【文章內(nèi)容簡介】 r protocol version 6（簡稱 IPv6） 的雛形 [9]。 IPv4 與 IPv6 地址之間最明顯的差別在于長度： IPv4 地址長度為 32 位，而 IPv6 地址長度為 128 位。 RFC 2373 中不僅解釋了這些地址的表現(xiàn)方式，同時(shí)還介紹了不同的地址類型及其結(jié)構(gòu)。 IPv4 地址可以被分為 2 至 3 個(gè)不同部分 (網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符、節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符，有時(shí)還有子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符 )， IPv6 地址中擁有更大的地址空間，可以支持更多的字段 。 IPv4地址一般以 4部分間點(diǎn)分的方法來表示，即 4個(gè)數(shù)字用點(diǎn)分隔。例如，下面是一些合法的 IPv4地址，都用十進(jìn)制整數(shù)表示： .1 IPv 4地址也時(shí)常以一組 4個(gè) 2位的十六進(jìn)制整數(shù)或 4個(gè) 8位的二進(jìn)制整數(shù)表示，但后一種情況較少見。 IPv6地址長度 4倍于 IPv4地址，表達(dá)起來的復(fù)雜程度也是 IPv4地址的4倍。 IPv6地址的基本表達(dá)方式是 X:X:X:X:X:X:X:X，其中 X是一個(gè) 4位十六進(jìn)制整數(shù) (16位 )。每一個(gè)數(shù)字包含 4位，每個(gè)整數(shù)包含 4個(gè)數(shù)字，每個(gè)地址包括 8個(gè)整數(shù)，共計(jì) 1 2 8位 (448 = 128)。例如，下面是一些合法的 IPv6地址： CDCD:910A:2222:5498:8475:11:3900:2020 1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B 2020:0:0:0:0:0:0:1 請注意這些整數(shù)是十六進(jìn)制整數(shù)，其中 A到 F表示的是 1 0到 1 5。地址中的每個(gè)整數(shù)都必須表示出來，但起始的 0可以不必表示。 這是一種比較標(biāo)準(zhǔn)的 I P v 6地址表達(dá)方式，此外還有另外兩種更加 清楚和易于使用的方式。某些 I P v 6地址中可能包含一長串的 0 (就像上面的第二和第三個(gè)例子一樣 )。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中允許用 “空隙 ”來表示這一長串的 0。換句話說，地址 2020:0:0:0:0:0:0:1可以被表示為：2020::1這兩個(gè)冒號(hào)表示該地址可以擴(kuò)展到一個(gè)完整的 128位地址。在這種方法中，只有當(dāng) 16位組全部 為 0時(shí)才會(huì)被兩個(gè)冒號(hào)取代，且兩個(gè)冒號(hào)在地址中只能出現(xiàn)一次。 在 IPv4和 IPv6的混合環(huán)境中可能有第三種方法。 IPv6地址中的最低32位可以用于表示 IPv4地址，該地址可以按照一種混合方式表達(dá)，即X:X:X:X:X:X:，其中 X表示一個(gè) 16位整數(shù)，而 d表示一個(gè) 8位十進(jìn)制整數(shù)。例如， 0:0:0:0:0:0: 就是一個(gè)合法的 IPv4地址。把兩種可能的表達(dá)方式組合 在一起，該地址也可以表示為： ::。 由于 IPv6地址被分成兩個(gè)部分 —子網(wǎng)前綴和接口標(biāo)識(shí)符，因此人們期待一個(gè) IP節(jié)點(diǎn)地址可以按照類似 C I D R地址的方式被表示為一個(gè)攜帶額外數(shù)值的地址，其中指出了地址中有多少位是掩碼。即 IPv6節(jié)點(diǎn)地址中指出了前綴長度，該長度與 IPv6地址間以 ”/”區(qū)分，例如： 1030:0:0:0:C9B4:FF12:04AA:1A2B/60 這個(gè)地址中用于選路的前綴長度為 60位。 IPv6的優(yōu)化 IPv6 以網(wǎng)絡(luò)的容量和性能為開發(fā)的主要方向 ， 在繼承了 IPv4 優(yōu) 點(diǎn)的同時(shí)摒棄其缺點(diǎn) 。 1. 超大的地址空間 . IPv6 采用 128 比特地址比特?cái)?shù) ， 這意味 IPv6 擁有的地址數(shù)目多達(dá)*10 的 32 次方 。 