IPV6原理与应用
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IPV6原理及应用The Principle and Application of IPV6Abstract: IPV6 is short for "Internet Protocol Version 6". IP V6 is the "next generation" protocol designed by the IETF9 (Internet Engineering Task Force) to replace the current ve rsion Internet Protocol, IP Version4 ("IPV4").IPV4 has been remarkably resilient in spite of its age, but it is beginning to have problems. Most importantly, there is a growing sho rtage of IPV4 address, which are needed by all new machi nes added to the internet. IPV6 fixes a number of problem s in IPV4, such as the limited number of IPV4 address. It also adds many improvements to IPV4 in areas such as ro uting and network auto configuration. IPV6 is expected to gradually replace IPV4, with the two coexisting for a numb er of years during a transition period. It's necessary for us to learn something about IPV6.Keyword: IPV6; IPV4; address space; internet security; auto configuration摘要：IPV6是“互联网协议第六版”的缩写。
IPV6是由IETF设计的下一代互联网协议，目的是取代现有的互联网第四版（IPV4）。
IPV4在过去的应用具有辉煌的业绩，但是现在看来已经保露处很多弊端。
最为重要的是，现在的互联网（IPV4）已经面临地址短缺的问题，而这正是所有新加入互联网的计算机所迫切需要的。
IPV6能够解决IPV4存在的如地址短缺等问题，同时，还对IPV4作了大量的改进，包括和网络自动配置等。
IPV6和IPV4将在过渡期共存几年，以后IPV6渐渐取代IPV4。
因此，很有必要去了解IPV6。
关键词：IPV6；IPV4；地址空间；网络安全；自动配置引言：近年来，互联网在经济、文化等方面的应用日益广泛，使人们进入了一个可以不断利用信息资源的新时代。
信息资源的利用离不开对网络地址的需求，全球互联网的迅猛发展导致IP地址资源的紧。
目前In ternet所遵循的网络互联协议——IP协议第四版IPV4，面临着网络地址短缺的威胁。
这在很大程度上限制了Internet的进一步广泛应用，由此IPV6应运而生，并即将成为下一代网络的灵魂。
现有的互联网是在IPV4协议的基础上运行。
IPV6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPV4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。
为了扩址空间，拟通过IPV6重新定义地址空间。
IPV4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕，而IPV6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。
按保守方法估算IPV6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。
在IPV6的设计过程中除了一劳永逸地解决地址短缺问题以外，还考虑了在IPV4中解决不好的其它问题。
IPV6的主要优势体现在以下几方面：扩址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。
显然，IPV6的优势能够对上述挑战直接或间接地作出贡献。
其中最突出的是IPV6大扩大了地址空间，恢复了原来因地址受限而失去的端到端连接功能，为互联网的普及与深化发展提供了基本条件。
当然，IPV 6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。
IPV6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPV6有利于互联网的持续和长久发展。
问题的提出：为什么要使用IPV6？我们从IPV4面临的危机和IPV6的技术原理及优势谈起。
1、IPV4面临的危机IPV4主要面临以下三个方面的危机：一是地址资源行将枯竭。
IPV4提供的IP地址位数是32位，可提供的地址数为4．3×lO9个，实际使用中，还要除去网络地址、广播地址、划分子网的开销、路由器地址、保留地址等等，最后有效的地址数目比可用的地址总数还要少。
随着连接到Inter—net上的主机数目的迅速增加，有预测表明，所有IPV4地址将在2005-2010年间分配完毕。
