IPv6协议.docx

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IPv6协议

定义

　　目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。

IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。

　　IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。

每个人将拥有更多IP地址。

简介

　　目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。

它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。

但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至目前的IP地址近乎枯竭。

其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国只有3千多万个，只相当于美国麻省理工学院的数量。

地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。

　　一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。

在这样的环境下，IPv6应运而生。

单从数字上来说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128-1个。

这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

　　但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。

准确的说，使用IPv6的网络并没有2^128-1个能充分利用的地址。

首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳2^64个网络终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。

　　但是，如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。

而且它所带来的经济效益将非常巨大。

　　当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。

IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。

目前，国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组，制定相应的国际标准。

特点

（1）IPV6地址长度为128比特，地址空间增大了2的96次方倍；

（2）灵活的IP报文头部格式。

使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。

IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度。

　　（3）IPV6简化了报文头部格式，字段只有7个，加快报文转发，提高了吞吐量；

　　（4）提高安全性。

身份认证和隐私权是IPV6的关键特性。

　　（5）支持更多的服务类型；

　　（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展。

优势

　　与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：

　　一，IPv6具有更大的地址空间。

IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1（符号^表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。

　　二，IPv6使用更小的路由表。

IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

　　三，IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（FlowControl），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，QualityofService）控制提供了良好的网络平台。

　　四，IPv6加入了对自动配置（AutoConfiguration）的支持。

这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

　　五，IPv6具有更高的安全性。

在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。

操作方法

　　IPv6包由IPv6包头（40字节固定长度）、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。

　　IPv6包扩展包头中的分段包头（下文详述）中指名了IPv6包的分段情况。

其中不可分段部分包括：

IPv6包头、Hop-by-Hop选项包头、目的地选项包头（适用于中转路由器）和路由包头；可分段部分包括：

认证包头、ESP协议包头、目的地选项包头（适用于最终目的地）和上层协议数据单元。

但是需要注意的是，在IPv6中，只有源节点才能对负载进行分段，并且IPv6超大包不能使用该项服务。

　　下文还将简述IPv6寻址、路由以及自动配置的相关内容。

IPv6数据包：

包头

　　　IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。

　　其中的各个字段分别为：

　　Version（版本号）：

4位，IP协议版本号，值=6。

　　TrafficClass（通信类别）：

8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。

功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。

　　FlowLabel（流标记）：

20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。

该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。

在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。

如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。

　　PayloadLength（负载长度）：

16位负载长度。

负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65535字节负载长度。

超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（JumboPayload）选项。

　　NextHeader（下一包头）：

8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。

　　HopLimit（跳段数限制）：

8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段。

与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。

包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。

　　SourceAddress（源地址）：

128位，发送方主机地址。

　　DestinationAddress（目的地址）：

128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。

但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。

IPv6数据包：

扩展包头

　　　IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。

由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。

　　通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。

仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。

与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。

但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。

　　目前，RFC2460中定义了以下6个IPv6扩展头：

Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头：

（一）Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。

其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。

这些选项有：

　　Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。

　　PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。

　　JumboPayload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。

使用JumboPayload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。

负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。

　　路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。

路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。

（二）目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。

有两种用法：

　　如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。

　　如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。

　　（三）路由包头

　　类似于IPv4的松散源路由。

IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。

　　（四）分段包头

　　提供分段和重装服务。

当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。

　　（五）认证包头

　　提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。

认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。

　　（六）ESP协议包头

　　提供加密服务。

IPv6数据包：

上层协议数据单元

　　　上层数据单元即PDU，全称为ProtocolDataUnit。

　　PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。

而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允许的最大字节数为65535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的JumboPayload（见上文）选项进行发送。

IPv6技术对管理网络应用程序的影响

　　IPv6中有足够的地址为地球上每一平方英寸的地方分配一个独一无二的IP地址。

虽然这实际上能够使你能想到的任何设备都分配一个IP地址，但是，这对于管理地址分配的管理员来说却是一个恶梦。

幸运的是IPv6包含一种“节点自动配置”功能。

这实际上是在所有的IPv6网络中替代DHCP（动态主机配置协议）和ARP（地址解析协议）的下一代技术，能够让你不进行任何设置就可以把新设备连接到网络。

如果你更换了ISP（因此被分配一个不同的全球路由前缀），这个功能可以使你的网络重新分配IP地址的过程更简单，因为你所要做的一切只是改变你的路由器的设置，你的网络将重新获得一个使用新的前缀的新地址。

这将减少网络管理的巨大负担。

　　随着IPv6功能的增加，又出现一些潜在的管理问题。

IPv6本身提供了安全支持功能，这种功能称作“IPsec”。

根据VPN建立的方式，加密也许包括也许不包括某些头信息。

VPN可以减少客户机和服务器之间通信管理的工作量。

管理端点（IKE，互连网密钥交换）之间的安全策略也是很复杂的，如果你要亲自做这项工作的话。

这是基于IPsec和VPN提供的主要功能之一。

当然，IPsec可以很强大，但是，在某些远程接入的情况下是很脆弱的，例如使用一个移动设备访问一个企业网络。

IT部门要提供这种服务将进一步增加管理的负担。

实际应用

IPv6编址

　　从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。

RFC2373和RFC2374定义的IPv6地址，就像下面章节所描述的，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

