【正文】 源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，這樣就簡化了包頭并減少了 用于選路的開銷。首先，它在端到端的分段中將產(chǎn)生更多的分段。 IPv6 的確可以通過其擴(kuò)展頭來支持分段，但是如下所述，了解 IPv4 分段如何工作將有助于了解 IPv6 中為什么要進(jìn)行改變。 擴(kuò)展頭 IPv4 選項(xiàng)的問題在于改變了 IP 頭的大小，因此更像一個(gè)“特例”，即需要特別的處理。這使得 IPv4 選項(xiàng)引發(fā)一個(gè)路由器把包含該選項(xiàng)的包擱置一邊，等到有時(shí)間的時(shí)候 再進(jìn)行處 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 理。通過把選項(xiàng)從 IP 頭中搬到凈荷中，路由器可以像轉(zhuǎn)發(fā)無選項(xiàng)包一樣來轉(zhuǎn)發(fā)包含選項(xiàng)的包。 IPv6 定義了如下選項(xiàng)擴(kuò)展： ? 逐跳選項(xiàng)頭： 此擴(kuò)展頭必須緊隨在 IPv6 頭之后。由于它需要每個(gè)中間路由器進(jìn)行處理，逐跳選項(xiàng)只有在絕對(duì)必要的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)。巨型凈荷選項(xiàng)指明包的凈荷長度超過 IPv6 的 16 位凈荷長度字段。如果節(jié)點(diǎn)不能轉(zhuǎn)發(fā)該包，則必須回送一個(gè) ICMPv6 出錯(cuò)報(bào)文。 ? 選路頭： 此擴(kuò)展頭指明包在到達(dá)目的地途中將經(jīng)過哪些節(jié)點(diǎn)。 IPv6 頭的最初目的地址是路由頭的一系列地址中的 第一個(gè)地址，而不是包的最終目的地址。如此繼續(xù)，直到包到達(dá)其最終目的地。用于源節(jié)點(diǎn)對(duì)長度超出源端和目的端路徑 MTU 的包進(jìn)行分段。目前，唯一定義的目的地選項(xiàng)是在需要時(shí)把選項(xiàng)填充為 64 位的整數(shù)倍。 ? 身份驗(yàn)證頭 (AH )： 此擴(kuò)展頭提供了一種機(jī)制，對(duì) IPv6 頭、擴(kuò)展頭和凈荷的某些部分進(jìn)行加密的校驗(yàn)和的計(jì)算。這是最后一個(gè)擴(kuò)展頭，不進(jìn)行加密。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 3 IPv6 的優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)狀 IPv6 相對(duì)于 IPv4 的優(yōu)勢(shì) 隨著基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò) IPv4 業(yè)務(wù)在各個(gè)領(lǐng)域的大量開展，大大加速了 IPv4 網(wǎng)絡(luò)地址的耗盡，盡管之前我們也運(yùn)用了一些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決這一問題，但終究不是長遠(yuǎn)之計(jì)，僅僅是推遲了 IPv4 地址末日的到來；再者人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的要求日益提高，而現(xiàn)行的 IPv4 在網(wǎng)絡(luò)層沒有進(jìn)行安全考慮，使網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患，介于此我們必須使用一種新的編制技術(shù)來滿足網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， IPv6 應(yīng)用而生，相比與 IPv4 其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： （ 1）報(bào)文格式的改變，地址長度由原來的 32 位增加為 128 位，地址空間增加到 2^128=*10^38 個(gè)，毫不夸張地說即使是全球每一粒沙子都分一個(gè)地址都有富裕，很好地解決了地址空間缺乏的危機(jī)。對(duì)于 IPv4 的一些動(dòng)態(tài)配置協(xié)議都是狀態(tài)自動(dòng)配置協(xié)議即服務(wù)器必須保持每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并管理這些保存的信息，而 IPv6 是支持無狀態(tài)自動(dòng)配置，無狀態(tài)自動(dòng)配置規(guī)程相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。