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IPv6協(xié)議產(chǎn)生的背景、過程和現(xiàn)狀 |
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近十年來，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展速度正如尼爾·巴雷特在《信息國的狀態(tài)》一書的序言中所寫的那樣，“要想預言互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，簡直就像企圖用弓箭追趕飛行的子彈一樣。哪怕在你每一次用指尖敲擊鍵盤的同時，互聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)發(fā)生變化了”。這種發(fā)展不僅表現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的主機數(shù)量以幾何級數(shù)增加，而且新的業(yè)務也在不斷的涌現(xiàn)，這一切使得互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出新的特性。但也正是這種高速的增長，使得當前的互聯(lián)網(wǎng)陷入了前所未有的困境。
IPv6協(xié)議產(chǎn)生的背景
1.1 互聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展
因特網(wǎng)源于美國國防部的ARPANET。在上世紀60年代中期，正是冷戰(zhàn)的高峰，美國國防部希望有一個命令和控制網(wǎng)絡能夠在核戰(zhàn)爭的條件下幸免于難，而傳統(tǒng)的電路交換的電話網(wǎng)絡則顯得太脆弱。國防部指定其下屬的高級研究計劃局（ARPA）解決這個問題，此后誕生的一個新型網(wǎng)絡便稱為ARPANET。1983年，TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上唯一的正式協(xié)議以后，ARPANET上連接的網(wǎng)絡、機器和用戶得到了快速的增長。當ARPANET與美國國家科學基金會（NSF）建成的NSFNET互聯(lián)以后，其上的用戶數(shù)以指數(shù)增長，并且開始與加拿大、歐洲和太平洋地區(qū)的網(wǎng)絡連接。到了80年代中期，人們開始把互聯(lián)的網(wǎng)絡稱為互聯(lián)網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)在1994年進入商業(yè)化應用后得到了飛速的發(fā)展，1998年，因特網(wǎng)全球用戶人數(shù)已激增到1.47億。
70年代中期，ARPA為了實現(xiàn)異種網(wǎng)之間的互聯(lián)與互通，開始制定TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范。時至今日，TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它不是國際標準化組織制定的，卻已成為網(wǎng)際互聯(lián)事實上的標準，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎的TCP/IP協(xié)議簇。TCP／IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機制。隨著互聯(lián)網(wǎng)的指數(shù)增長，其體系結(jié)構(gòu)也由ARPANET基于集中控制模型的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)演變?yōu)橛蒊SP運營的分散的基于自治系統(tǒng)（Autonomous systems,AS）模型的體系結(jié)構(gòu)。互聯(lián)網(wǎng)目前幾乎覆蓋了全球的每一個角落，其飛速發(fā)展充分說明了TCP/IP協(xié)議取得了巨大的成功。
