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IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問(wèn)題和不足而提出的，同時(shí)它還在許多方面提出了改進(jìn)，例如路由方面、自動(dòng)配置方面。經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(cháng)的IPv4和IPv6共存的時(shí)期，IPv6最終會(huì )完全取代IPv4在互連網(wǎng)上占據統治地位。對比IPv4，IPv6有如下的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)也可以稱(chēng)作是IPv6的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化的報頭和靈活的擴展;層次化的地址結構;即插即用的連網(wǎng)方式;網(wǎng)絡(luò )層的認證與加密;服務(wù)質(zhì)量的滿(mǎn)足;對移動(dòng)通訊更好的支j持。
*簡(jiǎn)化的報頭和靈活的擴展
IPv6對數據報頭作了簡(jiǎn)化，以減少處理器開(kāi)銷(xiāo)并節省網(wǎng)絡(luò )帶寬。IPv6的報頭由一個(gè)基本報頭和多個(gè)擴展報頭(ExtensionHeader)構成，基本報頭具有固定的長(cháng)度(40字節)，放置所有路由器都需要處理的信息。由于Internet上的絕大部分包都只是被路由器簡(jiǎn)單的轉發(fā)，因此固定的報頭長(cháng)度有助于加快路由速度。與此同時(shí)，IPv6還定義了多種擴展報頭，這使得IPv6變得極其靈活，能提供對多種應用的強力支持，同時(shí)又為以后支持新的應用提供了可能。除了逐個(gè)路程段選項報頭(它攜帶了在傳輸路徑上每一個(gè)節點(diǎn)都必須進(jìn)行處理的信息)外，擴展報頭只有在它到達了在IPv6的報頭中所指定的目標節點(diǎn)時(shí)才會(huì )得到處理(當多點(diǎn)播送時(shí)，則是所規定的每一個(gè)目標節點(diǎn))。一個(gè)完整的IPv6的實(shí)現包括下面這些擴展報頭的實(shí)現：逐個(gè)路程段選項報頭，目的選項報頭，路由報頭，分段報頭，身份認證報頭，有效載荷安全封裝報頭，最終目的報頭。
*層次化的地址結構
IPv6將現有的IP地址長(cháng)度擴大4倍，由當前IPv4的32位擴充到128位，以支持大規模數量的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。這樣IPv6的地址總數就大約有3.4*10E38個(gè)。平均到地球表面上來(lái)說(shuō)，每平方米將獲得6.5*10E23個(gè)地址。IPv6支持更多級別的地址層次，IPv6的設計者把IPv6的地址空間按照不同的地址前綴來(lái)劃分，并采用了層次化的地址結構，以利于骨干網(wǎng)路由器對數據包的快速轉發(fā)。IPv6定義了三種不同的地址類(lèi)型。分別為單點(diǎn)傳送地址(UnicastAddress)，多點(diǎn)傳送地址(MulticastAddress)和任意點(diǎn)傳送地址(AnycastAddress)。所有類(lèi)型的IPv6地址都是屬于接口(Interface)而不是節點(diǎn)(node)。一個(gè)IPv6單點(diǎn)傳送地址被賦給某一個(gè)接口，而一個(gè)接口又只能屬于某一個(gè)特定的節點(diǎn)，因此一個(gè)節點(diǎn)的任意一個(gè)接口的單點(diǎn)傳送地址都可以用來(lái)標示該節點(diǎn)。
IPv6中的單點(diǎn)傳送地址是連續的，以位為單位的可掩碼地址與CIDR格式的IPv4地址很類(lèi)似，一個(gè)標識符僅標識一個(gè)接口的情況。
多點(diǎn)傳送地址是一個(gè)地址標識符對應多個(gè)接口的情況(通常屬于不同節點(diǎn))。IPv6中沒(méi)有廣播(Broadcast)的概念，廣播只是組播(Multicast)的一個(gè)特例。
