（通信与信息系统专业论文）ipv4ipv6协议过渡方案的研究.pdf

，_ ip v 4 ip v 6 协议过渡方案的研究学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：蚴栅y 18 芝列科。下：一竹l ：3 t由少主獭誓独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 翅遗直基丝盂要缱型应塑笪：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：帮融字日期：加矽年抑宓日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：前酋苗签字f i 期：汐肜年岁月冶日聊擗绉签字日期矽解谬i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究摘要随着计算机网络特别是i n t e r n e t 的飞速发展，i p v 4 协议暴露出了越来越多的问题，最为突出的便是i p v 4 地址空间的逐渐耗尽。为了彻底解i p v 4 存在的问题，由i e t f 提出和设计的i p v 6 应运而生。i p v 6 有1 2 8 位的地址空间，因此可以有效解决i p 地址逐渐耗尽的问题。除此之外，i p v 6 还有以下优点：简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构：即插即用的连网方式；网络层的认证与加密；服务质量的满足以及对移动通信更好的支持。这些都将极大的满足用户对网络的新需求，也决定了i p v 4 向i p v 6 过渡的必然性。但是，i p v 4 向i p v 6 的过渡不可能一蹴而就，两者会在很长一段时间内共存，尤其是对于目前仍然很好的支撑着i n t e m e t 的i p v 4 而言。i p v 6 不是对i p v 4 的简单升级，由于头部特征和配址机制的差异，两者无法兼容。能否最终实现i p v 4网络向i p v 6 网络的平滑过渡，是i p v 6 网络在未来能否成功的关键。本文详细介绍了针对过渡期不同问题的具体解决方案，主要包括双协议栈、隧道技术和n a t - p t 。并运用网络仿真软件o p n e t 对双协议栈和隧道技术下的通信进行了仿真，通过对双协议栈和隧道技术的原理及仿真结果的分析得出以下结论：双协议栈技术虽然灵活，但由于支持双栈协议的主机和路由器必须装有两个协议栈，具有两个i p 地址，而且必须有域名系统d n s 的支持，该技术的实现需要将网络中所有主机和网络全部升级为双栈，是件非常不切实际的事情，而且也会大大增加系统与网络的复杂性；而隧道技术最大的优点就是简单，仅需在i p v 6 数据报进入i p v 4 区域时把i p v 6 数据报封装成i p v 4 数据报，在离开i p v 4 区域时对i p v 4 数据报进行解除封装，恢复出i p v 6 数据报即可。综上，在i p v 4 与i p v 6 共存期间的通信，隧道技术更可行、更长远、更实际一些。最后对论文进行了全面总结并提出了下一步工作的展望。关键词：i p v 6 ：i p v 4 ；过渡技术；双协议栈；隧道技术；o p n e tt h er e s e a r c hint h et r a n sitio ns c h e m eo fip v 4 lp v 6a b s t r a c tw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k s e s p e c i a l l yt h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e t i p v 4p r o t o c o lh a se x p o s e dal o to ff a u l t s ，t h em o s tp r o m i n e n ti st h eg r a d u a l l yd e p l e t i n go fi p v 4a d d r e s s t os o l v et h ep r o b l e m st h o r o u g h l y , t h ei p v 6p r o t o c o lh a db e e np u tf o r w a r da n dd e s i g n e db yt h ei e t f ( i n t e m e te n g i n e e rt a s kf o r c e ) c a m ei n t ob e i n g i p v 6h a so n eh u n d r e da n dt w e n t ye i g h tb i t sa d d r e s s ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l ys o l v et h eg r a d u a l l yd e p l e t i n go fi p v 4a d d r e s s b e s i d e si t , i p v 6h a ss o m ec h a r a c t e r i s t i