1.2 網(wǎng)絡泰坦尼克危機
但是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度和規(guī)模，也遠遠出乎于二十多年前互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)們制定TCP/IP協(xié)議時的意料之外，他們從未想過互聯(lián)網(wǎng)會發(fā)展到如此的規(guī)模，并且仍在飛速增長。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡同人們的生活和工作已經(jīng)密切相關。同時伴隨互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)膨脹所出現(xiàn)的問題也越來越嚴重。據(jù)預測，現(xiàn)有的IP地址將在2005至2012年左右消耗殆盡，這個問題被稱為"網(wǎng)絡泰坦尼克危機"。
目前互聯(lián)網(wǎng)使用的是Internet協(xié)議第4版本即IPv4。IPv4協(xié)議規(guī)定，每個互聯(lián)網(wǎng)上的主機和路由器都有一個32位的IP地址，它包括網(wǎng)絡號和主機號，這一編碼組合是唯一的。把IP地址分成兩部分的優(yōu)點是使路由器中的路由表不會太大。路由器不必為每個目的主機維持一個路由選擇表項，而為每個網(wǎng)絡維護一個路由選擇表項，當進行路由時，只檢查目的地址的網(wǎng)絡部分。
IPv4地址結(jié)構(gòu)分為A、B和C三類。A類地址可用作126個網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡可容納1600萬個主機節(jié)點。B類地址可用作16000個網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡可容納65000個主機節(jié)點。C類地址可用作2百萬左右的網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡可容納254個主機節(jié)點。為何當前的IP 地址不足，ROAD小組研究后認為主要原因是IPv4 B類地址空間耗盡和地址分配的非分級結(jié)構(gòu)導致平面的路由空間。
當1981年9月TCP/IP協(xié)議開始發(fā)布時，當時互聯(lián)網(wǎng)上大約只有1000臺主機，并且?guī)缀跛械闹鳈C都是基于時分系統(tǒng)的大型機，為單個用戶設計的計算機幾乎不存在。因此在當時IPv4所擁有的40億個地址簡直就是天文數(shù)字，在分配IP地址時也就沒必要太保守，從而導致早期的地址分配方案不盡合理，浪費比較嚴重。例如，申請到一個B類地址的用戶單位，理論上可以用約65000個IP地址，但實際上接入的沒有這么多主機。這也就意味著相當一部分IP地址被閑置，并且不能被再分配。另外由于歷史的原因，美國一些大學和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分別占用了1600多萬，1700多萬和1900多萬個IP地址，而分配給象中國這么大國家所用的地址量還不如美國一個大學。由此導致一方面大量的IP地址被浪費，另一方面在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的國家如歐洲、日本和中國得不到足夠的IP地址。最后導致互聯(lián)網(wǎng)地址耗盡和路由表爆炸。到目前為止，A類和B類地址已經(jīng)用完，只有C類地址還有余量。
