了解及使用IPV6

1. 什么是 IPv6

IPv6指互联网协议（IP）第6版。目前大家上网主要使用互联网协议第四版，即IPv4。在全球互联网高度发展的今天，IPv4 地址资源已经枯竭，互联网正在经历从IPv4网络向IPv6网络的过渡。 IPv4地址是类似 A.B.C.D 的格式，共32位，用 . 分成四段，用10进制表示；而IPv6地址类似X:X:X:X:X:X:X:X的格式，它是128位的，用:分成8段，用16进制表示。 RFC2373 中详细定义了IPv6地址，按照定义，一个完整的IPv6地址的表示法：xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx。

报头结构
      新的IPv6报头的结构比IPv4简单得多， IPv6报头中删除了IPv4报头中许多不常用的域，放入了可选项和报头扩展中；IPv6中的可选项有更严格的定义。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IPv4报头的1.6倍，但因其长度固定（IPv4报头是变长的），故不需要消耗过多的内存容量。
      IPv4中的报头长度（header length）、服务类型（type of service，TOS）、标识符（identification）、标志（flag）、分段偏移（fragment offset）和报头校验和（header checksum）这6个域被删除。报文总长（total length）、协议类型（protocol type）和生存时间（time to live，TTL）3个域的名称或部分功能被改变，其选项（options）功能完全被改变，新增加了2个域，即优先级和流标签。

2. IPv4地址和IPv6地址的区别

IPv4地址	IPv6地址
组播地址（224.0.0.0/4）	IPv6组播地址（FF00::/8）
广播地址	无，只有任播（ anycast）地址
未指定地址为 0.0.0 .0	未指定地址为 ::
回路地址为 127.0.0.1	回路地址为 ::1
公用 IP地址	可汇聚全球单播地址
私有地址（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16）	本地站点地址（ FEC0::/48）
Microsoft自动专用IP寻址自动配置的地址（169.254.0.0/16）	本地链路地址（ FE80::/64）
表达方式：点分间隔十进制	表达方式：冒号间隔十六进制式
子网掩码表示：以点阵十进制表示法或前缀长度表示法（CIDR）	子网掩码表示：仅使用前缀长度表示法（CIDR）

3. IPv6有哪些显著优势

相对于IPv4，IPv6有如下一些显著的优势：

（1）地址容量大大扩展，由原来的32位扩充到128位，彻底解决IPv4地址不足的问题；支持分层地址结构，从而更易于寻址；扩展支持组播和任意播地址，这使得数据包可以发送给任何一个或一组节点；
（2）大容量的地址空间能够真正的实现无状态地址自动配置，使IPv6终端能够快速连接到网络上，无需人工配置，实现了真正的即插即用；
（3）报头格式大大简化，从而有效减少路由器或交换机对报头的处理开销，这对设计硬件报头处理的路由器或交换机十分有利；
（4）加强了对扩展报头和选项部分的支持，这除了让转发更为有效外，还对将来网络加载新的应用提供了充分的支持；
（5）流标签的使用让我们可以为数据包所属类型提供个性化的网络服务，并有效保障相关业务的服务质量；
（6）认证与私密性：IPv6把IPSec作为必备协议，保证了网络层端到端通信的完整性和机密性；
（7）IPv6在移动网络和实时通信方面有很多改进。特别地，不像IPv4，IPv6具备强大的自动配置能力从而简化了移动主机和局域网的系统管理。

4. IPv4到IPv6过渡技术

IPv6不可能立刻替代IPv4，因此在相当一段时间内IPv4和IPv6会共存在一个环境中。要提供平稳的转换过程，使得对现有的使用者影响最小，就需要有良好的转换机制。目前，这个议题是IETF ngtrans工作小组的主要目标，有许多转换机制被提出，部分已被用于6Bone上。IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及NAT等转换机制：

4.1 IPv6/IPv4双协议栈技术

简单地说，双栈机制就是使IPv6网络节点具有一个IPv4栈和一个IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6协议。IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都应用于相同的物理平台，并承载相同的传输层协议TCP或UDP，如果一台主机同时支持IPv6和IPv4协议，那么该主机就可以和仅支持IPv4或IPv6协议的主机通信，IPv6/IPv4双协议栈的协议结构如下图所示：

4.2 隧道技术

隧道机制就是必要时将IPv6数据包作为数据封装在IPv4数据包里，使IPv6数据包能在已有的IPv4基础设施（主要是指IPv4路由器）上传输的机制。随着IPv6的发展，出现了一些被运行IPv4协议的骨干网络隔离开的局部IPv6网络，为了实现这些IPv6网络之间的通信，必须采用隧道技术。隧道对于源站点和目的站点是透明的，在隧道的入口处，路由器将IPv6的数据分组封装在IPv4中，该IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址，在隧道出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术的优点在于隧道的透明性，IPv6主机之间的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起到物理通道的作用。隧道技术在IPv4向IPv6演进的初期应用非常广泛。但是，隧道技术不能实现IPv4主机和IPv6主机之间的通信。

4.3 网络地址转换技术

网络地址转换（Network Address Translator，NAT）技术是将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和全局地址，或者相反。例如，内部的IPv4主机要和外部的IPv6主机通信时，在NAT服务器中将IPv4地址（相当于内部地址）变换成IPv6地址（相当于全局地址），服务器维护一个IPv4与IPv6地址的映射表。反之，当内部的IPv6主机和外部的IPv4主机进行通信时，则IPv6主机映射成内部地址，IPv4主机映射成全局地址。NAT技术可以解决IPv4主机和IPv6主机之间的互通问题。

　　现有网络到IPv6网络的过渡在技术上已十分成熟，而且这种过渡可以是循序渐进的。国际标准化组织和许多研发机构都开发出了多种IPv4与IPv6的互通转换机制。下面给出了目前常见的IPv4/IPv6互通转换技术标准：
· 6to4：RFC 3056
· NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）：RFC 2766
· SIIT（Stateless IP/ICMP Translation）：RFC 2765
· Tunnel broker：RFC 3053
· 6over4：RFC 2529
· BIS（Bump-In-the-Stack）：RFC 2767
· BIA（Bump-in-the-API）：RFC 3338
· SOCKS-gateway：RFC 3089
· TCP/UDP-relay：RFC 3142
· DSTM（Dual Stack Transition Mechanism）：draft-ietf-ngtrans-dstm-08.txt
· ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol）：draft-ietf-ngtrans-isatap-08.txt