下一代网络协议IPv6

IPv6是“互联网协议第六版”的缩写。IPv6是由IETF(Internet Engineering Task Force，Internet工程特别工程组)设计的
下一代网际协议(Next Generation IP，IPng)，目的是取代现有的第四版网际协议(IPv4)。
IPv6的特点
随着IP业务的增长的，原有的IP网络越来越显得力不从心。现在广泛使用的IP(IPv4)是20实际70年代的协议，随着
全球IP网络规模的不断扩大和用户数的迅速增长，IPv4协议已经不能适应发展的需要。20世纪90年代初有关专家就
预见了IP协议换代的必然性，提出了下一代网络中用IPv6协议取代IPv4。
IPv6z是1992年提出的，主要起因是由于Web的出现导致了IP网络的爆炸性发展，IP网络用户迅速增加，IP地址空前
紧张。由于IPv4只能用32位二进制数表示地址，地址空间很少，IP网络将会因地址耗尽而无法继续发展，因而IPv6
首先解决的问题是扩大地址空间。IPv6有许多优良的特性，尤其在IP地址量、安全性、服务质量、移动性等方面优
势明显。采用IPv6的网络将比现有的网络更具有扩展性，更安全，更容易为用户提供质量服务。
今年来，随着移动互联互联网、语音和数据的集成以及嵌入式互联设备的快速发展，以互联网为核心的未来通信模
式正在形成。到目前为止，互联网取得了巨大的成功，而这很大程度上归功于核心通行协议IPv4的高度可伸展性。
IPv4的设计思想成功地造就了目前的国际互联网。但是，新应用不断涌现，现有的IPv4只能支持40亿个地址，根本
无法在以后支持移动电话、冰箱等其他设备接入IP网络的需要。
具体来说，IPv6具有一下特点：
使用128bit地址
仍然支持面向非连接的服务，但IPv6使用了一种全新的数据报格式，且允许与IPv4共存
简化了协议，加快了分组的转发
允许协议的继续演变，并允许新协议的加入
允许对网络资源的预分配，以支持实时视频等数据传书时对宽带和延时的要求
IPv6的数据格式
IPv6使用128bit的编制方案，是IPv4的4倍。理论上，IPv6，IPv6可以使用2^128个不同的地址。2^128具体有多大呢？
如果所有的地址平均平均分布于整个地球的表面，大约每平方米有10^24个地址，如此庞大的IP地址数量，“让地球
上的每一粒沙子都拥有一个合法的IP地址”将称为可能。
IPv6数据报的目的地址分为以下3种类型：
单播(Unicast)：即点对点通信方式
多播(Multicast)：即单点对多点的通信方式，源主机会将数据报提交给一组主机中的每一个主机，在IPv6中没有采用广
播，只将广播作为多播的一种特殊方式。
任播(Anycast)：在这种通信方式中，目的站点是一组计算机，但数据报只提交给其中的一台计算机。
在IPv6中，一个节点(包括主机和路由器)的接口上可以分配多个单播地址。但接口上的任何一个单播地址可以有唯一标
识该节点。
128bit的地址表示法与32bit不同。如果使用与32bit编址相同的点分十进制表示方式，一个128bit的IP地址将表示为类似于
以下的形式：
218.87.41.26.255.255.255.0.0.172.128.13.129.255.250.16
如此之长的数字，分配和管理起来非常不便，为此，在IPv6中使用了“冒号十六进制记法”，即把每个16bit的二进数表
示为一段十六进制数，但与IPv4不同的是，在IPv6中每段之间是用“:”号隔开，所以上面所示的点分十进制表示方法在
使用冒号十六进制记法后，可以表示为：
DA57:291A:FFFF:FF00:00AC:800D:81FF:FA10
在使用冒号十六进制后，虽然比点分十进制表示法简单，但在记忆和管理起来还是比较复杂。为此，冒号十六进制表示
法中使用了两种方法来简化IP地址的使用。第一种方法是“零压缩”法，即一连串连续的IP地址就爱你个表示为类似可
以通过一对冒号来替代，例如：
DA57:0000:0000:0000:0000:0000:81FF:FA10
采用零压缩法后，就可以写成：
