IPv6协议产生的背景、过程和现状(2)

姜 明

2.3 提案具有的共同点

2.3.1 更大的地址

　　所有的提案都为较长的地址字段做了准备，不仅增加了可寻址系统的数量，也方便了路由集聚的地址分级分配。

2.3.2 基本观点

　　提案也起源于全球性的“路由实现”观点，也就是说集中在网络内的路由内部部件而不是集中在终端用户或应用看得见的网络服务上。提案中有一个内置的假设，就是同一网络层协议将可用在同一局域网上的主机之间、主机和路由器之间、同一自治域的路由器之间和不同自治域的路由器之间。一个未进一步陈述的假设是体系结构的目标定在单个连接的主机。目前，要设计允许主机有多个接口，并和单个连接的主机相比，可从增加的带宽和可靠性中获益（是地址属于接口而不属于主机的缘故）的IPv4网络很困难。正如这些文件中提到的，倾向于拓扑是否存在限制。已经认定不一定是PIP或TUBA提案的制约，但是相信这是一个议题，到现在为止还没有出现在相当的准则中。

2.3.3 源路由

　　IPv4协议已经提供了源指定路由，但很少使用，其中的原因是由于需要了解路由器级的网络内部结构。源路由通常是需要使用的，当用户根据策略，要求源和目的地之间的业务倾向或强令通过特殊行政管理域时，源路由也可被行政管理域内的路由器用来指定通过特殊的逻辑拓扑。源指定的路由需要一些性质不同的部件：

●根据技术规范中源的策略来选择路由。

●路由的选择要与其策略相适应。

●由已经识别的路由对业务流做标记。

●为已加标记的业务流相应地选路由。

　　这些步骤不是完全独立的。在这种方法中，第[3]步标识的路由可能会约束前面步骤中能被选择的路由种类。目的地不可避免地、或者通过告知准备接受的策略，或者通过一个协商过程，加入到源路由的技术规范中去。

　　所有提案都是通过在每个包中加一串直接地址（或许部分地指定）来标记源路由。没有规定一个主机取得指定这些直接地址所需信息的过程（这个阶段不完全不合理，但期望有更多的信息）。这些决定的负面后果是：

●由于必须指定中间路由器地址，包头会变得很长。

●如果某个指定的中间路由器不可达，源路由可能必须周期性地重新指定。

正面影响是：

●域间路由器不必了解策略，只是机械地跟随源路由。

●路由器不必存储标识路由的上下文，因为信息被指定在每个包头中。

●路由服务器可定位在网络的任何地方，只要主机知道如何找到它们。

2.3.4 封装

　　封装是将一个网络层包封装到另一个包中，以使有效的包能直接通过一条路径，否则就不能到达能移去最外面包的路由器，并指引结果包到它的目的地。封装需要：

●在包中有一指示位，以指示它包含另一个包。

●路由器具备这样的功能，它能在收到一个包后，移去封装并再启动包转发进程。

所有提案都支持封装。由源进行的合适的封装可能会获得源选路的效果。

2.3.5 组播

　　所有提案都能协调在地址规范许可的多种范围的组播，互联网范围内的组播是一个尚待进一步研究的领域。

2.3.6 分段

　　所有提案都支持中间路由器对包的分段。

2.3.7 包的生存期

　　IPv4中的“生存期”(TTL）字段在每种情况下，作为一个简单的段计数被重新计算，很大程度上以实施方便为基础。虽然老的TTL很大程度上以这种方式实现，但它以服务于体系结构为目的，在网络中为一个包的生存期设置了一个上限。如果该字段作为一个跳计数而重新计算，那么必定对网络中包的最大生存期有其他的技术规范，所以源主机能保证网络层分段标识符和传输层序列号，当存在混淆危险时，从来不会有重用的危险。事实上，有三个分开的议题：

●避免路由形成回路（由跳计数解决）。

●限制网络层包的生存期（至今尚未作规定），支持传输层的设想。

●允许源对包的生存期设置进一步限制（例如在拥塞情况下丢弃老的实时业务流，让位给新的业务流，这是一个选项，到目前为止还没作规定）。

2.4 提案的不同点

　　每个提案互不相同，正像不同于IPv4一样，原理差别虽小，但会产生重大影响（地址规模的扩充，原理上仅是一个小的差别）。主要的特性差别是：

2.4.1 PIP

　　PIP有一个创新的包头格式，从而简化了分级、策略和虚电路路由。头中有一个“模糊”的字段，它的语义在不同的管理域可以有不同的定义，它的使用和解释在穿越边界时协商解决，还没有指定控制协议。PIP包头包含了一个指令集，供路由器中的转发处理器完成对包的某些动作。在传统协议中，某些字段的内容隐含某些动作。PIP为源端编写指引包通过网络选路的小“程序”提供了灵活性。

