IPv6地址实现机制

摘要:随着互联网的发展,IPv4定义的有限地址空间将被耗尽,地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。该文从理论上阐明

>> 基于DPDK的IPv6地址栈的设计和实现 省级电信运营商IPv6地址的分配 基于不中断TCP连接的IPv6地址动态变更方案 IPv6地址实现机制 IPv6单播地址规划研究 IPv6:不再受地址空间限制 IPV6安全机制分析 IPv6地址争夺正酣 IPv6自动隧道技术实现机制及安全性分析研究 IPv4 地址即将告罄 专家支招快速申请 IPv6 “照亮”IPv6 走近IPv6 通往IPv6 浅析无线移动通信运营商IPv4地址分配 WCDMA无线数据网络IPV4地址释放问题的分析 IANA:两个月后将无新IPv4地址分配 IPv6地址结构体系与地址分配策略 基于IPSec协议的IPv6安全机制 简述IPv6 优势和过渡机制分析 IPv6下的安全机制IPsec综述 常见问题解答 当前所在位置：l。

4 IPv6地址类型

所有类型的 IPv6地址都被分配到接口,而不是节点。IPv6地址是单个或一组接口的128位标识符,有三种类型:

4.1 单播地址

单一接口的标识符。发往单播地址的包被送给该地址标识的接口。对于有多个接口的节点,它的任何一个单播地址都可以用作该节点的标识符。单播地址中有下列两种特殊地址:

4.1.1 不确定地址

单播地址0:0:0:0:0:0:0:0称为不确定地址。它不能分配给任何节点,不能在IPv6包中用作目的地址,也不能用在IPv6路由头中。

4.1.2 回环地址

单播地址0:0:0:0:0:0:0:1称为回环地址。节点用它来向自身发送IPv6包。它不能分配给任何物理接口。

4.2 任意播地址

一组接口(一般属于不同节点)的标识符。发往任意播地址的包被送给该地址标识的接口之一(路由协议度量距离最近的)。IPv6任意播地址存在下列限制:

1) 任意播地址不能用作源地址,而只能作为目的地址;

2) 任意播地址不能指定给IPv6主机,只能指定给IPv6路由器。

4.3 组播地址

一组接口(一般属于不同节点)的标识符。发住多播地址的包被送给该地址标识的所有接口。地址开始的11111111标识该地地址为组播地址。

IPv6中没有广播地址,它的功能正在被组播地址所代替。

5 IPv6中的地址配置

5.1 状态自动配置

其工作过程大致如下:一个DHCP服务器拥有一个IP地址池,主机从DHCP服务器申请IP地址并获得有关的配置信息(如缺省网关、DNS服务器等),由此达到自动设置主机IP地址的目的。

状态自动配置的问题在于,用户必须保持和管理特殊的自动配置服务器以便管理所有“状态”,即所容许的连接及当前连接的相关信息。

5.2 无状态自动配置

无状态自动配置过程要求节点采用如下步骤:

1) 进行自动配置的节点必须确定自己的链路本地地址;

2) 必须验证该链路本地地址在链路上的唯一性;

3) 节点必须确定需要配置的信息。该信息可能是节点的IP地址,或者是其他配置信息,或者两者皆有。如果需要IP地址,节点必须确定是使用无状态自动配置过程还是使用状态自动配置过程来获得。

具体地说,在无状态自动配置过程中,主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在链路本地地址前缀1111111010之后,产生一个链路本地单播地址(IEEE已经将网卡MAC地址由48位改为了64位。如果主机采用的网卡的MAC地址依然是48位,那么IPv6网卡驱动程序会根据IEEE的一个公式将48位MAC地址转换为64位MAC地址)。接着主机向该地址发出一个邻居发现请求,以验证地址的唯一性。如果请求没有得到响应,则表明主机自我配置的链路本地单播地址是唯一的。否则,主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链路本地单播地址。然后,以该地址为源地址,主机向本地链路中所有路由器多点传送一个路由器请求来请求配置信息,路由器以一个包含一个可聚集全球单播地址前缀和其它相关配置信息的路由器宣告作为响应。主机用它从路由器得到的全球地址前缀加上自己的接口ID,自动配置全球地址,然后就可以与Internet中的其它主机通信了。

