IPV6论文

IPv6技术与应用

结课论文

院别： 计算机学院 班级： 网络工程13-1BF 学号： 14134501405 姓名： 谭芳 指导教师： 申丽平

日期： 2015年12月26日

IPV6技术与及其基本应用

谭芳

摘要 IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，是IETF(互联网工程任务

组，Internet Engineering Task Force)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议， 即下一版本的互联网协议。本文首先讲述IPV6技术产生的背景、技术原理，阐述了IPV6技术的特点，最后对IPV6的基本应用进行了分析。

关键词 IPV6 下一代 技术 应用

1 引言

目前互联网所使用的Ipv4协议，由于容易实现且互操作性好，显示了相当强盛的生命力，经受了从早期小规模互联网络发展到如今全球范围Internet应用的考验。但由于其先天设计的不足，随着Internet的迅猛发展和各种应用的不断深入，Ipv4地址空间变得越来越匮乏，安全性的问题也越来越突出，已经使得Internet不堪重负。正是在这种背景下，为了解决Ipv4协议带来的上述的及相关的问题，IETF工作组于1998年12月发布了Ipv6标准RFC2460——Internet Protocol version 6 Specification(Ipv6)，即下一代互联网协议Ipv6。尽管Ipv6与Ipv4相比具有诸多的优势，但由于Ipv4的长期发展已经形成了广泛的网络建设及应用基础、锻炼了一批又一批的计算机网络专用人才，而且全球的Ipv4用户不计其数，因而要真正实现从Ipv4网络到Ipv6网络的过渡将是一个渐进的漫长过程。

2 IPV6产生的背景及其主要内容

人和人说话交流需要一定的语言体系和语法规则，机器和机器之间通信也需要遵守协议和规范的。IPv4协议，即国际互联网协议的第4版，它是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。但是在互联网设计之初，互联网的设计者们并没有预见到如今大规模的应用，因此IPv4协议在可扩展性，功能性和安全性上还有很多内在的问题。因此国际互联网协议第六版IPv6被提出作为IPv4的升级版本，为着互联网朝更大更快更好的方向发展。因此IPv6从设计之初就是作为下一代互联网的基础通信协议。

IPv4 和 IPv6 从协议上来看只是 IP报文头定义的区别，IPv6 报头固定长度而且字段定义比 IPv4 报文更加简洁。IPv6 报文头取消了一些字段，比如 ID，flags，flag offset和header checksum。一些字段改变了长度和名称，如把表示服务类型的 TOS 字段换成了流类型和标签字段 traffic class 和 flow-label。而IPv6在IPv4 的基础上增加了地址的空间，由IPv4的32位地址格式变成了IPv6的128位地址格式，即由 2128个IP 地址。作为 IPv6 协议

最突出的优势之一，IPv6 地址空间到底有多大？形象的说，IPv4地址数量还不够全球人分，但是IPv6 协议几乎能给地球上每一粒沙子分配上IP地址。

Ipv6协议主要有以下内容：

● 采用128位地址空间，在层次结构上更为科学合理。

● 地址自动分配，提供了无状态和有状态地址自动配置两种地址配置方案。 ● 简化了协议报头，使用了全新的、更加灵活的扩展报头的数据结构。 ● 支持源路由的选径，Ipv6采用了多层次地址结构，提供了更多的路由信

息，绝大多数路由算法都做了修改，以扩展其路由选径的能力。

● 集成了认证和加密的安全机制，两种机制可以自由地组合使用，以适应

不同的安全需要。

3 IPV6的技术原理

3.1 IPv6的地址空间

IPv6最明显的特征是它使用更大的地址。IPv6使用128位地址，128位地址空间允许3.4x1038个可能的地址。应该注意的是，使IPv6地址在长度上达到128位并不是说地球的每平方米能有6.5x1023个地址，而是旨在将IPv6地址空间进一步细分成反映现代Internet拓扑结构的分层路由域。使用128位地址空间，在设计分层寻址和路由时能提供多个等级的层次和灵活性，而这一点恰恰是目前基于IPv4的Internet所缺乏的。 3.2 IPv6的地址格式

IPv6的地址由全局路由前缀、子网ID、接口ID三部分组成。其中全局路由前缀用于指定某一站点，子网ID用于指定该站点内的一条链路，接口 ID用于指定链路上的某一接口 IPv6地址表示方法：

● 冒分十六进制形式：类似于Ipv4中使用点分十进制表示方法，Ipv6制订

了冒分十六进制表示法，用以表示Ipv6的128位地址。这种方法将128位的地址分成8组，每组由4个十六进制数表示，每组之间用冒号隔开，其表示形式是“X:X:X:X:X:X:X:X”，其中每个X代表4个十六进制数。 ● 压缩形式：由于地址长度要求，地址包含由零组成的长字符串的情况十分

