【正文】 程硬件將是有效實現(xiàn)將來的 Qos 策略的唯一選擇。但也應該看到 ，隨著 IP 網(wǎng)絡規(guī)模的增大 和應用業(yè)務的日益復雜， IP 網(wǎng)絡已經(jīng)日益成為一個“補丁”網(wǎng)絡。 IPv6 在IP BASE（基本）和 EXTENSION（擴展）首部中飲食了少量特寫于 Qos 的服務元素，包括流量類別（ Traffic Class）和相應的流標簽（ Flow Label）。在轉(zhuǎn)發(fā)性能、轉(zhuǎn)發(fā)延遲方面，在 IPv4 的環(huán)境中ASIC 平臺相對其他平臺有幾乎大于 1 個甚至更多數(shù)量級的優(yōu)勢，然而隨著 IPv6 的這些 13 特點的產(chǎn)生，其他硬件 平臺在 IPV 報文頭上的開銷將大大減小，導致其他平臺和 ASIC平臺之間的差距在縮小。 3） 中間節(jié)點不得分段。 報文轉(zhuǎn)發(fā)效率 IPv6 的一個設計思想是減輕轉(zhuǎn)發(fā)的負擔，采用 以下幾個思路和技術(shù)措施： 1） 基本報文頭長度固定，沒有多余的頭部長度字段。逐跳選項與地址選項目的是支持特殊應用（如安全、管理）而預留的，中間節(jié)點需要根據(jù)某種策略來處理。在實際的應用環(huán)境中，過渡期設備往往運行在雙棧環(huán)境下，同時面臨 IPv6 和 IPv4 的路由表需求，因此對地址空間的要求將大于目前的純 IPv4 環(huán)境。因此，從這個角度來說，選擇可編程的硬件平臺設備可以更好地保護用戶的投資。而 ASIC 目前能夠做 的只能是 IPv6 已經(jīng)固化的轉(zhuǎn)發(fā)功能，無法做到支持擴展方面的功能，只能依靠設備中的 CPU 解決。由于 12 IPv6 網(wǎng)絡處于新生時期，協(xié)議、特性的更新是頻繁的，這就要求 IPv6 設備能較快的更新?lián)Q代。 [2] 軟件升級支持 針對處在過渡期的 IPv6 技術(shù)會不斷升級的特點， NP 等可編程硬件顯然具備更強的優(yōu)勢。在相當長的一段時間內(nèi)， IPv6 將會面臨不斷升級完善的局面。 IPv4 發(fā)展了幾十年 ,在路由協(xié)議、 Qos、多播、報文頭擴展、狀態(tài)機備份、安全等方面還在不斷地完善中，以適應網(wǎng)絡功能的轉(zhuǎn)型和信息社會發(fā)展對多媒體信息傳輸?shù)男枨?。過渡初期要解決的主要問題有兩個：第一個是解決這些 IPv6 的小島之間互相通信的問題；第二個是解決 IPv6 的小島與 IPv4 的海洋之間通信的問題。 IPV4 網(wǎng)絡向 IPV6 網(wǎng)絡的過渡可以分 為 4 個階段，如圖所示 , 11 I P V 6 島純 I P V 4 網(wǎng) 絡I P V 4 海 洋 I P V 4 島I P V 6 海 洋純 I P V 6 網(wǎng) 絡I P V 6 實 驗 網(wǎng) 絡第 1 階 段 第 2 階 段 第 3 階 段 第 4 階 段I P V 6 / I P V 4 轉(zhuǎn) 換在過渡的初期 ,Inter 將由運行 IPv4 的“海洋”和運行 IPv6 的“孤島”組成。實現(xiàn)從 IPV4 平穩(wěn)的向 IPV6 過渡是 IETF ngtrans 工作小組主要目標，近年來他們已提出了許多兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換機制。為達到這一目的，研究者們必須開發(fā)出 IPV4/IPV6 互通技術(shù)以保證 IPV4 能夠平穩(wěn)過渡到 IPV6，除此以外，互通技術(shù)應該對普通用戶做到“無縫”，對信息傳遞做到高效。但是，一種新的協(xié)議從誕生到廣泛應用需要一個過程，尤其是對于 IPv4 仍然很好地支撐著的 Inter 而言。要提供平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換 過程，使得對現(xiàn)在的使用者影響最小，就需要有良好的轉(zhuǎn)換機制。