TCP/IP 路由技術(shù) 的作者 Jeff Doyle(CCIE1919)曾經(jīng)形容 : IPv6 的地址數(shù)目充足到可以為地球上的每一粒沙子都分配一個(gè) IP 地址 。 2. 全球可達(dá)性 . IPv4 的地址空間的局限使得它不足以為每一臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備 都分配唯一的地址 。 但是 IPv6 可以做到給每臺(tái)設(shè)備分配一個(gè)全球的 ，可達(dá)的地址 .包括 PC， IP 電話 ， 照相機(jī) ， 微波爐 ， 汽車 ... 3. 易于 聚合 IPv6 地址將在全球重新部署 ， 可實(shí)現(xiàn)有規(guī)劃的 ， 層次性的等級(jí)結(jié)構(gòu) ，對(duì)路由的聚合和網(wǎng)絡(luò)的管理難度都大大降低 。 4. 自動(dòng)配置 用戶將不必像 IPv4 那樣配置自己的終端 ， IPv6 將給每一臺(tái)接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備自動(dòng)分配地址 .并且有良好的移動(dòng)接入性 ， 實(shí)現(xiàn)即插即用 。 5. 方便的重編址 由于設(shè)計(jì)上的缺陷 ， 重新編址對(duì)于 IPv4 而言是一個(gè)費(fèi)時(shí)且容易出錯(cuò)的任務(wù) 。 但是在 IPv6 中 ， 重新編址過程設(shè)計(jì)的很穩(wěn)定 。 因?yàn)閱尾?IPv6提供商之間的轉(zhuǎn)換對(duì)最終用戶完全透明 。 6. 簡化的報(bào)頭設(shè)計(jì) IPv4的報(bào)頭過于復(fù)雜 ， 使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的處理效率不高 。 IPv6在保留了一些原有報(bào)頭字段的基礎(chǔ)上 ， 大大簡化了報(bào)頭設(shè)計(jì) 。 如圖 圖 IPv6 的包頭要簡單的多 可以看出 ， 無論是在地址空間的大小上 ， 還是在提供網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性能上 ， IPv6 都可以充分證明自己的優(yōu)秀 。 它遠(yuǎn)比 IPv4 更適合現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng) 。 更重要的是 ， 雖然 NAT 技術(shù)的應(yīng)用使得 IPv4 地址還有剩余空間 ， 但是 NAT 只能在一定程度上暫時(shí)減緩地址空間的消耗 ， 無法從根本上解決問題 .。 IPv6 取代 IPv4 只是時(shí)間問題 ， 而且為期不遠(yuǎn) . 第四章 IPv4 與 IPv6 的共存與整合 平滑過渡 全球互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過了 20 年的迅猛發(fā)展 ， 其復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu) ， 龐大的全球 BGP 路由表 ， 實(shí)在超乎人們的想象 .大范圍的切換式升級(jí)是根本不可能實(shí)現(xiàn)的 .因此 ， 由 IPv4 向 IPv6 的過渡必須有條理的循序漸進(jìn) ， 這將是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程 . IPv6 與 IPv4 將在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)協(xié)作共存 ， 或許永遠(yuǎn)共存 . 在此階段是否能平滑過渡 ， 保持網(wǎng)絡(luò)的暢通 ， 網(wǎng)絡(luò)工作者所擬定的策略將顯得尤為重要 . 雙棧協(xié)議 雙棧協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī) ， 服務(wù)器和路由器同時(shí) 使用 IPv4和 IPv6協(xié)議棧。 在使用節(jié)點(diǎn)的雙棧協(xié)議之前 ， 必須修改基于 IPv4 的應(yīng)用程序 ，使得它們也支持 IPv6。 簡單來說 ， 雙棧是一種集成方式 ， 讓節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)連接到 IPv4 和IPv6 網(wǎng)絡(luò) ， 因此節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)協(xié)議棧。這兩個(gè)協(xié)議?？梢晕挥谕粋€(gè)接口上 ， 也可以位于多個(gè)接口上。