IPv6是“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版”的縮寫。IPv6是由IETF設(shè)計的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，目的是取代現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版（IPv4）。IPv4的設(shè)計思想成功地造就了目前的國際互聯(lián)網(wǎng)，其核心價值體現(xiàn)在：簡單、靈活和開放性。但隨著新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的IPv4協(xié)議已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進一步擴張和新業(yè)務(wù)的特性，比如實時應(yīng)用和服務(wù)質(zhì)量保證等。其不足主要體現(xiàn)在以下幾方面：

  1.地址資源即將枯竭：IPv4提供的IP地址位數(shù)是32位，也即1億個左右的地址。隨著連接到Internet上的主機數(shù)目的迅速增加，有預(yù)測表明，所有IPv4地址將在2005～2010年間分配完畢。
  2.路由表越來越大：由于IPv4采用與網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)無關(guān)的形式來分配地址，所以隨著連入網(wǎng)絡(luò)數(shù)目的增漲，路由器數(shù)目飛速增加，相應(yīng)地，決定數(shù)據(jù)傳輸路由的路由表也就不斷增大。
  3.缺乏服務(wù)質(zhì)量保證：IPv4遵循Best Effort原則，這一方面是一個優(yōu)點，因為它使IPv4簡單高效；但另一方面它對互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)出的新業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持，比如實時和多媒體應(yīng)用，這些應(yīng)用要求提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證，如帶寬、延遲和抖動等。
  4.地址分配不便：IPv4是采用手工配置的方法來給用戶分配地址，這不僅增加了管理和規(guī)劃的復(fù)雜程度，而且不利于為那些需要IP移動性的用戶提供更好服務(wù)。

    IPv6能夠解決IPv4的許多問題，如地址短缺、服務(wù)質(zhì)量保證等。同時，IPv6還對IPv4作了大量的改進，包括路由和網(wǎng)絡(luò)自動配置等。IPv6和IPv4將在過渡期內(nèi)共存幾年，并由IPv6漸漸取代IPv4。

一、IPv6核心技術(shù)
    在地址長度上，IPv6與IPv4相比，很明顯的一個改善就是IPv6的128位地址長度可以提供充足的地址空間，同時它還為主機接口提供不同類型的地址配置，其中包括：全球地址、全球單播地址、區(qū)域地址、鏈路本地地址、地區(qū)本地地址、廣播地址、多播群地址、任播地址、移動地址、家鄉(xiāng)地址、轉(zhuǎn)交地址等。IPv6的另一個基本特性是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式。其中無狀態(tài)地址自動配置方式是：需要配置地址的節(jié)點使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機制獲得一個局部連接地址。一旦得到這個地址之后，它使用另一種即插即用的機制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個全球唯一的路由地址。另外IPv6還在以下幾方面表現(xiàn)出很高的特性。

  1. 服務(wù)質(zhì)量方面
    IPv6數(shù)據(jù)包的格式包含一個8位的業(yè)務(wù)流類別（Class）和一個新的20位的流標簽（Flow Label）。它的目的是允許發(fā)送業(yè)務(wù)流的源節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流的路由器在數(shù)據(jù)包上加上標記，中間節(jié)點在接收到一個數(shù)據(jù)包后，通過驗證它的流標簽，就可以判斷它屬于哪個流，然后就可以知道數(shù)據(jù)包的QoS需求，并進行快速的轉(zhuǎn)發(fā)。

  2. 安全方面
    在安全性方面，IPv6與IP安全性（IPSec）機制和服務(wù)更加緊密結(jié)合。雖然兩種IP標準目前都支持IPsec（IP安全協(xié)議），但是IPv6是將安全作為自身標準的有機組成部分，安全的部署是在更加協(xié)調(diào)統(tǒng)一的層次上，而不像IPv4那樣通過疊加的解決方案來實現(xiàn)安全。通過IPv6中的IPsec可以對IP層上（也就是運行在IP層上的所有應(yīng)用）的通信提供加密/授權(quán)，可以實現(xiàn)遠程企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（如企業(yè)VPN網(wǎng)絡(luò)）的無縫接入，并且可以實現(xiàn)永遠連接。除了這一強制性安全機制外，IPSec還提供兩種服務(wù)。認證報頭（AH）用于保證數(shù)據(jù)的一致性，而封裝的安全負載報頭（ESP）用于保證數(shù)據(jù)的保密性和數(shù)據(jù)的一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是擴展報頭，可以同時使用，也可以單獨使用其中一個。作為IPSec的一項重要應(yīng)用，IPv6集成了虛擬專網(wǎng)（VPN）的功能。