因此，節(jié)點(diǎn)要完成的工作是確定自己的鏈路層地址并計(jì)算出 E U I 6 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 4 地址，然后確定自己的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)地址。對(duì)于 IPv4 在處理移動(dòng)性時(shí)主要是通過外地代理來解決，多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)共享一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，這樣做主要還是出于考慮 IPv4 地址空間的局限性，在引入 IPv6 之后巨大的地址空間使得地址的自動(dòng)配置變得非常簡單，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以很簡單地快速的得到一個(gè)轉(zhuǎn)交地址，這樣使得 IPv6 不再需要外地代理，同樣也不需要外地代理轉(zhuǎn)交地址了，也就是說，移動(dòng) IPv6 中唯一的一種轉(zhuǎn)交地址是配置轉(zhuǎn)交地址。 IPv6 的國內(nèi)外現(xiàn)狀 IPv6 是下一代網(wǎng)絡(luò)的要害技術(shù)， IETF 從 1994 年開始這首研究開發(fā)下一代的 IP 協(xié)議即 IPv6， 1995 年 IPv6 的核心協(xié)議草案形成， 1998 年 IPv6 核心協(xié)議相對(duì)成熟，之后的幾年間業(yè)界對(duì) IPv6 的探討與爭論一直不斷 [5]。例如：日本的電信運(yùn)營商推出了商用 IPv6 業(yè)務(wù)、韓國的 IPv6 推廣主要是沿著與寬帶業(yè)務(wù)相結(jié)合的發(fā)展方向、 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 美國首先將 IPv6 應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、歐洲的 IPv6 應(yīng)用將在移動(dòng)領(lǐng)域有所突破，而我國的 CNGI 項(xiàng)目是政府引導(dǎo)的 IPv6 發(fā)展計(jì)劃 [6]。早在 1999 年，日本的一些運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商就已經(jīng)開始啟動(dòng) IPv6 的試驗(yàn)業(yè)務(wù)和服務(wù)，如 NTT， IIJ 等運(yùn)營商后開始提供實(shí)驗(yàn)性服務(wù)。 很長一段時(shí)間以來， IPv6 在美國的發(fā)展都處于休眠狀態(tài)，而 20xx 年 6 月美國國防部公布將不再購買不支持 IPv6 的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的消息令業(yè)界為之一振。從 20xx 年 10 月起，其 300 億美元的 IT 預(yù)算將只能用來購買支持 IPv6 的技術(shù) [4]。 而中國對(duì)于 IPv6 技術(shù)的態(tài)度是 “ 積極跟蹤、把握機(jī)遇、穩(wěn)妥推進(jìn) ” ，并且在部分地區(qū)實(shí)行了網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)。如清華大學(xué)、北京大 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 學(xué)、北京理工大學(xué)等高校已經(jīng)部署了 IPv6 的專網(wǎng)，為進(jìn)一步IPv6 的研究提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，由此可看出國家對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的重視。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 4 IPv4 到 IPv6 的過渡技術(shù) 由于 Inter 的規(guī)模以 及目前 網(wǎng)絡(luò)中數(shù) 量龐大的 IPv4用 戶和設(shè)備 ， IPv4 到 IPv6 的過 渡不可能 一次性實(shí) 現(xiàn)。所以 IPv4 到 IPv6 的過渡 必須是一 個(gè)循序漸 進(jìn)的過 程，在體驗(yàn) IPv6 帶來的好處 的同時(shí)仍 能與網(wǎng)絡(luò) 中其余的 IPv4 用戶 通信。 實(shí) 際上， IPv6 在 設(shè)計(jì)的過 程中就 已經(jīng)考慮 到了 IPv4 到 IPv6 的過 渡問題 ， 并提供 了一些 特性使過 渡過程簡 化。目前針對(duì) IPv4v6 過渡問 題已經(jīng) 提出了許 多機(jī)制 ，它們的 實(shí)現(xiàn)原理和 應(yīng)用環(huán)境 各有側(cè)重 ，在 此我會(huì) 按照自己 所了解 的對(duì) IPv4v6 過 渡 的 基 本策略和 機(jī)制做一 個(gè)簡單 的介紹。