中级通信工程师

本文整理了2014年中级通信工程师考试《互联网技术》相关知识点，希望能够帮助您更好的全面备考2014年通信工程师考试!

5.4.5 IPv6

虽然CIDR和NAT可能赢得了许多年的时间，但是当前的IP版本(IPv4)已经不能再承受如此重的负荷了。除了技术问题以外，还有一个隐藏在背后的问题。在Internet早期，它主要被用于大学、高科技工业和美国政府，特别是美国国防部(Dept,ofDefense)。20世纪90年代中期开始，人们对于Intemet的兴趣不断膨胀，Internet开始为各种各样的人所使用，尤其是有着不同需求的人们。首先，大最携带无线移动计算设备的人通过Internet与他们的家庭或者企业保持联系。其次，随着计算机工业、通信业和娱乐业的不断交融，有可能在不久的将来，世界上的每一部电话和电视都将变成Intemet节点，从而几十亿台机器将会使用音频和视频点播。在这样的形势下，很迠然，IP必须也要进一步发展，并且要变得更加灵活。

1990年，IETF开始启动IP新版本的设计工作，新版本的IP将有用不尽的地址资源，还将解决许多其他问题，同时也更加灵活和高效。它的主要目标如下：

(1)即使地址空间的分配效率不高，也需要支持几十亿台主机：

(2)降低路由表的大小：

(3)对协议进行简化，以便路由器更加快速地处理分组：

(4)提供比当前的IP更好的安全件(认证和隐私)：

(5)更加关注于服务的类型，特别是针对实时数据的服务类型;

(6)允许通过指定范围来支持多播传输;

(7)允许主机在不改变地址的情况下可以漫游：

(8)允许协议未来还可以发展;

(9)允许新老协议共存多年。

为了开发出一个满足所有这些需求的协议，IETF在RFC1550中发表了一个寻求提案和讨论的声明，共收到21份回应材料。但是，这些回应材料并不全都是完整的提案。到了1992年12月，有7个提案被提出讨论。这些提案相差甚大，涉及范围非常广泛，从“对IP做微小的修改”,到“完全抛掉IP而用一个全然不同的协议来替代”。

一种提案是在CLNP之上运行TCP,CLNP有160位地址，所以它提供了足够的地址空间，而且也将统一两个主要的网络层协议。然而，许多人认为，这样做好像是承认了OSI领域中所做的事情实际上是正确的，而在Internet中却存在策略性的错误。CLNP的模式与IP非常相近，所以这两种协议并没有实质性的不同。实际上，最终选中的协议与IP之间的差异，远远超过了CLNP与IP之间的差异。对CLNP的另一个理由是它对服务类型的支持太差，在有效传输多媒体数据时是非常必要的。

IEEENetwork发表了三种比较好的提案：Deering,1993:Francis,1993:KatzandFord,1993。在经过多次讨论、修订和定位之后，Deering和Francis两份提案被组合起来又做了修改，然后得到一个现在称为增强的简单Internet协议(SimpleInternetProtocolPlus,SIPP)的协议，最终它被选中，称为IPv6。

IPv6很好地满足了以上列出的设计目标。它保持了IP的优良特性，丢弃或者削弱了IP中的缺点，并且在必要的地方埔加了新的特性。一般而言，IPv6并不与IPv4兼容，但是它与其他一些辅助性的Intemet协议则是兼容的，包括TCP、UDP,ICMP、IGMP、OSPF,BGP和DNS,有时候也要求做一点小小的改动(大多数改动是为了处理更长的地址)。下面介绍IPv6的主要特性，有关更多的信息可以在RFC2460?2466中找到。

首先，也是最重要的，IPv6有比IPv4更长的地址。IPv6的地址有16字节长，这解决了IPv6一开始就想要解决的问题：使用一个能有效地提供几乎无限Internet地址的空间。稍后还要更多地介绍IPv6的地址。

IPv6第二个主要的改进是对头部进行了简化。它只包含7个域(IPv4有13个域)。这一变化使得路由器可以更快地处理分组，从而提高了路由器的吞吐量，并缩短了延迟。同样，后续介绍IPv6的头结构。

第三个主要改进是更好地支持选项。这一变化对于新的头部来说是本质的变化，因为以前那些必需的域现在变成了可选的，而且选项的表达方式也有所不同，这使得路由器可以非常简单地跳过那些与它无关的选项。此特性也加快了分组的处理速度。

第四个改进代表了IPv6的重大进步，即在安全性方面的改进。在新的IP中，认证和隐私是关键的特征。然而，后来这些特征也被引入到IPv4中，因此IPv6和IPv4在安全性方面的差异已经没有那么大了。

最后，更加值得关注的是服务质量。过去，人们在这方面已经作了大量的努力，现在，随着Internet多媒体的增长，服务质童的需求也更加紧迫了。

IPv6的头部如图5-37所示。对于IPv6,版本(Version)域总是6(对于IPv4.该域总是4)。在从IPv4到IPv6的迁移过程中，路由器通过检査该域来确定分组的类型。

流量类别(Trafficclass)域的用途是，按照各种不同的实时递交需求将分组区分开。最初就考虑在IP中专门为这个目的而设置一个域，但实际上只有少数路由器实现了这个域。现在已经在做一些实验来确定如何更好地将这个域用于多媒体数据的递交过程。