c s ：s i m p l i f i e dh e a d e ra n de x t e n s i o n ；h i e r a r c h ya d d r e s sa r c h i t e c t u r e ；p l u ga n dp l a yi n t e r n e tw o r k i n g ；a u t h e n t i c a t i o na n de n c r y p t i o no nn e t w o r kl a y e r ；s u p p o r to ns e r v i c eq u a l i t y ；b e t t e rs u p p o r to nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n a nt h e s ec h a r a c t e r sg r e a t l ys a t i s f yt h en e e d so ft h eu s e r sa n dl e a d st ot h ei n e v i t a b l et r a n s i t i o nf r o mi p v 4t oi p v 6 h o w e v e r , t h et r a n s i t i o nf r o mi p v 4t oi p v 6w i l ln o ta c c o m p l i s hi na na c t i o n ，a n dt h e y 1 1c o e x i s ti nal o n gp e r i o d ，e s p e c i a l l yt oi p v 4t h a ts t i l lv e r yg o o ds u p p o r ti n t e m e ta tp r e s e n t i p v 6i sn o tas i m p l eu p g r a d ef r o mi p v 4 a n db e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e so fh e a ds t r u c t u r ea n da d d r e s sc o n f i g u r a t i o n ，t h e ya r en o tc o m p a t i b l e t h ek e yt h a tt h ei p v 6n e t w o r kw h e t h e rt os u c c e e di nt h ef u t u r ei sw h e t h e rt or e a l i z et h es m o o t ht r a n s i t i o nf r o mi p v 4n e t w o r kt oi p v 6n e t w o r kf i n a l l y t h i sp a p e rd e t a i l e di n t r o d u c e ss o m ec o n c r e t em e t h o d si na l l u s i o nt od i f f e r e n ti n s t a n c ei nt r a n s i t i o np e r i o d ，i n c l u d i n gd u a lp r o t o c o ls t a c k s ，t u n n e l i n gt e c h n o l o g ya n dn a t - p t u s e0 p n e tt or u ns i m u l a t i o no nt h ec o m m u n i c a t i o no fd u a lp r o t o c o ls t a c k sa n dt u n n e l i n gt e c h n o l o g y a n dw ed r a wt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o ni na c c o r dw i t hd u a lp r o t o c o ls t a c k s sa n dt u n n e l i n gt e c h n o l o g y sp r i n c i p l ea n ds i m u l a t i o nr e s u l t s ：t h ed u a lp r o t o c o ls t a c k si sf l e x i b l e b u th o s t sa n dr o u t e r st h a ts u p p o r ti tm u s tb el o a d e dw i t ht w op r o t o c o ls t a c k s w i t ht w oi pa d d r e s s e sa n dh a v et h es u p p o r to ft h ed o m a i nn a m es y s t e md n s i ti sav e r yi m p r a c t i c a lm a t t e rt h a tt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h