IPV6

IPV6是Internet Protocol Version 6的縮寫，其中Internet Protocol譯為“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”。IPv6是IETF（互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組，Internet Engineering Task Force）設(shè)計(jì)的用于替代現(xiàn)行版本IP協(xié)議（IPv4）的下一代IP協(xié)議。目前的全球因特網(wǎng)所采用的協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族。IP是TCP/IP協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。目前IP協(xié)議的版本號(hào)是4（簡(jiǎn)稱為IPV4），它的下一個(gè)版本就是IPv6。IPv6正處在不斷發(fā)展和完善的過程中，它在不久的將來將取代目前被廣泛使用的IPv4。每個(gè)人將擁有更多IP地址。

2012年6月6日，新一代因特網(wǎng)協(xié)議IPv6將在今天正式上線。根據(jù)IPv6LaunchDay官網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，截至4日為止美國(guó)參加IPv6Launch的網(wǎng)站已有71%可在IPv6上存取，中國(guó)則為65%左右。

目錄

• 1 背景與目標(biāo)
• 2 IPV6的特點(diǎn)
• 3 IPV6的優(yōu)勢(shì)
• 4 IPV6 封包
• 5 IPV6和域名系統(tǒng)
• 6 IPV6部署與應(yīng)用
• 7 轉(zhuǎn)換機(jī)制
  • 7.1 雙堆疊
  • 7.2 穿隧
    • 7.2.1 自動(dòng)穿隧
    • 7.2.2 組態(tài)穿隧 (6in4)
• 8 只支持IPv6主機(jī)的代理和轉(zhuǎn)譯
• 9 相關(guān)內(nèi)容

背景與目標(biāo)

促使IPv6形成的主要原因是網(wǎng)絡(luò)空間的匱乏。從1990年開始，網(wǎng)際網(wǎng)路工程任務(wù)小組（Internet Engineering Task Force，簡(jiǎn)稱IETF）開始規(guī)劃IPv4的下一代協(xié)定，除要解決即將遇到的IP位址短缺問題外，還要發(fā)展更多的擴(kuò)充功能，為此IETF小組創(chuàng)建IPng，以讓后續(xù)工作順利進(jìn)行。1994年，各IPng領(lǐng)域的代表們于多倫多舉辦的IETF會(huì)議中正式提議IPv6發(fā)展計(jì)劃，該提議直到同年的11月17日才被認(rèn)可，并于1998年8月10日成為IETF的草案標(biāo)準(zhǔn)。

IPv6的計(jì)劃是建立未來互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)充的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是取代IPv4，預(yù)計(jì)在2025年以前IPv4仍會(huì)被支持，以便給新協(xié)議的修正留下足夠的時(shí)間。

雖然IPv6在1994年就已被IETF指定作為IPv4的下一代標(biāo)準(zhǔn)，然而在世界范圍內(nèi)使用IPv6部署的公眾網(wǎng)與IPv4相比還非常的少。

IPv6所能夠解決的核心問題與互聯(lián)網(wǎng)目前所面臨的關(guān)鍵問題之間出現(xiàn)了明顯的偏差，難以給互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來革命性的影響。與IPv4的各種地址復(fù)用解決方案相比，IPv6能夠降低復(fù)雜性和成本，但卻是只有制造商目前才能夠感受到，用戶和運(yùn)營(yíng)商不能直接感受到，結(jié)果導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈缺乏推動(dòng)IPv6的動(dòng)力。

IPV6的特點(diǎn)

1. IPV6地址長(zhǎng)度為128比特，地址窨增大了296倍；
2. 靈活的IP報(bào)文頭部格式。使用一系列固定格式的擴(kuò)展頭部取代了IPV4中可變長(zhǎng)度的選項(xiàng)字段。IPV6中選項(xiàng)部分的出現(xiàn)方式也有所變化，使路由器可以簡(jiǎn)單路過選項(xiàng)而不做任何處理，加快了報(bào)文處理速度。
3. IPV6簡(jiǎn)化了報(bào)文頭部格式，字段只有7個(gè)，加快報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，提高了吞吐量；
4. 提高安全性。身份認(rèn)證和隱私權(quán)是IPV6的關(guān)鍵特性。
5. 支持更多的服務(wù)類型；
6. 允許協(xié)議繼續(xù)演變，增加新的功能，使之適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展。

IPV6的優(yōu)勢(shì)