二是路由表越来越大。
由于IPV4采用与网络拓扑结构无关的形式来分配地址，所以随着连入网络数目的不断增加，路由器数目飞速增加，相应地,决定数据传输路由的路由表也就不断加大。
庞大的路由表不仅增加了路由器的工作量，而且降低了Intemet服务的稳定性，尤其对于小容量的路由器，这更是一个致命的问题。
三是端与端通信的破坏。
IPV4中为缓解地址不足的问题，采用网络地址翻译(Network Address Translation，NAT)的方法，它是一种将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地址的机制。
NAT使企业不必再为无法得到足够的合法IP地址而发愁，它们只要为部网络主机分配保留IP地址，然后在部网络与Inteme t交接点设置NAT和一个由少量合法IP地址组成的IP地址池，就可以满足大量部主机访问互联网的需求了。
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。
然而，NAT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必须对所有去往和来自互联网的IP数据报进行地址转换，但是大多数NAT无法将转换后的地址信息传递给IP数据报负载，这个缺陷将导致某些必须将地址信息嵌在IP数据报负载中的高层应用如FTP和WINS注册等的失败。
因为NAT破坏了端与端的直接通信，所以很多新的应用的实现都受到了限制。
2、IPV6的优势及技术原理与IPV4相比，IPV6具有以下几个方面的优势：第一，IPV6将现有的IP地址长度扩大到128位，使地址数量大大增加，可提供的地址数为3．4×lO3个，这意味着如果世界人口是1O 亿的话，每个人将会获得3．4×10个地址。
这样的地址空间被耗尽的可能性微乎其微。
这将从根本上解决IPV4地址空间枯竭的问题。
第二，IPV6提供更好的服务质量(Quality of Service，QoS)。
IPV6不仅可以有效地解决互联网网络地址的危机，而且能大大提升互联网网络的性能。
在IPV6中提供了对QoS的支持。
在IPV6分组的头部中定义了两个重要参数：业务类别字段和流标示字段。
业务类别字段将IP 分组的优先级分为l6个等级。
对于那些需要特殊QoS的业务，可在I P数据包中设置相应的优先级，路由器根据IP包的优先级来分别对这些数据进行不同的处理。
数据流标志位用于定义任意一个传输的数据流，以便网络中所有的节点能对这一数据进行识别，并作特殊处理。
第三，提供更强的网络安全保障。
为了加强Internet的安全性，IPV6中包含了一套用于保护IP通信的IP安全协议(IP Security，IPSec)。
IPSec是IPV4的一个可选扩展协议，也是IPV6的一个组成部分，对所有IPV6节点，IPSec是强制实现的。
因此，当建立一个IPV6的连接时，可以得到一个安全的端到端连接。
通过对通信端的验证和对数据的加密保护，使敏感数据可以在IPV6网络上安全地传输。
第四，支持即插即用和移动性。
IPV6继承了IPV4的自动设置主机IP 地址功能，同时又有改进。
众所周知，手工配置主机IP地址是一件既费时又乏味的事情，而管理分配给主机的静态IP地址更是一项艰难的任务，尤其是主机IP地址需要经常改动的时候。
在IPV4中，动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)实现了主机IP地址及其相关配置的自动设置。
IPV6继承了IPV4的这种自动配置服务，并将其称为全状态自动配置(stateful auto configurati on)。
除了全状态自动配置，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。
在无状态自动配置过程中，主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在本地地址前缀之后，产生一个本地单点广播地址。
接着主机向该地址发出一个被称为邻居探测(neighbor discovery)的请求，以验证地址的唯一性。
否则，主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的本地单点广播地址。
然后，以该地址为源地址，主机向本地中所有路由器多点广播一个被称为路由器请求(router solicitation)的配置信息请求，路由器以一个包含一个可聚合全局单点广播地址前缀和其它相关配置信息的路由器公告响应该请求。
主机用它从路由器得到的全局地址前缀加上自己的接口ID，自动配置全局地址，然后就可以与互联网中的其他主机通信了。
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，当企业更换了联入互联网的ISP时，将从新ISP处得到一个新的可聚合全局地址前缀。
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中的所有主机多点广播路由器公告，因此企业网络中所有主机都将通过路由器公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。
由于设备接入网络时，通过自动配置可以自动获得IP地址和必要的参数，实现即插即用，简化了网络管理，易于支持移动节点。
基于移动IPV6协议集成的IP层移动功能具有很多优点。
尽管IPV4中也存在一个类似的移动协议，但二者之间存在着本质的区别：移动IPV4协议不适用于数量庞大的移动终端。
