IP层的特点及下一代IP

吴德本（北京邮电大学 100876）

　　目前，IP网络正在向各个领域延伸，成为多业务的支撑平台，因此有必要了解关于IP层以及下一代IP的特点。

1 IP层的特点

　　TCP/IP协议已成为全世界主导的网络互连协议，其中IP协议的主要功能包括无连接数据报传送、数据报寻径和差错控制3部分，因此IP层具有以下几个特点。

　　（1）IP协议可实现相邻节点间点到点的通信。

　　（2）IP层可提供无连接数据报传输机制。所有连接型技术（例如电路交换）都需要使用存储在网络节点中的状态信息，因此，这些节点需要为每个呼叫保留呼叫状态或连接状态信息，即使在发生故障的情况下，也必须精确地保持这一状态信息。对于数据型应用（例如WWW浏览），骨干网上还将承载大量短暂的连接，假若网络节点必须建立和释放每一个连接，将会产生难以随的负担，使骨干网扩展困难。而无连接型技术维护的状态信息要少得多，因此，在骨干网中无连接型技术优于连接型技术。

此外，分组交换信道采用动态分配，利用率高。为此，电信骨干网逐步采用无连接分组交换代替电路交换。

　　（3）IP网络着眼于高传输效率，采用的协议非常简单，无QoS保证。IP网络的核心任务是提供主机间的数据报服务，数据报的传输是无连接的，它以效率为出发点。IP协议的特点是“尽力”将报文送到目的主机，而不管传送正确与否，不对数据报的数据进行检验，不回送证实，不保证分组的正确顺序，这些工作都交给上层协议TCP来完成。

因此，IP业务无QoS保证。

　　（4）IP协议便于互联异构型网络。TCP/IP协议是为容纳物理网络的多样性而设计的，对下，它能覆盖目前广为流行的网络标准；对上，它能支持多种应用软件。这种宽容性主要体现在IP层中。X.25、FR、Ethernet、DDN和ATM等各种第二层（L2）数据网具有不同的通信协议与帧结构，并具有不同格式的物理地址，L2数据网的节点设备可以是各种类型的数据交换机。而L3数据网（IP网）具有统一的TCP/IP通信协议和分组结构，全网采用统一格式的IP地址，节点设备统一采用面向无连接的路由器。TCP/IP通过IP数据报和IP地址将低层的差异统一起来，向上层（主要是TCP层）提供统一的IP数据报，使各物理帧的差异对上层协议不复存在，达到屏蔽低层，提供一致性的目的。对于既定的下层物理特性的差异，TCP/IP采用“加上IP层”的方法，通过增加层次结构来进行屏蔽，从而实现对高层的一致性和通用性。这也是Internet成功的关键所在。

2 下一代IP——IPv6

　　随着Internet的商业化，现有的IPv4遇到了前所未有的挑战。首先是IPv4的地址采用32位结构，由于Internet的迅猛发展，IP地址的需求量大增，加之IP地址的实际利用率很低，因此，IP地址空间的紧缺就成了IPv4所面临的急待解决的问题。其次，一些新的Internet的应用也带来不少问题，例如实时语音和图像业务要求时延小，电子商务要求可靠性高，现有的IPv4协方不能很好地解决这些问题。所以IPv4的变革势在必行。

　　IPv6作为下一代Internet协议（IPng）的设计目标是简单化，IP现行版本可升级兼容，并且可消除IPv4现有的缺点，IPv6应具有以下特点。

（1）扩展地址空间，增强路由能力

　　IPv4的32位地址结构、两级编址层次（网络号和主机号）、并分为各种类型地址的结构妨碍了它的应用。IPv6使IP地址由IPv4的32位扩展为128位，当前已经分配的地址空间大约只占15%，其余地址预留以后使用。

（2）支持自动配置

　　IPv6支持多种形式的自动配置，从孤立网络节点地址的“即插即用”自动配置，到DHCP提供的全功能的设施。

（3）IP数据报报头的简化

　　IPv6对数据报报头做了简化，一些IPv4原有的字段被删除，另一些改为可选项。虽然128位IPv6地址比IPv4地址长4倍，但整个IPv6数据报头的大小只有IPv4的2倍。这不仅提高了数据报头的处理速率和路由器处理分组的速度，而且将可选项转换成了独立的“扩展分组头”。由于大多数扩展分组头在数据的传输路径中无须任何路由器的检查和处理，直至到达终点，从而方便了拥有选项的数据报提高路由性能。当路由器或主机不认识选项时，也可以对选项进行编码，从而更高效率地进行转发。

（4）安全控制

　　IPv6建立了3个重要的安全服务：包验证、包完整性和包可靠性。包的安全功能都通过IPv6的可选的扩展分组头来实现。扩展分组头在RFC 1883中进行了描述。

（5）服务质量

　　IPv6利用标识说明它从属的信息流类型，从而提供相应的服务质量。在IPv6中定义了两个重要参数：业务类别域和数据流标志位。业务类别域将IP包的优先级分为16级，并将其分为两类。

0-7级：当网络发生拥塞时，通过减少数据包的发送速度来实现拥塞控制。

8-15级：用于实时性强的业务。当网络发生拥塞时，不作任何减少流量的控制。

对于那些需要特殊QoS的业务，可在IP数据包中设置相应的优先级，路由器根据IP包的优先级来处理这些数据。

数据流标志位用于定义任意一个传输的数据流，以便网络中所有节点对这一数据进行识别，并作特殊处理。

（6）IPv4可灵活地向IPv6转换

　　IPv6的转换满足4个要求：随时升级、随时使用、编址简单的降低费用。

摘自《电信技术（2002年第4期）》