與IPV4相比，IPV6具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1. IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長(zhǎng)度為32，即有2^32-1（符號(hào)^表示升冪，下同）個(gè)地址；而IPv6中IP地址的長(zhǎng)度為128，即有2^128-1個(gè)地址。
2. IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。
3. IPv6增加了增強(qiáng)的組播（Multicast）支持以及對(duì)流的支持（Flow Control），這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
4. IPv6加入了對(duì)自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持。這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。
5. IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

IPV6 封包

IPv6封包由兩個(gè)主要部分組成：頭部和負(fù)載。

包頭是包的前40字節(jié)并且包含有源和目的地址，協(xié)議版本，通信類別（8位元，包優(yōu)先級(jí)），流標(biāo)記（20位元，QoS服務(wù)質(zhì)量控制），負(fù)載長(zhǎng)度（16位），下一個(gè)頭部（用于向后兼容性），和跳段數(shù)限制（8位元，生存時(shí)間，相當(dāng)于IPv4中的TTL）。后面是負(fù)載，至少1280字節(jié)長(zhǎng)，或者在可變MTU（最大傳輸單元）大小環(huán)境中這個(gè)值為1500字節(jié)。負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)模式下最大可為65535字節(jié)，或者在擴(kuò)展包頭的"jumbo payload"選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。

IPv6曾有兩個(gè)有著細(xì)微差別的版本；在RFC 1883中定義的原始版本（現(xiàn)在廢棄）和RFC 2460中描述的現(xiàn)在提議的標(biāo)準(zhǔn)版本。兩者主要在通信類別這個(gè)選項(xiàng)上有所不同，它的位數(shù)由4位變?yōu)榱?位。其他的區(qū)別都是微不足道的。

分段（Fragmentation）只在IPv6的主機(jī)中被處理。在IPv6中，可選項(xiàng)都被從標(biāo)準(zhǔn)頭部中移出并在協(xié)議字段中指定，類似于IPv4的協(xié)議字段功能。

IPV6和域名系統(tǒng)

IPv6地址在域名系統(tǒng)中為執(zhí)行正向解析表示為AAAA記錄（所謂4A記錄）（類似的IPv4表示為A記錄A records）；反向解析在ip6.arpa（原先ip6.int）下進(jìn)行，在這里地址空間為半字節(jié)16進(jìn)制數(shù)字格式。這種模式在RFC 3596給與了定義。

AAAA模式是IPv6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的兩種提議之一。另外一種正向解析為A6記錄并且有一些其他的創(chuàng)新像二進(jìn)制串標(biāo)簽和DNAME記錄等。RFC 2874和它的一些引用中定義了這種模式。

AAAA模式只是IPv6域名系統(tǒng)的簡(jiǎn)單概括，A6模式使域名系統(tǒng)中檢查更全面，也因此更復(fù)雜：

• 6記錄允許一個(gè)IPv6地址在分散于多個(gè)記錄中，或許在不同的區(qū)域；舉例來說，這就在原則上允許網(wǎng)絡(luò)的快速重編號(hào)。
• 使用域名系統(tǒng)記錄委派地址被DNAME記錄（類似于現(xiàn)有的CNAME，不過是重命名整棵樹）所取代。
• 一種新的叫做比特標(biāo)簽的類型被引入，主要用于反向解析。

2002年8月的RFC 3363中對(duì)AAAA模式給與了有效的標(biāo)準(zhǔn)化（在RFC 3364有著對(duì)于兩種模式優(yōu)缺點(diǎn)的更深入的討論）。

IPV6部署與應(yīng)用

2004年七月的ICANN聲稱互聯(lián)網(wǎng)的根域名服務(wù)器已經(jīng)經(jīng)過改進(jìn)同時(shí)支持IPv6和IPv4。

缺點(diǎn)：

• 需要在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)和它所連接到的設(shè)備上建立對(duì)IPv6的支持
• 從IPv4訪問時(shí)的轉(zhuǎn)換過程中，在網(wǎng)關(guān)路由器（IPv6<-->IPv4）還是需要一個(gè)IPv4地址和一些NAT（共享的IP地址），增加了它的復(fù)雜性，還意味著IPv6許諾的巨大的空間地址不能夠立刻被有效的使用。
• 遺留的結(jié)構(gòu)問題，例如在對(duì)IPv6 multihoming支持上一致性的匱乏。

工作：

• 6bone
• ICMPv6
• IPv6 multihoming

轉(zhuǎn)換機(jī)制

雙堆疊

將 IPv6 視為一種 IPv4 的延伸，以共享程式碼的方式去實(shí)作網(wǎng)路堆疊，其可以同時(shí)支援 IPv4 和 IPv6 ，如此是相對(duì)較為容易的。如此的實(shí)作稱為雙堆疊，并且，一個(gè)實(shí)作雙堆疊的主機(jī)稱為雙堆疊主機(jī)。這步驟描述于 RFC 4213 。

