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IPv4到Ipv6:互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

2019-11-03 09:04:21
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供稿:網(wǎng)友
谷和啟


一、概述

  隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展,使用Internet技術(shù)的TCP/ip協(xié)議取得了巨大的成功。但是,TCP/IP協(xié)議的研制者設(shè)有預(yù)料到Internet的規(guī)模會(huì)發(fā)展到今天這么大,從而使得現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議面臨許多困難。1987年,人們便預(yù)計(jì)在1996年Internet將接入100,000個(gè)網(wǎng)絡(luò),這一預(yù)測(cè)看來是準(zhǔn)確的。此外,雖然目前使用的32位IPv4地址結(jié)構(gòu)能夠支持40億臺(tái)主機(jī)和670萬個(gè)網(wǎng)絡(luò),實(shí)際的地址分配效率,即使從理論上說也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以上數(shù)值。使用A、B和C類地址,使這種低效率的情形變得更為嚴(yán)重。

  自八十年代后期,研究人員開始注意到了這個(gè)問題,并提出了研究下一代IP協(xié)議的設(shè)想。1990年,人們預(yù)計(jì),按照當(dāng)時(shí)的地址分配速率到1994年3月B類地址將會(huì)用盡,并提出了最簡(jiǎn)單的補(bǔ)救方法:分配多個(gè)C類地址以代替B類地址。但這樣做也帶來新的問題,即進(jìn)一步增大了已經(jīng)以驚人的速度增長(zhǎng)的主干網(wǎng)路由器上的路由表。因此,Internet網(wǎng)絡(luò)界面臨著困難的選擇,或者限制Internet的增長(zhǎng)率及其最終規(guī)模,或者采用新的技術(shù)。

  1990年后期,IETF開始了一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,選擇接替現(xiàn)行IPv4的協(xié)議。此后,人們開展了許多工作,以解決IPv4地址的局限性,同時(shí)提供額外的功能。1991年11月,IETF組織了路由選擇和地址工作組(ROAD),以指導(dǎo)解決以上問題。1992年9月,ROAD工作組提出了關(guān)于過渡性的和長(zhǎng)期的解決方案建議,包括采用CIDR路由聚集方案以降低路由表增長(zhǎng)的速度,以及建議成立專門工作組以探索采用較大Internet地址的不同方案。

  1993年末,IETF成立了IPNG工作部,以研究各種方案,并建議如何開展工作。該工作部制訂了IPng技術(shù)準(zhǔn)則,并根據(jù)此準(zhǔn)則來評(píng)價(jià)已經(jīng)提出的各種方案。在經(jīng)過深入討論之后,SIPP(Simple Internet PRotocol Plus)工作組提供了一個(gè)經(jīng)過修改的方案,IPng工作部建議IETF將這個(gè)方案作為IPng的基礎(chǔ),稱為IPv6,并集中精力制定有關(guān)的文檔。自1995年末起,陸續(xù)發(fā)表了IPv6規(guī)范等一批技術(shù)文檔。

二、IPv4和IPv6的特點(diǎn)比較

  20世紀(jì)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、語音/數(shù)據(jù)的集成以及嵌入式互連設(shè)備的快速發(fā)展,以互聯(lián)網(wǎng)為核心的未來通信模式正在形成。到目前為止,互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功,而這很大程度上歸功于其核心通信協(xié)議IPv4的高度可伸縮性。IPv4的設(shè)計(jì)思想成功地造就了目前的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng),并容納了過去十年中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng),其核心價(jià)值體現(xiàn)在簡(jiǎn)單、靈活和開放性等方面。

  但是,新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)使互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出新的特征,傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本,即IPv4,已經(jīng)難以支持互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張和新業(yè)務(wù)的特性,比如實(shí)時(shí)應(yīng)用和服務(wù)質(zhì)量保證。IPv4的不足體現(xiàn)在以下方面:

  (1) 有限的地址空間IPv4協(xié)議中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口由長(zhǎng)度為32位IP地址標(biāo)識(shí),這決定了IPv4的地址空間為232,大約理論上可以容納43億個(gè)主機(jī),這一地址空間難以滿足未來移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類電子設(shè)備對(duì)IP地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪費(fèi),有預(yù)測(cè)表明,以目前Internet發(fā)展速度計(jì)算,所有IPv4地址將在2005~2010年間分配完。

