据采用相同的转发行为，来提高转发效率。

    载荷长度(Payload Length)：长度为16，其中包括包载荷的字节长度，同时也包含了各个IPv6扩展选项的长度(如果存在)，换句话说就是包含了除IPv6头本身外的IPv6包的长度。

    下一报文首部(Next Header)：这个字段指出了IPv6头后所跟的头字段中的协议类型。与IPv4协议字段类似，下一个头字段可以用来指出高层是TCP还是UDP，它也可以用来指明IPv6扩展头的存在。

    跳数(Hop Limit)：长度为8，每当设备对包进行一次转发之后，这个字段就会被减1，如果该字段达到0，这个包就将被丢弃。相当于ipv4中TTL。

    源地址(Source Address)：长度为128位，指出了IPv6包的发送方地址。

    目的地址(Destination Address)：长度为128位，指出了IPv6包的接收方地址。

    报文首部（Next Header）：标识上层协议。

    扩展首部信息（Extension Header Information）：标识上层协议，还包含加密和身份验证的字段。

c）ipv6地址

    ipv6地址由8个16进制字段构成，四个十六进制数一组，中间用“：“隔开。Ipv6地址的基本表达方式是x：x：x：x：x：x：x：x。

    一、ipv6表示方法

1．首选格式

把ipv6中的128位一个不漏的全写出来，例：

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000

2．压缩格式

把ipv6中多个0用1个0代替，或者多个连在的0用：代替。例：

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001        0：0：0：0：0：0：0：1

                                        ··        ：：1

2001:0410:0000:0000:FB00:1400:5000:45FF 

2001:410:: FB00:1400:5000:45FF

3．ipv4内嵌在ipv6中

增加的96个0再结合原有的IPv4地址，例：

Ipv4：192.168.1.2       ipv6：0：0：0：0：0：0：192.168.1.2

二、ipv6地址类型

    单播(Unicast)：一个单接口的标识符。送往一个单播地址的包将被传送至该地址标识的接口上。

    泛播(Anycast)：一组接口的标识符。送往一个泛播地址的包将被传送至该地址标识的接口之一(根据选路协议选择“最近”的一个)。

    组播(Multicast)：一组接口(一般属于不同节点)的标识符。送往一个组播地址的包将被传送至加入该组播地址的所有接口上。

    单播地址包括：

    可聚集全球地址、链路本地地址、站点本地地址、嵌有ipv4地址的ipv6地址

可聚集全球地址：

| 3  |   13   |    8   |   24   |  16  |               |

| FP | TLA ID | RES ID | NLA ID |  SLA |     Interface ID |

   FP字段(Format Prefix)：Ipv6地址中的格式前缀，占3个比特，用来标识该地址在ipv6地址空间中属于哪类地址。该字段为’ 0 0 1’，表示这是可聚集全球单播地址。

    TLA ID字段(Top-Level Aggregation Identifier)：顶级聚集标识符，包含最高级地址选路信息。指的是网络互连中最大的选路信息。占1 3比特，可得到最大8192个不同的顶级路由。

RES字段(Reserved for future use)：保留字段，占8个比特，将来可能会用于扩展顶级或下一级聚集标识符字段。

NLA ID字段(Next-Level Aggregation Identifier)：下一级聚集标识符，占24个比特。该标识符被一些机构用于控制顶级聚集以安排地址空间。

    SLA ID字段(Site-Level Aggregation Identifier)：站点级聚集标识符，被一些机构用来安排内部的网络结构。每个机构可以用与ipv4同样的方法来创建自己内部的分级网络结构。

接口标识符字段(Interface Identifier)：位长，包含IEEE EUI-接口标识符的位值。

链路本地地址：

|   10 bit   |    54 bit  |     bit    |

| 1111111010 |      0     | interface ID |

链路本地地址以“FE80”开头，用于单个网络链路上给主机编号。每个设备的接口在启动ipv6的时候会自动配置一个链路本地地址， ipv6的“邻居发现”机制要用到ipv6的链路本地地址，Interface ID是通过EUI－自动生成，设备永远不会转发源地址或者目的地址带有链路本地地址的报文。

站点本地地址：

|   10 bit   |    38 bit  |   16bit    |     bit    |

| 1111111011 |      0     |  subnet ID | interface ID |

站点本地地址相当于私网地址，以“FEC0“开头，可以用在站点内传送数据，设备不会将源地址或者目的地址带有站点本地地址的报文转发到internet上，即这样的包路只能在站点内转发，而不能把包转发到站点外去。用于打印机交换机的管理地址。

嵌有ipv4地址的ipv6地址：

IPv4兼容的IPv6地址格式：

|          80 bits                  |   16   |       32 bits       |

| 0000.........................0000 |  0000  |    IPv4 address     |

IPv4映射的IPv6地址格式：

|               80 bits                |  16  |      32 bits        |

|0000..............................0000| ffff |    IPv4 address     |

IPv4兼容的IPv6地址主要是用在自动隧道上，这类节点即支持IPv4也支持IPv6，IPv4兼容的IPv6地址通过IPv4设备以隧道方式传送IPv6报文。而IPv4映射的IPv6地址则被IP6节点用于访问只支持IPv4的节点。