目前大部分 IPv6 的實(shí)現(xiàn)使用雙堆疊。一些早期實(shí)驗(yàn)性實(shí)作使用獨(dú)立的 IPv4 和 IPv6 堆疊。

穿隧

為了連通 IPv6 網(wǎng)際網(wǎng)路，一個(gè)孤立主機(jī)或網(wǎng)路需要使用現(xiàn)存 IPv4 的基礎(chǔ)設(shè)施來攜帶 IPv6 封包。這可由將 IPv6 封包裝入 IPv4 封包的穿隧協(xié)議來完成，實(shí)際上就是將 IPv4 當(dāng)成 IPv6 的連結(jié)層。

IP 協(xié)議號(hào)碼的 41 號(hào)用來標(biāo)示將 IPv6 資料訊框直接裝入 IPv4 封包。IPv6 亦能將入 UDP 封包，如為了跨過一些會(huì)阻擋協(xié)議 41 交通的路由器或 NAT 設(shè)備。其它流行的封裝機(jī)制則有AYIYA和GRE。

自動(dòng)穿隧

自動(dòng)穿隧指路由設(shè)施自動(dòng)決定隧道端點(diǎn)的技術(shù)。RFC 3056 建議使用6to4穿隧技術(shù)來自動(dòng)穿隧，其會(huì)使用 41 協(xié)議來封裝。 隧道端點(diǎn)是由遠(yuǎn)端知名的 IPv4 任播位址所決定，并在本地端嵌入 IPv4 位址資訊到 IPv6 中?，F(xiàn)今 6to4 是廣泛布署的。

Teredo 是使用 UDP 封裝的穿隧技術(shù)，據(jù)稱可跨越多個(gè) NAT 設(shè)備。 Teredo 并非廣泛用于布署的，但一個(gè)實(shí)驗(yàn)性版本的 Teredo 已安裝于 Windows XP SP2 IPv6 堆疊中。IPv6，包含 6to4 穿隧和 Teredo 穿隧，在 Windows Vista 中預(yù)設(shè)是啟動(dòng)的。許多 Unix 系統(tǒng)只支援原生的 6to4，但 Teredo 可由如 Miredoo 的第三方軟體來提供。

ISATAP[8] 借由將 IPv4 位址對(duì)應(yīng)到 IPv6 的 link-local 位址，從而將 IPv4 網(wǎng)路視為一種虛擬的 IPv6 區(qū)域連線。不像 6to4 和 Teredo 是站點(diǎn)間的穿隧機(jī)制， ISATAP 是一種站點(diǎn)內(nèi)機(jī)制，意味著它是用來設(shè)計(jì)提供在一個(gè)組織內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的 IPv6 連接性。

組態(tài)穿隧 (6in4)

在組態(tài)穿隧中，如6in4穿隧，隧道端點(diǎn)是要明確組態(tài)過的，可以是借由管理員手動(dòng)或作業(yè)系統(tǒng)的組態(tài)機(jī)制，或者借由如 tunnel broker 等的自動(dòng)服務(wù)。組態(tài)穿隧通常比自動(dòng)穿隧更容易去除錯(cuò)，故建議用于大型且良好管理的網(wǎng)路。

組態(tài)穿隧在 IPv4 隧道上，使用網(wǎng)際協(xié)議中號(hào)碼的 41 號(hào)。

只支持IPv6主機(jī)的代理和轉(zhuǎn)譯

在區(qū)域網(wǎng)際網(wǎng)路注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)耗盡所有可使用的 IPv4 位址后，非常有可能新加入網(wǎng)際網(wǎng)路的主機(jī)只具有 IPv6 連接能力。對(duì)這些須要向后相容以能存取 IPv4 資源的客戶端，須要布署合適的轉(zhuǎn)換機(jī)制。

一種轉(zhuǎn)換技術(shù)是使用雙堆疊的應(yīng)用層代理，如網(wǎng)頁(yè)代理服務(wù)器。

一些對(duì)于應(yīng)用程式無法得知但在其低層使用類 NAT 轉(zhuǎn)換技術(shù)也曾被提出。但因?yàn)橐话銘?yīng)用層協(xié)議所要求的能力其應(yīng)用太廣，其中大部分都被認(rèn)定在實(shí)際上太不可靠，并且被認(rèn)為應(yīng)刪除。

相關(guān)內(nèi)容

• IPv6與IPv4間的比較
• IPv6地址的表示形式
• TCP
• IP
• TCP/IP
• IPV4