常见。为了简化对这些地址的写入，可以使用压缩形式，在这一压缩形式中，多个0块的单个连续序列由双冒号符号(::)表示。此符号只能在地址中出现一次。例如，多路广播地址FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562的压缩形式为FFED::BA98:3210:4562。单播地址3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0的压缩形式为3FFE:FFFF::8:800:20C4:0。环回地址0:0:0:0:0:0:0:1的压缩形式为::1。未指定的地址0:0:0:0:0:0:0:0的压缩形式为::。 ● 混合形式：此形式组合IPv4和IPv6地址。在此情况下，地址格式为

n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个n都表示六个IPv6高序位16位地址元素之一的十六进制值，每个d都表示IPv4地址的十进制值。 3.3 Ipv6地址类型 ● 单播地址：用于单个接口的标识符。发送到此地址的数据包被传递给标识

的接口。通过高序位八位字节的值来将单播地址与多路广播地址区分开来。多路广播地址的高序列八位字节具有十六进制值FF。此八位字节的任何其他值都标识单播地址。发送到单播地址的数据包被传输到这个地址识别出的接口。

● 多播地址：一组接口的标识符（通常属于不同的节点）。发送到此地址的

数据包被传递给该地址标识的所有接口。多路广播地址类型代替IPv4 广播地址。发送到组播地址的数据包被传输到这个地址识别出的所有接口。 ● IPv6不带有广播地址：IPv6使用“所有节点”组播。 3.4 IPv6数据报结构

Ipv6数据报由一个Ipv6报头、零个或多个扩展报头和一个上层协议数据单元组成。Ipv6数据报结构如下：

● Ipv6报头：在Ipv6数据报中，都包含了一Ipv6报头，其长度固定为40

字节。

● Ipv6扩展报头：Ipv6数据报中可以包含零个或多个扩展报头，这些扩展

报头可以具有不同的长度。 ● 上层协议数据单元：该字段一般由上层协议报头和它的有效载荷（有效载

荷可以是一个ICMPv6数据报、一个TCP数据段，或者一个UDP数据报）组成。

4 Ipv6过渡机制概述

目前，网络上的绝大部份设备都是IPv4设备，若把这些设备全部换成IPv6设备，所需的成本是巨大的；另外，网络的升级换代要保证不中断现有的业务。综合以上因素，从IPv4过渡到IPv6注定是一个渐进的过程，而且这一过程要持续相当长的时间。根据网络发展的现实情况，要在不同时期采用不同的部署策略，在不中断现有业务的基础上实现平滑过渡。

IPv4向IPv6过渡分为4个阶段：IPV4初期阶段、IPv4与IPv6并存阶段、IPv6为主导地位阶段、IPv6取代IPv4网络阶段。 ● IPv6初期阶段

第1阶段是IPv6初期阶段。这一阶段是以IPv4网络为主导地位的，在该阶段中，IPv4保持现有网络规模和网络拓扑结构，而IPv6网络则是一个个的孤岛，IPv6网络与IPv6网络之间是不能直接进行通信的，而是要通过IPv4网络的隧道技术进行数据交换。如图所示。 ● IPv4与IPv6并存阶段

这是IPv4向IPv6过渡的第2阶段，这一阶段是IPv4网络与IPv6网络并存阶段。IPv4网络与IPv6网络通过IPv4/IPv6双协议栈进行数据交换。IPv6经过一段时间的发展，得到较大规模的应用，出现了骨干的IPv6 Internet网络，在IPv6平台上引入了大量的业务.从而可以充分利用IPv6的诸多优势，如QoS保证。但由于IPv6网络之间有可能不是相互连通的，因此还会使用隧道。在IPv6平台上实现丰富的业务加快了IPv6的实施。但仍将有大量的传统IPv4业务存在，许多节点也仍然是双栈节点。这时不仅仅要采取隧道技术，而且还要采取IPv4与IPv6网络之间的协议转换技术。

● IPv6主导地位阶段

这是IPv4向IPv6过渡的第3阶段，在这一阶段中，是以IPv6为主导地位阶段，IPv6逐步取代IPv4，骨干网全部升级为IPv6，而IPv4网络则成为孤岛。类似于发展初级阶段，本阶段主要采取隧道技术来部署，但通过隧道互联的是IPv4网络。

这一阶段与第1阶段刚好相反，即是以IPv6网络为主导地位的阶段。由

于种种原因，在该阶段中，IPv4网络仍将生存相当长的时间，但IPv4已成为一个个的孤岛，大多数IPv4网络与IPv4网络之间已不能直接进行通信，而是要通过IPv6网络的隧道技术进行数据交换。如图所示。 ● IPv6取代IPv4阶段