et e c h n o l o g yn e e d st oa l lh o s t sa n dn e t w o r ku p g r a d et od u a ls t a c k s m o r e o v e rg r e a t l yi n c r e a s et h ec o m p l e x i t yo fs y s t e m sa n dn e t w o r k s h o w e v e r , t h eb i g g e s ta d v a n t a g eo ft u n n e l i n gt e c h n o l o g yi ss i m p l e o n l yn e e dt oe n c a p s u l a t et h ei p v 6p a c k e t si nt h ei p v 4p a c k e t sw h e nt h ei p v 6p a c k e t se n t e rt h ei p v 4r e g i o n ，u n e n c a p s u l a t et h ei p v 4p a c k e t sa n dr e s t o r et h ei p v 6p a c k e t sw h e nl e a v et h ei p v 4r e g i o n s u m m i n gu p ，t h ec o m m u n i c a t i o nd u r i n gt h ei p v 4a n di p v 6c o e x i s t e n c ep e r i o d ，t h et u n n e l i n gt e c h n o l o g yi sm o r ef e a s i b l e 1 0 n g e r - t e r ma n dm o r er e a l i s t i c k e y w o r d ：i p v 6 ；i p v 4 ；t r a n s i t i o nt e c h n i c ；d u a lp r o t o c o ls t a c k s ；t u n n e l i n gt e c h n o l o g y ；o p n e t目录1 绪论。11 1 课题研究背景11 2i p v 6 的国内外现状【3 5 1 11 3 论文结构及研究内容32 i p v 6 协议用42 1i p v 6 发展概述42 2i p v 6 的优点52 3i p v 6 编址及地址类型1 02 3 1i p v 6 编址【1 3 1 1 02 3 2i p v 6 地址类型1 13 i p v 6 协议分析及过渡技术1 33 1i p v 6 网络的性能。1 53 1 1 网络测量1 53 1 2i p v 6 网络的性能测量问题1 93 2 过渡技术2 03 2 1i p v 4 向i p v 6 过渡的三种基本技术2 03 2 2i p v 6 小岛之间的通信方式2 34 网络仿真。2 64 1 仿真软件o p n e t 简介2 64 1 1o p n e tm o d e l e r 3 2 】【3 3 】的优点2 64 1 2o p n e t 的仿真步骤2 84 1 3o p n e t 的通信机制37 1 一3 04 2 网络设计3 24 2 1 网络拓扑搭建3 24 2 2 设备配置及统计量的选择3 44 3 仿真运行及结果分析3 54 3 1i p v 6 节点与i p v 4 节点之间的通信3 54 3 26t o4 节点之间的通信3 84 4 小结4 l5 总结与展望4 35 1 总结4 35 2 展望4 3参考文献4 5致谢4 7个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果。4 8i p v 4 1 p v 6 协议过渡方案的研究1 绪论1 1 课题研究背景i p v 6 是i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 的缩写，它是下一代网络技术【l j 的核心，它将逐步地取代现行的i p v 4 网络协议。当前，计算机网络飞速发展，i p v 4 的缺点和局限性越发明显，其基于3 2 位地址的编制方法逐渐显得力不从心，尽管后期出现的诸如网络地址转换( n a t ) 、无类域问路由( c i d r ) 以及混合地址等技术，在一定程度上对于i p v 4 地址短缺所造成的压力有所缓解，但是同时也带来了许多的负面影响，例如破坏了网络层的端到端架构等。相比之下，i p v 6 网络协议的引入解决了困扰互联网发展的地址危机，它采用1 2 8 位地址的编制方法，可供使用的地址数量达到2 1 2 8 个【2 1 ，很好的解决了i p v 4网络协议下地址空间不足的问题。此外，i p v 6 网络协议还提供了方便的网络配置、良好的q o s 、优良的可扩展性和移动性支持。i p v 6 己被认为是下一代互联网络协议核心标准之一。但是，一种新的协议从诞生到广泛应用需要一个过程，尤其是对于i p v 4 仍然很好的支撑着i n t e r a c t而言。