　　PIP地址长度实际上不受限制：网络拓扑分级的每一级成为地址的一部分，同时地址随网络拓扑改变而改变。在完全分级的网络拓扑中，每级所需的选路信息数量可以非常小。因而在实际上，分级的级数将更多地由商界和实用因素来决定，而不是受任何特定的路由协议的制约。一个明显的优点是地址的高位部分在本地交换时可以省略，低位部分在源路由中可以省略，减少了主机系统需要知道的拓扑信息数量。

　　PIP最复杂的部分莫过于某些包头字段的意义是由特定域中相互之间的协定来确定的。专门处理设施的语义（如排队优先级）是全球登记的，但实际使用和在包头中为这些设施申请的编码在不同的域中可以是不同的。在两个域之间用不同编码的边界路由器必须从一种编码映射成另一种。因为路由器和其他域在物理上不一定是相邻的，而是通过“隧道”，因此一个路由器必须了解的潜在编码规则数十分大。相对于更熟悉的“选项”而言，虽然用这样的方案可以节省包头的空间，但是协商这些设施使用和编码的复杂性导致成本增加，以及在每个域边界上对包的再编码。虽然主机为它们的本地域有可能“预编译”编码规则，还是存在许多潜在的实施上的困难。

　　虽然PIP在几个提案中提供了最大的灵活性，但对于在使其潜在的优点和缺点都暴露的更具体的情况下使用还需进行更多工作，

2.4.2 SIP

　　SIP提供了“最低限度要求”的方法－从IPv4包头中移去了所有不常用的字段，并将地址长度扩展到64位。控制协议基于对ICMP的修改。该提案的优点是处理效率高和易于熟悉。SIP是一个简单而具有较大地址和较少选项的IP，它甚至比IPv4更容易处理。

它的主要缺点是：

●如果32位地址不够的话，那么64位地址在可预见的未来是否就够了？这一点还不很清楚。

●虽然在头字段中有少量“保留”位，但SIP支持新特性的扩展不明显。

2.4.3 TUBA

　　TUBA是基于CLNP（ISO 8473）和ES-IS（ISO 9542）的控制协议，使得TCP和UDP能在CLNP网络上运行。赞同TUBA的主要论点是认为能处理网络层协议的路由器已经存在，可扩展的地址提供了宽范围的可供“未来验证”的余量，同时是一个标准和产品靠拢的机会。反对TUBA的主要争论在于TUBA太像IPv4了。除了更大、更灵活的地址外，并没有什么其他贡献。采样试验证明路由器能高效地处理非常长的地址，但同时长的包头容易给网络带宽带来负面影响。

3、IPv6协议

　　1994年7月，IETF决定以SIPP作为IPng地基础，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，在RFC1884中介绍了IPv6的地址结构。现在RFC1884已经被RFC2373所替代。

　　制定IPv6的专家们充分总结了早期制定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，摒弃了它的缺点。IPv6与IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP协议簇中的协议兼容。即IPv6完全可以取代IPv4。同IPv4相比较，IPv6在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，是下一代互联网可采用的比较合理的协议。IPv6协议的主要特征如下：

　　[1]扩展地址：地址有16字节长，可以提供几乎不受限的IP地址空间；另外，IPv6中取消了广播地址而代之以任意播（anycast）地址。IPv4中用于指定一个网络接口的单播地址和用于指定由一个或多个主机侦听的组播地址基本不变。

　　[2]简化包头格式：IPv4有12个字段，且长度在没有选项时为20字节，但在包含选项时可达60字节。IPv6包头有8个字段，总长固定为40字节面；由于所有包头长度统一，因此不再需要包头长度字段。并且还去除了IPv4中一些其他过时的字段。这使得路由器可以更快的处理信息包；

　　[3]更好地支持扩展和可选项：在IPv4中可以在IP头的尾部加入选项，与此不同，IPv6中把选项加在单独的扩展头中。通过这种方法，选项头只有在必要的时候才需要检查和处理，从而加快了路由器处理包的时间；