過渡的特征有兩個：過渡需要一個過程，需要一定的時間；在過渡過程中，事物發(fā)生了質(zhì)的變化，逐漸不同于原來的事物，過渡完成以后，演變成為新的事物。源節(jié)點為每個被分段的 IPv6 包都分配一個 32 位 標識符，用來唯一標識最近（在包的生存期內(nèi)）從源地址發(fā)送到目的地址的包。若值為 1，表示后面還有后續(xù)字段；若值為 0則表示這是最后一個分段。 保留字段：此 2 位字段目前未用，設置為 0。此字段共 13 位，以 8 字節(jié)為單位，表示此包（分段）中數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)與原來整個包中可分段部分的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)之間的位置關(guān)系。 保留：此 8 位字段目前未用，設置為 0。 RFC1883 中規(guī)定的幀格式如圖所示。如果要發(fā)送超出此長度的包，就必須由源節(jié)點進行分段。但是， IPv6規(guī)范建議所有節(jié)點都執(zhí)行路徑 MTU 發(fā)現(xiàn)機制，并只允許由源節(jié)點分段。上述規(guī)定表明，源節(jié)點可以發(fā)送長達 1280 字節(jié)的包，而不必顧慮這些包會被分段。通過使用路徑 MTU 發(fā)現(xiàn)機制，源節(jié)點可以確定源節(jié)點到目的節(jié)點之間的整個鏈路中能夠傳送的最大包長度，從而可以避免中間路由器的分段處理。這種處理方式要求路由器必須完成額外的工作，并且在傳輸過程中包可能 被多次分段。 9 3 分段頭 IPv6 只允許源節(jié)點對包進行分段，簡化了中間節(jié)點對包的處理。然后將包發(fā)送往下一站。 ⑤ 假定此節(jié)點不是該包的最終目的地，它將自己的地址從 IPv6 的目的地址字段取出，并以選路頭列表中的下一個節(jié)點地址來替代。 ④ 在第一站和所有后續(xù)其他站，路由器檢查選路頭以確保剩余段數(shù)與地址列表一致。 ② 源節(jié)點發(fā)送包時，將 IPv6 頭目的地址設置為選路頭列表中的第一個路由器的地址。而且列表中最多可以指定 256 個路由器。類型 0 選路擴展頭解決了 IPv4 源選路的主要問題。擴展頭的其余部分為類型特定的數(shù)據(jù)，與選路頭類型相關(guān)。 IPv6 定義了一個通用的選路擴展頭，有兩個字段，各占 1 字節(jié)：選路類型字段和剩余段數(shù)字段。在 IPv4 源選路中，使用 IPv4 選項對用戶可以指定的中間路由器的個數(shù)有一定限制：帶擴展的 IPv4 頭有 40 個附加字節(jié)，最多只能填入 10 個 32 位地址。 下一個報頭 報頭長度 路由選擇類型 剩余段數(shù) 專用類型數(shù)據(jù) 圖 3— 3 選路擴展報頭 選路頭代替了 IPv4 中所實現(xiàn)的源選路。此地址對應的節(jié)點接收到該包之后，對 IPv6 頭和選路頭進行處理，并把包發(fā)送到選路頭列表中的第二個地址。它包含沿途經(jīng)過的各節(jié)點的地 8 址列表。此外還有一個限制：如果包中有分段擴展頭，就不能同時使用巨型凈荷選項，因為使用巨型凈荷選項時不能對包進行分段。如果使用該選項，要求 IPv6 頭的 16 位凈荷長度字段值必須為 0，擴展頭中的巨型凈荷長度字段值不小于 65535。因此，該選項在逐跳擴展頭中使用，要求沿途的每個路由器都必須檢查此信息。選項的最后一個字段為巨型凈荷長度，指明包括逐跳選項擴展頭在內(nèi)， IP 包中所包含的實際字節(jié)數(shù)，但不包括 IPv6 頭。巨型凈荷選項從擴展頭的第三個字節(jié)開始。 路由器提示選項用來通知路由器， IPv6 數(shù)據(jù)報中的信息希望能夠得到中間路由器的查看和處理，即使這個包是發(fā)給其他某個節(jié)點的（例如包含帶寬預留協(xié)議信息的控制數(shù)據(jù)報）。