另外，目前占有互聯(lián)網(wǎng)地址的主要設備早已由20年前的大型機變?yōu)镻C機，并且在將來，越來越多的其他設備也會連接到互聯(lián)網(wǎng)上，包括PDA、汽車、手記、各種家用電器等。特別是手機，為了向第三代移動通信標準靠攏，幾乎所有的手記廠商都在向國際因特網(wǎng)地址管理機構(gòu)ICANN申請，要給他們生產(chǎn)的每一臺手機都分配一個IP地址。而競爭激烈的家電企業(yè)也要給每一臺帶有聯(lián)網(wǎng)功能的電視、空調(diào)、微波爐等設置一個IP地址。IPv4顯然已經(jīng)無法滿足這些要求。
1.3 IPv4地址匱乏暫時的解決方案－CIDR和NAT及其缺陷
為了緩解地址危機的發(fā)生，相應地產(chǎn)生了兩種新的技術無類型網(wǎng)絡區(qū)域路由技術CIDR和網(wǎng)絡地址翻譯技術NAT。
采用無類型網(wǎng)絡區(qū)域路由（Classless Inter Domain Routing, CIDR）的目的是為了節(jié)省B類地址。我們知道目前B類地址嚴重缺乏，因此那些擁有數(shù)千個網(wǎng)絡主機的企業(yè)只能采用多個C類網(wǎng)絡號，而不采用單個B類網(wǎng)絡號。盡管分配這些C類地址解決了B類地址的匱乏的問題，但它卻帶來了另一個問題：每個C類網(wǎng)絡都需要一個路由表表項。CIDR是一個防止Internet路由表膨脹的方法。CIDR的基本觀點是采用一種分配多個IP地址的方式，使其能夠?qū)⒙酚杀碇械谋眄椏偤停╯ummarization）成更少的數(shù)目。CIDR為那些擁有數(shù)千個網(wǎng)絡主機的企業(yè)分配一個由一系列連續(xù)的C類地址組成的地址塊，而不采用單個B類網(wǎng)絡號。例如，假設某個企業(yè)網(wǎng)絡有15 00個主機，那么可能為該企業(yè)分配8個連續(xù)的C類地址，如：192.56.0.0至192.56.7.0，并將子網(wǎng)掩碼定為255.255.248.0，即地址的前21位標識網(wǎng)絡，剩余的11位標識主機。這樣，所有這8個C類地址可以參照Internet上的單個路由表表項。但是，要使用這種總和，必須滿足以下三種特性：
●為進行路由要對多個IP地址進行總和時，這些IP地址必須具有相同的高地址位。
●路由表和路由算法必須擴展成根據(jù)32位IP地址和32 位掩碼做出路由決策的。
●必須擴展路由協(xié)議使其除了32位地址外，還要有32 位掩碼。OSPF和RIP-2都能夠攜帶第BGPv4所提出的32 位掩碼。
“無類型”的意思是現(xiàn)在的路由決策是基于整個32位IP地址的掩碼操作，而不管其IP地址是A類、B類或是C類，都沒有什么區(qū)別。CIDR的最初是針對新的C類地址提出的。這種變化將使互聯(lián)網(wǎng)路由表增長的速度緩慢下來，但對于現(xiàn)存的路由則沒有任何幫助。盡管通過采用CIDR，可以保護B類地址免遭無謂的消耗，但是依然無法從根本上解決IPv4面臨的地址耗盡問題，這只是一個短期解決方案。
另一個延緩IPv4地址耗盡的方法是網(wǎng)絡地址翻譯（Network Address Translation，NAT）。簡單的說，NAT就是在內(nèi)部網(wǎng)絡中使用內(nèi)部地址，而當內(nèi)部節(jié)點要與外部網(wǎng)絡進行通訊時，就在邊緣網(wǎng)關處，將內(nèi)部地址替換成全局地址，從而在外部公共網(wǎng)上正常使用（如圖所示）。所謂內(nèi)部地址，是指在內(nèi)部網(wǎng)絡中分配給節(jié)點的私有IP地址，這個地址只能在內(nèi)部網(wǎng)絡中使用，不能被路由。雖然內(nèi)部地址可以隨機挑選，但是通常使用的是RFC 1918中定義的專用地址：10.0.0.0～10.255.255.255，172.16.0.0～172.16.255.255，192.168.0.0～192.168.255.255。NAT將這些無法在互聯(lián)網(wǎng)上使用的保留IP地址翻譯成可以在互聯(lián)網(wǎng)上使用的合法IP地址。而全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC或者網(wǎng)絡服務提供商ISP分配的地址，對外代表一個或多個內(nèi)部局部地址，是全球統(tǒng)一的可尋址的地址。
