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文档简介
1、现有In ternet的基础是IPv4,到目前为止有近30年的历史了。 由于In ter net的迅猛发展,据统计平均每年In ternet的规模就扩大 一倍。IPv4的局限性就越来越明显。个人电脑市场的急剧扩大、还 有个人移动计算设备的上网、网上娱乐服务的增加、多媒体数据流的 加入、以及出于安全性等方面的需求都迫切要求新一代IP协议的出现。因此,对新一代互联网络协议(In ternet Protocol Next Ge neration -IP ng )的研究和实践已经成为世界性的热点,其相关工作也早已展 开。围绕IPng的基本设计目标,以业已建立的全球性试验系统为基 础,对安全性、可移动性
2、、服务质量的基本原理、理论和技术的探索 已经展开。90年代初,人们就开始讨论新的互联网络协议。IETF的IPng 工作组在1994年9月提出了一个正式的草案"The Recommendation for the IP Next Generation Protocol", 1995 年底确定了 IPng 的协议规范,并称为"IP版本6"( IPv6),同现在使用的版本4相区别; 1998年作了较大的改动。IPv6在IPv4的基础上进行改进,它的一个 重要的设计目标是与IPv4兼容,因为不可能要求立即将所有节点都 演进到新的协议版本,如果没有一个过渡方案,再
3、先进的协议也没有 实用意义。IPv6面向高性能网络网络(如 ATM,同时,它也可以在 低带宽的网络(如无线网)上有效的运行。在国际上,对IPv6的各项研究和实现已经展开。法国INRIA、 日本 KAME美国 NRL等研究机构,IBM、Sun Microsystems、Trumpet、Hitachi等公司,分别研制开发了不同平台上的 IPv6系统软件和应 用软件;Cisco、Bay等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路 由器产品。1996年,一个以研究IPv6为目标的虚拟实验网络,国际IPv6试验床6Bone建立,欧洲、美洲、亚洲的许多国家和组织都已 经加入了 6BONE 1998年底,面
4、向实用的全球性IPv6研究和教育网(6REN开始启动。这期间以STAFTAP为依托的6TAP( IPv6 Tran sitAccess Point )得以实施,建立了以 ATM交换机为中心的IPv6洲际 网络。今年,IETF确定IPv6进入实用阶段,并指定6Bone为对商用 IPv6地址申请者进行评估的平台。过渡技术的概述与现状如何完成从IPv4到IPv6的转换是IPv6发展需要解决的第 一个问题。现有的几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4,因此要想一夜间就完成从IPv4到IPv6的转换是不切实际的。IPv6必须能 够支持和处理IPv4体系的遗留问题。可以预见,IPv4向IPv6的过 渡需要
5、相当长的时间才能完成。目前,IETF已经成立了专门的工作 组,研究IPv4到IPv6的转换问题,并且已提出了很多方案,主要包 括以下几个类型:1. 双协议栈技术IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议,两者都基于相同的 物理平台,而且加载于其上的传输层协议TCF和UDP又没有任何区别。由图1所示的协议栈结构可以看出,如果一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议,那么该主机既能与支持IPv4协议的主机通信,又能 与支持IPv6协议的主机通信,这就是双协议栈技术的工作机理。2. 隧道技术随着IPv6网络的发展,出现了许多局部的IPv6网络,但是 这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连。将这
6、些孤立的"IPv6岛 "相互联通必须使用隧道技术。利用隧道技术可以通过现有的运行 IPv4协议的In ternet骨干网络(即隧道)将局部的IPv6网络连接 起来,因而是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4 , IPv4分组的源地址 和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口处, 再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口 和出口处进行修改,对其他部分没有要求,因而非常容易实现。但是 隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。3. 网络地址转换/协议转换技术网络地址转换 /协议
