IPv4向IPv6发展的研究探讨

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摘 要 目前随着互联网的迅速发展，ipv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。ipv6协议作为下一代互联网的核心技术，已受到越来越多的人关注，尤其是随着我国下一代互联网CERNET2的开通，极大地推动了IPv6的网络建设和科学研究。

【关键词】IPv4 IPv6 数据包 隧道技术 双协议栈

1 IPv4与IPv6定义

IPv4的地址位数为32位，也就是最多有2的32次方的电脑可以联到Internet上。IPv4中规定IP地址长度为32（按TCP/IP参考模型划分） ，即有2^32-1个地址。 一般的书写法为4个用小数点分开的十进制数。也有人把4位数字化成一个十进制长整数，但这种标示法并不常见。

IPv6作为IPv4的升级版本和替代版本，在使用的过程中的最大的特点是可以实现对128位长度的地址进行运算，所以基本上就目前的计算机的网络协议规格来说，可以不受到任何地址和协议的限制，实现对各种版本的网络系统的应用，因此，“Internet Protocol Version 6”是一种更加适合于现代的网络层的协议方式。

2 数据包

IPv6数据包包括

2.1 报头

IPv6的报头长度是固定的，按照现行的标准为40字节，即同原有的IPv4相比，对于一些选项性质的字节都进行了剔除，只保留了必要的几个字段，因此也就可以保证IPv6地址变长的情况下，其报头长度并没有很大的上涨。

2.2 扩展报头

IPv6报头设计中对于原有的报头的改进的最显著的特点就是实现了所有的可选字段的移除，也就使得各种字段的扩展头能够灵活的应用于各类的路由器检查和处理过程中，通过这种报头的调整和设计上的改进，也就实现了对其分组性能的提升。目前，在应用中最为固定和最为广泛的IPv6扩展头主要有Hop-by-Hop选项报头、目的地选项报头、路由报头、分段报头、认证报头和ESP协议报头几种。

2.3 上层协议数据单元

指的是在数据头传输的过程中，对于最大的字节数的控制单元，即不仅包括传输头，还包括其相应的负载，在其负载的设计过程中应该重视的是对拓展头的发送和选择功能的保证。

3 地址分类

3.1 IPv6地址分类

3.1.1 单播（unicast）地址

单播地址的网络接口的位置对于其应用范畴的影响也是非常大的，作为IPv6来说，在地址的单播过程中，应该对特殊的地址进行名字的区域定位和重命名，以便更好的在系统中进行检索。

3.1.2 任播（anycast）地址

任播地址可以实现对不同地址的节点的群接，所以在其使用的过程中应该注意的是要将不同的接口进行分组，这样就可以实现对路由协议的选择，并根据其结构的不同，进行节点分组，也就使得这些节点实现了同正常单播地址一样的结构。

3.1.3 多播（multicast）地址

多播地址是在不同接口的群接过程中，可以实现对字节前置的地址进行统一的一种范畴，即可以根据多播地址的不同传送需求，实现对不同的群组的识别码的辨别，并根据协议的连接层的不同，实现对区内的所有节点的管理。因此，在对多播地址进行设置的过程中，应该注意的是对第二个字节的最后四个位进行单独的地址识别码设置。

3.2 IPv4地址分类

IP地址按作用范围可分成两类，一类是在大网使用的公共IP地址，另一类是只在内网使用的私有地址。IP按用途可分五大类：A类（政府）、B类（公司）、C类（公用）、D类（组播）和E类（实验），地址格式为网络地址+主机地址或网络地址+子网地址+主机地址形式。

4 过渡方式

从IPv4平滑地过渡到IPv6，基本的方式有：隧道、双协议栈及网络地址翻译等。

4.1 隧道技术

隧道技术的实现要通过对IPv4的骨干网络的相连来实现，所以在这个过程中要实现对“IPv6岛”的相互联通，目前IPv6中的隧道技术的主要策略是对传输协议进行节点综合的一种机制，即这些隧道端点通常都是双栈节点。在隧道入口，以一种协议的形式来对另外一种协议的数据进行封装并发送；在隧道出口，对接收到的协议数据解封装，并做相应的处理。通常，在隧道入口还要维护一些与隧道相关的信息，如记录隧道MTU等参数；在隧道出口，出于安全性考虑，要对封装的数据进行过滤，以防止来自外部的恶意攻击。

4.2 双协议栈

双栈方式是过渡阶段的一种主要的方式。双栈方式是指主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两个版本的网络层IP协议标准。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得和IPv4及IPv6结点的通信能力。

双栈工作方式可以描述为：

a.如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议栈。

b.如果应用程序使用的目的地址是嵌入IPv4地址的IPv6地址，则IPv6就封装到IPv4中。

c.如果目的地址是IPv6地址，则使用IPv6地址，或者封装在默认配置的隧道中。

在双栈模型下，任意节点都是完全双栈（IPv6/IPv4节点）的。这时不存在IPv4与IPv6之间的相互通信问题，但是这种机制要给每一个IPv6的站点分配一个IPv4地址。这种方法不能解决IPv4地址资源不足的问题，而且随着IPv6站点的增加会很难得到满足，因此这种方法只能用在早期的变迁过程。

4.3 地址翻译与报头转换技术（NAT/PT）

隧道技术一般用于IPv6节点间的通信，而对于IPv4和IPv6节点间的通信，采用直接对IPv4和IPv6报文进行语法和语义翻译的NAT/PT技术。基本工作原理：当IPv6子网中有IPv6分组发给网关时，网关将其转化成IPv4分组发向IPv4子网；反过来当IPv4子网中有数据分组要发送时，网关就将其转化成IPv6分组发向IPv6子网。转化网关要维护一个IPv4和IPv6地址的映像表。在NAT/PT基础上利用端口信息，就可以实现NAT/PT，这点同目前IPv4下的NAT/PT没有本质区别。

综上所述，IPv6是一种更加优化的网络地协议方式，同以往的IPv4相比具有更大的应用优势和特点，更加适用于未来的网络协议的管理过程中。

参考文献

[1]尚风琴.计算机网络基础教程[M].北京： 人民邮电出版社，2008（1）.

[2]张东亮，李渊，任黎科.IPv6技术（H3C网络学院系列教程）[M].北京：清华大学出版社，2010（1）.

作者单位

黑龙江省边防总队密山边防检查站 黑龙江省密山市 158300