  在二十世紀(jì)九十年代的研究人員已經(jīng)意識(shí)到了IP地址空間以及分配存在的問題,并開發(fā)了一些新技術(shù)來改善地址分配和減緩IP地址的需求量,比如CIDR和NAT。這些技術(shù)一定程度上緩解了地址空間被耗盡的危機(jī),但為基于IP的網(wǎng)絡(luò)增加了復(fù)雜性,并且破壞了一些IP協(xié)議的核心特性,比如端到端原則,因此不能從根本上解決IPv4面對(duì)的困難。

  (2) 路由選擇效率不高IPv4的地址由網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)地址兩部分構(gòu)成,以支持層次型的路由結(jié)構(gòu)。子網(wǎng)和CIDR的引入提高了路由層次結(jié)構(gòu)的靈活性。但由于歷史的原因,IPv4地址的層次結(jié)構(gòu)缺乏統(tǒng)一的分配和管理,并且多數(shù)IP地址空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有兩層或者三層,這導(dǎo)致主干路由器中存在大量的路由表項(xiàng)。龐大的路由表增加了路由查找和存儲(chǔ)的開銷,成為目前影響提高互聯(lián)網(wǎng)效率的一個(gè)瓶頸。同時(shí),IPv4數(shù)據(jù)包的報(bào)頭長(zhǎng)度不固定,因此難以利用硬件對(duì)提取、分析路由信息,這對(duì)進(jìn)一步提高路由器的數(shù)據(jù)吞吐率也是不利的。

  (3) 缺乏服務(wù)質(zhì)量保證IPv4遵循Best Effort原則,這一方面是一個(gè)優(yōu)點(diǎn),因?yàn)樗笽Pv4簡(jiǎn)單高效;另一方面它對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上涌現(xiàn)的新的業(yè)務(wù)類型缺乏有效的支持,比如實(shí)時(shí)和多媒體應(yīng)用,這些應(yīng)用要求提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證,比如帶寬、延遲和抖動(dòng)。研究人員提出了新的協(xié)議在IPv4網(wǎng)絡(luò)中支持以上應(yīng)用,如執(zhí)行資源預(yù)留的RSVP協(xié)議和支持實(shí)時(shí)傳輸?shù)腞TP/RTCP協(xié)議。這些協(xié)議同樣提高了規(guī)劃、構(gòu)造IP網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性。

  IPv6是Internet協(xié)議的一個(gè)新版本,其設(shè)計(jì)思想是對(duì)IPv4加以改進(jìn),而不是對(duì)其進(jìn)行革命性的改造。在IPv4 中運(yùn)行良好的功能在IPv6 中都給予保留,而在IPv4中不能工作或很少使用的功能則被去掉或作為選項(xiàng)。為適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的要求,在IPv6中增加了一些必要的新功能。IPv6的主要特點(diǎn)如下:

  (1) 經(jīng)過擴(kuò)展的地址和路由選擇功能。IP地址長(zhǎng)度由32位增加到128位,可支持?jǐn)?shù)量大得多的可尋址節(jié)點(diǎn)、更多級(jí)的地址層次和較為簡(jiǎn)單的地址自動(dòng)配置。改進(jìn)了多目(multicast)路由選擇的規(guī)模可調(diào)性,因?yàn)樵诙嗄康刂分性黾恿艘粋€(gè)“Scope”字段。

  (2) 定義了任一成員(anycast) 地址,用來標(biāo)識(shí)一組接口,在不會(huì)引起混淆的情況下將簡(jiǎn)稱“任一地址”,發(fā)往這種地址的分組將只發(fā)給由該地址所標(biāo)識(shí)的一組接口中的一個(gè)成員。

  (3) 簡(jiǎn)化的首部格式。IPv4首部的某些字段被取消或改為選項(xiàng),以減少報(bào)文分組處理過程中常用情況的處理費(fèi)用,并使得IPv6首部的帶寬開銷盡可能低,盡管地址長(zhǎng)度增加了。雖然IPv6地址長(zhǎng)度是IPv4地址的四倍,IPv6首部的長(zhǎng)度只有IPv4首部的兩倍。

