【正文】 它的開通，標(biāo)志著中國下一代互聯(lián)網(wǎng)研究取得重要進(jìn)展。 國內(nèi)外研究概況在國外，IPv6技術(shù)起步早，發(fā)展快。由于當(dāng)前所分配IPv4地址的不均衡，美歐占據(jù)了大量的地址資源，對IPv6的應(yīng)用壓力較小，而亞洲國家則不同，特別是亞洲發(fā)展較快的國家，比如日本、韓國、新加坡和印度等。日本目前在國際IPv6的科學(xué)研究乃至產(chǎn)業(yè)化方面具有國際領(lǐng)先優(yōu)勢。日本和韓國高等院校的園區(qū)網(wǎng)成為IPv6新技術(shù)測試和應(yīng)剛的主要環(huán)境?，F(xiàn)在美國還沒有IPv4地址短缺的問題，岡此沒有必要花費人量資本構(gòu)建基于IPv6技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)體系，所以美國主要是進(jìn)行IPv6技術(shù)的研究，并以協(xié)調(diào)研究的組織者的身份出現(xiàn)。而在IPv6的商業(yè)化推廣方面的應(yīng)用卻沒有歐洲或者日本廣泛。歐盟認(rèn)為：IPv6是發(fā)展3G移動通信的必要工具，如果想大規(guī)模發(fā)展3G，就不得不升級到IPv6。在亞太地區(qū)由于IP地址緊缺等原因，亞洲國家也在積極推動IPv6的發(fā)展，并已走在世界的前列[9]。 我國對IPv6的研究是從1998年開始的，主要參與研究者大都來自一些高等院?；蛘哐芯繖C(jī)構(gòu)。對我國而言，IPv6的發(fā)展將帶給我們巨大機(jī)遇。從全局角度看，IPv6可能是比3G更為重要的一次機(jī)遇。2006年，基于IPv6的校園網(wǎng)CENET2開通，同時，基與IPv6的校園網(wǎng)在上海、南京、重慶等地進(jìn)行了大量的實驗和建設(shè)工作，一些大學(xué)的校園網(wǎng)作為最早建設(shè)和接入CERNET2 IPv6網(wǎng)絡(luò)的起到重要的示范作用。第二章為IPv6及其相關(guān)技術(shù)介紹，對目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)背景知識作一些概述性的介紹，其中著重介紹了IPv6技術(shù)、IPv6協(xié)議的新特性、IPv6地址體系結(jié)構(gòu)、IPv6選路等。最后第四章講述IPv6校園網(wǎng)的實現(xiàn)與應(yīng)用，包括校園網(wǎng)的三種過渡技術(shù)以及實際的IPv6校園網(wǎng)的實現(xiàn)方法。IPv6是互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF：Internet Engineering Task Force）設(shè)計的用來取代IPv4的下一代IP協(xié)議，它在解決IPv4所存在的一些問題和不足的同時還在許多方面作出了改進(jìn)，例如路由、自動配置方面。拓展IPv6的地址空間的主要目的是為了解決在90年代初凸顯出的IPv4地址空間將被迅速耗盡的問題。IPv6在對身份驗證和保密方面的創(chuàng)新使它對那些要求對敏感信息或資源進(jìn)行特殊處理的商業(yè)應(yīng)用更為適用[10]。（1） 擴(kuò)展地址IPv6地址結(jié)構(gòu)中除了把地址空間從32位擴(kuò)展到128位外，還對主機(jī)可能獲取的不同類型的地址的情況作了一些調(diào)整。在基于IPv6的地址空間中，目前的全球網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已分配的地址只占極小的一部分，有足夠的剩余量可供將來的發(fā)展使用。（2）簡化的包頭IPv6中包含總長為40字節(jié)的8個字段，其中兩個是源地址和目的地址。IPv6利用了固定格式的包頭，并減少了那些需要檢查或者處理的字段數(shù)量，這使得路由選擇的效率更高了。具體做法是將部分非關(guān)鍵性的字段或者可選字段移出包頭，然后放在IPv6包頭之后的擴(kuò)展包頭中。因為包頭的簡化，使得IP的一些工作方式產(chǎn)生了變化。此外，可以刪除一些在包頭字段。IPv6中的分段只能由源節(jié)點進(jìn)行：該包所經(jīng)過的中間路由器不能再進(jìn)行任何分段。（3） 流在IPv4中，對所有包基本都是同等對待處理，也就是表示每個包都是由中間路由器依照自身的方式來處理的。IPv6中出現(xiàn)了流的概念，流指的是從一個特定的源地址發(fā)向一個特定的目的地的包序列，而該過程中源點希望中間路由器對某些包進(jìn)行特殊的處理[11]。通過這種方法路由器可以對流中的包進(jìn)行有效處理。