　　IPv6中可能的地址有2≈3.4×10个。

也可以想象为16个因为32位地址每位可以取16个不同的值。

　　在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：

一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）。

IPv6安装

　　1.Windows2000操作系统

（1）确认windows操作系统的补丁包已经升级到SP4。

（2）下载补丁包“tcpipv6-sp4.exe”，并双击运行该自解压文件。

　　（3）依次打开“控制面板”、“网络和拨号连接”，右击“本地连接”,再依次单击“属性”、“安装”、“协议”，选择“MSRIPv6Protocol”协议，即可成功安装IPv6协议栈。

　　2.WindowsXP/Windows2003操作系统

（1）IPv6协议栈的安装

　　在开始-->运行处执行ipv6install

（2）IPv6地址设置

　　在开始-->运行处执行netsh进入系统网络参数设置环境，然后执行

　　interfaceipv6

　　画面显示:

netshinterfaceipv6>

　　然后再执行

　　interfaceipv6>addaddress“本地连接”2001:

da8:

207:

:

9402

　　（3）IPv6默认网关设置

　　在上述系统网络参数设置环境中执行

　　interfaceipv6addroute:

:

/0“本地连接”2001:

da8:

207:

:

9401publish=yes

　　（4）网络测试命令

　　ping6、tracert6

　　3.WindowsVista操作系统

（1）开始——程序——附件——右键点击“命令提示符”——以管理员身份运行

（2）netshinterfaceipv6isatapsetstateenabled回车

　　（3）netshinterfaceipv6isatapsetrouter隧道IP回车

　　4.Linux操作系统

（1）安装ipv6协议

　　modprobeipv6

（2）IPv6地址设置

　　ifconfigeth0inet6add2001:

da8:

207:

:

9402

　　（3）IPv6默认网关设置

　　route-Ainet6add:

:

/0gw2001:

da8:

207:

:

9401

　　（4）网络测试命令

　　ping6、traceroute6

　　5.Solaris操作系统

（1）创建IPv6接口

　　touch/etc/hostname6.hme0

（2）添加IPv6地址

　　在/etc/inet/ipnodes文件中，加入如下一行：

　　2001:

da8:

207:

:

9402bnu-ipv6

　　（3）设置dns查找顺序

　　在/etc/nsswitch.conf文件中，修改hosts和ipnodes项如下：

　　hosts:

filesdns

　　ipnodes:

filesdns

　　（4）添加默认路由

　　routeadd-inet6default2001:

da8:

207:

:

9401-interface

　　（5）测试命令

　　ping-Ainet6IPv6目标地址

　　traceroute-Ainet6IPv6目标地址

IPv6的ISATAP隧道和6to4隧道测试

　　1.ISATAP隧道点IP地址是

　　用户设置isatap隧道的终结点router为

　　WindowsXP/2003设置如下:

　　C:

\DocumentsandSettings\Administrator>netsh

　　netsh>int

　　netshinterface>ipv6

　　netshinterface>ipv6>install

　　netshinterfaceipv6>isatap

　　netshinterfaceipv6isatap>setrouter（或是高端路由器的IP）

　　Vista设置如下:

　　鼠标右键点击“开始－>程序－>附件－>命令提示符”，选择“以管理员身份运行”。

　　在新开启的【命令提示符】窗口中执行以下两条命令：

　　netshinterfaceipv6isatapsetrouter

　　netshinterfaceipv6isatapsetstateenabled

　　（部分Vista系统的电脑会在本地LAN中发出IPv6RA，导致相邻用户不走隧道，此时最好在本地网卡上禁用IPv6选项）

　　Linux设置如下:

　　iptunneladdsit1modesitremote202.120.58.150locala.b.c.d

　　ifconfigsit1up

　　ifconfigsit1add2001:

da8:

8000:

d010:

0:

5efe:

a.b.c.d/64

　　iprouteadd:

:

/0via2001:

da8:

8000:

d010:

:

1metric1

　　注意:

上面的a.b.c.d请使用你的真实IPv4地址代替

　　配置好之后ipconfig后应该看到一个2001:

da8:

8000:

d010为前缀的v6地址，hostid为5efe:

a.b.c.d，其中a.b.c.d为你的真实的IPV4地址。

　　推荐使用ISATAP隧道方式接入，不要和下面的另一种6to4隧道同时使用。

　　2.网络中心6to4隧道点IP地址是202.112.26.246

　　如果您无法使用ISATAP方式接入，可以考虑使用这种方式。

　　用户设置6to4隧道的终结点relay为202.112.26.246

　　WindowsXP/2003设置如下:

　　C:

\DocumentsandSettings\Administrator>netsh

　　netsh>int

　　netshinterface>ipv6

　　netshinterface>ipv6>install

　　netshinterfaceipv6>6to4

　　netshinterfaceipv66to4>setrelay202.112.26.246enable

　　然后ipconfig后应该看到一个2002:

xx:

xx为前缀的v6地址，hostid亦为xx:

xx,

　　其中xx.xx为你的真实的IPV4地址转化成得ipv6地址。

　　自动获得的默认网关是2002:

ca70:

1af6:

:

ca70:

1af6

IPv6寻址

　　在Internet协议版本6（IPv6）中，地址的长度是128位。

地址空间如此大的一个原因是将可用地址细分为反映Internet的拓扑的路由域的层次结构。

另一个原因是映射将设备连接到网络的网络适配器（或接口）的地址。

IPv6提供了内在的功能，可以在其最低层（在网络接口层）解析地址，并且还具有自动配置功能。

文本表示形式

　　以下是用来将IPv6地址表示为文本字符串的三种常规形式：

冒号十六进制形式

　　这是首选形式n:

n:

n:

n:

n:

n:

n:

n。

每个n都表示八个16位地址元素之一的十六进制值。

例如：

　　3FFE:

FFFF:

7654:

FEDA:

1245:

BA98:

3210:

4562.

压缩形式

　　　由于地址长度要求，地址包含由零组成的长字符串的情况十分常见。

为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式，在这一压缩形式中，多个0块的单个连续序列由双冒号符号（:

:

）表示。

此符号只能在地址中出现一次。

例如，多路广播地址FFED:

0:

0:

0:

0:

BA98:

3210:

4562的压缩形式为FFED:

:

BA98:

3210:

4562。

单播地址3FFE:

FFFF:

0:

0:

8:

800:

20C4:

0的压缩形式为3FFE:

FFFF:

:

8:

800:

20C4:

0。

环回地址0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

1的压缩形式为:

:

1。

未指定的地址0:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

0的压缩形式为:

:

。

混合形式

　　此形式组合IPv4和IPv6地址。

在此情况下，地址格式为n:

n:

n:

n:

n:

n:

d.d.d.d，其中每个n都表示六个IPv6高序位16位地址元素之一的十六进制值，每个d都表示IPv4地址的十进制值。

地址类型

　　地址中的前导位定义特定的IPv6地址类型。

包含这些前导位的变长字段称作格式前缀（FP）。

　　IPv6单播地址被划分为两部分。

第一部分包含地址前缀，第二部分包含接口标识符。

表示IPv6地址/前缀组合的简明方式如下所示：

ipv6地址/前缀长度。

　　以下是具有64位前缀的地址的示例。

　　3FFE:

FFFF:

0:

CD30:

0:

0:

0:

0/64.

　　此示例中的前缀是3FFE:

FFFF:

0:

CD30。

该地址还可以以压缩形式写入，如3FFE:

FFFF:

0:

CD30:

:

/64。

　　IPv6定义以下地址类型：

单播地址

　　用于单个接口的标识符。

发送到此地址的数据包被传递给标识的接口。

通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。

多路广播地址的高序列八位字节具有十六进制值FF。

此八位字节的任何其他值都标识单播地址。

　　以下是不同类型的单播地址：

　　链路-本地地址。

这些地址用于单个链路并且具有以下形式：

FE80:

:

InterfaceID。

链路-本地地址用在链路上的各节点之间，用于自动地址配置、邻居发现或未提供路由器的情况。

链路-本地地址主要用于启动时以及系统尚未获取较大范围的地址之时。

　　站点-本地地址。

这些地址用于单个站点并具有以下格式：

FEC0:

:

SubnetID:

InterfaceID。

站点-本地地址用于不需要全局前缀的站点内的寻址。

　　全局IPv6单播地址。

这些地址可用在Internet上并具有以下格式：

010（FP，3位）TLAID（13位）Reserved（8位）NLAID（24位）SLAID（16位）InterfaceID（64位）。

任播地址

　　一组接口的标识符（通常属于不同的节点）。

发送到此地址的数据包被传递给该地址标识的所有接口。

任播地址类型代替IPv4广播地址。

　　任播地址。

一组接口的标识符（通常属于不同的节点）。

发送到此地址的数据包被传递给该地址标识的唯一一个接口。

这是按路由标准标识的最近的接口。

任一广播地址取自单播地址空间，而且在语法上不能与其他地址区别开来。

寻址的接口依据其配置确定单播和任一广播地址之间的差别。

　　通常，节点始终具有链路-本地地址。

它可以具有站点-本地地址和一个或多个全局地址。

组播地址

　　IPv6中的组播在功能上与IPv4中的组播类似：

表现为一组接口对看到的流量都很感兴趣。

　　组播分组前8比特设置为FF。

接下来的4比特是地址生存期：

0是永久的，而1是临时的。

接下来的4比特说明了组播地址范围（分组可以达到多远）：

1为节点，2为链路，5为站点，8为组织，而E是全局（整个因特网）。

IPv6路由

　　IPv6的优点之一就是提供灵活的路由机制。

由于分配IPv4网络ID所用的方式，要求位于Internet中枢上的路由器维护大型路由表。

这些路由器必须知道所有的路由，以便转发