  (4) 支持?jǐn)U展首部和選項(xiàng)。IPv6的選項(xiàng)放在單獨(dú)的首部中,位于報(bào)文分組中IPv6首部和傳送層首部之間。因?yàn)榇蠖鄶?shù)IPv6選項(xiàng)首部不會(huì)被報(bào)文分組投遞路徑上的任何路由器檢查和處理,直至其到達(dá)最終目的地,這種組織方式有利于改進(jìn)路由器在處理包含選項(xiàng)的報(bào)文分組時(shí)的性能。IPv6的另一改進(jìn),是其選項(xiàng)與IPv4不同,可具有任意長(zhǎng)度,不限于40字節(jié)。

  (5) 支持驗(yàn)證和隱私權(quán)。IPv6定義了一種擴(kuò)展,可支持權(quán)限驗(yàn)證和數(shù)據(jù)完整性。這一擴(kuò)展是IPv6的基本內(nèi)容,要求所有的實(shí)現(xiàn)必須支持這一擴(kuò)展。IPv6還定義了一種擴(kuò)展,借助于加密支持保密性要求。

  (6) 支持自動(dòng)配置。IPv6支持多種形式的自動(dòng)配置,從孤立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址的“即插即用”自動(dòng)配置,到DHCP提供的全功能的設(shè)施。

  (7) 服務(wù)質(zhì)量能力。IPv6增加了一種新的能力,如果某些報(bào)文分組屬于特定的工作流,發(fā)送者要求對(duì)其給予特殊處理,則可對(duì)這些報(bào)文分組加標(biāo)號(hào),例如非缺省服務(wù)質(zhì)量通信業(yè)務(wù)或“實(shí)時(shí)”服務(wù)。

  總之,IPv6高效的互聯(lián)網(wǎng)引擎引人注目的是,IPv6增加了許多新的特性,其中包括:服務(wù)質(zhì)量保證、自動(dòng)配置、支持移動(dòng)性、多點(diǎn)尋址(Multicast)、安全性。

  基于以上改進(jìn)和新的特征,IPv6為互聯(lián)網(wǎng)換上一個(gè)簡(jiǎn)捷、高效的引擎,不僅可以解決IPv4目前的地址短缺難題,而且可以使國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)擺脫日益復(fù)雜、難以管理和控制的局面,變得更加穩(wěn)定、可靠、高效和安全。

三、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式

  IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的首部雖然比IPv4首部長(zhǎng),但卻大大地簡(jiǎn)化了。IPv4首部中的一些功能被放在擴(kuò)展首部中或取消了。

  (1) 版本 (Version)。Internet協(xié)議版本號(hào),IPng版本號(hào)為6。(4位字段)

  (2) 流標(biāo)號(hào) (Flow Label)。如果一臺(tái)主機(jī)要求網(wǎng)絡(luò)中的路由器對(duì)某些報(bào)文進(jìn)行特殊處理,如非缺省服務(wù)質(zhì)量通信業(yè)務(wù)或?qū)崟r(shí)服務(wù),則可用這一字段對(duì)相關(guān)的報(bào)文分組加標(biāo)號(hào)。(28位字段)

  (3) 負(fù)荷長(zhǎng)度 (Payload Length)。IPv6首部之后,報(bào)文分組其余部分的長(zhǎng)度,以字節(jié)為單位。為了允許大于64K字節(jié)的負(fù)荷,如本字段的值為0,則實(shí)際的報(bào)文分組長(zhǎng)度將存放在逐個(gè)路段(Hop-by-Hop)選項(xiàng)中。(16位無符號(hào)整數(shù))

  (4) 下一首部 (Next Header)。標(biāo)識(shí)緊接在IPv6首部之后的下一首部的類型。下一首部字段使用與IPv4協(xié)議相同的值。(8位選擇字段)

  (5) 路徑段限制 (Hop Limit)。轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文分組的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將路徑段限制字節(jié)值減一,如果該字段的值減小為零,則將此報(bào)文分組丟棄。(8位無符號(hào)整數(shù))

  (6) 源地址。報(bào)文分組起始發(fā)送者的地址。(128位字段)

