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什麽是IPv6？
发表于：2004/06/15 09:27:00
什麽是IPv6？
传统的IP，即IPv4（IP version 4）定义IP地址的长度为32位，Internet上每个主机都分配了一个（或多个）32位的IP地址。32位的地址在DARPA时代的互联网络看来还是足够使用的，同时网络地址的分类（A、B、C、D、E类）和提取也提高了路由的效率。 但是在80年代早期，即使是最有远见的TCP/IP开发者们也没有预料到互联网会有后来的爆炸性的增长。Internet的设计者们没有想到今天Internet会发展到如此大的规模，更没有预测到今天Internet因为发展规模所陷入的困境。1987年统计表明可能将来需要分配多达100,000个网络，然而早在1996年这个记录已经被打破。自从1992年以来，特别是WWW服务普及之后，网络节点的数目开始几何级数的增长。
地址短缺问题的根源有绝对的一面也有相对的一面。绝对的一面就是32位的空间是十分有限的；相对的一面就是，尽管现行的32位IPv4的地址结构可以为1670万个网络上的超过40亿台主机分配地址，但实际上的地址分配效率远远达不到这个数值，甚至在理论上也不可能。 网络增长不仅导致地址总数量的不够，也导致路由表的迅速膨胀。
IPng（IP Next Generation）问题就是在IPv4的地址空间出现危机时提出的，地址即将耗尽和路由表的过度膨胀是促使IPng问题产生的直接原因。但是IPng试图解决许多问题。IPv4协议是在十几年前设计的，当时的互联网远远没有达到今天的规模，网络连接的速度十分有限，网络应用的类型也比较单一，以文本数据的传输为主。互联网商业化，特别是WWW发明以来，互联网在规模和应用上发生了革命性了变化。声音、图像、甚至触觉都已经或者即将进入互联网络，在分组交换网络中传输这些业务希望具有实时特性，纯粹的"best effort"的传输已经很难满足要求；其次，可连接规模的扩大，导致安全成为日益重要的问题，人们希望能够确认信息的确发给了正确的节点，同时还不希望在传输的中途被截留或者监听；再者，人们一直幻想"在任何时间（whenever）任何地点（wherever）同任何人（whomever）"进行通信，随着通信技术的迅速发展，移动性成为对未来互联网的重要期望。因此IPng的目标是设计一个全新的互连网络协议。 90年代初，人们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，分配了版本号6（版本号5已经被分配另一种草案），称为"IP version 6"（IPv6），同现在使用的版本4相区别；1998年又作了较大的改动。
IP协议是互联网体系结构的核心，它必须具备相对的稳定性。IPv6作为Internet Protocol的新版本，其根本目的是继承和取代IPv4。因此，人们在规划IPv6的时候，就把眼光投向了包括地址在内的上述重要需求，希望能够解决这些目前已经出现和将来可能出现的问题。从IPv4到IPv6的改变将不可避免的带来Internet上新的革命，无论是硬件还是软件都将有全新的发展。但是，原有的IPv4协议已经成功的实施了将近二十年，在Internet上，甚至有许多通信协议标准比Internet还要早，Internet协议和标准化是有一个简单的原则的：
只要可以应用现有的协议标准，就使用它们；只有当现有的标准不够时才制定新的协议，而且只要能够得到这些新的标准，而它们又能够提供等价的功能，就使用这些新的标准。
所以，IPv6协议的意图并不是排斥和避免已有的标准。它的产生只是因为传统的IPv4不能满足需要。在IPv6完全取代IPv4之前，不可避免的，这两种协议要有一个可能是相当长的共存时期，IPv6可能需要在研究所和学术机构中进行足够的试验，才能象IPv4一样成功的投入商业运营。因此，从IPv4到IPv6要有一个过渡时期。
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。制订IPv6时，IETF致力于产生一种开放的标准，因此他们邀请了许多团体来参加标准的制订过程，研究人员、计算机制造商、程序设计人员、管理人员、用户、电话公司以及有线电视产业都对下一代IP提出了他们的要求和建议。但是作为一种新的协议，从诞生于实验室和研究所到实际应用于Internet是有很大距离的。不可能要求立即将所有节点都演进到新的协议版本，所以在一定的时间内，IPv6将和IPv4共同存在共同运行。如果没有一个过渡方案，再先进的协议也没有实用意义，因此从IPv4网络向IPv6网络过渡的问题从一开始就列入了开发者的日程表。
在相当时间内，IPv6节点之间的通信还要依赖于原有IPv4网络的设施，而且IPv6节点也必不可少的要与IPv4节点通信，我们希望这种通信能够高效的完成，对用户隐藏下层细节。同时，IPv4已经应用了十多年，基于IPv4的应用程序和设施已经相当成熟而完备，我们希望以最小的代价来实现这些程序在IPv6环境下的应用。所有这些都提出了从IPv4网络向IPv6网络高效无缝互连的问题。 对于过渡问题和高效无缝互连问题的研究已经取得了许多成果，形成了一系列的技术和标准。
一个纯IPv6网络的实现与原来IPv4网络并没有差别，在路由协议和域名解析上也不需要特定的机制来支持，仅仅需要对原来的协议和应用程序进行修改就可以了。 但是对于一台主机或者一个网络在不同协议之间的通信来说，情况就发生了变化。由于报文在传输中要经过两种运行在不同协议下的网络环境，报文的翻译是一个问题，同时由于两种协议表示地址的方法不同，如何在协议地址之间标示信源和信宿也是必须处理的。
