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IPv6技術(shù)之發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)原理(1)

2019-11-03 09:05:02
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供稿:網(wǎng)友
王利興


前言

  自從計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生之后,就一直以飛快的速度在發(fā)展,在許多方面使得我們一般的人都無法跟從和了解,在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)原理上也是一樣,如ipv6。雖然在好幾年以前就已經(jīng)有不少的媒體和人開始談?wù)揑Pv6,但是作為一般的人始終都沒有多少了解和接觸,或者說是感性的認(rèn)識。前些天,一個朋友偶爾問起這個IPv6,使我有了這么個想法。試圖將一本厚厚的專業(yè)書濃縮在以下的一些文字當(dāng)中。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

  由IP地址危機(jī)產(chǎn)生和發(fā)展起來的IPv6作為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)得到了各方的公認(rèn),未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開IPv6的支持和應(yīng)用,甚至被認(rèn)為是后起發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的國家追趕“發(fā)達(dá)”國家的一個良好機(jī)遇。正因為如此,目前各方面都在加緊對IPv6的研究和應(yīng)用開發(fā)。但是,IPv6的發(fā)展主要得益于政府和廠商兩方面的支持。

政府支持

  許多國家對Ipv6技術(shù)都已經(jīng)引起足夠的重視,并且都采取了一些切實可行的措施,尤其是一些歐洲國家。作為胡聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)源地,美國也在積極地進(jìn)行Ipv6的研究和建設(shè)。中國對于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)實行了網(wǎng)上實驗,如劉東等人積極推動中國Ipv6的開展。中國政府密切關(guān)注著IPv6的發(fā)展,目前中國高校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)與國外一些運營商合作,對IPv6進(jìn)行研究實驗。并且在日前有消息說,國家發(fā)改委劃撥的4億元資金和各大運營商配套的10億元資金已經(jīng)基本到位,中國發(fā)展IPv6的時間表也將在月內(nèi)出籠。但是該協(xié)議在中國的大規(guī)模應(yīng)用還要有一段時間。

廠商支持

  IPv6作為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議已經(jīng)引起了各地區(qū)、各運營商的足夠重視,因為所有的人都已經(jīng)認(rèn)識到這樣一種前景:誰能夠率先在IPv6方面有所作為,誰就能夠在未來的競爭中占住有利位置。在眾多的設(shè)備提供商和運營商的努力下,IPv6協(xié)議已經(jīng)從實驗室走向了應(yīng)用階段。已有50多個國家和地區(qū)加入有關(guān)IPv6的研究。法、日、美等國的研究機(jī)構(gòu),IBM、Sun、日立等公司,分別研制開發(fā)了不同平臺上的IPv6系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件;美國思科、加拿大北電網(wǎng)絡(luò)、Nokia等路由器廠商已經(jīng)開發(fā)出了面向IPv6網(wǎng)絡(luò)的路由器產(chǎn)品。操作系統(tǒng)方面,基于開放源碼linux對IPv6提供了比較強(qiáng)的支持,Sun、IBM、康柏、惠普和微軟的最新操作系統(tǒng)都提供了IPv6支持。

  因此,從整體上來講,Ipv6的技術(shù)已經(jīng)成熟,標(biāo)準(zhǔn)也基本完善,一些網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和核心設(shè)備都已陸續(xù)開始支持其使用,但是在具體實施的問題上,由于經(jīng)濟(jì)利益上的關(guān)系,在目前還沒有普遍推廣,而是處于與Ipv4相互并存和過度的階段。

二、技術(shù)原理

  IPv6是“Internet PRotocol Version 6”的縮寫,也被稱作下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議,它是由IETF(The Internet Engineering Task Force)設(shè)計的用來替代現(xiàn)行的IPv4協(xié)議的一種新的IP協(xié)議。

1、地址格式M

  與IPv4的32地址相比,IPv6 的地址要長的多。IPv6共有128位地址,是Ipv4的整整四倍。與Ipv4一樣,一個字段由16位二進(jìn)制數(shù)組成,因此,Ipv6有8個字段。每個字段的最大值為16384,但在書寫時用四位的十六進(jìn)制數(shù)字表示,并且字段與字段之間用“:”隔開,而不是原來的“.”。而且字段中前面為零的數(shù)值可以省略,如果整個字段為零,那么也可以省略。128位地址所形成的地址空間在可預(yù)見的很長時期內(nèi),它能夠為所有可以想象出的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個全球唯一的地址。128位地址空間包含的準(zhǔn)確地址數(shù)是340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456。



  Ipv6的地址如上圖所示。“FP”是就是地址前綴(也稱為“格式前綴”),用于區(qū)別其它地址類型。隨后分別是13位的TLA ID(頂級聚集體ID號)、8位的Res(保留位,以備將來TLA或NLA擴(kuò)充之用。)、24位的NLA ID(次級聚集體ID號)、16位SLA ID(節(jié)點ID號)和64位Interface ID(主機(jī)接口ID號)。TLA、NLA、SLA三者構(gòu)成了自頂向下排列的三個網(wǎng)絡(luò)層次,并且依次向上一級申請ID號。分層結(jié)構(gòu)的最底層是網(wǎng)絡(luò)主機(jī)。

2、地址分類

  IPv6定義了三種不同的地址類型。分別為單點傳送地址(Unicast Address),多點傳送地址(Multicast Address)和任意點傳送地址(Anycast Address)。所有類型的IPv6地址都是屬于接口(Interface)而不是節(jié)點(node)。一個IPv6單點傳送地址被賦給某一個接口,而一個接口又只能屬于某一個特定的節(jié)點,因此一個節(jié)點的任意一個接口的單點傳送地址都可以用來標(biāo)示該節(jié)點。

