文档介绍：IPv6技术 —下一代因特网
解决IP地址耗尽的措施
IP协议是因特网的核心协议。现在使用的IP协议(即IPv4)是在20世纪70年代末期设计的,无论从计算机本身发展还是从因特网规模和网络传输速率来看,现在的IPv4已很不适应了。这里最主要的问题就是32位的IP地址不够用。
要解决IP地址耗尽的问题,可以采用以下三种措施:
1)采用无分类编址CIDR,使IP地址的分配更加合理。
2)采用网络地址转换NAN方法,可节省许多全球IP地址。
3)采用具有更大地址空间的新版本的IP协议,即IPv6。
尽管上述前两项措施的采用使得IP地址耗尽的日期推后了不少,但却不能从根本上解决IP地址即将耗尽的问题。因此,治本的方法应当是上述的第三种方法。
下面是IPv6的简介。
IPv6的基本首部
IPv6所引进的主要变化如下:
1)更大的地址空间。IPv6把地址从IPv4的32位增大到4倍,即增大到128位,使地址空间增大了296倍。这样大的地址空间在可预见的将来是不会用完的。
2)扩展的地址层次结构。
3)灵活的首部格式。IPv6数据报的首部和IPv4的并不兼容。IPv6定义了许多可选的扩展首部,不仅可提供比IPv4更多的功能,而且还可以提高路由器的处理速率,这是因为路由器对扩展首部不进行处理(除逐跳扩展首部外)。
4)改进的选项。IPv6允许数据报包含有选项的控制信息,因而可以包含一些新的选项。IPv4所规定的选项是固定不变的。
5)允许协议继续扩充。
6)支持即插即用(即自动配置)。
7)支持资源的预分配。IPv6支持实时视像等要求保证一定的带宽和时延的应用。
8)IPv6首部改为8字节对齐。
IPv6数据报在基本首部的后面允许有零个或多个扩展首部,再后面是数据。但所有的扩展首部都不属于IPv6数据报的首部。所有的扩展首部和数据合起来叫做数据报的有效载荷或净负荷。
图1 具有多个可选扩展首部的IPv6数据报的一般格式
基本首部
扩展首部1
扩展首部N
数据部分
IPv6数据报
有效载荷
选项
…
与IPv4相比,对首部中的某些字段进行了如下更改:
取消了首部长度字段,因为它的首部长度是固定的(40字节)
取消了服务型字段,因为优先级和流标号字段合起来实现了服务型字段的功能。
取消了总长度字段,改用有效载荷长度字段
取消了标识、标志和片偏移字段,因为这些功能包含在分片扩展首部中。
把TTL字段改称为跳数限制字段
取消了协议字段,改用下一个首部字段
取消了检验和字段,这样就加快了路由器处理数据报的速度。
取消了选项字段,而用扩展首部来实现选项功能。
IPv6的有效载荷
流标签
有效载荷长度
源地址(128位)
IPv6的基本首部
(40B)
有效载荷(扩展首部/ 数据)
目的地址(128位)
图2 40字节长的IPv6基本首部
下一个首部
版本号
通信量类
跳数限制
0
4
比特
8
16
31
19
24
IPv6基本首部中各字段的作用
1)版本占4位。它指明了协议的版本,对IPv6该字段是6
2)通信量类占8位。这是为了区别不同的IPv6数据报的类别或优先级。
3)流标号占20位。IPv6的一个新的机制是支持资源预分配,并且允许路由器把每个数据报与一个给定的资源分配相联系。所有属于同一个流的数据报都具有同样地流标号。
4)有效载荷长度占16位。它指明IPv6数据报除基本首部以外的字节数。
5)下一个首部占8位。它相当于IPv4的协议字段或可选字段
当IPv6数据报没有扩展首部时,下一个首部字段的作用和IPv4的协议字段一样,它的值指出了基本首部后面的数据应交付给IP上面的哪一个高层协议(如6或7分别表示应交付给TCP或UDP)
当出现扩展首部时,下一个首部字段的值就标识后面第一个扩展首部的类型。
6)跳数限制占8位。用来防止数据报在网络中无限期地存在。源点在每个数据报发出时即设定某个跳数限制(最大为255跳)。每个路由器在转发数据报时,要先把跳数限制字段中的值减1。当跳数限制的值为零时,就把这个数据报丢弃。
7)源地址占128位。是数据报的发送端的IP地址。
8)目的地址占128位。是数据报的接收端的IP地址。
IPv6的扩展首部 1 扩展首部及下一个首部字段
IPv4的数据报如果在其首部中使用了选项,那么沿数据报传送的路径上的每一个路由器都必须对这些选项一一进行检查,这就降低了路由器处理数据报的速度。实际上很多选项在途中的路由器上是不需要检查的。IPv6把原来IPv4首部中选项的功能都放在扩展首部中,并把扩展首部留给路径两端的源点和终点的主机来处理,而数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部,这就提高了路由器的处理效率