（4） 身份驗證和保密IPv6要全面支撐IPSec，這就要求提供基于標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，以便支持和提高不同的IPv6協(xié)議之間的相互協(xié)調(diào)的工作能力。IP身份驗證頭通過對包的可靠性的檢測和評估來提供身份驗證服務(wù)。若是兩個數(shù)值相等，接收方就可以以此判斷出數(shù)據(jù)在傳輸過程中并沒有被改變；如果兩個數(shù)值不相等，接收方也可以判斷出該數(shù)據(jù)可能在傳輸?shù)倪^程中遭到了破壞，又或者判斷是被人進(jìn)行了故意的篡改。它們的區(qū)別在于，是否只對包的凈荷進(jìn)行加密，如果是則包中的其他部分將被公開傳輸。利用ESP對IP進(jìn)行隧道傳輸標(biāo)志著要對整個IP包進(jìn)行加密，然后再由安全網(wǎng)關(guān)將其封裝在另一個IP包中。（5） 其它特性IPv6選用聚類機(jī)制，定義了特別靈活的層次尋址以及路由結(jié)構(gòu)。在理想情況下，一個核心主干網(wǎng)路由器只須維護(hù)不超過8192個表項。IPv6的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議（ND：Neighbor Discovery Protocol）運用一系列的IPv6控制信息報文（ICMPv6）來實現(xiàn)相鄰節(jié)點的交互管理。在IPv6中有很多特性和功能能夠提升網(wǎng)絡(luò)性能、改善路由選擇控制。使用路由選擇擴(kuò)展頭（Routing Extension Header）還可以使源路由選擇更加高效。包頭位于包的前64比特，包含源地址和目的地址、協(xié)議的版本、分組長度、下一個頭部、通信的類別、流標(biāo)記、跳段數(shù)限制等。其中，選項用于描述一個分組的某些特性或提供填充。PadN選項（選項類型為1），填充2個以上字節(jié)。路由器警告選項（選項類型為5），提醒路由器分組的內(nèi)容需要進(jìn)行特殊處理。（2）目的地選項包頭。其用法有兩種：如果有路由擴(kuò)展頭，那么路徑中每一個中轉(zhuǎn)路由器都要對這些選項進(jìn)行處理。（3）路由包頭類似于IPv4的松散源路由，IPv6的源節(jié)點能夠根據(jù)路由擴(kuò)展包頭來指定一個松散的源路由，即分組從信源到信宿過程中經(jīng)過的中轉(zhuǎn)路由器的列表。當(dāng)分組長度大于鏈路最大傳輸單元（MTU）的時候，源節(jié)點需要負(fù)責(zé)對分組進(jìn)行分段，而且在分段擴(kuò)展包頭中提供重裝訊息。認(rèn)證包頭并不提供數(shù)據(jù)加密服務(wù)，如果有需要加密服務(wù)的數(shù)據(jù)包，需要結(jié)合使用ESP協(xié)議。后面是負(fù)載，鏈路最大傳輸單元至少1280字節(jié)長，常見的以太網(wǎng)環(huán)境中為1500字節(jié)。 IPv6地址體系結(jié)構(gòu) IPv6地址結(jié)構(gòu)IPv6 地址結(jié)構(gòu)最早是在 RFC 1884 中發(fā)表的，目前RFC 2373已經(jīng)取代了 RFC 1884，并對 RFC 1884 的內(nèi)容作了很多的更正和修改。 每一組數(shù)值前面的 0 都可以省略。? 在分配 IPv6 地址時，會發(fā)生包含一長串 0 位的地址的情況。 “::” 標(biāo)記在一個地址中只可以出現(xiàn)一次。（2）地址空間IPv4 地址與 IPv6 地址最大的差別在于長度的不同。這樣 IPv6 就可以有 2128 個地址。IPv6 最初只使用了約 15 %的地址空間，其余的地址空間都被留做將來使用。其余的保留地址是NSAP地址( FP = 0000 001 )，可以從 ISO/OSI 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問點 (NSAP ： Network Service Access Point)中獲得。除了多點傳送地址( FP = 1111 1111 )之外，格式前綴從 001 到 111 都需要 EUI64格式中擁有 64 位的接口標(biāo)識符。在單播地址、組播地址和泛播地址中每種地址有一種或多種類型的地址。每一個單接口有一個標(biāo)識符。RFC3513發(fā)起了新的IPv6全球單播地址通用格式如下表21所示: 表21 IPv6單播地址格式 n bitsm bits128nm全球路由前綴子網(wǎng)ID接口ID全局路由前綴是指派給站點（一組子網(wǎng)/鏈接）的值的典型的層次結(jié)構(gòu)，標(biāo)識一個子網(wǎng)的是一個網(wǎng)站的子網(wǎng)ID。(2)任意播地址任播地址是單播地址的集合，不屬于同一節(jié)點的一組接口也可以有同一個標(biāo)識符。