3. 移動IPv6方面
    移動性無疑是互聯(lián)網(wǎng)上最精彩的服務(wù)之一。移動IPv6協(xié)議為用戶提供可移動的IP數(shù)據(jù)服務(wù)，讓用戶可以在世界各地都使用同樣的IPv6地址，非常適合未來的無線上網(wǎng)。

    IPv6中的移動性支持是在制訂IPv6協(xié)議的同時作為一個必需的協(xié)議內(nèi)嵌在IP協(xié)議中的。不同于IPv4的移動性支持是作為一種對IP協(xié)議附加的功能提出的，不是所有的IPv4實現(xiàn)都能夠提供對移動性的支持，其效率沒有移動IPv6高。更重要的是，IPv4有限的地址空間資源無法提供所有潛在移動終端設(shè)備所需的IP地址，難以實現(xiàn)移動IP的大規(guī)模應(yīng)用。和IPv4相比，IPv6的移動性支持取消了異地代理，完全支持路由優(yōu)化，徹底消除了三角路由問題，并且為移動終端提供了足夠的地址資源，使得移動IP的實際應(yīng)用成為可能。

  （a）當移動節(jié)點處于本地網(wǎng)絡(luò)時，通過接收本地網(wǎng)絡(luò)上路由器的路由器通告來進行地址配置；獲取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。
  （b）當移動節(jié)點接入異地網(wǎng)絡(luò)后，不再收到來自本地網(wǎng)絡(luò)的路由器通告；而是收到來自異地網(wǎng)絡(luò)上路由器的路由器通告，移動節(jié)點利用接收到的異地網(wǎng)絡(luò)路由器通告進行移動檢測。
  （c）移動節(jié)點配置好在異地網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)交地址后，就向本地代理發(fā)送綁訂更新報文，通知其自己的轉(zhuǎn)交地址，并注冊。
  （d）移動節(jié)點同時向通信節(jié)點發(fā)送綁訂更新報文，通知其自己的轉(zhuǎn)交地址。
  （e）這樣，本地代理就可以通過隧道的方式向移動節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來自通信節(jié)點的報文。
  （f）如果通信節(jié)點通過接收來自移動節(jié)點的綁定更新，獲取了移動節(jié)點的轉(zhuǎn)交地址，則可以直接與移動節(jié)點通信，而無需通過本地代理，實現(xiàn)路由優(yōu)化。

  4. 組播技術(shù)
    組播是一種允許一個或多個發(fā)送者（組播源）發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包給多個接收者（一次的，同時的）的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它適用于一點到多點或多點到多點的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。組播實現(xiàn)的基本原則是：依托IP協(xié)議完成組播，IP組播強制網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)分發(fā)樹的分叉處進行信息包的復(fù)制。IP組播的實現(xiàn)包括三個部分：尋址、組播成員管理和組播路由協(xié)議。

  1.組播尋址：IPv6為組播預(yù)留了一定的地址空間，其地址高8位為"11111111"，后跟120位組播組標識。此地址僅用作組播數(shù)據(jù)包的目標地址，組播源地址只能是單播地址。發(fā)送方只需要發(fā)送數(shù)據(jù)給該組播地址，就可以實現(xiàn)對多個不同地點用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送，而不需要了解接收方的任何信息。

  2.組播成員管理：組播使用IGMP（Internet Group Manager Protocol）協(xié)議實現(xiàn)用戶的動態(tài)注冊過程。在主機與組播路由器之間通過IGMP協(xié)議建立并維護組播組成員的關(guān)系。組播轉(zhuǎn)發(fā)路由器通過IGMP協(xié)議了解其在每個接口連接的網(wǎng)段上是否存在某個組播組的接收者，即組成員。如果出現(xiàn)成員，組播路由器將組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到這個網(wǎng)段；如果沒有則停止轉(zhuǎn)發(fā)或不轉(zhuǎn)發(fā)，以節(jié)省帶寬。