  (7) 目的地址。報(bào)文分組預(yù)期接收者的地址 (如果有一個(gè)可選的路由選擇首部,有可能不是最終接收者)。(128位字段)

  在IPv6中,Internet層選項(xiàng)信息存放在單獨(dú)的首部中,位于報(bào)文分組的IPv6首部和傳送層首部之間。現(xiàn)已定義了幾個(gè)這種擴(kuò)展首部,各由一個(gè)下一首部值來標(biāo)識(shí),包括逐個(gè)路段路由選擇、分片、驗(yàn)證、隱私權(quán)和端到端(End-to-End)等選項(xiàng)首部。

四、目前IPv4和IPv6共存局面

  針對(duì)目前Internet上的各種IPv4與IPv6之間通信的情況,人們已經(jīng)開發(fā)出了許多有效的過渡機(jī)制。

1、IPv6的小島之間通信的情況

  針對(duì)這一類問題,又可以劃分多種情況:

(1) 手工配置多條隧道,適用于具備雙協(xié)議棧的站點(diǎn)(sites)之間通信。所謂站點(diǎn),既可以是一臺(tái)主機(jī),也可以是一系列主機(jī)。

(2) 自動(dòng)隧道配置如Tunnel Broker,適用于具備雙協(xié)議站的主機(jī)之間通信。

(3) 6to4機(jī)制,適用于站點(diǎn)之間通信,為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制,每個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的主機(jī)可以僅僅配置IPv6協(xié)議棧,但是每個(gè)站點(diǎn)必須至少有一臺(tái)"6to4"的路由器作為出入口,支持全球統(tǒng)一的6to4 TLA(Top Level Aggregation)前綴格式,并實(shí)施特殊的封裝和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。

(4) 6over4機(jī)制,適用于具備雙協(xié)議棧的主機(jī)之間通信。它利用IPv4的multicast機(jī)制來創(chuàng)建虛擬鏈路而不是顯式的隧道。

2、IPv6小島與IPv4海洋之間通信的情況

  這一類問題下同樣有多種情況,目前的過渡機(jī)制都是通過以下途徑實(shí)現(xiàn)的:應(yīng)用級(jí)轉(zhuǎn)發(fā);網(wǎng)絡(luò)層翻譯;為IPv6節(jié)點(diǎn)暫時(shí)分配IPv4地址。

(1) 雙協(xié)議棧有限雙協(xié)議棧,適用于具備雙協(xié)議棧的站點(diǎn)的通信。

(2) Socks64(Socket 6 to 4)機(jī)制,適用于IPv6的站點(diǎn)和IPv4站點(diǎn)的通信。它實(shí)際上是一種網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,實(shí)施socks64的網(wǎng)關(guān)為IPv6的節(jié)點(diǎn)提供分組的轉(zhuǎn)發(fā)和翻譯。

(3) SIIT(Stateless IP/ICMP Translator)機(jī)制,適用于IPv6的站點(diǎn)和IPv4站點(diǎn)的通信。它實(shí)際上在IPv4和IPv6的分組報(bào)頭之間進(jìn)行翻譯,使用IPv4映射的IPv6地址進(jìn)行通信。

(4) NAT-PT(Network Address Translation - Protocol Translation)機(jī)制,適用于IPv6 only站點(diǎn)和IPv4 only站點(diǎn)之間的通信。它進(jìn)行IPv6和IPv4地址之間的翻譯。

(5) BIS(Bump-in-the-Stack)機(jī)制,適用于具備雙協(xié)議棧的主機(jī)與IPv4的世界通信。它在IPv4的協(xié)議棧中插入三個(gè)模塊:域名解析器、地址映射器和翻譯器。

3、過渡過程的產(chǎn)生背景

  IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的核心,它必須具備相對(duì)的穩(wěn)定性。IPv6作為Internet Protocol的新版本,其根本目的是繼承和取代IPv4。因此,人們?cè)谝?guī)劃IPv6的時(shí)候,就把眼光投向了包括地址在內(nèi)的上述重要需求,希望能夠解決這些目前已經(jīng)出現(xiàn)和將來可能出現(xiàn)的問題。從IPv4到IPv6的改變將不可避免的帶來Internet上新的革命,無論是硬件還是軟件都將有全新的發(fā)展。但是,原有的IPv4協(xié)議已經(jīng)成功的實(shí)施了將近二十年,在Internet上,甚至有許多通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)比Internet還要早,Internet協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化是有一個(gè)簡(jiǎn)單的原則的。