  IPv6中的單點傳送地址是連續(xù)的,以位為單位的可掩碼地址與帶有CIDR的IPv4地址很類似,一個標(biāo)識符僅標(biāo)識一個接口的情況。在IPv6中有多種單點傳送地址形式,包括基于全局提供者的單點傳送地址、基于地理位置的單點傳送地址、NSAP地址、IPX地址、節(jié)點本地地址、鏈路本地地址和兼容IPv4的主機(jī)地址等。

  多點傳送地址是一個地址標(biāo)識符對應(yīng)多個接口的情況(通常屬于不同節(jié)點)。IPv6多點傳送地址用于表示一組節(jié)點。一個節(jié)點可能會屬于幾個多點傳送地址。這個功能被多媒體應(yīng)用程序所廣泛使用,它們需要一個節(jié)點到多個節(jié)點的傳輸。RFC-2373對于多點傳送地址進(jìn)行了更為詳細(xì)的說明,并給出了一系列預(yù)先定義的多點傳送地址。

  任意點傳送地址也是一個標(biāo)識符對應(yīng)多個接口的情況。如果一個報文要求被傳送到一個任意點傳送地址,則它將被傳送到由該地址標(biāo)識的一組接口中的最近一個(根據(jù)路由選擇協(xié)議距離度量方式?jīng)Q定)。任意點傳送地址是從單點傳送地址空間中劃分出來的,因此它可以使用表示單點傳送地址的任何形式。從語法上來看,它與單點傳送地址間是沒有差別的。當(dāng)一個單點傳送地址被指向多于一個接口時,該地址就成為任意點傳送地址,并且被明確指明。當(dāng)用戶發(fā)送一個數(shù)據(jù)包到這個任意點傳送地址時,離用戶最近的一個服務(wù)器將響應(yīng)用戶。這對于一個經(jīng)常移動和變更的網(wǎng)絡(luò)用戶大有益處。

  那么從接口主機(jī)來講(主要從功用來分),IPv6又可以把主機(jī)接口類型進(jìn)行地址配置:全球地址(Globally)、全球單播地址(unicast)、區(qū)域地址(on-site)、鏈路本地地址(link local address)、地區(qū)本地地址(site local address)、廣播地址(Broadcast)、多播群地址(multicast group address)、任播地址(anycast address)、移動地址(Mobility)、家鄉(xiāng)地址(home address)、轉(zhuǎn)交地址(care-of address)。

3、地址配置

  IPv6的一個基本特性是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動配置的方式。無狀態(tài)地址自動配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。IPv6把自動將IP地址分配給用戶的功能作為標(biāo)準(zhǔn)功能。只要機(jī)器一連接上網(wǎng)絡(luò)便可自動設(shè)定地址。它有兩個優(yōu)點。一是最終用戶用不著花精力進(jìn)行地址設(shè)定,二是可以大大減輕網(wǎng)絡(luò)管理者的負(fù)擔(dān)。IPv6有兩種自動設(shè)定功能。一種是和IPv4自動設(shè)定功能一樣的名為“全狀態(tài)自動設(shè)定”功能。另一種是“無狀態(tài)自動設(shè)定”功能。

  在IPv4中,動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP)實現(xiàn)了主機(jī)IP地址及其相關(guān)配置的自動設(shè)置。一個DHCP服務(wù)器擁有一個IP地址池,主機(jī)從DHCP服務(wù)器租借IP地址并獲得有關(guān)的配置信息(如缺省網(wǎng)關(guān)、DNS服務(wù)器等),由此達(dá)到自動設(shè)置主機(jī)IP地址的目的。IPv6繼承了IPv4的這種自動配置服務(wù),并將其稱為全狀態(tài)自動配置(Stateful Autoconfiguration)。

  在無狀態(tài)自動配置(Stateless Autoconfiguration)過程中,主機(jī)首先通過將它的網(wǎng)卡MAC地址附加在鏈接本地地址前綴1111111010之后,產(chǎn)生一個鏈路本地單點傳送地址。接著主機(jī)向該地址發(fā)出一個被稱為鄰居發(fā)現(xiàn)(neighbor discovery)的請求,以驗證地址的唯一性。如果請求沒有得到響應(yīng),則表明主機(jī)自我設(shè)置的鏈路本地單點傳送地址是唯一的。否則,主機(jī)將使用一個隨機(jī)產(chǎn)生的接口ID組成一個新的鏈路本地單點傳送地址。然后,以該地址為源地址,主機(jī)向本地鏈路中所有路由器多點傳送一個被稱為路由器請求(Router Solicitation)的配置信息。路由器以一個包含一個可聚集全球單點傳送地址前綴和其它相關(guān)配置信息的路由器公告響應(yīng)該請求。主機(jī)用它從路由器得到的全球地址前綴加上自己的接口ID,自動配置全球地址,然后就可以與Internet中的其它主機(jī)通信了。使用無狀態(tài)自動配置,無需手動干預(yù)就能夠改變網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)的IP地址。例如,當(dāng)企業(yè)更換了聯(lián)入Internet的ISP時,將從新ISP處得到一個新的可聚集全球地址前綴。ISP把這個地址前綴從它的路由器上傳送到企業(yè)路由器上。由于企業(yè)路由器將周期性地向本地鏈路中的所有主機(jī)多點傳送路由器公告,因此企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)都將通過路由器公告收到新的地址前綴,此后,它們就會自動產(chǎn)生新的IP地址并覆蓋舊的IP地址。


摘自 賽迪網(wǎng)
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