IPv6：拓展网络无限空间(上)

　　现行的互联网协议是大约30年前制订的，其中网络层协议是IPv4 (Internet Protocol Version 4)。IPv4的地址空间为32位，理论上支持40亿台终端设备的互联。但由于A、B、C等地址类型的划分，以及许多其它的特殊规定和用途，实际可利用的地址数量要少得多。一般来说，整个地址空间的利用率只能达到10%左右。

　　在实际应用中，IPv4获得了巨大的成功。但是，随着互联网的迅速发展，当初设计IPv4时考虑不周所带来的缺陷日益显露出来，主要表现为两个方面：地址空间的用尽问题和路由表的急剧扩张问题。这些问题已经成为互联网进一步发展的障碍，由此导致了无类别域间路由(Classless InterDomain Routing，CIDR)技术和网络地址翻译(Network Address Translation，NAT)技术的广泛应用。但这两种技术只能延缓IPv4地址空间用尽的历程，而不能从根本上解决IPv4地址不足的问题。

　　IPv6的产生

　　为了解决互联网发展过程中遇到的问题，早在20世纪90年代初期，互联网工程任务组IETF就开始着手下一代互联网协议IPng (IP - the next generation)的制定工作。IETF在RFC1550里进行了征求新IP协议的呼吁，并公布了新协议需要实现的主要目标：

　　◆ 支持几乎无限大的地址空间;

　　◆ 减小路由表的大小，使路由器能更快地处理数据包;

　　◆ 提供更好的安全性，实现IP级的安全;

　　◆ 支持多种服务类型，并支持组播;

　　◆ 支持自动地址配置，允许主机不更改地址实现异地漫游;

　　◆ 允许新、旧协议共存一段时间;

　　◆ 协议必须支持可移动主机和网络。

　　IETF提出了IPng的设计原则以后，出现许多针对IPng的提案，其中包括一种称为SIPP(Simple IP Plus，由RFC1710描述)的提案。SIPP去掉了IPv4报头的一些字段，使报头变得很小，并且采用64位地址。与IPv4将选项作为IP头的基本组成部分不同，SIPP把IP选项与报头进行了隔离，选项被放在报头后的数据包中并位于传输层协议头之前。使用这种方法后，路由器只有在必要的时候才会对选项头进行处理，这样就提高了对所有数据进行处理的能力。

　　1994年7月，IETF决定以SIPP作为IPng的基础，同时把地址数由64位增加到128位。新的IP协议称为IPv6，其版本是在1994年由IETF批准的RFC1752。制定IPv6的专家们总结了早期制定IPv4的经验，以及互联网的发展和市场需求，认为下一代互联网协议应侧重于网络的容量和网络的性能。IPv6继承了IPv4的优点，摒弃了IPv4的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的，但IPv6同其它所有的TCP/IP协议族中的协议兼容，即IPv6完全可以取代IPv4。

　　IPv6的技术特征

　　同IPv4相比较，IPv6在地址容量、安全性、网络管理、移动性及服务质量等方面有明显的改进，它是下一代互联网可采用的比较合理的协议。

　　简化报头结构

　　IPv6报头的结构比IPv4简单得多，IPv6报头删除了IPv4报头中许多不常用的域，放入了可选项，这些可选项有更严格的定义。IPv4和IPv6的报头结构分别如图1和图2所示。IPv4中有10个固定长度的域、2个地址空间和若干个选项，IPv6中只有6个域和2个地址空间。虽然IPv6报头占40字节，是24字节的IPv4报头的1.6倍，但因其长度是固定的(IPv4报头是变长的)，所以不需要消耗过多的内存容量。IPv6中所有的扩展功能都采用扩展报头实现。

　　扩展报头是基于这样一个原理：大多数信息包只需要简单的处理，有基本报头的信息就够了;在网络层需要额外信息的信息包可以把这些信息编码到扩展报头。这种处理方式提高了数据包的处理效率。 (未完待续)