IPV6的技术特征与应用研究

第２Ｏ卷第３期　２００６年６月　高等函授学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　ＶｏＩ．２Ｏ　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２００６　文章编号：１００６—７３５３（２００６）０３—００１３（４）一Ｏ３　ＩＰＶ６的技术特征与应用研究　赵，　鸣　（长江大学　计算机学院，湖北　荆州４３４０２３）　摘要：随着ＩＮＴＥＲＮＥＴ的发展，ＩＰＶ４所面临的问题非常明显：一是地址匮乏；二是提供的服　务具有局限性．网络安全也不尽人意。这样就迫使我们必须引入下一代因特网协议——ＩＰＶ６．　ＩＰＶ６作为下一代的网络协议，具有很多优点，如地址充足，简洁实用，即插即用……本文从以上几　个方面阐述ＩＰＶ６的相关知识。　关键词：ＩＰＶ６体系框架；报头格式；ＩＰＳｅｃ；Ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰＶ６　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　目前运行的ＩＮＴＥＲＮＥＴ协议是ＩＰＶ４，　ＩＮＴＥＲＮＥＴ从起步到今天的ＩＰＶ４，取得了相当　大的成功，但仍有需要改进的地方。一是地址问　题，ＩＰＶ４的地址只有３２位，这意味着总的地址数　大约是４Ｏ亿，并且还有许多地址是不可用的。按　照目前网络的发展趋势，到２０１５年，ＩＰＶ４的地址　一个全球唯一的地址。一个报文的目的地址可归　为以下三类：Ｕｎｉｃａｓｔ单播：目的地址指明单一的　计算机，数据报将选择最短的路径到达目的站。　Ｃｌｕｓｔｅｒ群播；目的站是共享一个地址前缀的计算　机的集合，数据报将选择最短的路径到达该组，然　后只投递给组中的一个成员。Ｍｕｈｉｃａｓｔ多播：目　将被耗尽；二是ＩＰＶ４提供服务的局限性，ＩＰＶ４不　能保证提供给上层的服务是可靠的，没有ＱｏＳ（服　务质量）的概念……这些问题都是ＩＰＶ４的致命　的站是一组计算机，数据报将通过硬件组播投递　给每一个成员。而有限的地址空间无法实现组播　和多播功能。　１．２　头部的简化和可扩展性　弱点。因此，必须找到一种协议解决这些问题。如　果把ＩＰＶ４替换掉的话，则网络中的所有系统均需　要升级。操作系统的升级很简单，而ＩＰＶ４的升级　对于大型组织来说则非常困难。为了既解决这些　ＩＰＶ６的另一进步就是对包头结构的简化。　它包含８个字段（ＩＰＶ４有１２个）共４Ｏ字节；　ＩＰＶ６丢弃了ＩＰＶ４的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｈｅａｄｅｒ　Ｌｅｎｇｔｈ（报　头长度）、Ｔｙｐｅ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ（服务类型）、　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（识别）、Ｆｌａｇｓ（标志）、Ｆｒａｇｍｅｎｔ　ｏｆｆｓｅｔ（分片偏移量）和Ｈｅａｄｅｒ　Ｃｈｅｃｋｓｕｍ（报头　校验和）字段；Ｔｏｔａｌ（总长度）、Ｔｉｍｅｔｏ　Ｌｉｖｅ（生　问题，又兼容传统的ＩＰＶ４，我们可引入下一代因　特网协议ＩＰＶ６．　１　ＩＰＶ６的工作方式和优点　ＩＰＶ６是下一代ＩＮＴＥＲＮＥＴ协议。从１９９２年　开始，经过１４年的发展，ＩＰＶ６协议的基本框架已　经逐步成熟，在越来越广泛的范围内得到实践。在　存时间）和Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（协议）字段在ＩＰＶ６中有了　新名字，并进行了重新定义；ＩＰＶ４中的　Ｏｐｔｉｏｎ（选项）字段改为Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ（扩展）；最　后，ＩＰＶ６加入了两个新字段：Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｌａｓｓ（流量　体系完善的过程中，ＩＰＶ６逐步优化了协议体系结　构。ＩＰＶ６的工作方式及优点主要有以下几点。　１．１　无限的地址空间　ＩＰＶ６的地址是１２８位的，在可预见的很长时　类别）和Ｆｌｏｗ　Ｌａｂｅｌ（流标记），这使路由器处理　分组的速度加快，提高了吞吐率。　期内，它能够为所有可以想象出的网络设备提供　＊收稿日期：２００６—０３—０８　作者简介：赵鸣（１９７５一），男，湖北荆州人，硕士，讲师，主要研究方向为计算机辅助教学和网络数据库。　