7、转换技术 NAT-PT(Network Address Tran slation - Protocol Tran slatio n)通过与 SIIT 协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译(NAT以及适当的应用层网关(ALG相 结合,实现了只安装了 IPv6的主机和只安装了 IPv4机器的大部分应 用的相互通信。上述技术很大程度上依赖于从支持 IPv4的互联网到支持 IPv6的互联网的转换,我们期待IPv4和IPv6可在这一转换过程中 互相兼容。目前,6to4机制便是较为流行的实现手段之一。6to4技术转换策略计划者考虑的关键问题是当使用者对ISP所提供的基本IPv6传输协议还没有合理的选择
8、时,如何激活IPv6路由域间 的连通性。当缺少本地IPv6服务时,提供连通性的解决办法之一是 将IPv6的分组封装到IPv4的分组中(6over4隧道技术)。6to4是一 种自动构造隧道的方式,它的好处在于只需要一个全球惟一的 IPv4 地址便可使得整个站点获得IPv6的连接。在IPv4 NAT协议中加入 对IPv6和6to4的支持,是一个很吸引人的过渡方案。1.6to4的工作原理6to4采用特殊的IPv6地址使在IPv4海洋中的IPv6孤岛能 相互连接。此时IPv6的出口路由器与其他的IPv6域建立隧道连接。 IPv4隧道的末端可从IPv6域的地址前缀中自动提取,因为站点的 IPv4地址包含
9、在IPv6地址前缀中。6to4另一个让人感兴趣的特点是 它可以自动从IPv6地址的前缀中提取一个IPv4地址。通过这个机 制,站点能够配置IPv6而不需要向注册机构申请IPv6地址空间。这 同时也简化了 ISP提供商的管理工作。可以设想,在一个拥有很多部 门的企业里,各部门内部使用私有地址和 NAT技术,利用6to4策略 可以建立一个虚拟IPv6外部网。它同样可以重新建立起点到点的IP 连接,且允许企业在不同地方的服务器使用IPsec协议,从而进一步 提高了网络的安全性。此外,6to4机制还允许在采用6to4的IPv6 站点和纯IPv6站点之间通过中继路由器(6to4 Relay Router
10、 ) 进 行通信,这时不要求通信的两个端点之间具有可用的 IPv4连接,中 继路由器建议运行BGP4+适应范围更广。2.6to4的基本使用方法6to4机制的简单运用是在没有本地IPv6的ISP服务时,几个IPv4站点需使用IPv6进行交互,因而每一站点都需要确定一个 路由来运行双层协议栈(即IPv4和IPv6兼容)和6to4隧道,以确 保这个路由有全球范围的路由地址(非专用IPv4地址空间)。在运行过程中,当6to4站点内的IPv6主机试图通过域名访问其他 6to4站点内的IPv6主机时,均可通过IPv4或IPv6协议实现。访问 方主机选择带有6to4前缀的IPv6地址来发送一个信息包至距离最
11、近 的路由器,直至到达站点旁的路由器(假定该站点也提供6to4服务)。3. 6to4路由器的发送接收规则当请求方站点的6to4路由器发送信息包到另一站点(不在 一个子网或一个用户网络中),并且下一个目的地址的前缀包含特殊的6to4 TLA值2002:/16,需使用41类型的IPv4协议将IPv6信息 包封装于IPv4信息包内,如转换机制 RFC所定义的那样。IPv4源地 址包含于请求方站点的6to4前缀内(即6to4路由器的网络外部接口 的IPv4地址,它包含于IPv6信息包的6to4前缀内),同时接收方 IPv4地址成为下一个IPv6发送包目的地址的6to4前缀。当接收站点的6to4路由器收
12、到IPv4信息包,且识别出是 41类型的IPv4协议时,即进行IPv4安全检测,去除文件头,用IPv6 源信息包进行本地传送。以上的发送规则是对IPv6发送规则所作的惟一修正,因为 基本的IPv6转换机制的接收规则早已确定。随着DNS内加载适当个数的6to4前缀,任何站点均可脱离人工隧道配置而相互协作。4. 返回路径和源地址的选择可以双向传送的信息包才是有效的。因此当与具有6to4前缀的站点交互时必需在发送的信息包内使用一个6to4前缀作为源地址;换言之,源地址必须带有6to4前缀。(这个简单例子说明,双方 站点仅有IPv4连通性不再是通信障碍,它们可以通过6to4前缀来进 行通信)。DNS在
