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IPv6与IPv4共存的技术方案

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：为了能够渐进和无伤害的过渡，而且使IPv4和IPv6能够共存，同时投资成本不能过高，专家们推出了隧道技术、双栈技术以及NAT等演进方案。双协议栈技术即使IPv6网络节点具有IPv4栈和IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6协议。隧道技术非常适合于IPv4向IPv6初始过渡期。

IPv4是非常成功的，但随着全球Internet的发展和新的Internet应用的需要，该版本不管是地址空间还是服务类型都将满足不了Internet发展的需要，新版本IP的出现成为必然，IPv6正是目前提出的新的IP版本。

1.提出IPv6的主要原因

提出IPv6的主要原因在于Internet的发展需要拓展地址空间。当初设计IPv4的时候，只有数量很少的计算机网络。设计者决定使用32位的IP地址，这样就能允许包含超过一百万个IP的网络。然而，全球Internet的高速增长，不到一年规模就增大了一倍，以这样的增长率，所有可能的网络地址很快就会被用尽。设计一个新版本IP的主要动机就是需要更大的地址空间来适应持续增长的Internet规模。

2.IPv6的特点和数据报格式

IPv6保留了IPv4的许多非常成功的特征。如IPv4、IPv6都是无连接的——每一个数据报（两台计算机交换的信息）都含有目的地址，每一数据报独立地被路由。

另外，与IPv4一样，帧的数据报头部也用于标识一个数据报被丢弃前已经过的最大站效的域。不过，在保留了当前版本的基本概念之外，IPv6修改了很多细节。例如，不像IPv4数据报那样，在头部为每一功能提供了相应的域，IPv6为每一个功能定义了单独的头部。IPv6的新特性主要有以下几点。

（1）地址尺寸：每个IPv6地址含128位，代替了原来的32位，这使得地址空间大得足以适应好几十年的全球Internet的发展。

（2）头部格式：IPv6的数据报头部与IPv4的完全不一样，IPv4头部的每一个段几乎都变了，或被替代了。

（3）扩展头部：不像IPv4只使用一种头部格式，IPv6将信息放于分离的头部之中。一个IPv6的数据报是这样组成：IPv6的基本头部后面跟零个或多个扩展头部，接着是数控区。其数据报的格式如图4—6所示。

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图4—6　IPv6数据报格式

（4）对音频和视频的支持：以适应多媒体技术在网上的应用。

（5）可扩展的协议：IPv6并不像IPv4那样规定了所有可能的协议特征。相反，设计者提供了一种方案，使得发送者能为一个数据报增加另外的信息。

3.IPv6编址

就像IPv4一样，IPv6为计算机和物理网络的每一连接指定了一个唯一的地址。因而，如果一台计算机连接着两个物理网络，该计算机就指定了两个地址。与IPv4一样，IPv6将每一个这样的地址分成一个前级和一个后级，前级指明一个网络，后级指明网上的某台特定的计算机。但是，IPv6编址还是与IPv4编址有许多的不同。首先，所有的地址细节都不一样；其次，IPv6定义了一套与IPv4的特殊地址完全不同的特殊地址，特别是，IPv6并没有引入直接广播地址。IPv6地址可分为以下三种基本类型。

（1）单址发送：发送的地址对应于一台单独的计算机，一个送往这种地址的数据报沿着一条最近的路径被路由。

（2）多址发送：发送的地址对应于一组计算机，这些计算机可能在不同的地点；组中的成员关系在任何时刻都能改变。当一个数据报发送这种地址，IPv6向组中的每一成员传递数据报的一个副本。

（3）簇：该地址对应于一组计算机，这些计算机拥有相同的地址前级（也即同在某地的一些计算机）。一个送往该地址的数据报，会以一条最短路径被路由，且只送往其中的一台计算机。

4.IPv6的冒分十六进制表示法

前面提到，IPv6是采用128位的地址格式的，这满足了Internet高速发展的需要。这128位的地址在IPv6里面是采用一个比IPv4的点分十进制表示法更为紧凑的语法形式——冒分十六进制表示法来表示。其中，每16位为一组，写成十六进制数，并用冒号分隔每一个十六进制数。例如，下面一个用点分十进制表示法表示的128为的地址数字：(www.chuimin.cn)

105.220.136.100.255.255.255.255.0.0.18.128.140.10.255.255

可以用冒分十六进制表示法表示为：

69DC∶8864∶FFFF∶FFFF∶0∶1280∶8C0A∶FFFF

从上面的例子可以知道，表示同一个地址，冒分十六进制表示法需要的字符数要比点分十进制表示法少得多。另外还有一种地址优化技术叫零压缩，这种优化技术进一步减少了表示地址的字符个数。在这种技术中，采用两个冒号来代替连续的零。

例如地址：

FFOC:0:0:0:0:0:0:B1

能被写成：

FFOC::B1

IPv6的大地址空间和建议的地址分配方案使得零压缩特别有用，因为很多IPv6地址包括零字串。

5.从IPv4向IPv6过渡

专家认为：从IPv4向IPv6过渡将是一个相对缓慢的过程，IPv4和IPv6可能较长时间内共存。

为了能够渐进和无伤害的过渡，而且使IPv4和IPv6能够共存，同时投资成本不能过高，专家们推出了隧道技术、双栈技术以及NAT等演进方案。

（1）IPv6/IPv4双协议栈技术。

双协议栈技术即使IPv6网络节点具有IPv4栈和IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6协议。这种机器可以在其内部实现两种地址的转化，因此，该机器就可以和仅支持IPv4或IPv6协议的机器通信。

（2）隧道技术。

隧道技术是在隧道（骨干网络）的入口处，路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4数据包里，在隧道的出口处再将IPv6分组取出转发给目的站点。因此，利用隧道技术可以将IPv6数据包通过现有的IPv4骨干网络传输，从而实现将那些被运行IPv4协议肋骨干网络所隔开的局部IPv6网络连接起来。隧道技术非常适合于IPv4向IPv6初始过渡期。

（3）NAT—PT技术。

NAT—PT技术是在IPv4和IPv6网络之间利用转换网关来进行地址转换（NAT），同时在IPv4分组和IPv6分组之间进行报头和语义的翻译（PT），从而使纯IPv4和纯IPv6站点之间能够透明通信。