特別是 IETF 組織 專門成立 了一個(gè) 研究此演 變的研究小組 NGTRANS，已 提交了 各種演 進(jìn)策 略草案 ，并力 圖使之成為 標(biāo)準(zhǔn)。 隧道 技術(shù) 隧 道方法用 于連接處于 Ipv4 海洋 中的各孤 立的 IPv6 島。將 IPv6 封 裝在 IPv4 中 的過程 與其他協(xié) 議封裝相似：隧 道一端 的節(jié)點(diǎn)把 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào) 作為要 發(fā)送給隨 到另一端節(jié) 點(diǎn)的 IPv4 包中的 凈荷數(shù) 據(jù)，這樣 就產(chǎn)生 了包含 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的 IPv4 數(shù)據(jù) 報(bào)流。如果 節(jié)點(diǎn) A 要向 B 發(fā) 送包， A 只是 簡單地把IPv6 頭 的目的地 址設(shè) 為 B 的 IPv6 地址 ，然后傳 遞給路由 器 X；X 對(duì) IPv6 包進(jìn)行 封裝， 然后將 IPv4 頭的 目的地址 設(shè)為路由器 Y 的 IPv4 地址 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 41 通過在雙棧 IPv4/IPV6 路由器之間使用隧道連接 IPv6 網(wǎng)絡(luò)孤島的連接可以跨越 IPv4 海洋 包含 IPv4 地址的 IPv6 地址 大至可分 為兩類 ： IPv4 兼容地 址和 IPv4 映 射地址 。能夠自 動(dòng)將 IPv6 包以隧 道方式在 IPv4 網(wǎng) 絡(luò)中傳送 的 IPv4/IPv6節(jié) 點(diǎn) 將 使 用這 些地址。主機(jī) A 可以透 明地將 IPv6 包發(fā) 送給主 機(jī) B，這個(gè)主機(jī) 都不必考 慮中間 插入的 IPv4 網(wǎng) 絡(luò)（即網(wǎng)絡(luò) o）。 路由器 主 機(jī)隧道 此 時(shí)網(wǎng)絡(luò) M 只支持 IPv4， 但主機(jī) B 同時(shí)運(yùn) 行 IPv4 和 IPv6， 網(wǎng)絡(luò)的 其他部 分都只 支持 IPv6。 在網(wǎng)絡(luò) 的其他部 分， IPv6包 可以自由 傳送。 主機(jī) 主機(jī) 隧道 假 設(shè)此時(shí) 只有主機(jī) A 和主機(jī) B 同時(shí) 支持 IPv4 和 IPv6，而 網(wǎng)絡(luò)的其 他部分都 支持 IPv4。對(duì)于發(fā)往 主機(jī) B 的 IPv6 包，主機(jī) A 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 必 須把他們 封裝在 IPv4 包 中，以便 由只支 持 IPv4 的路由器來運(yùn)載。這種情 況下，主機(jī)A 僅對(duì)發(fā) 往路由器 X 的 IPv6 包 采用隧 道方式 ；一旦 通過了只支持 IPv4 的網(wǎng)絡(luò) N，路由器 X 就對(duì) 這些通 過隧道傳 送的包拆包 ， 然 后 按正 常方式通 過 IPv6 網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)發(fā)。很長時(shí)間內(nèi)， IP v4 仍將存在，即使一些網(wǎng)絡(luò)或連網(wǎng)時(shí)間的其余部分已升級(jí)為 IP v6。隨著時(shí)間的推移，互操作的負(fù)擔(dān)將由早期的實(shí)現(xiàn)者承擔(dān)轉(zhuǎn)為由傳統(tǒng)系統(tǒng)的維護(hù)者來承擔(dān)。雙棧節(jié)點(diǎn)并不是一個(gè)新概念。這些主機(jī)已經(jīng)支持兩種根本不同的網(wǎng)絡(luò)棧。鏈路層接收到數(shù)據(jù)段并拆開，段頭指明數(shù)據(jù)報(bào)是發(fā)給TCP/IP 棧還是發(fā)給 IP X 棧，然后將該包傳遞給正確的棧處理。鏈 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 路層接收到數(shù)據(jù)段，拆開并檢查包頭。最簡單的雙棧工作是只支持 IP v4和 IP v6，但不支持隧道方式。因此，如同用于訪問 IP v4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)一樣，同一應(yīng)用也能夠用于訪問本地 IP v6 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如下圖所示，可以與雙棧節(jié)點(diǎn) D 互操作的節(jié)點(diǎn)包括：網(wǎng)絡(luò) A 和網(wǎng)絡(luò) B 中的 IP v4 節(jié)點(diǎn)或 IP v6 節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò) M 中的所有 IP v4 節(jié)點(diǎn)，但 D 不能和網(wǎng)絡(luò) C 中的節(jié)點(diǎn)互操作。