只 要包的凈荷超過 65535 字節(jié)（其中包括逐跳選項頭），就必須包含該選項。到目前為止，已經(jīng)定義了兩個選項：巨型凈荷選項和路由器提示選項。它包含包所經(jīng)路徑上的每個節(jié)點都必須檢查的選項數(shù)據(jù)。在需要的時候可能還會定義其他的選項和擴展。 IPv6中實現(xiàn)的擴展頭可以消滅或至少大量減少選項帶來的對性能的沖擊。在 IPv6 中新增的兩個字段“優(yōu)先級”和“流標志”主要用來協(xié)助處理實時通信。 然而在實際的網(wǎng)絡中，路由器很難計算某個數(shù)據(jù)包的等待時間，因此絕大部分的路由器產(chǎn)品也是每次傳遞就把“壽命”減一。壽命被改為“跳數(shù)極限”。在 IPv4中， IP 報頭之后是傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，例如 UDP 或 TCP 數(shù)據(jù)包。 協(xié)議類型字段改名為“下一個報頭”類型。 IPv4 中的“總長度”在 IPv6 中用“有效負載長度”代替。 IPv4 的版本號為“ 4”，而 IPv6 的版本號為“ 6”。地址空間擴展以后可以支持更多的尋址層次，使可尋址的節(jié)點數(shù)量大大增加，而且使地址的自動配置更為簡單。 IPv6只有 6 個固定字段和 2 個地址，而 IPv4 中則有 10 個固定字段、 2 個地址和一些選項。 目標地址（ 128 位）：該分組最終接收者的 128 位地址。 跳數(shù)極限（ 8 位）：分組每經(jīng)過一個節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，其值就減“ 1”，如果減少到“ 0”，該分組就作廢。 有效負載長度（ 16 位）：一個 16 位無符號整數(shù) ，用來表示報文的長度。 優(yōu)先權(quán)（ 8 位）：用來標識分組傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)。 IPv6 和 IPv4 的首部格式分別如圖 2— 1 和2— 2 所示。 例如： 1030： 0： 0： 0： C9B4： FF12： 1A2B/60 這個地址中用于選路的前綴長度為 60 位。由于 IPv6 地址被分成兩個部分 子網(wǎng)前綴和接口標識符，因此人們期待一個 IP 節(jié)點地址，可以按照類似 CIDR（無類型域間選路， Classless InterDomain Routing） 地址的方式被表示為一個攜帶額外數(shù)值的地址，其中指出了地址中有多少位是掩碼。例如 0： 0： 0： 0： 0： 0： 就是一個合法的 IPv4 地址。 在 IPv4 和 IPv6 的混合環(huán)境中可以有第三種方法。 換句話說，地址 2020： 0： 0： 0： 0： 0： 0： 1 可以被表示為： 2020：： 1，這兩個冒號表示該地址可以擴展到一個完整的 128 位地址。某些 IPv6 地址中可能包含一長串的 0（就象上面的第二和第三個例子一樣）。地址中的每個整數(shù)都必須表示出來，但起始的 0 可以不必表示。每一個數(shù)字包含 4 位，每個整數(shù)包含4 個數(shù)字，每個地址包括 8 個整數(shù)，共計 128 位（ 4*4*8=128）。 IPv4 地址也時常以一組 4 個 2 位的十六進制整數(shù)或 4 個 8 位的二進制整數(shù)表示，但后一種情況較少見。送往一個組播地址的包將被傳送至有該地址標識的所有接口上。送往一個泛播地址的包將被傳送至該地址標識的接口之一（根據(jù)選路協(xié)議對于距離的計算方法選擇“最近”的一個）。送往一個單播地址的包將被傳送至該地址標識的接口上。 IPv4 中的廣播地址已不再有效。 IPv4地址可以被分為 2 至 3 個不同部分（網(wǎng)絡標識符、節(jié)點標識符，有時還有子網(wǎng)標識符），IPv6 地址中擁有更大的地址空間，可以支持更多的字段。