DA57::81FF:FA10
为了进一步压缩，对于4位十进制中出现的高位的0也可以不列出，例如：
0AFF::100D:000C:000A，在进一步压缩后就可以写成：
AFF::D:C:A
另一种优化冒号十六进制记法的方法是，将冒号十六进制加法和点分十进制表示法进行结合，一般使用点分十进制表示
法作为冒号十六进制加法的后缀。下面是一个合法IPv4的地址结合：
0:0:0:0:0:218.95.28.19
再使用零压缩法后，就可以写成：
::218.84.28.19
在IPv4中，根据最高位的比特特点，可以将地址划分为A、B、C、D、和E共5类。IPv6也采用多级体系，目前有22类地址
每个地址有惟一的比特前缀，前缀的范围为3~10bit。例如，一个以8个0为前缀的地址对应一个IPv4地址，8个1为前缀的
地址对应一个多播地址，以00000010为前缀的地址可以与Novell NetWare的IPX协议兼容，等等。目前，大部分前缀还未
分配还未分配，以便于将来的发展。
在IPv6的3类地址中，使用最为广泛的是单播地址。单播地址是类似于IPv4的地址。
010 注册机标识符 服务提供者标识符 用户标识符 子网标识符 接口标识符
77位          48位
注册机构标识符：负责复配服务提供商的地址。它位于层次结构的最高层，允许根据地址来进行路由的选择。
服务提供者标识符：负责为用户分配地址。
用户标识符：用来标识不同的用户。
子网标识符：用来标志地址中的子网地址。
接口标识符：用来标识一个节点上的某一个接口。
从IPv4迁移到IPv6时的兼容问题
目前，互联网上的所有主机基本上都在使用IPv4进行通信。如果将这些主机从IPv4一次性地迁移到IPv6，实施起来是非常
困难的，也是不太可能的。为此，在较长的一段时间内，是IPv4和IPv6共存才是正真可行的。
如果在互联网上让IPv4和IPv6共存，关键问题是让IPv4能够认识IPv6的分组。这时因为在IPv4标准中不可能涉及到IPv6，
也就是说仅运行IPv4的路由器根本识别不出来IPv6的分组。虽然IPv6可以兼容IPv4，但这种兼容只是单向的。
IPv6系统必须对IPv4兼容，也就是运行IPv6的系统必须能够接收和转发IPv4的分组，并且能够为IPv4分组选择路由。解决这
一问题的方法是允许IPv6的地址结构覆盖IPv4的地址类型。
(a)IPv4映射地址
000…………………………………………………000 111……………1 IPv4地址
80bit          16bit     32bit
(b)IPv4映射地址
000…………………………………………………000                IPv4地址
96bit                32bit
上图显示了两种将IPv4放入IPv6地址总的方法。通过地址转换，运行IPv6的系统就可以将IPv4地址转换为IPv6的地址中，如
果下一个节点是IPv4时，根据IPv6首部的特征也可以将其还原为IPv4。
另一种情况与前面所讲的正好相反。如果两个IPv6路由器之间通信通过运行IPv4的网络通信，那种情况又会是怎样的呢？
由于IPv6地址所包含的信息无法放入IPv4的分组中，所以必须使用另一种解决方法，即隧道技术。

假设路由器A与D之间要进行IPv6分组的转发。当路由器B从路由器A接收到IPv6分组时，它将其嵌入到一个目的地址为
路由器C的IPv4分组中，IPv4负责将分组从路由器B转发给路由器C。当路由器C接收到IPv4分组时，就将IPv6分组从中
取出。当路由器C再将分组发送给路由器D时，就可以使用IPv6。在这一过程中，对于IPv6来说，路由器B相当于存在一
条运行IPv4的链路，即隧道。
由于从IPv4向IPv6迁移是一项庞大的系统工程，涉及到网路用户及运营商的每一个缓解，要求互联网运营商对网络设备
进行一次全面系统的升级，而且在升级过程中又不能影响网络的正常运行。为此，在真正的升级和迁移过程中还会遇到
许多技术问题。另外，IPv6的许多技术细节还在发展中，还有一些功能需要继续探索和完善。