  3.組播路由協(xié)議：組播路由協(xié)議的作用是建立和維護組播路由表，以充分利用帶寬。組播路由協(xié)議分為兩種類型：密集模式和稀疏模式。密集模式組播路由協(xié)議指組播成員在整個網(wǎng)絡(luò)上密集分布，即許多子網(wǎng)至少包含一個成員，帶寬充裕，但其不適用于規(guī)模大的適用于組播成員在網(wǎng)絡(luò)中稀疏分布，且未必有充裕帶寬可用的網(wǎng)絡(luò)。

二、IPv4到IPv6的過渡技術(shù)
    如何完成從IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換是IPv6發(fā)展中需要解決的第一個問題。目前，IETF已經(jīng)成立了專門的工作組，研究IPv4到IPv6的轉(zhuǎn)換問題，并且提出了很多方案，主要包括以下幾個類型：

  1. 網(wǎng)絡(luò)過渡技術(shù)
    （l）隧道技術(shù)：隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多局部的IPv6網(wǎng)絡(luò)，利用隧道技術(shù)可以通過現(xiàn)有的運行IPv4協(xié)議的Internet骨干網(wǎng)絡(luò)（即隧道）將局部的IPv6網(wǎng)絡(luò)連接起來，因而是IPv4向IPv6過渡的初期最易于采用的技術(shù)。隧道技術(shù)的方式為：路由器將IPv6的數(shù)據(jù)分組封裝入IPv4，IPv4分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口處，再將IPv6分組取出轉(zhuǎn)發(fā)給目的站點。
    （2）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)NAT-PT（Network Address Translation - Protocol Translation）通過與SIIT協(xié)議轉(zhuǎn)換和傳統(tǒng)的IPv4下的動態(tài)地址翻譯（NAT）以及適當?shù)膽?yīng)用層網(wǎng)關(guān)（ALG）相結(jié)合，實現(xiàn)了只安裝了IPv6的主機和只安裝了IPv4機器的大部分應(yīng)用的相互通信。
  2. 主機過渡技術(shù)
    IPv6和IPv4是功能相近的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，兩者都基于相同的物理平臺，而且加載于其上的傳輸層協(xié)議TCP和UDP又沒有任何區(qū)別?？梢钥闯?，如果一臺主機同時支持IPv6和IPv4兩種協(xié)議，那么該主機既能與支持IPv4協(xié)議的主機通信，又能與支持IPv6協(xié)議的主機通信，這就是雙協(xié)議棧技術(shù)的工作機理。

  3. 應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)（DNS）過渡技術(shù)
    在IPv4到IPv6的過渡過程中，作為Internet基礎(chǔ)架構(gòu)的DNS服務(wù)也要支持這種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的升級和轉(zhuǎn)換。IPv4和IPv6的DNS記錄格式等方面有所不同，為了實現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間的DNS查詢和響應(yīng)，可以采用應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)DNS-ALG結(jié)合NAT-PT的方法，在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)之間起到一個翻譯的作用。例如，IPv4的地址域名映射使用“A”記錄，而IPv6使用“AAAA”或“A6”記錄。那么，IPv4的節(jié)點發(fā)送到IPv6網(wǎng)絡(luò)的DNS查詢請求是“A”記錄，DNS-ALG就把“A”改寫成“AAAA”，并發(fā)送給IPv6網(wǎng)絡(luò)中的DNS服務(wù)器。當服務(wù)器的回答到達DNS-ALG時，DNS-ALG修改回答，把“AAAA”改為“A”，把IPv6地址改成DNS-ALG地址池中的IPv4轉(zhuǎn)換地址，把這個IPv4轉(zhuǎn)換地址和IPv6地址之間的映射關(guān)系通知NAT-PT，并把這個IPv4轉(zhuǎn)換地址作為解析結(jié)果返回IPv4主機。IPv4主機就以這個IPv4轉(zhuǎn)換地址作為目的地址與實際的IPv6主機通過NAT-PT通信。

    上述技術(shù)很大程度上依賴于從支持IPv4的互聯(lián)網(wǎng)到支持IPv6的互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，我們期待IPv4和IPv6可在這一轉(zhuǎn)換過程中互相兼容。目前，6to4機制便是較為流行的實現(xiàn)手段之一。

文章錄入：aaadxmmm    責任編輯：aaadxmmm