其中大部分變化是那些最初 4 的 RFC 發(fā)布后的兩年半中被認為是必需要進行澄清、更正和修改之處。 IPv6 的技術(shù)簡介 RFC2373 中描述了 IPv6 尋址體系結(jié)構(gòu)。無狀態(tài)的自動設定首 先通過主機網(wǎng)卡的 MAC地址附加在本地鏈接地址前綴 1111111010 之后，產(chǎn)生一個鏈路本地單點傳送地址，接著主機向該地址發(fā)送一個鄰居發(fā)現(xiàn)的請求，以驗證地址的唯一性，如果請求沒有得到響應，則表明主機自我設定的鏈路本地單點傳送地址是唯一的 ； 否則，主機將使用一個隨機產(chǎn)生的接口 ID 組成一個新的鏈路本地單點傳送地址，然后以該地址為源地址，主 機向本地鏈路中所有路由器傳送一個被稱為路由器查詢 /請求的配置信息。 3 即插即用的聯(lián)網(wǎng)方式 IPv6 的標準功能使設備只要連接在網(wǎng)上便可自動設定 IP 地址，它分為全狀態(tài)的自動設定和無狀態(tài)的自動設定 。 2 層次化的結(jié)構(gòu)地址 IPv6 采用 128 位地址長度，以便支持更多的地址空間，利于骨干網(wǎng)路由器對數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)。 IPng 工作組在 1994 年 9月提出了一個正式的 草案“ The Remendation for the IP Next Genration Protocol” [RFC 1752],1995 年底確定了 IPng 的協(xié)議規(guī)范，并由 IANA（ Inter Assigned Number Authority）分配了版本號 6，稱為“ IP version 6” (IPv6) 3 IPv6 的新特點 1 簡化的包頭和靈活的擴展 IPv6 的包頭由一個基本的包頭和多個擴展包頭構(gòu)成，基本包頭具有固定的長度(40bytes)，有利于路由的快速轉(zhuǎn)發(fā) ； 擴展包頭有利于支持多種應 用，并為后續(xù)新的應用提供可能。 第五章總結(jié) 2 IPv6 簡介 IPv6 是 Inter Protocol Version 6 的縮寫，是下一代 Inter 協(xié)議（ IP next generation,IPng）的實現(xiàn)，它是由 IETE 設計的用來替代 IPv4 協(xié)議的一種新的 IP 協(xié)議。 第四章 IPv4 向 IPv6 過渡的實驗方案設計 。 第三章 IPv4 向 IPv6 的過渡技術(shù) 。 第二章 IPv6 簡介 。 1． 3 本論文主要工作及結(jié)構(gòu) 第一章前言 。 清華大學也己經(jīng)建立了國內(nèi) IPv6 網(wǎng)絡實驗床，來研究 IPv6 的技術(shù)以及 IPv4 網(wǎng)絡向IPv6 網(wǎng)絡過渡的問題。通過實驗進一步了解各種 2 技術(shù)所能解決的實際問題以及技術(shù)當中自身存在的不足。促使推廣 IPv6 的另一個原因是新的應用對 Inter 提出了更高的要求，需要 Inter提供更復雜的尋址與路由能力，特別是下一代移動數(shù)字電話對 Inter 提出了更高的要求。如果地球表面面積按 1014平方米計算，那么地球表面每一平方米平均可以獲得的 IPv6 地址數(shù)為 1023個。 為此， IPv6 提出 將 IP 地址的長度由 32 個比特位擴展到 128 個比特位，將 IPv6 的地址空 間擴展為 1038 個。 40 億個 IPv4 的地址已經(jīng)用掉了 3/4，另外， Inter 早期由于缺乏規(guī)劃，造成了 IP 地址分配“貧富不均”的現(xiàn)象，少數(shù)團體與單位占用了許多 A 類地址，如 MIT 與 ATamp。 20 年來 Inter 技術(shù)發(fā)展得如此之快，網(wǎng)絡界迫在眉睫 也是最 為棘手的問題當數(shù)完成從 IPv4 向 IPv6 的過渡。對于 IPV4 節(jié)