流标签(Flowlabel)域也是试验性的，但它将来会有用途，通过该域，源端和目标端可以建立一个具有特殊属性和需求的虚连接。例如，从某台特定主机上的一个进程到另一台主机上的一个进程之间的分组流可能有严格的延迟要求，因此需要预留带宽。这时可以提前建立一个流(flow)，并分配一个标识符。当一个FlowLabel域非0分组出现的时候，所有的路由器都在自己的内部表中查找该FlowLabel值，看它要求哪一种特殊的待遇。实际上，这样的流是两种传输模型相结合的一种尝试，拥有数据报子网的灵活性和虚电路子网的质量保证。

每个流是通过源地址、目标地址和流编号来指定的，所以，在给定的一对IP地址之间，可以同时有许多个活动的流。而且，按照这种方法，来自不同主机的两个流即使有相同的流标签，当它们通过同一台路由器的时候，路由器也能够利用源地址和目标地址将它们区分出来。流标签的选取最好是随机的，而不是从1开始顺序分配，因此，路由器最好对它们进行散列处理。

净荷长度(Payloadlength)域指明了紧跟在图5-37所示的40字节头之后还有多少字节数。在IPv4中该域的名字为总长度(Totallength)，之所以改成现在的名字是因为其含义略有不同：40字节的头部不再像以前那样作为长度中的一部分。

下一个头(Nextheader)域正显示了IPv6的关键之处。IPv6头部之所以能够得以简化的原因是，它还可以有附加(可选)的扩展头。该域指明了如果当前头之后还有扩展头的话，

该扩展头是哪种扩展头(当前已经定义了6种扩展头)。如果当前的头是最后一个IP头，那么Nbxtheader域指定了该分组将被传递给哪一个传输协议处理(如TCP,UDP)。

跳数限制(Hoplimit)域被用来避免分组永远留在网络中。在实践中，它与IPv4中的生存期(Timetolive,TTL)域是一样的，也就是说，在每一跳上该域中的值都要被递减。IPv4中的TTL域理论上是一个以秒为单位的时间值，但是所有的路由器都不按照时间值来使用该域，所以在IPv6中将其名字改过来，以便反映出它的实际用法。

接下来是源地址和目标地址域。这是固定长度的16字节地址。为了书写16字节的地址。IETF也设计了一种新的标记法。16个字节被分成8组来书写，每一组4个十六进制数字，组之间用冒号隔开，如下所示：

8000:0000;0000:0000:0123:4567:89AH:CDEF

由于许多地址的内部可能有很多个0,所以有3种优化方法也可以使用。第一种，在一个组内，前导的0可以省略，如0123可以写成123.第二种，16个“0”位构成的一个或多个组可以用一对冒号来代替，因此，上面的地址现在可以写成：

8000::123;4567:89AH:CDEF

第三种，IPv4地址现在可以写成一对冒号再加上老式的点分十进制数，例如：

::192.31.20.46

比较一下IPv4与IPv6的头，注意在IPv6中省略了什么，这是非常有意义的。IHL域不再出现了，因为IPv6头有固定的长度。协议域也被拿掉了，因为Nextheader域指明了最后的IP头后面跟的是什么(如UDP或者TCP分段)。

所有与分段有关的域都被去掉了，因为IPv6采用另一种方法来实现分段的功能。首先，所有遵从IPv6的主机都应该能够动态地确定将要使用的数据报长度。由于有了这条规则，所以分段就变得不再有必要。而且，数据报长度的最小值也从576Byte增加到1280Byte,以便允许1024Byte的数据和许多头信息。此外，当主机发送了一个非常大的IPv6分组时，如果路由器不能转发这么大的分组的话，它并不是对该分组进行分段，而是送回一条错误消息。路由器通过此消息告诉主机，所有将来发送给这一目标的分组都要分解得更小一些。从根本上来讲，让主机从一开始就发送合适大小的分组，比让沿途的路由器动态地对分组进行分段要有效得多。

最后，校验和域也被去掉了，因为计算校验和会极大地降低性能。现在常用的是可靠网络，而且数据链路层和传输层通常有它们自己的校验和，所以在网络层上再使用校验和，相比它所付出的性能代价而言是不值得的。去掉了所有这些待性之后得到的是一个精简的网络层协议。因此，这份设计方案已经满足了IPv6的目标，即一个快速，但仍然灵活，并且具有足够大地址空间的协议。

有些辑略掉的IPv4域偶尔还会有用，所以IPv6引入了(可选的)扩展头(extensionheader)的概念。这些扩展头可以用来提供一些额外的信息，但是它们的编码方式更加高效。现在已经定义了6种扩展头。每一种扩展头部是可选的，但如果有多个扩展头出现的话，那么它们必须直接跟在固定头部的后面，而且最好使用表5-6中列出的顺序。

有些扩展头有固定的格式，其他扩展头包含可变数目的可变长度域。对于所有这些可变项，每一项都被编码成一个(类型，长度，值)三元组。类型(Type)是一个单字节域，它指明了这是哪个选项。Type的值有特殊的选取方法，它的前2位告诉路由器应该如何处理此选项。选择方案有：跳过此选项：丢弃该分组：丢弃该分组并送回一个ICMP分组;与前一种选择相同，但是对于多播地址不送回ICMP分组，这样可以避免一个坏的多播分组产生大:量的ICMP报告。

长度也是一个单字节域，它说明了值域有多长(范围是0-255Byte)。值域是任何必要的信息，可以长达255Byte。

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