任意點(diǎn)傳送地址也是一個(gè)標識符對應多個(gè)接口的情況。如果一個(gè)報文要求被傳送到一個(gè)任意點(diǎn)傳送地址，則它將被傳送到由該地址標識的一組接口中的最近一個(gè)(根據路由選擇協(xié)議距離度量方式?jīng)Q定)。任意點(diǎn)傳送地址是從單點(diǎn)傳送地址空間中劃分出來(lái)的，因此它可以使用表示單點(diǎn)傳送地址的任何形式。從語(yǔ)法上來(lái)看，它與單點(diǎn)傳送地址間是沒(méi)有差別的。當一個(gè)單點(diǎn)傳送地址被指向多于一個(gè)接口時(shí)，該地址就成為任意點(diǎn)傳送地址，并且被明確指明。當用戶(hù)發(fā)送一個(gè)數據包到這個(gè)任意點(diǎn)傳送地址時(shí)，離用戶(hù)最近的一個(gè)服務(wù)器將響應用戶(hù)。這對于一個(gè)經(jīng)常移動(dòng)和變更的網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)大有益處。
*即插即用的連網(wǎng)方式
IPv6把自動(dòng)將IP地址分配給用戶(hù)的功能作為標準功能。只要機器一連接上網(wǎng)絡(luò )便可自動(dòng)設定地址。它有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是最終用戶(hù)用不著(zhù)花精力進(jìn)行地址設定，二是可以大大減輕網(wǎng)絡(luò )管理者的負擔。IPv6有兩種自動(dòng)設定功能。一種是和IPv4自動(dòng)設定功能一樣的名為“全狀態(tài)自動(dòng)設定”功能。另一種是“無(wú)狀態(tài)自動(dòng)設定”功能。
在IPv4中，動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DynamicHostConfigurationProtocol，DHCP)實(shí)現了主機IP地址及其相關(guān)配置的自動(dòng)設置。IPv6繼承了IPv4的這種自動(dòng)配置服務(wù)，并將其稱(chēng)為全狀態(tài)自動(dòng)配置(StatefulAutoconfiguration)。
在無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置(StatelessAutoconfiguration)過(guò)程中，主機首先通過(guò)將它的網(wǎng)卡MAC地址附加在鏈接本地地址前綴1111111010之后，產(chǎn)生一個(gè)鏈路本地單點(diǎn)傳送地址。接著(zhù)主機向該地址發(fā)出一個(gè)被稱(chēng)為鄰居發(fā)現(neighbordiscovery)的請求，以驗證地址的唯一性。如果請求沒(méi)有得到響應，則表明主機自我設置的鏈路本地單點(diǎn)傳送地址是唯一的。否則，主機將使用一個(gè)隨機產(chǎn)生的接口ID組成一個(gè)新的鏈路本地單點(diǎn)傳送地址。然后，以該地址為源地址，主機向本地鏈路中所有路由器多點(diǎn)傳送一個(gè)被稱(chēng)為路由器請求(routersolicitation)的配置信息。路由器以一個(gè)包含一個(gè)可聚集全球單點(diǎn)傳送地址前綴和其它相關(guān)配置信息的路由器公告響應該請求。主機用它從路由器得到的全球地址前綴加上自己的接口ID，自動(dòng)配置全球地址，然后就可以與Internet中的其它主機通信了。使用無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置，無(wú)需手動(dòng)干預就能夠改變網(wǎng)絡(luò )中所有主機的IP地址。
*網(wǎng)絡(luò )層的認證與加密
安全問(wèn)題始終是與Internet相關(guān)的一個(gè)重要話(huà)題。由于在IP協(xié)議設計之初沒(méi)有考慮安全性，因而在早期的Internet上時(shí)常發(fā)生諸如企業(yè)或機構網(wǎng)絡(luò )遭到攻擊、機密數據被竊取等不幸的事情。為了加強Internet的安全性，從1995年開(kāi)始，IETF著(zhù)手研究制定了一套用于保護IP通信的IP安全(IPSec)協(xié)議。IPSec是IPv4的一個(gè)可選擴展協(xié)議，是IPv6的一個(gè)必須組成部分。IPSec的主要功能是在網(wǎng)絡(luò )層對數據分組提供加密和鑒別等安全服務(wù)，它提供了兩種安全機制：認證和加密。認證機制使IP通信的數據接收方能夠確認數據發(fā)送方的真實(shí)身份以及數據在傳輸過(guò)程中是否遭到改動(dòng)。加密機制通過(guò)對數據進(jìn)行編碼來(lái)保證數據的機密性，以防數據在傳輸過(guò)程中被他人截獲而失密。IPSec的認證報頭(AuthenticationHeader，AH)協(xié)議定義了認證的應用方法，安全負載封裝(EncapsulatingSecurityPayload，ESP)協(xié)議定義了加密和可選認證的應用方法。在實(shí)際進(jìn)行IP通信時(shí)，可以根據安全需求同時(shí)使用這兩種協(xié)議或選擇使用其中的一種。AH和ESP都可以提供認證服務(wù)，不過(guò)，AH提供的認證服務(wù)要強于ESP。