NAT的主要作用是節(jié)約了地址空間，減少了對合法地址的需求，多個內(nèi)部節(jié)點共享一個外部地址，使用端口進行區(qū)分（Network Address Port Translation，NAPT），這樣就能更有效的節(jié)約合法地址。由于目前要想得到一個A類或B類地址十分困難，因此許多企業(yè)紛紛采用了NAT 。NAT使企業(yè)不必再為無法得到足夠的合法IP地址而發(fā)愁了。然而，NAT也有其無法克服的弊端。首先，NAT會使網(wǎng)絡吞吐量降低，由此影響網(wǎng)絡的性能。其次，NAT必須對所有IP包進行地址轉(zhuǎn)換，但是大多數(shù)NAT無法將轉(zhuǎn)換后的地址信息傳遞給IP包負載，這個缺陷將導致某些必須將地址信息嵌在IP包負載中的高層應用如FTP和WINS注冊等的失敗。
2、下一代網(wǎng)絡協(xié)議IPng的目標和提案
2.1 IPng的設計目標
為了解決這些問題，早在90年代初期，互聯(lián)網(wǎng)工程任務組IETF（Internet Engineering Task Force）就開始著手下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP-the next generation（IPng）的制定工作。IETF在RFC1550里進行了征求新的IP協(xié)議的呼吁，并公布了新的協(xié)議需實現(xiàn)的主要目標：
●支持幾乎無限大的地址空間
●減小路由表的大小
●簡化協(xié)議，使路由器能更快地處理數(shù)據(jù)包
●提供更好的安全性，實現(xiàn)IP級的安全
●支持多種服務類型，尤其是實時業(yè)務
●支持多目傳送，即支持組播
●允許主機不更改地址實現(xiàn)異地漫游
●支持未來協(xié)議的演變
●允許新舊協(xié)議共存一段時間
●支持未來協(xié)議的演變以適應底層網(wǎng)絡環(huán)境或上層應用環(huán)境的變化
●支持自動地址配置
●協(xié)議必須能擴展，它必須能通過擴展來滿足將來因特網(wǎng)的服務需求；擴展必須是不需要網(wǎng)絡軟件升級就可實現(xiàn)的
●協(xié)議必須支持可移動主機和網(wǎng)絡
2.2 IPng的提案
[1]TUBA：含有更多地址的TCP和UDP（TCP and UDP with Bigger Addresses，TUBA，由RFC1347描述）建議采用ISO/OSI的CLNP協(xié)議來代替IPv4，這種解決方案允許用戶有20字節(jié)的NSAP地址，以及一個可以使用的OSI傳輸協(xié)議的平臺。
[2]IPv7，TP/IX，CATNIP：IPv7是1992年由Robert Ullmann提出的。1993年，RFC1475進行了更詳細的描述，其標題為"TP/IX：下一代的Internet"，TP/IX有64位地址。TP/IX后來演變成了RFC 1707中定義的另一個協(xié)議CATNIP（Common Architecture for the Internet）。該方案包含了諸如快速信息包處理和新的RAP路由協(xié)議等觀點，試圖為IP、CLNP和IPX等信息包定義一個統(tǒng)一的格式，為眾多的傳輸協(xié)議如OSI/TP4、TCP、UDP和SPX等提供支持。
[3]IP in IP，IPAE：IP in IP是1992年提出的建議，計劃采用兩個IPv4層來解決互聯(lián)網(wǎng)地址的匱乏：一層用于全球骨干網(wǎng)絡，另一層用于某些特定的范圍。到了1993年，這個建議得到了進一步的發(fā)展，名稱也改為了IPAE（IP Address Encapsulation），并且被采納為SIP的過渡方案。
[4]SIP：SIP（Simple IP）是由Steve Deering在1992年11月提出的，他的想法是把IP地址改為64位，并且去除IPv4中一些已經(jīng)過時的字段。這個建議由于其簡單性立刻得到了許多公司的支持