  只要可以應(yīng)用現(xiàn)有的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),就使用它們;只有當(dāng)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)不夠時(shí)才制定新的協(xié)議,而且只要能夠得到這些新的標(biāo)準(zhǔn),而它們又能夠提供等價(jià)的功能,就使用這些新的標(biāo)準(zhǔn)。

  所以IPv6協(xié)議的意圖并不是排斥和避免已有的標(biāo)準(zhǔn)。它的產(chǎn)生只是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的IPv4不能滿足需要。在IPv6完全取代IPv4之前,不可避免的,這兩種協(xié)議要有一個(gè)可能是相當(dāng)長(zhǎng)的共存時(shí)期,IPv6可能需要在研究所和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)中進(jìn)行足夠的試驗(yàn),才能象IPv4一樣成功的投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。因此,從IPv4到IPv6要有一個(gè)過渡時(shí)期。

  IPv6在IPv4的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),它的一個(gè)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是與IPv4兼容。制訂IPv6時(shí),IETF致力于產(chǎn)生一種開放的標(biāo)準(zhǔn),因此他們邀請(qǐng)了許多團(tuán)體來參加標(biāo)準(zhǔn)的制訂過程,研究人員、計(jì)算機(jī)制造商、程序設(shè)計(jì)人員、管理人員、用戶、電話公司以及有線電視產(chǎn)業(yè)都對(duì)下一代IP提出了他們的要求和建議。但是作為一種新的協(xié)議,從誕生于實(shí)驗(yàn)室和研究所到實(shí)際應(yīng)用于Internet是有很大距離的。不可能要求立即將所有節(jié)點(diǎn)都演進(jìn)到新的協(xié)議版本,所以在一定的時(shí)間內(nèi),IPv6將和IPv4共同存在共同運(yùn)行。如果沒有一個(gè)過渡方案,再先進(jìn)的協(xié)議也沒有實(shí)用意義,因此從IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡的問題從一開始就列入了開發(fā)者的日程表。

  在相當(dāng)時(shí)間內(nèi),IPv6節(jié)點(diǎn)之間的通信還要依賴于原有IPv4網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施,而且IPv6節(jié)點(diǎn)也必不可少的要與IPv4節(jié)點(diǎn)通信,我們希望這種通信能夠高效的完成,對(duì)用戶隱藏下層細(xì)節(jié)。同時(shí),IPv4已經(jīng)應(yīng)用了十多年,基于IPv4的應(yīng)用程序和設(shè)施已經(jīng)相當(dāng)成熟而完備,我們希望以最小的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)這些程序在IPv6環(huán)境下的應(yīng)用。所有這些都提出了從IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)高效無縫互連的問題。 對(duì)于過渡問題和高效無縫互連問題的研究已經(jīng)取得了許多成果,形成了一系列的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。

五、目前國(guó)際IPv6網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

  一個(gè)純IPv6網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)與原來IPv4網(wǎng)絡(luò)并沒有差別,在路由協(xié)議和域名解析上也不需要特定的機(jī)制來支持,僅僅需要對(duì)原來的協(xié)議和應(yīng)用程序進(jìn)行修改就可以了。 但是對(duì)于一臺(tái)主機(jī)或者一個(gè)網(wǎng)絡(luò)在不同協(xié)議之間的通信來說,情況就發(fā)生了變化。由于報(bào)文在傳輸中要經(jīng)過兩種運(yùn)行在不同協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,報(bào)文的翻譯是一個(gè)問題,同時(shí)由于兩種協(xié)議表示地址的方法不同,如何在協(xié)議地址之間標(biāo)示信源和信宿也是必須處理的。

  在IPv6的網(wǎng)絡(luò)流行于全球之前,總是有一些網(wǎng)絡(luò)首先具有IPv6的協(xié)議棧。這時(shí),這些網(wǎng)絡(luò)就像IPv4海洋中的小島。過渡的問題可以分成兩大類:

  第一類就是解決這些IPv6的小島之間互相通信的問題,

  第二類就是解決IPv6的小島與IPv4的海洋之間通信的問題。

  解決過渡問題的兩種最基本的技術(shù):雙協(xié)議棧(Dual Stack)和隧道(Tunnel)。我們所討論的過渡機(jī)制(Transition Mechanism)都是在這兩種技術(shù)的基礎(chǔ)之上針對(duì)特定的問題的解決方案。但是目前還沒有一種機(jī)制能夠一勞永逸的解決這個(gè)問題,每一種具體的機(jī)制都是針對(duì)具體的情況的。

雙協(xié)議棧

  在實(shí)踐當(dāng)中,最典型的是IETF提出的叫"雙協(xié)議棧"的方案。需要提前說明的是,雙協(xié)議棧技術(shù)并不具備創(chuàng)建隧道的能力;但是,后面提到的創(chuàng)建隧道的能力則必須要求有雙協(xié)議棧技術(shù)的支持。

  雙協(xié)議棧方案的工作方式如下:

(1) 如果應(yīng)用程序使用的目的地址是IPv4地址,則使用IPv4協(xié)議。

(2) 如果應(yīng)用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址,則同樣使用IPv4協(xié)議,所不同的是,此時(shí)IPv6就封裝(encapsulated)在IPv4當(dāng)中。

(3) 如果應(yīng)用程序使用的目的地址是一個(gè)非IPv4兼容的IPv6地址,那么此時(shí)將使用IPv6協(xié)議,而且很可能此時(shí)要采用隧道等機(jī)制來進(jìn)行路由、傳送。

(4) 如果應(yīng)用程序使用域名來作為目標(biāo)地址,那么此時(shí)先要從DNS服務(wù)器那里得到相應(yīng)的IPv4/IPv6地址,然后根據(jù)地址的情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。

  對(duì)目前的環(huán)境來說,要實(shí)現(xiàn)純粹IPv6的路由是很困難的,因此,人們一般采用IPv6 over IPv4 的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道技術(shù)。將IPv6分組打包,放入IPv4分組的數(shù)據(jù)區(qū),加上IPv4的報(bào)頭,在IPv4互聯(lián)網(wǎng)世界中進(jìn)行路由,到達(dá)目的地后再把數(shù)據(jù)區(qū)中的IPv6分組取出來作相應(yīng)的處理,該繼續(xù)路由的路由,該收發(fā)的收發(fā)。這樣,就可以實(shí)現(xiàn)"雙協(xié)議棧"的過渡方案。 最后,對(duì)于實(shí)現(xiàn)IPv6協(xié)議棧,盡管在細(xì)節(jié)上,IPv6和IPv4有很大的不同,但是從原理和它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的位置來看,是相當(dāng)?shù)囊恢碌摹_@些一致使得開發(fā)人員只需要很小的付出就可以實(shí)現(xiàn)從IPv4到IPv6協(xié)議棧的轉(zhuǎn)換。

  隧道技術(shù),就是將具有自身協(xié)議的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為一般的硬件傳輸系統(tǒng)對(duì)待。前文已經(jīng)提到,在IPv6的網(wǎng)絡(luò)流行于全球之前,總是有一些網(wǎng)絡(luò)首先具有IPv6的協(xié)議棧,這些網(wǎng)絡(luò)就像IPv4海洋中的小島,隧道就是通過"海底"連接這些小島的通道,因此而得其名。由于隧道上的鏈路是邏輯的,或稱為虛擬的,因此,這些"小島"所互連而成的網(wǎng)絡(luò)就被看作是一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。在IPv6 Native Network之間需要通信或IPv6節(jié)點(diǎn)需要與IPv4 的節(jié)點(diǎn)通信時(shí),IPv4協(xié)議就被當(dāng)作IPv6數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)隧道。通過隧道,IPv6分組被作為無結(jié)構(gòu)無意義的數(shù)據(jù),封裝在IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中,被IPv4網(wǎng)絡(luò)傳輸。由于IPv4網(wǎng)絡(luò)把IPv6數(shù)據(jù)當(dāng)作無結(jié)構(gòu)無意義數(shù)據(jù)傳輸,因此不提供幀自標(biāo)示能力,所以只有在IPv4連接雙方都同意時(shí)才能交換IPv6分組,否則收方會(huì)將IPv6分組當(dāng)成IPv4分組而造成混亂。網(wǎng)絡(luò)從IPv4向IPv6演進(jìn)的過程就是這些"小島"漸漸擴(kuò)大而成為"大陸"的過程。