若要建立i p v 6 网络，首先要处理现有i p v 4 网络和未来i p v 6 网络之间的关系，从而最终实现i p v 4 向i p v 6 的平滑过渡。可以这么说，能否成功解决好i p v 4 i p v 6 过渡问题，是i p v 6 网络在未来能否成功的关键。1 2i p v 6 的国内外现状1 3 咧随着i p v 4 地址空间耗尽的迫近，人们越发加紧了对下一代互联网协议即i p v 6 的研究，到2 0 0 1 年年初，i p v 6 协议的基本框架己经逐步成熟，而且在越来越广泛的范围内得到实践。由于i p v 6 和i p v 4 在协议头格式上不兼容，i e t f 成立了专门的工作组n g t r a n s ( 下一代网络演进) 研究从现有的 p v 4 网络向i p v 6网络的过渡策略和必要的技术。作为向下一代互联网络协议过渡的重要步骤，国际的i p v 6 试验网6 b o n e 早在1 9 9 6 年便成立了。如今，6 b o n e 已经扩展到全球5 0多个国家和地区，成为i p v 6 的研究者、开发者和实践者的一个主要平台。由于全球i p 地址资源分配的不均衡以及各国在互联网领域发展状况的不均衡，导致i p v 6 在全球的产业化发展也呈现出一种不均衡的状况。目前世界上在i p v 6 的研究和应用方面比较领先的主要是日本、欧洲和美国。日本由于电子设备、信息家电产业的高度发达，产生了对i p 地址的迫切需求，日本政府已经把i p v 6 确立为使日本重新成为信息化强国的国策之一。目前在日本已经形成i p v 6 运营商、i p v 6 设备提供商、i p v 6 终端提供商、i p v 6 用户的完整产业链。欧洲虽然在互联网方面落后于美国，但在移动通信方面却领先于美国，所以欧洲发展i p v 6 的基本战略是“先移动，后固定”，希望可以在i p v 6 方面掌握先机，通过3 g 标准的部署来实现未来在互联网领域与美国并驾齐驱的目标。欧洲目前已经建立了e u r 0 6 i x 和6 n e t 等i p v 6 试验网络进行有关的推广，做好了部署i p v 6 的准备，欧洲各大厂商也都加快了i p v 6 开发和产业化进程，各种试验项目正逐步成熟。美国是i p v 4 的发源地，也是i e t f 、6 b o n e 等i p v 6 研究组织所在地，主要以世界i p v 6 研究、协调中心的面目出现，在商用化方面的推广不如日欧等国。在国内，由于历史的原因，我国的互联网处于后进状态。据统计，2 0 0 4 年底我国网民到达9 0 0 0 多万，但拥有的i p v 4 地址不到5 0 0 0 万，占i p v 4 全部地址的l 多一点。为了满足我国对i p 地址等方面的需求问题，使我国在下一代网络中占据有利地位，从2 0 世纪9 0 年代起，我国相关的研究机构、高校、厂商及运营商也陆续开始投入i p v 6 的技术研发，并相继建成i p v 6 试验床及实验网络，如中国电信集团i p v 6 试验网、中国教育与科研c e r n e ti p v 6 试验床、中国高性能宽带信息网等。其中，2 0 0 3 年启动的中国下一代互联网示范工程( c n g i 项目)是国家级的战略项目，该项目的主要目的是搭建下一代互联网试验平台，i p v 6是其中要采用的一项重要技术，以此项目的启动为标志，我国的i p v 6 进入了实质性的发展阶段。2 0 0 3 年8 月，第二代中国教育和科研计算机网c e r n e t 2 计划被纳入c n g i 项目，它是c n g i 最大的核一心网和唯一的全国性学术网，是目前所知世界上规模最大的采用纯i p v 6 技术的下一代互联网主干网。2 0 0 4 年3 月，i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究c e r n e t 2 试验网正式开通并向用户提供服务。依托c e r n e t 2 ，我国将丌展具有下一代互联网特征的关键应用开发 6 1 。不仅如此，我国学术界的各科研院所、大专院校也开始跟踪i p v 6 技术并进行相关研究。如北京交通大学、清华大学、中国科学院、国防科技大学、北京邮电大学等都不同程度地开始了对i p v 6 技术的研究。北京交通大学专门成立了i p v 6 网络实验室，紧密跟踪i p v 6 技术发展动态，进行i p v 6 路由器技术的研究。北京邮电大学交换技术和通信网国家重点实验室宽带网中心专门研究i p v 6 网络测量方面相关的工作。1 3 论文结构及研究内容本文结构共分5 个部分：第一部分：绪论。综合论述课题的研究背景和目的，阐述国内外i p v 6 的研究状况，最后对整体论文结构进行了论述。第二部分：i p v 6 协议。首先介绍了i p v 6 的发展历史；随后通过对i p v 6 和i p v 4的比较，集中阐述了i p v 6 的优点；最后对i p v 6 的编址及地址类型进行了详细介绍。第三部分：i p v 6 协议分析及过渡技术。该部分首先介绍了一下网络测量的基本概念，并具体说明了i p v 6 网络的性能问题；然后重点介绍了i p v 4 向i p v 6过渡的三种基本技术以及i p v 6 小岛之间的通信方式。第四部分：网络仿真。