在下圖 (圖 )中所展示的這段以太網(wǎng)鏈路上 ， 同時(shí)運(yùn)行 IPv4 和 IPv6 的路由器就是一個(gè)雙棧節(jié)點(diǎn) ， 而其他位于以太網(wǎng)上的終端用戶 ， 無論運(yùn)行的是協(xié)議 IPv4 還是 IPv6， 其數(shù)據(jù)分組都能在雙棧節(jié)點(diǎn)上得到轉(zhuǎn)發(fā)。 圖 設(shè)備可以使用雙棧來與 IPv4 和 IPv6 通信 使用雙棧方法時(shí) ， 節(jié)點(diǎn)將根據(jù)目標(biāo)地址決定使用哪個(gè)協(xié)議棧。節(jié)點(diǎn)要盡可能使用 IPv6。而雙棧集成就是最常用的方法之一。對(duì)于只支持IPv4 的老式應(yīng)用 ， 可以使用 TCP 或者 UDP 作為傳輸層傳輸數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)進(jìn)入?yún)f(xié)議棧之后 ， 就會(huì)被封裝進(jìn) IPv4 數(shù)據(jù)包 ， 然后被送到節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)上。對(duì)于 IPv4 數(shù)據(jù)包 ， 以太網(wǎng)幀的協(xié)議 ID 字段是 0x0800。這是 IPv4單協(xié)議的運(yùn)作。整個(gè)過程只是調(diào)用了一個(gè)只能夠處理 32 比特的 IPv4 單協(xié)議網(wǎng)絡(luò) API(應(yīng)用接口 )函數(shù)。 如圖 圖 IPv4 的單協(xié)議運(yùn)作 但是當(dāng)一個(gè) IPV4 應(yīng)用被修改為同時(shí)支持 IPv4 和 IPv6 協(xié)議棧時(shí) ，這個(gè)應(yīng)用不僅能夠正常運(yùn)行在 IPv4 上 ， 也同時(shí)能夠調(diào)用具有 128 比特地址處理能力的 API 函數(shù)。 數(shù)據(jù)包進(jìn)入?yún)f(xié)議棧后 ， 會(huì)根據(jù)需要選擇 IPv4或者 IPv6 來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的封裝。 圖 描述了一個(gè)同時(shí)支持 IPv4 和 IPv6 協(xié)議棧的應(yīng)用。同樣采用TCP 或者 UDP 作為傳輸協(xié)議 ， 但是該應(yīng)用優(yōu)先選擇 IPv6 作為協(xié)議。因此 IPv6 的數(shù)據(jù)包被封裝并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)接口。 IPv6 數(shù)據(jù)包的協(xié)議幀 字段是0x86DDIPv4 單協(xié)議 的應(yīng)用 協(xié)議 ID (以太網(wǎng) ) TCP UDP TCP 協(xié)議棧 網(wǎng)絡(luò) (以太網(wǎng) ) 0x0800 數(shù)據(jù) 圖 雙棧協(xié)議的應(yīng)用圖解 盡管一個(gè)應(yīng)用可以改寫為同時(shí)支持 IPv4 和 IPv6 協(xié)議棧 ， 但是雙棧節(jié)點(diǎn)本身不能隨機(jī)的決定使用哪一個(gè)協(xié)議棧來通信。在已知目的 IPv6主機(jī)名的 IPv6 地址時(shí) ， 用戶可以手動(dòng)控制使用 IPv6 建立連接。但是更多的時(shí)候 ， 我們使用名稱服務(wù)來建立連接。 在 DNS(域名服務(wù) )中 ， 可以配置一個(gè)既有 IPv4 地址也有 IPV6地址的 FQDN(完全合格域名 ， 通俗說就是網(wǎng)址 )。 FQDN 可以是一個(gè)描述 IPv4 地址的 A 記錄 ， 也可以是一個(gè)描述 IPv6 地址的 AAAA 記錄 ，還可以是同時(shí)描述 IPv4 和 IPv6 地址的兩種記錄。應(yīng)用通過在 DNS 服務(wù)器的查詢就可以獲得建立連接的相應(yīng)類型的地址。 以下是可能出現(xiàn)的查詢情況 : 1．查詢域名服務(wù) ， 請求 IPv4 地址 當(dāng)一個(gè)應(yīng)用僅支持 IPv4 時(shí) ， 它就會(huì)向 DNS 服務(wù)請求主機(jī)名的IPv4 地址用于通信。 DNS 會(huì)收到 IPv4 的 FQDN 解析請求 ， 由于這是一IPv4 IPv6 的應(yīng)用 協(xié)議 ID (以太網(wǎng) ) TCP UDP IPv4 協(xié)議棧 IPv6 協(xié)議棧