１３　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２０卷第３期　２００６年６月　高等函授学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖｏ１．２０　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２００６　１．３　安全性提高　ＩＰＶ６利用数据包头的扩展部分可以提供路　由器级的安全性。ＩＰＶ６中强制性的安全性包括　两方面的内容：一方面，ＩＰＶ６数据包的接收者可　以要求发送者首先利用ＩＰＶ６认证头（数据包头的　扩展部分）进行“登录”，然后才接收数据包，这种　登录的算法是独立的，可以有效地阻止网络“黑　客”的攻击；另一方面，利用ＩＰＶ６的封闭安全头　（数据包头的扩展部分）加密数据包，这种加密也　是算法独立的，这意味着可以安全地在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　上传输敏感数据，不必担心被第三方截取。　１．４　高性能和高ＱｏＳ　加长的“Ｐａｙｌｏａｄ　Ｌｅｎｇｔｈ”使ＩＰＶ６的数据包　可以超过６４　ｋ字节，应用程序可以利用最大传输　单元（ＭＴＵ）特征获得更快、更可靠的数据传输。　“Ｆｌｏｗ　ｌａｂｅｌｓ”域极大地改善了ＩＰＶ６的服务　质量。一个“流”是从一个源节点发送的多个数据　包。“Ｆｌｏｗｌａｂｅｌｓ”域允许源节点排列流中各数据　包的逻辑顺序，为特定序列的包请求特殊处理（效　果好于尽力转发）。路由器可以维护此流的前后　关系，优化传输性能和拥塞管理。实用数据传输如　语音和视频可以使用Ｆｌｏｗ　Ｌａｂｅｌ字段以确　保ＱｏＳ．　１．５　即插即用　“即插即用”是指无需任何人工干预，就可以　将一个节点插入ＩＰＶ６网络并在网络中启动。　ＩＰＶ６使用了两种不同的机制来支持即插即用网　络连接：启动协议（ＢＯＯＴｓｔｒａｐ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，　ＢＯＯＴＰ）和动态主机配置协议（ＤＨＣＰ）。这两种　机制允许ＩＰ节点从特殊的ＢＯＯＴＰ服务器或　ＤＨＣＰ服务器获取配置信息。这些协议采用“状态　自动配置”（Ｓｔａｔｅｆｕｌ　Ａｕｔ０ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ），即服务　器必须保持每个节点的状态信息，并管理这些保　存的信息。　自动配置和手动配置两种机制可以共存，并　且两种类型自动配置方法的合作比单独使用其中　一种更易于实现互联网络连接的即插即用。　１．６　移动便捷　在ＩＰＶ６协议体系中，对移动性的支持扩展了　网络的漫游能力，也为用户提供了一个固定ＩＰＶ６　地址，使得ＶＯＩＰ、ＰＵＳＨ等Ｐ２Ｐ业务可以直接根　】４　据ＩＰ地址提供服务，简化了业务部署的难度，对　ＩＰ网络的扩展和应用具有重要意义。在ＩＥＴＦ标　准体系中，ＩＰＶ６的移动性称为“移动ＩＰＶ６（Ｍ０ｂｉｌｅ　ＩＰＶ６）”，该协议允许一个节点从一条链路移动至　另外一条链路，而不需要改变移动节点的ＩＰ　地址。　移动ＩＰＶ６体系能够保证用户漫游到外地时，　所有发往移动用户的分组不丢失，也能够保证传　输层和应用层的连接在移动的过程中不中断，保　持通信的连续性。　可以说，ＩＰＶ６的上述特点充分迎合了未来网　络向ＩＰ融合统一的发展方向，并提升了ＩＰ网络的　可运营和可管理性。　２　ＩＰＶ６的应用　随着ＩＰＶ６的发展，下一代互联网商业应用的　巨大市场将突破传统ＩＴ、电信等行业的局限，延　伸到国民经济的各个行业，延伸至亿万家庭和个　人，延伸到地球的每一个角落。原有Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务　将得到更进一步的发展。根据ＩＰＶ６的体系框架和　未来的发展趋势，ＩＰＶ６的关键作用体现在以下几　个方面。　２．１　３Ｇ业务　由于ＩＰ的诸多优点和全球ＩＰ浪潮的冲击，　３Ｇ演变为全ＩＰ网络的趋势越来越明显。为了满　足永远在线的需要，每一个要接入因特网的移动　设备都将需要两个唯一的ＩＰ地址来实现移动因　特网连接，本地网络分配一个静态ＩＰ地址，连接　点分配第二个ＩＰ地址用于漫游。ＧＰＲＳ和３Ｇ作为　未来移动通信蓝图中的核心组成部分，对ＩＰ地址　的需求量极大，只有ＩＰＶ６才能满足这种需要。　２．