首先介绍了本文要用到的网络仿真软件o p n e t 的优点、仿真步骤及其通信协议；然后运用o p n e t 对i p v 6 节点与i p v 4 节点之间的通信和6t o4 节点之间的通信分别进行网络的搭建、仿真及结果的分析，最后得出一个结论：在i p v 4 与i p v 6 共存期间的通信，隧道技术要更可行、更长远、更实际一些。第五部分：总结与展望。该部分对全文进行了总结，并且对未来工作进行了展望。i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究2 i p v 6 协议【7 】i p v 6 是i n t e m e tp r o t o c o lv e r s i o n6 的缩写，它是下一代网络技术的核心，它将逐步地取代现行的i p v 4 网络协议。2 1i p v 6 发展概述随着互联网的迅速发展，使用i n t e m e t 技术的t c p i p 协议取得了巨大的成功。但是，t c p i p 协议的研制者却没有预料到i n t e m e t 的规模会发展到今天这么庞大，从而使得现有的t c p i p 协议面临许多新的困难。1 9 8 7 年，人们便预计在1 9 9 6年i n t e m e t 将接入1 0 0 ，0 0 0 个网络，这一预测看来是准确的。此外，虽然目前使用的3 2 位i p v 4 地址结构能够支持4 0 亿台主机和6 7 0 万个网络，但是实际的地址分配效率，即使从理论上说也远远低于以上数值。而且在i p v 4 编址中，使用a 、b 和c 类地址，从而使这种低效率的情形变得更为严重。自八十年代后期以来，研究人员便开始注意到了这个问题，并提出了研究下一代i p 协议的设想。1 9 9 0 年，人们预计，按照当时的地址分配速率到1 9 9 4 年3月b 类地址将会用尽，所以提出了最简单的补救方法：分配多个c 类地址以代替b 类地址。但这样做也带来了新的问题，即进一步增大了主干网路由器上已经以惊人的速度增长的路由表表项。因此，i n t e m e t 网络界又一次面临着困难的选择，限制i n t e m e t 的增长率及其最终规模还是采用新的技术?1 9 9 0 年的后期，i e t f 工作组开始了一项长期的工作，研究接替现行i p v 4 的协议。此后，人们开展了大量的工作，以解决i p v 4 地址的局限性，同时提供额外的功能。1 9 9 1 年1 1 月，为了指导解决上述问题，i e t f 组织了路由选择和地址工作组( r o a d ) 。1 9 9 2 年9 月，r o a d 工作组提出了关于过渡性的和长期的解决方案建议，包括采用c i d r 路由聚集方案以降低路由表项增长的速度，以及建议成立专门工作组以探索采用较大i n t e m e t 地址的不同方案。1 9 9 3 年末，i e t f 成立了i p n g ( 全称) 工作部，以研究各种解决方案，并建议如何开展工作。该工作部制订了i p n g 技术准则，并根据该准则来评价已经4i p v 4 i p v 6 协 义过渡方案的研究提出的各种方案。在经过深入讨论之后，s i p p ( s i m p l ei n t e m e tp r o t o c o lp l u s ) t 作组提供了一个经过修改的方案，i p n g 工作部建议i e t f 将这个方案作为i p n g 的基础，称为i p v 6 ，并集中精力制定有关的文档。自1 9 9 5 年末起，陆续发表了i p v 6规范等一批技术文档。与i p v 4 相比，i p v 6 具有很多优点：更大的地址空间、更好的头部格式、新的选项、允许扩充、支持资源分配、支持更多的安全性等等。2 2i p v 6 的优点自从k f c 7 9 1 于1 9 8 1 年发布以后，当前版本的i p 协议( 即i p v 4 ) 就没有发生过实质性的变化。实践证明，i p v 4 是非常健壮的，易于实现的，并且具有很好的互操作性。它本身也经受住了互联网络从小型发展到今天这种全球型规模的考验。i然而，随着i n t e m e t 的发展以及网络用户成指数倍的增长，i p v 4 也出现了一些不尽如人意的方面，主要是迫在眉睫的i p 地址空间耗尽的问题。尽管n a t ( “网络地址转换”) 、c i d r ( “无类别域际路由选择”) 等技术能够在一定程度上缓解i p v 4 的危机，但也造成了性能和应用的瓶颈。随着接入i n t e m e t 的设备和应用程序的数目日益增加，必然将导致i p v 4 地址空间的最终耗尽。另外，在路由表的维护、地址的自动配置、i p 协议的安全以及q o s 等方面，i p v 4 协议也有诸多不足之处。为了解决上述问题， e t f 开发了一套新的协议和标准，即i p v 6 。这个新版本采纳了很多新思想用于更新i p v 4 协议。对比i p v 4 ，i p v 6 有如下的优点【8 】：1 简化的报头和灵活的扩展首先来看一下i p v 4 的数据报头9 1 ，i p v 4 报头结构中，阴影部分代表在i p v 6中删除的域，如图2 1 所示：i p v 4 l t v 6i 办议j 度玎粲的f 究o371 53 lv e r s i o n 。4 ，鬣l e 意n 习t y p e o fs e r v i c e 。8 ，t o t a ll e n g t h ( 1 6 )( ) 鏊 | d j，( 4 。) ：j( )彩77 一。