[5]PIP：PIP（Paul's Internet Protocol）由Paul Francis提出，PIP是一個基于新的結(jié)構(gòu)的IP。PIP支持以16位為單位的變長地址，地址間通過標識符進行區(qū)分，它允許高效的策略路由并實現(xiàn)了可移動性。1994年9月，PIP和SIP合并，稱為SIPP。
[6]SIPP：SIPP（Simple IP Plus，由RFC1710描述）試圖結(jié)合SIP的簡單性和PIP路由的靈活性。SIPP設計為高性能的網(wǎng)絡上運作，比如ATM，同時也可以在低帶寬的網(wǎng)絡上運行，如無線網(wǎng)絡。SIPP去掉了IPv4包頭的一些字段，使得包頭很小，并且采用64位地址。與IPv4將選項作為IP頭的基本組成部分不同，SIPP中把IP選項與包頭進行了隔離。該選項如果有的話，將被放在包頭后的數(shù)據(jù)報中并位于傳輸層協(xié)議頭之前。使用這種方法后，路由器只有在必要的時候才會對選項頭進行處理，這樣一來就提高了對于所有數(shù)據(jù)進行處理的性能。
2.3 提案具有的共同點
2.3.1 更大的地址
所有的提案都為較長的地址字段做了準備，不僅增加了可尋址系統(tǒng)的數(shù)量，也方便了路由集聚的地址分級分配。
2.3.2 基本觀點
提案也起源于全球性的"路由實現(xiàn)"觀點，也就是說集中在網(wǎng)絡內(nèi)的路由內(nèi)部部件而不是集中在終端用戶或應用看得見的網(wǎng)絡服務上。提案中有一個內(nèi)置的假設，就是同一網(wǎng)絡層協(xié)議將可用在同一局域網(wǎng)上的主機之間、主機和路由器之間、同一自治域的路由器之間和不同自治域的路由器之間。一個未進一步陳述的假設是體系結(jié)構(gòu)的目標定在單個連接的主機。目前，要設計允許主機有多個接口，并和單個連接的主機相比，可從增加的帶寬和可靠性中獲益（是地址屬于接口而不屬于主機的緣故）的IPv4網(wǎng)絡很困難。正如這些文件中提到的，傾向于拓撲是否存在限制。已經(jīng)認定不一定是PIP或TUBA提案的制約，但是相信這是一個議題，到現(xiàn)在為止還沒有出現(xiàn)在相當?shù)臏蕜t中。
2.3.3 源路由
IPv4協(xié)議已經(jīng)提供了源指定路由，但很少使用，其中的原因是由于需要了解路由器級的網(wǎng)絡內(nèi)部結(jié)構(gòu)。源路由通常是需要使用的，當用戶根據(jù)策略，要求源和目的地之間的業(yè)務傾向或強令通過特殊行政管理域時，源路由也可被行政管理域內(nèi)的路由器用來指定通過特殊的邏輯拓撲。源指定的路由需要一些性質(zhì)不同的部件：
●根據(jù)技術規(guī)范中源的策略來選擇路由。
●路由的選擇要與其策略相適應。
●由已經(jīng)識別的路由對業(yè)務流做標記。
●為已加標記的業(yè)務流相應地選路由。
這些步驟不是完全獨立的。在這種方法中，第[3]步標識的路由可能會約束前面步驟中能被選擇的路由種類。目的地不可避免地、或者通過告知準備接受的策略，或者通過一個協(xié)商過程，加入到源路由的技術規(guī)范中去。
所有提案都是通過在每個包中加一串直接地址（或許部分地指定）來標記源路由。沒有規(guī)定一個主機取得指定這些直接地址所需信息的過程（這個階段不完全不合理，但期望有更多的信息）。這些決定的負面后果是：
●由于必須指定中間路由器地址，包頭會變得很長。
●如果某個指定的中間路由器不可達，源路由可能必須周期性地重新指定。
正面影響是：
●域間路由器不必了解策略，只是機械地跟隨源路由。
●路由器不必存儲標識路由的上下文，因為信息被指定在每個包頭中。
●路由服務器可定位在網(wǎng)絡的任何地方，只要主機知道如何找到它們。
2.3.4 封裝
封裝是將一個網(wǎng)絡層包封裝到另一個包中，以使有效的包能直接通過一條路徑，否則就不能到達能移去最外面包的路由器，并指引結(jié)果包到它的目的地。封裝需要：
●在包中有一指示位，以指示它包含另一個包。
●路由器具備這樣的功能，它能在收到一個包后，移去封裝并再啟動包轉(zhuǎn)發(fā)進程。