这是IPv4向IPv6过渡的第4阶段，即IPv6完全成熟阶段。当网络中的Ipv4协议完全被Ipv6协议取代时，也就完成了Ipv4网络向Ipv6网络的完全过渡。

为了更好地实现Ipv4网络向Ipv6网络的过渡，从20世纪90年代开始，IETF就成立了专门的工作组来研究这一过渡问题，并提出了很多种过渡机制，其中最主要的有3种，分别为双栈技术、隧道技术和转换机制，在此不作过多赘述。

5 Ipv6的基本应用

Ipv6网络的建设和发展为Ipv6网络的各种应用提供了平台，本文主要介绍与Ipv4类似的基于Ipv6的基本应用。如DNS、Web服务、文件传输协议FTP等。 5.1 域名系统DNS

IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都是采用树型结构的域名空间。虽然IPv4协议与IPv6协议是存在着相当大区别的两套协议，但这并不意味着需要单独两套DNS体系，相反在DNS的体系和域名空间上两者必须是一致的，IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。

DNS树形结构最顶端为树根，它是唯一的，用点号“.”表示。根的下一级称为顶级域名，顶级域名的管理和分配由互联网名字与编号分配机构定义和分配，目前分为国家顶级域名、国际顶级域名、通用顶级域名3大类。顶级域名的下级就是二级域，二级域的下级就是三级域，以此类推。 5.2 Web服务

Web服务是Internet技术发展的里程碑，是人们目前使用最多的网络应用，因此Ipv6 Web服务是人们了解Ipv6的开始，是Ipv6最基础也是最重要的网络应用。而在Ipv4网络环境中，最常用的Web服务器软件主要是Apache和微软的IIS，优于前者具有以下特点：Apache能运行在Unix、Linux和Windows等多种操作平台上。Apache自2.0后的版本开始支持Ipv6。 5.3 文件传输协议FTP

文件传输协议 FTP使得主机间可以共享文件。 FTP 使用TCP 生成一个虚拟连接用于控制信息，然后再生成一个单独的 TCP 连接用于数据传输。控制连接使用类似TELNET协议在主机间交换命令和消息。文件传输协议是TCP/IP网络上两台计算机传送文件的协议，FTP是在TCP/IP网络和INTERNET上最早使用的协议之一，它属于网络协议组的应用层。FTP客户机可以给服务器发出命令来下载文件，上传文件，创建或改变服务器上的目录。

随着Ipv6应用的不断深入，已经有很多原来只支持Ipv4的FTP软件开始支持Ipv6，比如SmartFTP、ProFTPD和PureFTPD等。在由Ipv4向Ipv4过渡的过程中，FTP在Ipv6下的实现进一步促进了其发展。 5.4 其他应用

Ipv6协议的设计目的就是要解决目前IPV4应用所遇到的地址匮乏、安全性差、移动性和扩展性不灵活等问题，因此Ipv6为各种应用提供了强大的技术支

持，如视频应用、网络家电、传感器网络等，对视频、语音、移动和安全等业务的发展有极大的促进作用。

IPv6技术体系经历了十多年的发展，其技术关键应用体系己经初具雏形。近几年具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也己加快了进度。在这种趋势下，IPv6的关键应用将很快出现。

6 结束语

Ipv6技术的出现是信息领域的一个重要里程碑，它有效地克服了Ipv4的缺陷，为信息领域众多方面的发展提供了一个契机，为未来网络和未来业务的发展提供强有力的支撑。IPv6是世界互联网的必然趋势，对下一代Ipv6网络的研究是当前乃至今后相当长一段时间内的热点。

参考文献：

[1]谢希仁.计算机网络[M].4版.北京：电子工业出版社，2003. [2]伍孝金.Ipv6技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2010. [3]朱莹莹.下一代IP技术——IPv6[J].民营科技，2009(5)：38. [4]张思炜. Ipv6技术及其应用前景[A].中国知网，2010，（6）. [5]杨波.IPV6近期发展回顾与展望.中国知网，2013，（1-2）.

持，如视频应用、网络家电、传感器网络等，对视频、语音、移动和安全等业务的发展有极大的促进作用。

IPv6技术体系经历了十多年的发展，其技术关键应用体系己经初具雏形。近几年具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也己加快了进度。在这种趋势下，IPv6的关键应用将很快出现。

6 结束语

Ipv6技术的出现是信息领域的一个重要里程碑，它有效地克服了Ipv4的缺陷，为信息领域众多方面的发展提供了一个契机，为未来网络和未来业务的发展提供强有力的支撑。IPv6是世界互联网的必然趋势，对下一代Ipv6网络的研究是当前乃至今后相当长一段时间内的热点。

参考文献：

[1]谢希仁.计算机网络[M].4版.北京：电子工业出版社，2003. [2]伍孝金.Ipv6技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2010. [3]朱莹莹.下一代IP技术——IPv6[J].民营科技，2009(5)：38. [4]张思炜. Ipv6技术及其应用前景[A].中国知网，2010，（6）. [5]杨波.IPV6近期发展回顾与展望.中国知网，2013，（1-2）.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/03w.html