２　个人智能终端　经济的发展带动了个人电子设备的发展，由　呼机、手机到ＰＤＡ的发展趋势看，有联网能力的　集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快　出现，经过２～４年的发展，其规模就会相当大，　由此将产生对ＩＰ地址的巨大需求，这将是过渡到　ＩＰＶ６的一个最大动因。　２．３　家庭网络　根据Ａｌｌｉｅｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ的预测，家　用接入网络的网关数量将从２０００年的６１８０００个　增加到２００６年的１６．８Ｍ个，销售额将从￥２２３Ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２Ｏ卷第３期　２００６年６月　高等函授学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）　Ｖｏ１．２Ｏ　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ　２００６　增加到￥３．７Ｂ．家用宽带和ＤＳＬ设备的增长也　是驱动家庭网络市场的因素，很多信息技术厂商　都在做家庭网络方面的项目。像ＩＥＥＥ　１３９４和蓝　牙这样的新技术已经被开发用于移动和家庭用　途，那些加人了处理器的设备越来越具备和网络　相连的条件，具体家庭网络连接方式如下图所示。　家庭网络连接方式图　２．４　在线游戏　游戏业是一个很大ｌ的产业，仅美国的游戏市　场就达到了１００亿美元。在线游戏又是游戏业的　一个明显的发展趋势，使得玩家能够和跨地域的　玩伴展开竞赛，而不再是局限在同一房间里。在线　游戏是技术上可行并将在将来几年里迅速发展的　业务之一。　在线游戏需要把分散在不同地域的用户连接　起来，并保证安全、隐私和计费的需要。由于缺少　足够的ＩＰ地址，ＩＰＶ４的网络无法满足在线游戏　Ｐ２Ｐ的需求　另外，在线游戏必须支持固定和移动　两种网络接人方式。采用基于ＩＰＶ６的游戏终端主　要是和游戏服务器进行交互，几乎不需要访问原　来大量的ＩＰＶ４的服务器。由于这些技术和商务的　需要，在线游戏如果没有ＩＰＶ６的支持肯定无法获　得成功，这应该是ＩＰＶ６的软件开发的一个驱动　力，在线游戏可能也是近期推动ＩＰＶ６非常有前景　的业务之一。　２．５　现代远程教育　由于ＩＰＶ６的组播地址范围巨大，世界上任何　一个学习者都能连接到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ进行学习。对比　传统的ＩＰＶ４，它具有如下优点：　（１）它解决了网络传输中的信道拥塞问题，　同时它的组播技术可以大大节省网络带宽，因为　无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条　链路上只需传送单一的数据包。将ＩＰＶ６的组播技　术应用于远程教育，能够提高数据的传输效率，减　少主干网出现拥塞的可能性。　（２）丰富教学资源，保障网络安全。利用组播　可以传输流媒体信息的特点，为学习者提供丰富　多彩的学习资源；并且由于ＩＰＶ６提供了严密的安　全机制和严格的身份认证机制，保证了网络传输　数据的安全性和网络服务器的安全性，使得越来　越多的教育资源提供方将教育资源放在服务　器上。　（３）实现网络实时教学。由于ＩＰＶ６改变了原　有的数据传输和报文分割方式，在相同的网络带　宽上可以运行更多数据，使视音频流媒体能够在　普通网络中传输，网络教育有望从单向交流转向　双向互动。另外，学习者还可以通过视频点播、虚　拟教室等技术实现真正意义上的个性化教学和远　程沉浸式教学。　以上只是ＩＰＶ６应用的几个常规方面，实际的　应用领域远远不止这么多，尤其是在远程教育方　面，有更多的领域需要去研究探索。随着ＩＰＶ６协　议的进一步发展，将会带动远程教育以更快速度、　更高质量、更全面地发展。　参考文献　［１］（美）Ｊｏｓｅｐｈ　Ｄａｖｉｅｓ著．张晓彤等译．理解ＩＰＶ６［－Ｍ］．　北京：清华大学出版社，２００４．　［２］吴琼．ＩＰＶ６简介和远程教育展望［Ｊ］．开放教育研究．　２００３，（１）．　［３］王琳，解冲锋．杨明ＪＩｉ．ＩＰ关键技术［Ｊ］．信息网络．　２００３，（１）．　［４］潇湘工作室．ＩＰＶ６网络互连与ＣＩＳＣＯ路由器［Ｍ］．北　京：机器工业出版社．１９９９．　［５］周逊．ＩＰＶ６下一代互联网的核心［Ｍ］．北京：电子工　业出版社．２００３．　［６］Ｓｉｌｖｉａ　Ｈａｇｅｎ．技桥．译．ＩＰＶ６精髓［Ｍ］．北京：清华大　学出版社，２００４．　１５