下一代互联网

IPv4问题与改进

IPv4存在以下著名的问题：

1. 网络地址短缺（32位）以二进制数串表示，v4仅有43亿个地址，而IPv6有128位，且以十六进制数串表示。（现在还能用v4得益于NAT地址转换）
2. 地址分配不合理：IPv4中有1/3被美国占用了，其大型企业地址数比很多国家都多。
3. 路由速度慢：路由表日趋庞大，路由查找速度越来越慢。IPv4头部多达13个字段。IPv6只有8个。
4. 缺乏安全功能：IPv6集成了IPsec功能，可提供数据加密、认证服务。IPv4则不能。
5. 不支持新的业务模式：IPv4没有扩展字段，IPv6支持多报头嵌套。
6. IPv6只能由源发节点进行分段，中间路由器不能分段，目的是简化路由处理，MTU发现。

IPv6报文格式

版本：用0110表示IPv6。

通信类型/流量等级（8位）：用于区分不同的IP分组，相当于IPv4中服务类型的字段。

流标签（20位）：标识某些需要特别处理的分组。

负载长度（16位）：表示除了IPv6固定头部40字节之外的负载长度，扩展头包含在负载长度之中。

下一头部（8位）：指明下一个头部类型，可能是IPv6扩展头部和高层协议的头部。

跳数限制（8位）：用于检测路由循环，类似TTL。

源地址（128位）：发送节点的地址。

目标地址（128位）：接收节点的地址。

IPv6地址基础

IPv6地址128位，采用冒号分隔的十六进制数（8组）表示。

如：

8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF

每个字段前面的0可以省去，例如0123可以简写为123。

一个或多个全0字段，可以用一对冒号“::”代替

• 有效0位不可以简写，双冒号只能出现一次
• 以上地址可简写为8000::123:4567:89AB:CDEF
• IPv4兼容地址可以写为::192.168.10.1

IPv6地址分类

IPv6地址是一个或一组接口的标识符，IPv6地址被分到接口而不是节点。

单播地址

可聚合全球单播地址：这种地址在全球范围内有效，相当于IPv4公用地址（前缀为001）。

链路本地地址：用于同一链路的相邻节点间的通信（前缀为1111 1110 10）结合MAC地址自动生成。

站点本地地址：相当于IPv4中的私网地址（前缀为1111 1110 11）。

组播地址

IPv6中没有广播地址，广播功能被组播代替。

IPv6组播地址的格式前缀为1111 1111，即FF00开头。

任意播地址

表示一组接口的标识符，通常是路由距离最近的接口。

任意播地址不能用作源地址，而只能作为目标地址。

任意播地址不能指定给IPv6主机，只能指定给IPv6路由器。

IPv6地址书写

合法写法：

• 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000/60
• 12AB::CD30:0:0:0:0/60
• 12AB:0:0:CD30::/60

非法写法

• 12AB:0:0:CD3/60（在16位的字段中可以省掉前面的0，但不能省掉后面的0）
• 12AB::CD3/60（这种表示可展示为12AB:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0CD3）
• 12AB::CD30/60（这种表示可展示为12AB:0000:0000:0000:0000:0000:0000:CD30）

特殊地址对比 IPv4 vs IPv6

IPv6路由协议

共有3种路由协议：RIPng，OSPFv3，BGP4+。

DHCPv6 无状态配置和有状态配置

有状态自动配置：DHCPv6直接分配前缀和接口ID、网关和DNS等。（全部信息）

无状态自动配置：路由器接口前缀+终端EUI-64。（一半信息）

ICMPv6

新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能。

IPv6地址基础

• IPv6地址128位，采用冒号分隔的十六进制数（8组）表示。

例如：8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF

• 每个字段前面的0可以省去，例如0123可以简写为123
• 一个或多个全0字段，可以用一对冒号“::”代替
• 有效0位不可以简写，双冒号只能出现一次
• 以上地址可简写为8000::123:4567:89AB:CDEF
• IPv4兼容地址写为::192.168.10.1

IPv4到IPv6过渡技术

双栈技术：同时运行IPv4和IPv6。

隧道技术：解决IPv6节点之间通过IPv4网络进行通信。

翻译技术：解决纯IPv6节点与纯IPv4节点之间进行通信。

过渡技术-隧道

两节点之间不能使用NAT技术，因为IPv4地址必须全局可路由。

小型网络可以人工配置隧道。对于IPv4/IPv6双栈主机，地址必须已知，可以配置一条默认的隧道，以便把不能连接到任何IPv6路由器的分组发送出去。

大型网络配置人工隧道比较困难，主要可以通过隧道中介（Tunnel Broker）技术解决。隧道服务器是一种即插即用的IPv6技术，通过IPv4网络可以进行IPv6分组的传送。

自动隧道（ISATAP）：两个双栈主机可以通过自动隧道在IPv4网络中进行通信。可以穿透NAT设备，与私网之外的主机建立IPv6连接。

过渡技术-地址翻译

已知翻译方法有如下几种：SIIT，NAT-PT，SOCKS64，TRT。

过渡技术-地址翻译（Network Address Trannslation-Protocol Translator,NAT-PT），适用于纯IPv6节点与纯IPv4节点间的通信。它必须指定一个服务器作为NAT-PT的网关，并且要准备一个IPv4地址块作为地址翻译所用，要为每个站点预留一个IPv4地址。

• 静态NAT-PT 1:1
• 动态NAT-PT M:N
• 基于端口NAPT-PT M:1

示例：

主机A的IPv6地址：FEDC:BA98::7654:3210

主机B的IPv6地址：FEDC:BA98::7654:3211

主机C的IPv4地址：132.146.243.30

主机A若要与主机C通信，则主机A生成一个分组，源地址：FEDC:BA98::7654:3210（主机A的IPv6地址），目标地址：格式前缀::132.146.243.30。