鄭健江

【摘要】 主要對(duì)IPv6的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,重點(diǎn)闡述IPv4過(guò)渡到IPv6的兩種基本方法雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 IPv6;雙協(xié)議棧;隧道

一、IPv6的提出

因特網(wǎng)近幾年的發(fā)展速度非?？?以IPv4為基礎(chǔ)的因特網(wǎng)所固有的缺陷和局限性日益凸現(xiàn)。其中最為突出的是IP地址資源匱乏,IPv4是一個(gè)由32位二進(jìn)制構(gòu)成的地址,全球一共有40多億個(gè)。因特網(wǎng)起源于美國(guó),故給自己預(yù)留了足夠的IP地址,我國(guó)申請(qǐng)到的IP地址僅3千多萬(wàn)個(gè),只相當(dāng)于美國(guó)麻省理工學(xué)院一個(gè)學(xué)校分配到的IP地址。早在兩年前專家預(yù)計(jì)到2010年全球的IP地址將用完,IPv4的生命將走到盡頭。后來(lái)采取了無(wú)類域間路由選擇(CIDR)和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)等有效措施來(lái)緩解IPv4地址資源匱乏的問(wèn)題,都是治標(biāo)不治本的,專家預(yù)計(jì)到2012年所有IPv4地址將全部分配完,最終IP地址會(huì)耗盡。IPv4自身存在的問(wèn)題使得因特網(wǎng)發(fā)展受到限制,如安全保障、服務(wù)質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)管理等方面。

從根本上解決IP地址緊缺,全世界公認(rèn)的最好辦法是發(fā)展IPv6技術(shù),這也是現(xiàn)在全球網(wǎng)絡(luò)專家正在解決的問(wèn)題。IPv6是IPv4的升級(jí)版本,每個(gè)IP地址由128位的二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成,長(zhǎng)度是IPv4的4倍,屆時(shí)全球每個(gè)人可分到100萬(wàn)個(gè),即使以后家里的所有家用電器都接入因特網(wǎng),IP地址都是取之不完用之不竭的。IPv6較IPv4除解決IP地址匱乏之外,還有許多優(yōu)勢(shì)

1.IPv6的路由表比IPv4更小。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類原則,在路由器能在路由表中使用一條記錄來(lái)表示一個(gè)子網(wǎng),這使得路由器中路由表的長(zhǎng)度減小了不少,提高路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

2.IPv6比IPv4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。

3.IPv6對(duì)組播和流的支持較IPv4增強(qiáng)了不少,這對(duì)多媒體在因特網(wǎng)上的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為服務(wù)質(zhì)量(QoS)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。

二、IPv6的結(jié)構(gòu)

IPv6的128位地址按每16位劃分為一個(gè)位段,每個(gè)位段被轉(zhuǎn)換為一個(gè)4位的十六進(jìn)制數(shù),并用“:”隔開,這種表示法稱為冒號(hào)十六進(jìn)制表示法(colon hexadecimal)。如可以按一下步驟形成一個(gè)冒號(hào)十六進(jìn)制IPv6。

(1)用二進(jìn)制格式表示128位的一個(gè)IPv6地址:

1001010101011101000101110000010101011111000000111111100000011111

1000000111000110011001111110101010000000010111111110101010110101

(2)將這個(gè)128位的地址按每16位劃分為8個(gè)位段:

1001010101011101 0001011100000101 0101111100000011 1111100000011111

1000000111000110 0110011111101010 1000000001011111 1101010101101011

(3)將每個(gè)位段轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù),并用冒號(hào)隔開,結(jié)果如下:

955D:1705:5F03:F81F:81C6:67EA:805F:D56B

因十六進(jìn)制與二進(jìn)制之間的進(jìn)制轉(zhuǎn)換比十進(jìn)制和二進(jìn)制之間的進(jìn)制轉(zhuǎn)換更容易,故IPv6的地址表示法采用十六進(jìn)制數(shù),每一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)4位二進(jìn)制數(shù)。IPv6不支持子網(wǎng)掩碼,它只支持前綴長(zhǎng)度表示法。前綴是IPv6地址的一部分,用作IPv6路由或子網(wǎng)標(biāo)識(shí)。前綴的表示方法與IPv4中的無(wú)類域間表示方法基本相同,如564A:F0::95AB:6871:578B/60表示該IP地址的前60位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)。

三、從IPv4到IPv6過(guò)渡的基本方法

從IPv4到IPv6的過(guò)渡方法有多種,最基本的是:雙IP層或雙協(xié)議棧和隧道技術(shù)。

1.雙IP層或雙協(xié)議棧。雙IP層是指在從IPv4完全過(guò)渡到IPv6之前,部分主機(jī)和路由器裝有兩個(gè)協(xié)議,即使IPv4和IPv6協(xié)議。故該類型主機(jī)或路由器既能與IPv6的系統(tǒng)通信,又能與IPv4的系統(tǒng)通信。具有雙IP層的主機(jī)或路由器應(yīng)當(dāng)具有兩個(gè)IP地址,分別是IPv4和IPv6地址。雙IP主機(jī)在與IPv6主機(jī)通信時(shí)采用IPv6地址,而與IPv4主機(jī)通信時(shí)就采用IPv4地址。雙IP層主機(jī)的TCP或UDP協(xié)議都可以通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)、IPv6網(wǎng)絡(luò)或者IPv6穿越IPv4的隧道的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的(如圖1所示)。