v? 一_ 。：。豫i7 ”_ 卅7 ? 7，1 一? ”譬哪贸鬻歉。! 黪旁赢终塌彩曩；* d e n 蝠筋绷嘶羹l 簸47 薯玺施# ；：如；瑟缓毒j ，f l a 西( 弓 ，、。：、f a g l n e n t ，o 丘蠢f ( 1 3 ) ，一，冀? 鬻t i m ct ol i v e ( 8 )p m t 0 i ( 8 ) 邑酝勰避缀缀锄濑黼髭踌鹩黪绸勃濒麴撤磊援勃一s o u r c ea d d r e s s ( 3 2 )d e s t i n a t i o na d d r e s s ( 3 2 )黧嬲缵缀鬻黝缪爨嬲嘲o p t i o n s ( 8 ) 隧缀蔑霸彩鳃辆翳缀蒸籀绷图2 ii p v 4 包头格式接下来是i p v 6 的数据报头【l o 】，i p v 4 报头结构中，阴影部分代表i p v 6 中新增的域，如图2 2 所示：o371 53 1黪黟缪獬锈彬嬲缈彬嬲镶嬲澎黔缈缪黟锄嬲嬲鬻缨黟缨澜v e r s i o n ( 4 )t r a 币cc l a s s ( 8 ) 缓笺麓童芳壶乏施赫赢耘，蕊焉b 螃国锺蕊写噱蕊滋蕊妊荔荔聪缴羹溺p a y l o a dl e n g t h ( 1 6 )n e x th e a d e r ( 8 )h o pl i m i t ( 8 )s o u r c ea d d r e s s ( 1 2 8 )d e s t i n a t i o na d d r e s s ( 1 2 8 )图2 - 2i p v 6 包头格式由图2 1 和图2 2 ，我们可以看到新的i p v 6 为了减少处理器开销并节省网络带宽，对数据报头的结构作了简化【1 1 】，i p v 6 报头中将i p v 4 报头中许多不常用的域，放入了可选顶或报头扩展中【1 2 】；i p v 6 中的可选项有更严格的定义。i p v 4 中有l o 个固定长度的域、2 个地址空间和若干选项( 如图2 1 所示) ，i p v 6 中只有6 个域和2 个地址空间( 如图2 2 所示) 。下面对i p v 6 报头与i p v 4 报头的差别作了一个详细的对比，如表2 3 所示：6i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究表2 3i p v 4 与i p v 6 报头格式的对比i p v 4 数据报头项作用i p v 6 数据报头项作用版本版本46( v e r s i o n )( v e r s i o n )头标长度3 2 位，字的数据报头当该字段为0 7 时，表( h e a d e rl e n g t h )长度示在阻塞发生时允许进行优先级延时处理，值越大优先级越( p d o r i t y )高。当该字段为8 1 5 时表服务级别指定优先级、可靠性示处理以固定速率传输的( t y p eo fs e r v i c e )及延迟参数实时业务，值越大优先级越高。分组总长标识i p v 4 总的数据流标识路由器根据流标识的值( t o ml e n g t h )报长度( f l o wl a b e l )在连接前采取不同的策略标识符表示协议、源和目的负载长度指扣除报头后的净负载( f r a g m e n t地址特征( p a y l o a dl e n g t h )长度i d e n t i f i c a t i o n )标志包括附加标志如果该数据有附加的扩( f l a g s )展头，则该字段标识紧跟下一个( 扩展) 头的下一个扩展头；若无，分段偏移量分段偏移量( 以6 4 位( t h en e x th e a d e r )则标识传输层协议种类，( f l a g m e n to f f s e o为单位)如u d p ( 1 7 ) ，t c p ( 6 )生命时间允许跨越的网络节即转发上限，该字段是( t i m et ol i v e )点或g a t e w a y 的数目防止数据报传输过程中无休止的循环下去而设定用户协议请求i p 的协议层跳的限制的。该项首先被初始化，( p r o t o c o l i d )( h 叩l i m i t )然后每经过一个路由器该报头校验值就减一，当减为零时仍( h e a d e r只适应于报头未到达目的端时就丢弃该c h e c k s u m )数据报。源地址8 位网络地址，2 4 位源地址网络内主机地址，共3 2发送方i p 地址，1 2 8 位( s o u r c ea d d r e s s )( s o u r c ea d d r e s s )位目的地址8 位网络地址，2 4 位目的地址( d e s t i n a t i o n网络内主机地址，共3 2( d e s t i n a t i o n接收方i p 地址，1 2 8 位a d d r e s s )位a d d r e s s )选择项鉴定额外的业务( o p t i o n s )填充区确保报头的长度为( p a d d i n g )3 2 位的整数倍简化的i p v 6 报头使得路由器在处理报头时显得更为轻松。而i p v 6 定义的多种扩展报头使得i p v 6 变得极其灵活，不仅能提供对多种应用的强力支持，同时7把i p v 6 的地址空间按照不同的地址前缀来划分，并且采用了层次化的地址结构，从而有利于骨干网路由器对数据包的快速转发。