連接網(wǎng)絡(luò) A 和網(wǎng)絡(luò) M 的路由器只支持 IP v4，因此無法通過網(wǎng)絡(luò) M 向網(wǎng)絡(luò) C 轉(zhuǎn)發(fā) IP v6 包。只支持 IP v4的節(jié)點(diǎn)雙棧節(jié)點(diǎn)發(fā)送包時(shí)，是使用雙棧節(jié)點(diǎn)的 IP v4 地址；而只支持 IP v6 的節(jié)點(diǎn)則使用雙棧節(jié)點(diǎn)的 IP v6 地址，即將原 IP v4 地址填充 0 后成為 128 位。該路由器從本地IP v6 網(wǎng)絡(luò)接受 IP v6 包，將這些包封裝在 IP v4 包中，然后使用 IP v4兼容地址發(fā)送給 IP v4 網(wǎng)絡(luò)另一端的另一個(gè)雙棧路由器。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 43 根據(jù)是否能在 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中按隧道方式轉(zhuǎn)發(fā) IPv6 包，雙棧 節(jié)點(diǎn)、路由器和網(wǎng)絡(luò)提供不同程度的互操作性 支持隧道方式的雙棧節(jié)點(diǎn)增加了在 IP v4 網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行互操作的能力，而無需額外的 IP v6 路由器。例如，如果節(jié)點(diǎn) D 能在IP v4 上一隧道方式傳送 IP v6 包，則它可使用本地 IP v4 路由器將包轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò) C。 網(wǎng)絡(luò) 地址轉(zhuǎn)換 協(xié)議轉(zhuǎn)換 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 協(xié)議轉(zhuǎn)換 (NAT PT)包括兩個(gè)組成部分 :網(wǎng)絡(luò) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 地址轉(zhuǎn)換協(xié)議和協(xié)議轉(zhuǎn)換。使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí) 可以將 IP v6 網(wǎng)視為一個(gè)獨(dú)立而封閉的局域網(wǎng) , 它需要使用一個(gè)地址翻譯器進(jìn)行地址翻譯。 協(xié)議轉(zhuǎn)換是指根據(jù) IPv6 和 IP v4 之間的差異對(duì)數(shù)據(jù)包的首部做相應(yīng)的修改以符合對(duì)方網(wǎng)絡(luò)的格式要求 , 并且由于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的改變要對(duì)上層的 TCP、 UDP、 ICMP 等數(shù)據(jù)包做相應(yīng)的修改。 其主要思想是在 IP v6 節(jié)點(diǎn)與 IP v4 節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)需借助于中間的協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，此協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器的主要功能是把網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議頭進(jìn)行 IPv6/Ipv4 間的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)對(duì)端的協(xié)議類型。 缺點(diǎn)：不能支持所有的應(yīng)用。 ② 含有在應(yīng)用層進(jìn)行認(rèn)證、加密的應(yīng)用程序無法在此協(xié)議轉(zhuǎn)換中工作。校園內(nèi)其他網(wǎng)絡(luò)用戶不要求接入。 隧道技術(shù)的運(yùn)行原理： 將 原有的 IP v6 報(bào)文封裝為 IP v4 報(bào)文， IP v4 報(bào)文中的源地址為隧道的起始點(diǎn)，目的地址為隧道的終 點(diǎn)。 表 51 IPv4 header IPv6 header IPv6 data 手工隧道報(bào)文封裝示意圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文