所有提案都支持封裝。由源進行的合適的封裝可能會獲得源選路的效果。
2.3.5 組播
所有提案都能協(xié)調(diào)在地址規(guī)范許可的多種范圍的組播，互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)的組播是一個尚待進一步研究的領域。
2.3.6 分段
所有提案都支持中間路由器對包的分段。
2.3.7 包的生存期
IPv4中的“生存期”(TTL）字段在每種情況下，作為一個簡單的段計數(shù)被重新計算，很大程度上以實施方便為基礎。雖然老的TTL很大程度上以這種方式實現(xiàn)，但它以服務于體系結(jié)構(gòu)為目的，在網(wǎng)絡中為一個包的生存期設置了一個上限。如果該字段作為一個跳計數(shù)而重新計算，那么必定對網(wǎng)絡中包的最大生存期有其他的技術規(guī)范，所以源主機能保證網(wǎng)絡層分段標識符和傳輸層序列號，當存在混淆危險時，從來不會有重用的危險。事實上，有三個分開的議題：
●避免路由形成回路（由跳計數(shù)解決）。
●限制網(wǎng)絡層包的生存期（至今尚未作規(guī)定），支持傳輸層的設想。
●允許源對包的生存期設置進一步限制（例如在擁塞情況下丟棄老的實時業(yè)務流，讓位給新的業(yè)務流，這是一個選項，到目前為止還沒作規(guī)定）。
2.4 提案的不同點
每個提案互不相同，正像不同于IPv4一樣，原理差別雖小，但會產(chǎn)生重大影響（地址規(guī)模的擴充，原理上僅是一個小的差別）。主要的特性差別是：
2.4.1 PIP
PIP有一個創(chuàng)新的包頭格式，從而簡化了分級、策略和虛電路路由。頭中有一個“模糊”的字段，它的語義在不同的管理域可以有不同的定義，它的使用和解釋在穿越邊界時協(xié)商解決，還沒有指定控制協(xié)議。PIP包頭包含了一個指令集，供路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)處理器完成對包的某些動作。在傳統(tǒng)協(xié)議中，某些字段的內(nèi)容隱含某些動作。PIP為源端編寫指引包通過網(wǎng)絡選路的小"程序"提供了靈活性。
PIP地址長度實際上不受限制：網(wǎng)絡拓撲分級的每一級成為地址的一部分，同時地址隨網(wǎng)絡拓撲改變而改變。在完全分級的網(wǎng)絡拓撲中，每級所需的選路信息數(shù)量可以非常小。因而在實際上，分級的級數(shù)將更多地由商界和實用因素來決定，而不是受任何特定的路由協(xié)議的制約。一個明顯的優(yōu)點是地址的高位部分在本地交換時可以省略，低位部分在源路由中可以省略，減少了主機系統(tǒng)需要知道的拓撲信息數(shù)量。
PIP最復雜的部分莫過于某些包頭字段的意義是由特定域中相互之間的協(xié)定來確定的。專門處理設施的語義（如排隊優(yōu)先級）是全球登記的，但實際使用和在包頭中為這些設施申請的編碼在不同的域中可以是不同的。在兩個域之間用不同編碼的邊界路由器必須從一種編碼映射成另一種。因為路由器和其他域在物理上不一定是相鄰的，而是通過"隧道"，因此一個路由器必須了解的潛在編碼規(guī)則數(shù)十分大。相對于更熟悉的"選項"而言，雖然用這樣的方案可以節(jié)省包頭的空間，但是協(xié)商這些設施使用和編碼的復雜性導致成本增加，以及在每個域邊界上對包的再編碼。雖然主機為它們的本地域有可能"預編譯"編碼規(guī)則，還是存在許多潛在的實施上的困難。
雖然PIP在幾個提案中提供了最大的靈活性，但對于在使其潛在的優(yōu)點和缺點都暴露的更具體的情況下使用還需進行更多工作，
2.4.2 SIP
SIP提供了“最低限度要求”的方法－從IPv4包頭中移去了所有不常用的字段，并將地址長度擴展到64位。控制協(xié)議基于對ICMP的修改。該提案的優(yōu)點是處理效率高和易于熟悉。SIP是一個簡單而具有較大地址和較少選項的IP，它甚至比IPv4更容易處理。
它的主要缺點是：
●如果32位地址不夠的話，那么64位地址在可預見的未來是否就夠了？這一點還不很清楚。