做為IPv6的一個(gè)組成部分，IPSec是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議。它只負責其下層的網(wǎng)絡(luò )安全，并不負責其上層應用的安全，如Web、電子郵件和文件傳輸等。也就是說(shuō)，驗證一個(gè)Web會(huì )話(huà)，依然需要使用SSL協(xié)議。不過(guò)，TCP/IPv6協(xié)議簇中的協(xié)議可以從IPSec中受益，例如，用于IPv6的OSPFv6路由協(xié)議就去掉了用于IPv4的OSPF中的認證機制。
作為IPSec的一項重要應用，IPv6集成了虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN)的功能，使用IPv6可以更容易地、實(shí)現更為安全可靠的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)。
*服務(wù)質(zhì)量的滿(mǎn)足
基于IPv4的Internet在設計之初，只有一種簡(jiǎn)單的服務(wù)質(zhì)量，即采用“盡最大努力”(Besteffort)傳輸，從原理上講服務(wù)質(zhì)量QoS是無(wú)保證的。隨著(zhù)IP網(wǎng)上多媒體業(yè)務(wù)增加，如IP電話(huà)、VoD、電視會(huì )議等實(shí)時(shí)應用，對傳輸延時(shí)和延時(shí)抖動(dòng)均有嚴格的要求。
IPv6數據包的格式包含一個(gè)8位的業(yè)務(wù)流類(lèi)別(Class)和一個(gè)新的20位的流標簽(FlowLabel)。最早在RFC1883中定義了4位的優(yōu)先級字段，可以區分16個(gè)不同的優(yōu)先級。后來(lái)在RFC2460里改為8位的類(lèi)別字段。其數值及如何使用還沒(méi)有定義，其目的是允許發(fā)送業(yè)務(wù)流的源節點(diǎn)和轉發(fā)業(yè)務(wù)流的路由器在數據包上加上標記，并進(jìn)行除默認處理之外的不同處理。
一個(gè)流是以某種方式相關(guān)的一系列信息包，IP層必須以相關(guān)的方式對待它們。決定信息包屬于同一流的參數包括：源地址，目的地址，QoS，身份認證及安全性。IPv6中流的概念的引入仍然是在無(wú)連接協(xié)議的基礎上的，一個(gè)流可以包含幾個(gè)TCP連接，一個(gè)流的目的地址可以是單個(gè)節點(diǎn)也可以是一組節點(diǎn)。IPv6的中間節點(diǎn)接收到一個(gè)信息包時(shí)，通過(guò)驗證他的流標簽，就可以判斷它屬于哪個(gè)流，然后就可以知道信息包的QoS需求，進(jìn)行快速的轉發(fā)。
*對移動(dòng)通訊更好的支持
未來(lái)移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)的結合將是網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的大趨勢之一。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將成為我們日常生活的一部分，改變我們生活的方方面面。權威機構預計，到2005年，全球將有14億移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)，其中10億為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是移動(dòng)接入互聯(lián)網(wǎng)，它還提供一系列以移動(dòng)性為核心的多種增值業(yè)務(wù)：查詢(xún)本地化設計信息、遠程控制工具、無(wú)限互動(dòng)游戲、購物付款等。移動(dòng)IPv6的設計汲取了移動(dòng)IPv4的設計經(jīng)驗，并且利用了IPv6的許多新的特征，所以提供了比移動(dòng)IPv4更多的、更好的特點(diǎn)。