i p v 6 定义了三种不同的地址类型，分别为单播地址( u n i c a s ta d d r e s s ) ，组播地址( m u l t i c a s ta d d r e s s ) 和任播地址( a n y c a s ta d d r e s s ) 。这三种类型的i p v 6 地址都是属于接口( i n t e r f a c e ) 而不是节点( n o d e ) 。一个i p v 6 单点传送地址被赋给某一个接口，而一个接口又只能属于某一个特定的节点，所以一个节点的任意一个接口的单点传送地址都可以用来标示该节点。地址的详细结构将在2 3 2 中进行阐述。3 即插即用的连网方式i p v 6 将自动把i p 地址分配给用户的功能作为它的一个标准功能，只要机器一连接上网络便可自动设定i p 地址。这样不仅最终用户不用花费精力进行地址的设定，而且可以大大减轻网络管理者的负担。i p v 6 有两种自动设定功能：一种是和i p v 4 自动设定功能一样的名为“全状态( s t a t e f u la u t o c o nf i g u r a t i o n ) 自动设定 的功能，另一种是“无状态自动设定( s t a t e l e s sa u t o c o nf i g u r a t i o n ) ”功能。在当前协议i p v 4 中，动态主机配置协议( d y n a m i ch o s tc o n f i g u r a t i o np r o t o c o l ，d h c p ) 实现了主机i p 地址及其相关配置的自动设置。一个d h c p 服务器拥有一个i p 地址池，主机一旦接入网络，便会从d h c p 服务器租借i p 地址并获得相关的配置信息( 如缺省网关、d n s 服务器等) ，由此达到主机i p 地址自动设置的目8i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究的。i p v 6 继承了i p v 4 的这种自动配置服务，并将其称为全状态自动设定。在无状态自动设定的过程中，首先，主机通过将它的网卡m a c 地址附加在链接本地地址前缀1 1 1 l l l l 0 1 0 之后，产生一个链路本地单播地址；然后主机会向该地址发出一个被称为邻居发现( n e i g h b o rd i s c o v e r y ) 的请求，用来验证地址的唯一性。如果请求没有得到响应，则表明主机自动设定的链路本地单播地址是唯一的；否则，主机就会使用一个随机产生的接口i d 组成一个新的链路本地单播地址。接着，将该地址作为源地址，主机向本地链路中所有的路由器多播一个被称为路由器请求( m u t e rs o l i c i t a t i o n ) 的配置信息。路由器以一个包含一个可聚集全球单播地址前缀和其它相关配置信息的路由器公告响应该请求。主机用它从路由器得到的全球地址前缀加上自己的接口i d ，自动设定全球地址，这样就可以与i n t e m e t 中的其它主机通信了。使用无状态自动设定，无需手动干预就能够改变网络中所有主机的i p 地址。使用d h c p v 6 进行地址自动设定，连接于网络的机器需要查询自动设定用的d h c p 服务器才能获得i p 地址及其相关配置。然而，在家庭网络中，通常没有d h c p 服务器，而且在移动环境中也往往是临时建立的网络，所以在这两种情况下，就需要使用无状态自动设定的方法了。4 网络层的认证与加密众所周知，安全问题始终是与i n t e m e t 相关的一个重要活题。在i p 协议设计之初由于没有考虑安全性，因而在早期的i n t e r n e t 上时常会发生诸如机构或企业网络遭到攻击、机密数据被窃取等不幸的事情。为了加强i n t e r n e t 的安全性，从1 9 9 5 年开始，i e t f 着手研究制定了一套用于保护i p 通信的i p 安全( i p s e c ) 协议，i p s e c 不仅是i p v 4 的一个可选扩展协议，也是i p v 6 的一个必须组成部分。i p s e c 的主要功能是在网络层对数据分组提供加密和鉴别等安全服务，它提供了两种安全机制：认证和加密。认证机制使i p 通信的数据接收方能够确认数据发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否遭到改动。加密机制通过对数据进行编码来保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被他人截获而失密。5 服务质量的满足9i i 、4 1 1 ，v 6m 议过渡方案的研究基于i p v 4 协议的i n t e r n e t 在设计之初，只有一种简单的服务质量，即采用“尽最大努力”( b e s te t t b r t ) 传输，从原理上讲服务质量q o s 是没有保证的。文本和静态图像等的传输对q o s 并无要求，但是随着i p 网上多媒体业务的增加，如i p电话、v o d 、电视会议等实时应用，对传输延时和延时抖动均有了较为严格的要求。