●雖然在頭字段中有少量"保留"位，但SIP支持新特性的擴展不明顯。
2.4.3 TUBA
TUBA是基于CLNP（ISO 8473）和ES-IS（ISO 9542）的控制協(xié)議，使得TCP和UDP能在CLNP網(wǎng)絡上運行。贊同TUBA的主要論點是認為能處理網(wǎng)絡層協(xié)議的路由器已經(jīng)存在，可擴展的地址提供了寬范圍的可供"未來驗證"的余量，同時是一個標準和產(chǎn)品靠攏的機會。反對TUBA的主要爭論在于TUBA太像IPv4了。除了更大、更靈活的地址外，并沒有什么其他貢獻。采樣試驗證明路由器能高效地處理非常長的地址，但同時長的包頭容易給網(wǎng)絡帶寬帶來負面影響。
3、IPv6協(xié)議
1994年7月，IETF決定以SIPP作為IPng地基礎，同時把地址數(shù)由64位增加到128位。新的IP協(xié)議稱為IPv6。其版本是在1994年由IETF批準的RFC1752，在RFC1884中介紹了IPv6的地址結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在RFC1884已經(jīng)被RFC2373所替代。
制定IPv6的專家們充分總結(jié)了早期制定IPv4的經(jīng)驗以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和市場需求，認為下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議應側(cè)重于網(wǎng)絡的容量和網(wǎng)絡的性能。IPv6繼承了IPv4的優(yōu)點，摒棄了它的缺點。IPv6與IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP協(xié)議簇中的協(xié)議兼容。即IPv6完全可以取代IPv4。同IPv4相比較，IPv6在地址容量、安全性、網(wǎng)絡管理、移動性以及服務質(zhì)量等方面有明顯的改進，是下一代互聯(lián)網(wǎng)可采用的比較合理的協(xié)議。IPv6協(xié)議的主要特征如下：
[1]擴展地址：地址有16字節(jié)長，可以提供幾乎不受限的IP地址空間；另外，IPv6中取消了廣播地址而代之以任意播（anycast）地址。IPv4中用于指定一個網(wǎng)絡接口的單播地址和用于指定由一個或多個主機偵聽的組播地址基本不變。
[2]簡化包頭格式：IPv4有12個字段，且長度在沒有選項時為20字節(jié)，但在包含選項時可達60字節(jié)。IPv6包頭有8個字段，總長固定為40字節(jié)面；由于所有包頭長度統(tǒng)一，因此不再需要包頭長度字段。并且還去除了IPv4中一些其他過時的字段。這使得路由器可以更快的處理信息包；
[3]更好地支持擴展和可選項：在IPv4中可以在IP頭的尾部加入選項，與此不同，IPv6中把選項加在單獨的擴展頭中。通過這種方法，選項頭只有在必要的時候才需要檢查和處理，從而加快了路由器處理包的時間；
[4]認證和加密：IPv6使用了兩種安全性擴展，IP身份認證頭（IP Authentication Header，AH，在RFC 1826中描述）和IP封裝安全性負荷（IP Encapsulating Security Payload，ESP，在RFC1827中描述）。
[5]增加了流標記；IPv6實現(xiàn)了流的概念，其定義如RFC1883中所述：流指的是從一個特定源發(fā)向一個特定（單播或者是組播）目的地的包序列，源點希望中間路由器對這些包進行特殊處理。
[6]IPv6更多的支持服務類型，如實時應用、IP電話等；
[7]IPv6支持未來協(xié)議的擴展。以適應底層網(wǎng)絡環(huán)境或上層應用環(huán)境的變化。
4、IPv6的發(fā)展現(xiàn)狀和總結(jié)