任播地址常常用于標(biāo)識提供同樣服務(wù)的節(jié)點集。因為任意播地址中可能有多個成員都能響應(yīng)對其鏈路層地址的請求。(3)組播地址組播地址是一種多點傳送地址。正常情況下屬于不同節(jié)點的一組接口會有一個標(biāo)識符。IPv6組播地址是一組節(jié)點的標(biāo)識符，一個節(jié)點可以屬于任意數(shù)量的組播組。請求節(jié)點地址:FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXY組播報文的目的地址使用D類IP地址， D類地址不能出現(xiàn)在IP報文的源IP地址字段。然而在ip組播環(huán)中，數(shù)據(jù)包的目的地址不是一個，而是一組，形成組地址。組播組中的成員是動態(tài)的，主機(jī)可以在任何時刻加入和離開組播組。 圖21 地址解析IPv6地址分類如圖22所示。IPv6沒有IPv4中的地址類別的概念。而且出于選路目的,IPv6地址可以積累起來,理論上有很大潛力可以顯著地減少非默認(rèn)選路表的大小。實際上,基于供應(yīng)商的CIDR模式集聚方法的反對者把這個問題稱為“專制”,他們已經(jīng)提出了替代方案[15]。 選路協(xié)議看起來IPv6選路協(xié)議和IPv4選路協(xié)議好像沒有顯著的不同，這一點也許會很令人吃驚。為支持IPv6，對這些協(xié)議所做的修改大部分都與如何處理較長的IPv6地址有關(guān)。這兩種分類方法看起來很簡單，但足以滿足本書的要求。這兩個概念與Internet以及相連的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的交互方式密切相關(guān)。如果這條鏈路中斷，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)就不再有外部連接能力。這種系統(tǒng)的自治性體現(xiàn)在如果想要訪問系統(tǒng)內(nèi)的任何節(jié)點，全球Internet路由器只需要了解一條路由。默認(rèn)路由用于標(biāo)識鏈接該AS與全球Internet的路由器。換言之，在相對小型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的選路，所謂小型是相對于全球Internet而言。另一方面，外部選路發(fā)生在AS環(huán)境之外。作為骨干路由器，如果要正確地發(fā)揮其作用，它就必須了解每個目的網(wǎng)絡(luò)的顯式路由。由此可見，使用諸如CIDR之類的集聚機(jī)制對于改善骨干選路性能極為重要。目前的IPv4外部路由器依靠RFC1771中定義的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議4(BGP4)，這是一種支持CIDR的距離矢量選路協(xié)議。有一個Internet草案中描述了為能夠正確處理IPv6單播地址(鏈路本地地址、站點本地地址和全球地址)而進(jìn)行的某些擴(kuò)展，RFC2283中指出，經(jīng)過上述擴(kuò)展和為支持多協(xié)議選路所進(jìn)行的相對少量的修改，BGP4將能夠處理IPv6外部選路[16]。IDRP在描述實質(zhì)上規(guī)模無限的網(wǎng)絡(luò)和支持網(wǎng)絡(luò)地址體系結(jié)構(gòu)方面提供了更大的靈活性。（2）鏈路狀態(tài)和矢量距離協(xié)議通常矢量距離協(xié)議較簡單。正如其名稱所示，每個路由器所廣播的信息包括路由和表示該路由長度的整數(shù)的列表。首先，該協(xié)議“噪音”很大。其次，由于RIP定義的限制，它只能支持不超過16跳的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即，如果路由的長度超過16跳，就不能使用RIP來選路。所謂選路收斂問題，是指在不正確的路由通過網(wǎng)絡(luò)傳播之前，有關(guān)連通性問題的報文無法轉(zhuǎn)播給所有的路由器。這意味著源節(jié)點不必在內(nèi)存中保留Internet的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也能夠向網(wǎng)絡(luò)中的任何目的地發(fā)送包。因此，RIP之類的協(xié)議使得路由器能夠獲得來自其他路由器的有關(guān)它們的連接狀態(tài)的通知。但是，對于大型內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，RIP不適用；當(dāng)有很多不同路由需要考慮時，對于選路骨干業(yè)務(wù)流，RIP也不適用。采用這種方法，路由器不是周期性地向所有其他路由器通知自己的所有路由，而是只通告自己的直接鏈路。