　　[4]认证和加密：IPv6使用了两种安全性扩展，IP身份认证头（IP Authentication Header，AH，在RFC 1826中描述）和IP封装安全性负荷（IP Encapsulating Security Payload，ESP，在RFC1827中描述）。

　　[5]增加了流标记；IPv6实现了流的概念，其定义如RFC1883中所述：流指的是从一个特定源发向一个特定（单播或者是组播）目的地的包序列，源点希望中间路由器对这些包进行特殊处理。

　　[6]IPv6更多的支持服务类型，如实时应用、IP电话等；

　　[7]IPv6支持未来协议的扩展。以适应底层网络环境或上层应用环境的变化。

4、IPv6的发展现状和总结

　　作为向下一代互联网络协议过渡的重要步骤，IETF于1996年建立了全球范围的IPv6试验床（Testbed）6Bone。6Bone是一个虚拟的网络，以隧道（tunnel）的方式通过基于IPv4的网络实现互联。现在，6bone已经扩展到全球50多个国家和地区，超过400个网络与6bone网相连，成为IPv6研究者、开发者和实践者的主要平台。1998年6月我国国家教育科研网CERNET也加入了6Bone，并于同年12月成为其骨干成员。在1999年下半年，诺基亚与CERNET（中国教育网）建立了Internet-6合作项目，在全国范围内使用诺基亚的IP路由器和IPv6软件建立试验网络。这一国内首个全国性的IPv6试验网络已经开始运行。1998年底，基于ATM的面向实用的全球性IPv6研究和教育网（6REN）开始启动。

　　目前，国际上进行的IPv6实验主要集中在以下几个关键技术上：

　　[1]IPv6基本功能的实现：地址和路由机制，ICMPv6，主机自动配置，各种平台的IPv6代码和应用程序接口（API）已经实现，Cisco和Bay已经制造出支持IPv6的路由器，主要应用向支持IPv6的升级也正在进行。

　　[2]从IPv4向IPv6过渡的技术：IPv6和IPv4必然有一段较长的共存时间，在此期间，IPv4和IPv6的互通主要采用以下技术：双协议栈，隧道（Tunnel）及隧道代理（Tunnel Broker），NAT-PT，无状态IPv4-IPv6翻译（Stateless IPv4-IPv6 Translator，SIIT），其中隧道技术和双协议栈技术已经得到广泛的使用。

　　[3]IPv6的安全性：不少研究开发项目是将IPv6同IPSec（IP Security）结合起来的，典型的，如KAME和NRL开发的IPv6协议栈，都包含IPSec的代码。

　　[4]IPv6对服务质量（Quality of Service，QoS）的支持：包括对“综合服务”（InteServ）特别是“区分服务”（DiffServ）的支持。

　　[5]IPv6支持移动性的能力：这一方面的研究同IPv4移动性的研究并列进行。然而，初步的研究和实践倾向于选择IPv6作为支撑移动计算的平台；移动性的实现同安全、服务质量等方面的技术密切相关。

　　在操作系统方面，目前，OpenBSD 2.7、FreeBSD 4.0-RELEASE、BSD/OS 4.0、Solaris 8、OS/390等已经正式支持IPv6。Linux从内核版本2.2以上也都提供了对IPv6的支持。Windows 2000和Windows NT 4目前还没有内嵌对IPv6支持的代码，但微软为开发人员提供了一个支持IPv6的附加的软件包。其他一些操作系统的IPv6版本也正在逐步开发中。

　　2000年，NTT多媒体通信实验室宣布其San Jose数据中心提供一种商用IPv6因特网交换业务，并签署服务级协议。除了NTT外，日本已经有多家ISP开始提供IPv6的业务。另外，已经有一些厂商尝试应用IPv6开发新型应用软件。

　　综上所述，IPv6彻底解决了IPv4存在的地址空间耗尽和路由表爆炸等问题，并且在安全性、移动性以及QoS等方面提供了强有力得支持。此外，IPv6协议由于包头设计得更加合理，使得路由器在处理数据包时更加快捷。国际著名ISP和权威人士估计，2003年以后IPv6网络将进入大规模实施阶段，之后IPv4和IPv6将保持长时间共存，并最终过渡到IPv6。

摘自　赛迪网