13、搜寻主机名后仅可返回一个IPv6地址,且带有6to4 前缀,因此上述源地址的选择不再是个问题。5. 更为复杂的6to4使用方法当站点同时拥有6to4连通性和本地IPv6连通性时,会有多 种6to4的使用方法。最简单的一种就是当某个站点试图访问另一个 仅有6to4连通性的站点时,上文所提到的源地址的选择算法可确保 得到站点的6to4 IPv6地址。在此并不需要选择目的地址,因为只有 一个选择:6to4。同样,当仅拥有6to4连通性的站点试图访问同时拥有 6to4 和本地IPv6连通性的站点时,在多个目的地址中主机的选择规则决 定了 6to4地址的选择,因为只有一个本地6to4 IPv6源地址是有
14、效的。另一特殊情况是当某个拥有6to4和本地IPv6连通性的站点 试图访问另一个仅有本地IPv6连通性的站点时,制订一个源地址的 选择算法可确保得到站点的本地IPv6地址。在此并不需要选择目的 地址,因为只需选择本地IPv6地址即可。6.6to4转播最为复杂的6to4假设情况是仅有6to4连通性的站点和仅有 IPV6连通性的站点进行通信。这可通过同时支持 6to4和IPv6连通 性的6to4转播来实现。事实上,6to4转播就是一个IPv4/IPv6双层 栈路由器。6to4转播加载路线于IPv6底层组织所附带的2002:/16结 构。IPv6网络必须过滤、丢弃任何超过 16位的6to4前缀。此外
15、, 6to4转播必须加载本地IPv6路由策略允许的6to4连接,其中包括 6to4路由器在只支持6to4连接的站点中选择一个BGP4点对点进程, 或是通过一个默认路由到6to4转播。因此,当一个只支持6to4转播的站点发送信息包给另一个 只支持IPv6的站点时,它会发送一个封装的IPv6信息包给6to4转 播,而6to4转播会删去IPv4头(解封装)并把信息包传给那个只 支持IPv6的站点。理论上,上述过程可能需要由多个 6to4转播来实现,每一 个转播分离一个IPv6的路由域。在实际应用中,所有的IPv6 ISP都 被连在一起,即使是手动配置的IPv6 ISP也是如此。结束语IPv6和IPv
16、4比较,它彻底解决了地址空间耗尽和路由表爆 炸等问题,而且为IP协议注入了新的内容,使支持安全、主机移动 以及多媒体成为IP协议的有机组成部分。协议的设计使路由器处理 报文更加简便,扩展性也更好。目前,IPv6的实验网6Bone已经遍 布全球,IP协议从IPv4过渡到IPv6已经是历史必然。我们知道,IPv4地址是类似的格式,它是32位,用"." 分成四段,用10进制表示;而IPv6地址类似X:X:X:X:X:X:X:X 的格 式,它是128位的,用":"分成8段,用16进制表示;可见,IPv6地址空间相对于IPv4地址有了极大的扩充RFC2373中详细
17、定义了 IPv6地址,按照定义,一个完整的IPv6地址的表示法: xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx例如:2031:0000:1F1F:0000:0000:0100:11A0:ADDF为了简化其表示法,rfc2373提出每段中前面的0可以省略,连续的0可省略为":",但只能出现一次。例如:1080:0:0:0:8:800:200C:417AFF01:0:0:0:0:0:0:1010:0:0:0:0:0:0:10:0:0:0:0:0:0:0上述地址可简写为:1080:8:800:200C:417AFF01:101:1类似于IPv4中
18、的CDIR表示法,IPv6用前缀来表示网络地址空间,比如:2001:250:6000:/48 表示前缀为48位的地址空间,其后的 80位可分配给网络中的主机,共有 2的80次方个地址 ok,下面解释一些常见的IPv6地址或者前缀::/128即0:0:0:0:0:0:0:0 ,只能作为尚未获得正式地址的主机的源地址,不能作为目的地址,不能分配给真实的网络接口:1/128即 0:0:0:0:0:0:0:1,回环地址,相当于 ipv4 中的 localhost ( 127.0.0.1 ) , ping locahost 可得到此地址2001:/16全球可聚合地址,由IANA按地域和ISP进行分配,是最常用的IPv6地址2002:/166 to 4地址,用于6to4自动构造隧道技术的地址3ffe:/16早期
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