由于沒有RIP的跳限制，也不會在路由器間產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)流，因而OSPF能夠支持較大型網(wǎng)絡(luò)[17]。對多層次的支持和對基于服務(wù)類型選路的支持也是OSPF的重要特性。同樣，在RFC2080(IPv6的RIPng)中描述的RIPng與現(xiàn)有協(xié)議很相似。在每一層,兩個實體可以彼此通信,使用相鄰下層來封裝其數(shù)據(jù),應(yīng)用協(xié)議通常從一個節(jié)點到另一個節(jié)點來定義應(yīng)用程序彼此通信的方式。要理解IPv6對其它層協(xié)議的影響,重要的是要理解這些協(xié)議如何使用IP。（1）應(yīng)用層BBS、WWW和Email是當(dāng)今使用最廣泛的應(yīng)用。對于簡單的應(yīng)用,很容易使其與IPv6一起工作:可以重寫軟件,使其能接受和正確處理IPv4地址和IPv6地址。前一種方法保留了應(yīng)用直接對節(jié)點尋址的能力,但相對而言比較復(fù)雜。考慮到對IPv6提供的安全性、服務(wù)質(zhì)量或其它特性的需要,有些應(yīng)用希望使用IPv6服務(wù),這樣就需要更廣泛的更新。UDP和TCP的偽頭部都使用了源IP地址和目的IP地址,而且TCP電路是由源節(jié)點和目的節(jié)點的IP地址和端口號來定義的。這意味著UDP和TCP需要識別IPv6地址,并能正確計算偽頭部[18]。目前,如果移動IP在TCP連接的中間切換網(wǎng)絡(luò),它必須在切換之后重新協(xié)商連接。（3）鏈路層與高層協(xié)議相比,諸如以太網(wǎng)和ATM之類的鏈路層協(xié)議由于IPv6的升級而受到的影響很小,這是由于這些協(xié)議只是將上層數(shù)據(jù)報封裝到鏈路層數(shù)據(jù)幀中。關(guān)于ARM over IP的詳細(xì)信息參見RFel680(IPng對ATM服務(wù)的支持)和RFC1932(IP over ATM:一個框架文檔)。可能受IPv6影響的鏈路層問題還包括路徑MTU發(fā)現(xiàn)及地址解析協(xié)議(ARP),這些協(xié)議需要修改以支持128位IPv6地址。在IPv4向IPv6平滑過渡過程中有3個問題需要注意,一是如何充分利用現(xiàn)有的IPv4資源,節(jié)約成本并保護(hù)原使用者的利益。三是IPv4向IPv6的實現(xiàn)應(yīng)該是逐步的和漸進(jìn)的,而且盡可能地簡便。從IPv4到IPv6過渡技術(shù)按照工作原理分為三大類:雙協(xié)議棧。地址協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)。雙協(xié)議棧(Dual Stack)是在相關(guān)節(jié)點上安裝IPv4/IPv6雙協(xié)議棧。雙協(xié)議棧節(jié)點(Dual Stack nodes)既能與IPv4節(jié)點通信,又能與IPv6節(jié)點通信。這種方法不能解決IPv4地址資源不足的問題,而且隨著IPv6站點的增加會很難得到滿足,因此這種方法只能用在早期的變遷過程中[19]。這種機(jī)制可以節(jié)省大量的IPv4地址,但是在純IPv6和純IPv4節(jié)點之間的通信將會出現(xiàn)問題,為了解決這種問題,必須與其它技術(shù)結(jié)合使用。但是,完全雙協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的投入很大,特別是目前的接入網(wǎng)設(shè)備大部分僅僅支持IPv4協(xié)議棧,而這些設(shè)備的升級很可能需要完全替換,投資壓力很大。在解決過渡問題時,科學(xué)的選擇雙協(xié)議棧技術(shù)應(yīng)用模型,有利于保證IPv4/IPv6的平穩(wěn)過渡。隧道技術(shù)提供了單個IPv6網(wǎng)絡(luò)(或節(jié)點)穿越IPv4網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。對于采用隧道技術(shù)的設(shè)備來說，在隧道的入口處，將IPv6的數(shù)據(jù)報封裝進(jìn)IPv4，IPv4報文的源地址和目的地址分別是隧道入口和隧道出口的IPv4地址；在隧道的出口處，再將IPv6報文取出轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點。但是，隧道技術(shù)不能實現(xiàn)IPv4主機(jī)與IPv6主機(jī)的直接通信。隧道是目前和將來一段時間向以IPv6為核心的互聯(lián)網(wǎng)過渡常用技術(shù)之一。（1）自動隧道自動隧道的建立和拆除是動態(tài)的,用于IPv4網(wǎng)絡(luò)中IPv