在IPv6的网络流行于全球之前，总是有一些网络首先具有IPv6的协议栈。这时，这些网络就像IPv4海洋中的小岛。过渡的问题可以分成两大类：
第一类就是解决这些IPv6的小岛之间互相通信的问题，
第二类就是解决IPv6的小岛与IPv4的海洋之间通信的问题。
第一篇描述过渡问题的RFC是RFC 1933，这篇文章中提出了解决过渡问题的两种最基本的技术：双协议栈（Dual Stack）和隧道（Tunnel）。我们所讨论的过渡机制（Transition Mechanism）都是在这两种技术的基础之上针对特定的问题的解决方案。但是目前还没有一种机制能够一劳永逸的解决这个问题，每一种具体的机制都是针对具体的情况的。
双协议栈
在实践当中，最典型的是IETF提出的叫"双协议栈"的方案。需要提前说明的是，双协议栈技术并不具备创建隧道的能力；但是，后面提到的创建隧道的能力则必须要求有双协议栈技术的支持。
双协议栈方案的工作方式如下：
# 如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议
# 如果应用程序使用的目的地址是IPv6中的IPv4兼容地址，则同样使用IPv4协议，所不同的是，此时IPv6就封装（encapsulated）在IPv4当中
# 如果应用程序使用的目的地址是一个非IPv4兼容的IPv6地址，那么此时将使用IPv6协议，而且很可能此时要采用隧道等机制来进行路由、传送
# 如果应用程序使用域名来作为目标地址，那么此时先要从DNS服务器那里得到相应的IPv4/IPv6地址，然后根据地址的情况进行相应的处理
对目前的环境来说，要实现纯粹IPv6的路由是很困难的，因此，人们一般采用IPv6 over IPv4 的点对点隧道技术。将IPv6分组打包，放入IPv4分组的数据区，加上IPv4的报头，在IPv4互联网世界中进行路由，到达目的地后再把数据区中的IPv6分组取出来作相应的处理，该继续路由的路由，该收发的收发。这样，就可以实现"双协议栈"的过渡方案。 最后，对于实现IPv6协议栈，尽管在细节上，IPv6和IPv4有很大的不同，但是从原理和它们在网络体系结构中的位置来看，是相当的一致的。这些一致使得开发人员只需要很小的付出就可以实现从IPv4到IPv6协议栈的转换。
隧道 所谓隧道技术，就是将具有自身协议的复杂网络作为一般的硬件传输系统对待。前文已经提到，在IPv6的网络流行于全球之前，总是有一些网络首先具有IPv6的协议栈，这些网络就像IPv4海洋中的小岛，隧道就是通过"海底"连接这些小岛的通道，因此而得其名。由于隧道上的链路是逻辑的，或称为虚拟的，因此，这些"小岛"所互连而成的网络就被看作是一个虚拟网络。在IPv6 Native Network之间需要通信或IPv6节点需要与IPv4 的节点通信时，IPv4协议就被当作IPv6数据传输的一个隧道。通过隧道，IPv6分组被作为无结构无意义的数据，封装在IPv4数据报中，被IPv4网络传输。由于IPv4网络把IPv6数据当作无结构无意义数据传输，因此不提供帧自标示能力，所以只有在IPv4连接双方都同意时才能交换IPv6分组，否则收方会将IPv6分组当成IPv4分组而造成混乱。网络从IPv4向IPv6演进的过程就是这些"小岛"渐渐扩大而成为"大陆"的过程。 综合以上两节，现阶段Internet上IPv4和IPv6通信的模式如下图所示：
针对目前Internet上的各种IPv4与IPv6之间通信的情况，人们已经开发出了许多有效的过渡机制。
IPv6的小岛之间通信的情况
针对这一类问题，又可以划分多种情况。
1. 手工配置多条隧道，适用于具备双协议栈的站点（sites）之间通信。所谓站点，既可以是一台主机，也可以是一系列主机。
2. 自动隧道配置如Tunnel Broker，适用于具备双协议站的主机之间通信。
3. 6to4机制，适用于站点之间通信，为了实现这个机制，每个站点内部的主机可以仅仅配置IPv6协议栈，但是每个站点必须至少有一台"6to4"的路由器作为出入口，支持全球统一的6to4 TLA（Top Level Aggregation）前缀格式，并实施特殊的封装和转发机制。
4. 6over4机制，适用于具备双协议栈的主机之间通信。它利用IPv4的multicast机制来创建虚拟链路而不是显式的隧道。
IPv6小岛与IPv4海洋之间通信的情况
这一类问题下同样有多种情况，目前的过渡机制都是通过以下途径实现的：应用级转发；网络层翻译；为IPv6节点暂时分配IPv4地址。
1. 双协议栈有限双协议栈，适用于具备双协议栈的站点的通信。
2. Socks64（Socket 6 to 4）机制，适用于IPv6的站点和IPv4站点的通信。它实际上是一种网关的转发机制，实施socks64的网关为IPv6的节点提供分组的转发和翻译。
3. SIIT（Stateless IP/ICMP Translator）机制，适用于IPv6的站点和IPv4站点的通信。它实际上在IPv4和IPv6的分组报头之间进行翻译，使用IPv4映射的IPv6地址进行通信。
4. NAT-PT（Network Address Translation - Protocol Translation）机制，适用于IPv6 only站点和IPv4 only站点之间的通信。它进行IPv6和IPv4地址之间的翻译。
5. BIS（Bump-in-the-Stack）机制，适用于具备双协议栈的主机与IPv4的世界通信。它在IPv4的协议栈中插入三个模块：域名解析器、地址映射器和翻译器。
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