i p v 6 数据包的格式包含一个8 位的业务流类别( t r a f f i cc l a s s ) 和一个新的2 0 位的流标识( f l o wl a b e l ) 。最早在r f c l 8 8 3 中定义了4 位的优先级字段，可以区分1 6 个不同的优先级。后来在r f c 2 4 6 0 里改为8 位的类别字段。其数值及如何使用还没有定义，其目的是允许发送业务流的源节点和转发业务流的路由器在数据包上加上标记，并进行除默认处理之外的不同处理。一般来说，在所选择的链路上，可以根据开销、带宽、延时或其他特性对数据包进行特殊的处理。6 对移动通讯更好的支持未来，移动通信与互联网的结合将是网络发展的大趋势之一。移动互联网将成为我们日常生活的一部分，会改变我们生活的方方面面。移动互联网不仅仅是移动接入互联网，它还提供一系列以移动性为核心的多种增值业务，如远程控制工具、查询本地化设计信息、无限互动游戏以及购物付款等。移动i p v 6 的设计汲取了移动i p v 4 的设计经验，并且利用了i p v 6 的许多新的特征，所以提供了比移动i p v 4 更多的、更好的特点。移动i p v 6 将成为i p v 6协议不可分割的一部分。2 3i p v 6 编址及地址类型i p v 6 和i p v 4 最大的区别就是地址大小，i p v 6 的地址长度是1 2 8 位，是i p v 4地址长度的四倍，i p v 6 所提供的地址空间几乎是不可耗尽的，所以如果仍采用i p v 4 的编址方法进行编址显然是不可行的。2 3 1i p v 6 编址【1 3 11 0i p v 4 i p v 6 协议过渡方案的形f 岁e地址长度为3 2 位的i p v 4 地址可以被分为2 至3 个不同部分( 网络标识符、节点标识符，有时还有子网标识符) ；而地址长度为1 2 8 位的i p v 6 地址分为两个部分：子网前缀和接口标识符。i p v 6 中拥有更大的地址空间，可以支持更多的字段。i p v 4 地址一般用点分十进制的形式来表示，例如：2 2 2 1 9 5 1 5 0 9 2 。i p v 6 的地址长度为1 2 8 位，表达方式有所不同。i p v 6 地址的基本表达方式是x ：x ：x ：x ：x ：x ：x ：x ，其中x 是一个十六进制的整数。每一个地址包含8 个整数，每个整数包含4 个十六迸制数字，每个十六进制数字占4 位，共计1 2 8 位。例如，下面是一个合法的i p v 6 地址：7 a b c ：2 7 9 8 ：e f 3 6 ：d d e d ：1 2 3 4 ：5 6 7 8 ：9 8 7 6 ：5 4 3 2这是一种标准的i p v 6 地址表示方式，此外还有更加清楚和简洁的表示方法，允许某些i p v 6 地址使用“空隙”来表示地址中出现的长串连“0 ”。比如地址：e f 3 6 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：f ，可以简写为：e f 3 6 ：f 。这个空隙符号：，中间全部为o ( 注：一个i p v 6 地址中只能有一个：) 。i p v 6 地址还可以用“i p v 6 地址前缀长度”来表示地址前缀，该方法和i p v 4 地址前缀在无类别域间路由中的表示方法很相似。其中，前缀长度是组成前缀的十进制值，说明地址最左边的连续的地址位的长度。例如，前缀有6 0 位长的i p v 6 地址a b c d ：e f l 2 ：0 ：0 ：0 ：0 可以用这样的方式来表示：a b c d ：e f l 2 ：0 ：0 ：0 ：0 6 02 3 2i p v 6 地址类型在当前i p v 4 中，一台主机( h o s t ) 只能拥有一个地址( 环回地址除外，一般是1 2 7 0 0 1 ) 。但在i p v 6 中，一台主机可以拥有多个地址，i p v 6 地址分为单播地址、组播地址和任播地址三种【1 4 1 。1 单播地址单播地址标识一个单独的i p v 6 接口，送往一个单播地址的数据包将被传送至该地址标识的接口上。i p v 6 的地址是1 2 8 位的，最简单的方法是把它分成网1 li p v 4 i p v 6 协议过渡方案的研究络号和主机地址，分别称为子网前缀和接口标示符，如图2 3 所示，因为i p v 6地址标示一台主机上的一个接口，所以在一台主机上可以有多个i p v 6 地址。n 位( 1 2 8 一n ) 位子网前缀接口标识符图2 3i p v 6 地址的地址结构单播地址有以下几种形式：全球单播地址( g l o b a lu n i c a s ta d d r e s s ) 、未指定地址( u n s p e c i f i e da d d r e s s ) 、环回地址( l o o p b a c k a d d r e s s ) 和嵌入i p v 4 地址的i p v 6 地址等。2 组播地址组播地址标识多个接口。使用适当的组播路由拓扑，定址到组播地址的数据包将被传送到由该地址标识的所有接口。组播地址用于从一个源到多个目标之间进行通信，数据会传送到多个接口。3 任播地址【1 5 】任播地址也是用来标识多个接口的，通常这些接口是属于不同节点。但与组播地址不同的是，如果向任播地址发送数据报，那么包含在该任播地址中的与源节点“最近”的一个接口( 节点) 将响应该数据报，这个“最近”的接口，由路由选择协议确定