作為向下一代互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議過渡的重要步驟，IETF于1996年建立了全球范圍的IPv6試驗床（Testbed）6Bone。6Bone是一個虛擬的網(wǎng)絡，以隧道（tunnel）的方式通過基于IPv4的網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)。現(xiàn)在，6bone已經(jīng)擴展到全球50多個國家和地區(qū)，超過400個網(wǎng)絡與6bone網(wǎng)相連，成為IPv6研究者、開發(fā)者和實踐者的主要平臺。1998年6月我國國家教育科研網(wǎng)CERNET也加入了6Bone，并于同年12月成為其骨干成員。在1999年下半年，諾基亞與CERNET（中國教育網(wǎng)）建立了Internet-6合作項目，在全國范圍內(nèi)使用諾基亞的IP路由器和IPv6軟件建立試驗網(wǎng)絡。這一國內(nèi)首個全國性的IPv6試驗網(wǎng)絡已經(jīng)開始運行。1998年底，基于ATM的面向?qū)嵱玫娜蛐訧Pv6研究和教育網(wǎng)（6REN）開始啟動。
目前，國際上進行的IPv6實驗主要集中在以下幾個關鍵技術上：
[1]IPv6基本功能的實現(xiàn)：地址和路由機制，ICMPv6，主機自動配置，各種平臺的IPv6代碼和應用程序接口（API）已經(jīng)實現(xiàn)，Cisco和Bay已經(jīng)制造出支持IPv6的路由器，主要應用向支持IPv6的升級也正在進行。
[2]從IPv4向IPv6過渡的技術：IPv6和IPv4必然有一段較長的共存時間，在此期間，IPv4和IPv6的互通主要采用以下技術：雙協(xié)議棧，隧道（Tunnel）及隧道代理（Tunnel Broker），NAT-PT，無狀態(tài)IPv4-IPv6翻譯（Stateless IPv4-IPv6 Translator，SIIT），其中隧道技術和雙協(xié)議棧技術已經(jīng)得到廣泛的使用。
[3]IPv6的安全性：不少研究開發(fā)項目是將IPv6同IPSec（IP Security）結(jié)合起來的，典型的，如KAME和NRL開發(fā)的IPv6協(xié)議棧，都包含IPSec的代碼。
[4]IPv6對服務質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的支持：包括對“綜合服務”（InteServ）特別是“區(qū)分服務”（DiffServ）的支持。
[5]IPv6支持移動性的能力：這一方面的研究同IPv4移動性的研究并列進行。然而，初步的研究和實踐傾向于選擇IPv6作為支撐移動計算的平臺；移動性的實現(xiàn)同安全、服務質(zhì)量等方面的技術密切相關。
在操作系統(tǒng)方面，目前，OpenBSD 2.7、FreeBSD 4.0-RELEASE、BSD/OS 4.0、Solaris 8、OS/390等已經(jīng)正式支持IPv6。Linux從內(nèi)核版本2.2以上也都提供了對IPv6的支持。Windows 2000和Windows NT 4目前還沒有內(nèi)嵌對IPv6支持的代碼，但微軟為開發(fā)人員提供了一個支持IPv6的附加的軟件包。其他一些操作系統(tǒng)的IPv6版本也正在逐步開發(fā)中。
2000年，NTT多媒體通信實驗室宣布其San Jose數(shù)據(jù)中心提供一種商用IPv6因特網(wǎng)交換業(yè)務，并簽署服務級協(xié)議。除了NTT外，日本已經(jīng)有多家ISP開始提供IPv6的業(yè)務。另外，已經(jīng)有一些廠商嘗試應用IPv6開發(fā)新型應用軟件。
綜上所述，IPv6徹底解決了IPv4存在的地址空間耗盡和路由表爆炸等問題，并且在安全性、移動性以及QoS等方面提供了強有力得支持。此外，IPv6協(xié)議由于包頭設計得更加合理，使得路由器在處理數(shù)據(jù)包時更加快捷。國際著名ISP和權威人士估計，2003年以后IPv6網(wǎng)絡將進入大規(guī)模實施階段，之后IPv4和IPv6將保持長時間共存，并最終過渡到IPv6。
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