六、IPv6網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)的發(fā)展

  隨著IPv4地址空間耗盡的迫近,人們加緊了對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議即IPv6的研究;到2001年年初,IPv6協(xié)議的基本框架已經(jīng)逐步成熟,在越來越廣泛的范圍內(nèi)得到實(shí)踐。由于IPv6和IPv4在協(xié)議頭格式上不兼容,IETF成立了專門的工作組--ngtrans研究從現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)的過渡策略和必要的技術(shù)。作為向下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議過渡的重要步驟,國(guó)際的IPv6試驗(yàn)網(wǎng)--6bone在1996年成立了。現(xiàn)在,6bone已經(jīng)擴(kuò)展到全球50多個(gè)國(guó)家和地區(qū),成為IPv6研究者、開發(fā)者和實(shí)踐者的主要平臺(tái)。

  中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET是中國(guó)開展下一代互聯(lián)網(wǎng)研究的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò),它以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和技術(shù)力量為依托,建立了全國(guó)規(guī)模的IPV6試驗(yàn)床。1998年CERNET正式參加下一代IP協(xié)議(IPv6)試驗(yàn)網(wǎng)6BONE,同年11月成為其骨干網(wǎng)成員。CERNET在全國(guó)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際下一代高速網(wǎng)INTERNET2的互聯(lián),目前國(guó)內(nèi)僅有CERNET的用戶可以順利地直接訪問INTERNET2。為致力于面向21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的個(gè)人和團(tuán)體提供全真的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),用于研究同下一代互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),特別是安全、服務(wù)質(zhì)量和移動(dòng)計(jì)算;開發(fā)新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,這些應(yīng)用在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)上是幾乎不可能或不易實(shí)現(xiàn)的;示范上述技術(shù)和應(yīng)用,以及從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)過渡的方法。總體拓?fù)湓囼?yàn)床分成相對(duì)獨(dú)立而又互連互通的兩個(gè)部分:正式使用部分和生實(shí)驗(yàn)部分。

  試驗(yàn)床從6bone獲得p-TLA (pseudo-Top Level Aggregation,偽頂級(jí)聚類) 3FFE:3200::/24的地址空間;并且建立了5條以tunnel為基礎(chǔ)的國(guó)際IPv6虛擬鏈路,直接通達(dá)美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)的IPv6網(wǎng)絡(luò),間接地與幾乎所有現(xiàn)有的6bone成員互連。試驗(yàn)床按地區(qū)分配NLA1 ID (Next Level Aggregation, level 1 Identifier,次級(jí)聚類)。目前,試驗(yàn)床正式使用部分已經(jīng)發(fā)展了2個(gè)地區(qū)級(jí)的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò);學(xué)生試驗(yàn)部分已經(jīng)建立了4個(gè)地區(qū)IPv6網(wǎng)絡(luò)。

正式使用部分:

  cernet華東(北)地區(qū)eastn-cn 3ffe:3206::/32 1999年6月成立

  cernet東北地區(qū)northe-cn 3ffe:3208::/32 1999年6月成立 學(xué)生實(shí)驗(yàn)部分:

  華北地區(qū)學(xué)生ipv6實(shí)驗(yàn)no-expr 3ffe:3211::/32 (清華) 1999年3月成立

  西北地區(qū)學(xué)生ipv6實(shí)驗(yàn)nw-expr 3ffe:3212::/32 (西電) 1998年12月成立

  華中地區(qū)學(xué)生ipv6實(shí)驗(yàn)ce-expr 3ffe:3215::/32 (國(guó)防科大) 1999年5月成立

  華東地區(qū)學(xué)生ipv6實(shí)驗(yàn)en-expr 3ffe:3216::/32 (科大) 1999年6月成立

  中國(guó)應(yīng)該是全球最關(guān)心IPv6發(fā)展的國(guó)家之一,最主要的原因恐怕就是中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)IP地址的渴求了。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)目前網(wǎng)民的數(shù)量已經(jīng)激增到2650萬,而總共申請(qǐng)到的IP地址卻只有約900萬個(gè)。與此形成鮮明對(duì)比的是,僅僅是美國(guó)斯坦福大學(xué),所能使用的地址數(shù)量就已經(jīng)達(dá)到了2650萬個(gè);IBM公司則達(dá)到3300萬。因此IP地址的短缺對(duì)于中國(guó)來說,顯得尤其緊迫和尖銳。同樣由于歷史的原因,在技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制訂、產(chǎn)品開發(fā)等諸多方面中國(guó)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)。而IPv6為中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)提供了一個(gè)縮小差距的良機(jī)。

  IPv6的地址長(zhǎng)度和分配方案以一個(gè)世界性的網(wǎng)絡(luò)為出發(fā)點(diǎn),中國(guó)將會(huì)分配到足夠的IPv6地址。IPv4地址缺乏、龐大的人口基數(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的迅速擴(kuò)張使中國(guó)更容易首先接受IPv6,這將轉(zhuǎn)化為一種優(yōu)勢(shì),IPv6將首先在中國(guó)廣泛應(yīng)用,從而推動(dòng)IPv6研究、產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的全面進(jìn)步,使中國(guó)在下一代國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利位置。

  一旦IPv6在中國(guó)普及推廣開來,首先,人們不用再為缺少地址而費(fèi)盡心機(jī)地想出各種替代方法,以犧牲很多IP協(xié)議所提供的優(yōu)良功能為代價(jià)了。那時(shí),每人都將擁有一個(gè)或多個(gè)IP地址,配備上相應(yīng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備,無論你在天涯海角,都可以做到隨時(shí)在線,連接全球。其次,IPv6與移動(dòng)通信的結(jié)合將為目前的互聯(lián)網(wǎng)開拓一個(gè)全新的領(lǐng)域——移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)。通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng),使我們能夠在移動(dòng)中購買商品和服務(wù),我們的移動(dòng)設(shè)備將成為無線錢包,使我們能夠隨時(shí)隨地以在線方式選購商品或服務(wù),并為之付款。我們能夠使用移動(dòng)設(shè)備查詢飛機(jī)的航班,風(fēng)景點(diǎn)的簡(jiǎn)要情況,以便做出最后的安排;我們還能夠利用同一設(shè)備查找地圖以及要參觀的地方;我們還能夠找到距離我們最近的餐館;如果是平時(shí),我們駕車外出,安裝在我們汽車?yán)锏臒o線設(shè)施將提供實(shí)時(shí)定位技術(shù),同時(shí)也起到導(dǎo)航和安全保護(hù)的作用。

  此外,在不遠(yuǎn)的未來,中國(guó)的家電廠商們將開發(fā)出新一代的信息家電,即我們除了計(jì)算機(jī)之外,還可給電視機(jī)、冰箱、微波爐、空調(diào)、洗衣機(jī)等家用電器分配固定地址,以利于它們與Internet的連接。在信息家電與Internet連接后,外出的人就可操作家中的空調(diào)、冰箱等,比如,可以通過網(wǎng)絡(luò)下載做菜方式,自動(dòng)設(shè)定溫度和作業(yè)時(shí)間,減少做菜的手續(xù)。

  最后,實(shí)行IPv6協(xié)議可以從根本上優(yōu)化路由器傳輸效率,使得目前的各種寬帶傳輸技術(shù)邁上一個(gè)新的臺(tái)階。到那時(shí),困擾中國(guó)網(wǎng)民很久的網(wǎng)絡(luò)速度問題,將得到徹底解決,人們就可以舒舒服服呆在家里,享受超高速網(wǎng)絡(luò)所帶來的歡樂。信息家電連上光纖后,更可直接以交互方式收看電影、聽音樂和廣播。股民即使在家中,也能通過光纖網(wǎng)絡(luò)和證券公司等金融機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)員在電視上交談,同時(shí)進(jìn)行交易。


摘自 賽迪網(wǎng)
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