组播地址：

|     8    |   4  |   4  | 112 bits   |

| 11111111 | flgs | scop |  group ID  |

地址格式中第1个字节为全1代表是一个组播地址，flgs，目前只指定了第4位，若该位为“0”，表示该地址为知名组播地址；如果该位为“1”，表示为临时地址。任何节点能够是一个组播组的成员，一个源节点可发送到组播组成员收到发往该组数据。

泛播地址：

泛播地址与组播地址类似，同样是多个节点共享一个泛播地址，不同的是只有一个节点期待接收给泛播地址的数据包而组播地址成员的所有节点均期待着接收发给该地址的所有包。泛播地址被分配在正常的I P v 6单播地址空间，因此泛播地址在形式上与单播地址无法区分开，泛播地址只能分配给设备，不能分配给主机，并且泛播地址不能作为报文的源地址。

四、ipv4的应用

1.3G业务 

　　由于IP的诸多优点和全球IP浪潮的冲击，3G演变为全IP网络的趋势越来越明显。为了满足永远在线的需要，每一个要接入因特网的移动设备都将需要两个唯一的IP地址来实现移动因特网连接，本地网络分配一个静态IP地址，连接点分配第二个IP地址用于漫游。GPRS和3G作为未来移动通信蓝图中的核心组成部分，对IP地址的需求量极大，只有IPv6才能满足这种需要。 

　　在3GPP的标准中，R4版本已经实现核心网的IP化和CS域承载和控制的分离，在R5和以后的版本中接入网也将实现IP化，多媒体域也将在UMTSR5中推出。3GPPRANWG3已经通过如下决议：对于Iu、Iub以及Iur接口，如果要提供IP传输，则UTRAN节点必须支持IPv6，UTRAN节点支持IPv4作为可选。

2.个人智能终端 

　　经济的发展带动了个人电子设备的发展，由呼机、手机、PDA到智能手机的发展趋势看，有联网能力的集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快出现，经过2～4年的发展，其规模就会相当大，由此将产生巨大的对IP地址的需求，这将是过渡到IPv6的一个最大动因。 

　　3.家庭网络 

　　根据AlliedBusinessIntelligence的预测，家用网关的数量将从2000年的618000个增加到2005年的16.8M个，销售额将从$223M增加到$3.7B。家用宽带和DSL设备的增长也是驱动家庭网络市场的因素,很多信息技术厂商都在进行家庭网络方面的项目。像IEEE1394和蓝牙这样的新技术已经被开发用于移动和家庭用途，那些加入了处理器的设备越来越具备和网络相连的条件，具体家庭网络连接方式如图1所示。 

图1家庭网络连接方式

　　由于IPv6所拥有的巨大地址空间、即插即用的易于配置、对移动性的内在支持，使得IPv6在实际运行中非常适合拥有巨大数量的各种细小设备网络而不是由价格昂贵的计算机组成的网络。随着为各种设备增加网络功能的成本的下降，可以预见IPv6将在连接有各种简单装置的超大型网络中运行良好，这些简单设备不仅仅是手机和PDA，还可以是存货管理标签机、家用电器、信用卡等。因此，那些在IPv4技术方面经验丰富且希望将其技术延伸和扩展到IPv6领域中的公司必须了解：IPv6网络将从根本上不同于IPv4网络，不仅仅是更大的网络，而且连在网络上的将是更便宜、更简单、更小巧的设备。在IPv6中获得成功的公司的业务将始于某种其他公司通常认为太小或不能从中获得高额利润而忽略掉的细小领域中，如在发展中国家推广IPv6网络、在有许许多多节点的无线装置中增加IPv6功能，从单个IPv6地址中获得的利润将比IPv4小得多，但IPv6地址的巨大数量将使得利润总额达到前所未有的丰厚。

　　4.在线游戏 

　　游戏业是一个很大的产业，仅美国的游戏市场就达到了100亿美元。在线游戏又是游戏业的一个明显的发展趋势，使得玩家能够和跨地域的玩伴展开竞赛，而不再是局限在同一房间里。在线游戏是技术上可行并将在将来几年里迅速发展的业务之一。

　　在线游戏需要把分散在不同地域的用户连接起来，并保证安全、隐私和计费的需要。由于缺少足够的IP地址，IPv4的网络无法满足在线游戏P2P的需求。另外，在线游戏必须支持固定和移动两种网络接入方式。采用基于IPv6的游戏终端主要是和游戏服务器进行交互，几乎不需要访问原来大量的IPv4的服务器，这也非常符合IPv6网络早期的“相互连接的孤岛”的架构。由于这些技术和商务的需要，在线游戏如果没有IPv6的支持肯定无法获得成功，这应该是IPv6的软件和设备的一个驱动力，在线游戏可能也是近期推动IPv6业务之一。