计算机网络第三次讨论课
题目：IPv6技术
学生所在班级：通信四班第四组
小组组长：张瞾（查阅资料、PPT制作，贡献率为21%）
组员：郑岚方（查阅资料、PPT制作，贡献率为21%）
蒲琼（查阅资料、论文撰写，贡献率为20%）
邱悦（查阅资料、论文撰写，贡献率为19%）
陈春（查阅资料、论文撰写，贡献率为19%）
教务处
2017年4月8日
一、IPv6产生的背景及其发展状况
1.1国际IPv4地址使用状况
NAT技术能够暂时缓解IPv4不足问题，但也使网络结构更加复杂
2011年2月，ICANN宣布IPv4地址分配耗尽；2011年4月，APNIC宣布其可分配的IPv4地址仅剩下最后一组，并决定启动应对IPv4资源枯竭的计划，同时启动新的分配政策。自此之后，中国的IPv4地址规模停止了快速增长，定格在3.3亿。
但是根据CNNIC统计，截止到2013年底，中国的网民规模却达到5.91亿，人均IPv4地址数约0.53个。IPv4的地址数量与网民规模严重不匹配。与此同时，网民使用的上网设备不断多样化，并且持续在线的设备越来越多，对IPv4地址的需求越来越多。在这样的背景之下，NAT技术获得了广泛应用。NAT技术在解决IPv4地址紧缺上发挥了重要作用。但是，它同时也使网络结构更加复杂。
《中国IPv4地址使用状况统计报告》显示，当前中国的IPv4地址的周使用率达到75.4%。而在一些欠发达地区，其IPv4地址的同时在线率甚至达到80.6%。为缓解地址紧张，这些地区需要搭建更多的NAT节点，而这将进一步使网络结构复杂化。
CNNIC第35次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2014年12月，我国网民规模达6.49亿，全年共计新增网民3117万人。互联网普及率为47.9%，较2013年底提升了2.1个百分点。其中，我国手机网民规模达5.57亿，较2013年增加5672万人。网民中使用手机上网的人群占比提升至85.8% ；我国网民中农村网民占比27.5%，规模达1.78亿，较2013年底增加188万人。城镇网民增长幅度较大，相比2013年底增长2929万人。
1.2 国内IPv4使用情况
（1）IPv4地址分配存在“马太效应”
一般而言，经济发达地区，同时也是互联网发达地区。这一特点，在IPv4地址分配上，也有表现，甚至表现的更为突出：在互联网发展较快的地区，其IPv4地址的占比很高，甚至超过了网民在全国的占比。
《中国IPv4地址使用状况统计报告》显示：中国东部地区网民占比为47%，但是IPv4地址占比则达到52.5%；而在西部地区，当地网民占比为22.7%，但是IPv4地址占比却只有14%。可以说中国的IPv4地址分配存在一定的“马太效应”。《报告》认为：经济优势、地缘优势、网络活跃度等都是使发达地区获取更多地址资源的重要原因。
（2）IPv4地址的活动规律反映了网民的用网周期
《中国IPv4地址使用状况统计报告》发现，互联网较为发达的北京、上海、广州、深圳、杭州等地区，其在早晚两次活跃度抬升的速度都明显低于其他地区。《报告》认为：这可以从城市规模方面进行解释——作为互联网发展前沿地区的北上广深杭，其城市规模较大，人们从工作单位回到家中所需时间也较长。（3）NAT技术能够暂时缓解IPv4不足问题，但也使网络结构更加复杂
《中国IPv4地址使用状况统计报告》显示，当前中国的IPv4地址的周使用率达到75.4%。而在一些欠发达地区，其IPv4地址的同时在线率甚至达到80.6%。为缓解地址紧张，这些地区需要搭建更多的NAT节点，而这将进一步使网络结构复杂化。
1.3 业务发展还需大量IP地址
1.4 全球IPv6部署状况
图1 IPV6的部署状况示意图
二、IPv6地址结构
2.1基本地址结构
IPv6地址 = 前缀 + 接口ID
前缀：相当于v4地址中的网络ID 接口ID ：相当于v4地址中的主机ID ，通常由MAC 地址生成或随机数。例如：2031:0000:1F1F:0000:0000:0100:11A0:ADDF 2.2 IPv6地址格式
（1）首选格式
● 用十六进制表示，如：FE08:... ...
● 4个数字一组（16bits ）,中间用“：”隔开，如：2001：12FC ：... ... ● 地址前缀长度用“/xx ”来表示；
● 例如：2001：0410：0000：0001：0000：0000：0000：45ff/64 （2）压缩格式
● 若以零为开头可以省略，连续全零的组可以用“：：”表示，如：1：2：：
ACDE:... ...