雙協(xié)議棧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是互通性好,容易理解和實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是顯而易見的,即需給每個(gè)運(yùn)行IPv6協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端分配IPv4地址,不能解訣IPv4地址匱乏的問(wèn)題。在IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,IPv4地址相對(duì)充足,該方案是可行的。但當(dāng)IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段,為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配IPv4地址將很難實(shí)現(xiàn)。

2.隧道技術(shù)。隧道技術(shù)是向IPv6過(guò)渡階段使用的較為成熟的技術(shù)。當(dāng)IPv6分組進(jìn)入IPv4網(wǎng)絡(luò)時(shí),將IPv6分組封裝成為IPv4分組,整個(gè)IPv6分組成為IPv4分組的數(shù)據(jù)部分。當(dāng)IPv4分組離開IPv4網(wǎng)絡(luò)時(shí),再將其數(shù)據(jù)部分交給主機(jī)的IPv6協(xié)議,這就好像在IPv4網(wǎng)絡(luò)中打通了一個(gè)隧道來(lái)傳輸IPv6數(shù)據(jù)分組(如圖2所示)。

隧道配置是用于建立隧道的。隧道的配置主要分為路由器-路由器、主機(jī)-路由器和主機(jī)-主機(jī)三種類型。

(1)路由器-路由器隧道結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。在該結(jié)構(gòu)中,隧道的端點(diǎn)是兩臺(tái)路由器,該路由器分別有兩個(gè)IP地址,即一個(gè)IPv4地址和一個(gè)IPv6地址。隧道用于連接位于IPv4網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)之間的邏輯鏈路。兩個(gè)路由器都有一個(gè)表示IPv6穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道的接口和對(duì)應(yīng)的路由。

(2)主機(jī)-路由器隧道結(jié)構(gòu)(如圖4所示)。在該結(jié)構(gòu)的隧道配置中,由IPv4網(wǎng)絡(luò)中的IPv6/IPv4主機(jī)創(chuàng)建一個(gè)IPv6跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道,作為從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)之間路徑中的第一段。對(duì)于穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的IPv6分組來(lái)說(shuō),穿越隧道相當(dāng)于只經(jīng)過(guò)一個(gè)路由。IPv4/IPv6路由器創(chuàng)建一個(gè)表示IPv6穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)隧道的隧道接口,并在路由表中添加一條默認(rèn)路由。

(3)主機(jī)-主機(jī)隧道結(jié)構(gòu)(如圖5所示)。在該結(jié)構(gòu)的隧道配置中,由IPv4網(wǎng)絡(luò)中的IPv4/IPv6主機(jī)創(chuàng)建一個(gè)IPv6跨越IPv4網(wǎng)絡(luò)的隧道,作為從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)整個(gè)路徑,對(duì)于穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的IPv6分組來(lái)說(shuō),穿越隧道相當(dāng)于只經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器。

隧道技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于隧道的透明性,即IPv6主機(jī)之間的通信可以忽略隧道的存在,不用理解隧道中使用的技術(shù),隧道只起到物理通道的作用,且不需要大量的IPv6專用路由器設(shè)備和專用鏈路,可減少投資成本。隧道技術(shù)也有其自身的缺點(diǎn):在IPv4網(wǎng)絡(luò)上配置IPv6隧道是非常復(fù)雜的,且隧道技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)IPv4主機(jī)和IPv6主機(jī)之間地通信。

隨著因特網(wǎng)的不斷發(fā)展,IPv4地址在幾年內(nèi)將會(huì)結(jié)束自己的生命,IPv4向IPv6過(guò)渡勢(shì)在必行,在完全過(guò)渡到IPv6的過(guò)程中IPv4和IPv6會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)期共存的階段。在IPv4過(guò)渡到IPv6的過(guò)程中會(huì)面臨各種技術(shù)挑戰(zhàn),但沒有一種成熟的過(guò)渡技術(shù)能夠完全滿足任意IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡,所以在進(jìn)行過(guò)渡過(guò)程中需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛻?yīng)用場(chǎng)景,從已有的成熟的過(guò)渡方案中選擇一種或者幾種技術(shù)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡。

參考文獻(xiàn)

[1]李玲玲.IPv4向IPv6過(guò)渡策略研究[J].通信技術(shù).2008

[2]付濤.現(xiàn)階段IPv4向IPv6過(guò)渡的策略探討[J].中國(guó)教育信息化·基礎(chǔ)教育.2008(9)

[3]張樂(lè),夏昕,陳萌.IPv4向IPv6過(guò)渡策略研究綜述[J].科技廣場(chǎng).2008(12)