如果没有路由器为网络上的节点服务,也就是本地网络孤立于其他网络,则节点必须寻找配置服务器来完成其配置;否则,节点必须侦听路由器宣告报文。这些报文周期性地发往所有主机的组播地址,以指明诸如网络地址和子网地址等配置信息。节点可以等待路由器宣告,也可以通过发送组播请求给所有路由器的组播地址来请求路由器发送宣告。一旦收到路由器的响应,节点就可以使用响应的信息来完成自动配置。

6 IPv6地址分配的原则

IPv6地址的规划应尽可能和网络层次相对应,是自顶向下的一种规划。IPv6地址规划应该是网络整体规划的一部分,即IPv6地址规划要和网络层次规划、路由协议规划、流量规划等结合起来考虑。具体的IPv6地址分配将通常在工程实施时统一规划实施,这里主要描述IP地址分配的原则:

1) 地址规划采用扁平化的规划思路,全网拓朴分为两个层次:骨干网和城域网。

2) 各个骨干网络或者特殊区域网络按照业务量需求,在骨干区域分配不同的地址段。

3) 城域网,考虑IETF对IPv6地址空间的/48的分配建议,结合大城域网的地址空间需求,划分为两级:城域区域和站点区域,其中城域区域划分为骨干区域到/48地址之间的地址空间,而站点区域,按照IFTF的建议,使用/48到/64之间的地址空间。

4) IPv6地址分配要尽量给每个区域分配连续的IP地址空间;在每个城域网中,相同的业务和功能尽量分配连续的IP地址空间,有利于路由聚合以及安全控制。

5) IPv6地址的规划与划分应该考虑到网络的发展要求,即要充分考虑未来业务发展,预留相应的地址段。

6) IPv6地址的分配需要有足够的灵活性,能够满足各种用户接入如小区用户、专线用户等的需要。

7) 充分合理利用已申请的地址空间,提高地址的利用效率。

7 结论

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,支持更多级别的地址层次、更多的可寻址节点数以及更简单的地址自动配置,彻底解决IPv4地址不足的问题。

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,一些IPv4报头字段被删除或变为了可选项,以减少包处理中例行处理的消耗并限制IPv6报头消耗的带宽;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;IP报头选项编码方式的改变可以提高转发效率,使得对选项长度的限制更宽松,且为将来引入新的选项提供了更大的灵活性。

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;标识流的能力使得标识属于发送方要求特别处理(如非默认的服务质量获“实时”服务)的特定通信“流”的包成为可能。

6) 认证与私密性:IPv6中指定了支持认证、数据完整性和(可选的)数据机密性的扩展功能。

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。

显然,IPv6的优势中最为突出的是其大大地扩大了地址空间,恢复了原来因地址受限而失去的端到端连接功能,为互联网的普及与深化发展提供了基本条件。当然,IPv6并非十全十美、一劳永逸,不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善,也不可能在一夜之间发生,过渡需要时间和成本,但从长远看,IPv6有利于互联网的持续和长久发展。

参考文献:

[1] 黄智诚,陈少涌.计算机网络技术基础[M].冶金工业出版社.2003.8.

[2] Silvia Hagen.IPv6精髓[M].清华大学出版社.2004.5.

[3] Joseph Davies. Understanding IPv6[M].清华大学出版社.2004.3.

[4] 洛辛.TCP/IP透彻理解[M].电子工业出版社.2003.9.

[5] 吴丹,钟佳,徐吉安.计算机通信网基础[M]. 冶金工业出版社.2004.6.

[6] 邬贺铨.计算机世界[J].2005.4.