● 一个地址中“：：”只能出现一次 ● 地址长度前缀可以用“/xx ”来表示 ● 例如：2001：410：0：1：：45ff/64 （3）内嵌ipv4的格式
● Ipv6地址的其他部分（不包括ip v4地址的部分）可以采用首选或者压缩格
式
● Ipv6地址中内嵌的ipv4地址采用ipv4的十进制表示方法 ● 地址前缀长度用“/xx ”来表示
● 例如：0：0：0：0：0：0：166.168.1.2/64
2.3 IPv6接口ID
IPv6接口ID 主要生成方式包括
● 从48位MAC 地址扩展成EUI-64格式 ● 自动生成的伪随机数（为了保护隐私） ● 通过DHCP 分配 ●
手工配置
EUI-64格式接口ID 生成：
（1）对于一个MAC 地址，由两部分组成，24位的公司的ID(由IEEE 唯一分配)，24位公司的扩展ID （公司自己编制），联合产生全球唯一的48位MAC 地址（也称IEEE 802地址）。 （2）先将此48位MAC 地址公司ID 和公司扩展ID 之间插入特定16位值0xFFFE ，形成64位的EUI-64地址
（3）再将EUI-64地址的第一字节第7为反转，形成IPV6地址的接口ID ，加之IPV6前缀形成完整的IPV6地址
2.4实例
a ，MAC 地址为 00-AA-00-3F-2A-1C
b ，转换EUI-64为 00-AA-00-FF-FE-3F-2A-1C
c ，第一个字节为0000 0000，第7为反转为0000 0010转换16进制为0x02。
d ，得到结果为02-AA-00-FF-FE-3F-2A-1C ，转换为ip6表示格式为2AA:FF:FE3F:2A1C
2.5 2link-local 地址也是通过此方法获取
注：地址范围性质不变。
在MAC 地址中，第7比特为1表示本地管理，为0表示全球管理。
在EUI-64的ipv6地址格式中，第7位为0表示本地管理，为1表示全球管理。
图3 MAC 地址生成方式示意图
2.6 IPv6地址类型
IPv6有三种不同类型的单播地址格式。地址（最后64位）的后半部分总是用于接口ID 。系统的MAC 地址是由48位并以十六进制表示。 MAC 地址被认为是唯一分配全球范围内。接口ID 采用此MAC 地址的唯一性的优势。通过使用IEEE 的扩展唯一标识符（EUI-64）格式的主机可以自动配置其接口ID 。首先，主机会将其自己的MAC 地址分为两个24位半。那么16位十六进制值0xFFFE 的被夹到MAC 地址的那两半，导致64位接口ID 。
48位MAC
地址
64位格式
MAC 地址唯一
性标识
EUI-64地址
三、IPv6与IPv4报文结构
3.1 IPv6与IPv4报文结构对比
图5 IPV6与IPV4报文首部对比图
图6 IPV6报文示意图
基本报文：包括报文转发的基本信息，路由器通过基本报文解析就能完成绝大多数的报文转发任务
扩展报文：包括一些扩展的报文转发信息，该部分不是必需的，也不是每个路由器都需要处理，一般只有目的路由器（或者主机）才处理扩展报头
上层协议数据单元：一般由上层协议报头和它的有效载荷构成，该部分与IPV4的上层协议数据单元没有任何区别
3.2 IPv6与IPv4的报文结构对比
表2 IPV6与IPV4报文结构对比表
?
将所有可选字段移出IPv6报头，或删除或置于扩展报头中
?
服务类型、传输协议和生存时间3个域的名称或部分功能被改变
?
新增加了1个域，即流标签?
固定的基本报头长度（40字节），故不需要消耗过多的内存容量
四、IPv6的优势
a.提供庞大的地址空间，128位的地址空间接近无限，解决IPv4地址枯竭。
b.即插即用的联网方式，支持无状态和有状态的地址自动配置
c.支持移动特性，任何IPv6节点都可以支持移动IPv6功能。(移动终端数量庞大，并且always-on业务越来越多，对地址的需求很大。移动终端漫游时，要求地址的分配自动、简单。随时随地的移动性，要求安全保证和服务质量保证。)
d.内置安全机制，支持端到端的安全，对数据分组提供加密和鉴别等安全服务。(强化网络安全)
e服务质量保证，根据数据报头中的业务流类别和流标签，实现优先级控制和QoS保证.(提升业务承载质量)
五、参考文献
[1]谢希仁.计算机网络（第6版） [M].北京：电子工业出版社.2012
[2]谢希仁.计算机网络释疑与习题解答[M].北京：电子工业出版社.2012