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1、IPv4 与 IPv6 协议的比较1、概述互联网已经成为现代社会信息根底设施的重要组成局部，在国民经济进展和社会进步中起着举足轻重的作 用，同时也成为当今高科技进展的重要支撑环境，互联网的巨大成功有目共睹。现在被全球广泛使用的互联网协议 IPv4 是“互联网协议第四版”，已经有 30 年的历史。从技术上看，尽管IPv4 在过去的应用具有辉煌的业绩，但是现在看来已经露出很多弊端。全球范围内 WLAN 、2.5G、3G 无线移动数据网络的进展加快了以互联网为核心的通信模式的形成，由于移动通信用户的增长要比固定网用户快得多，特别是各种具有联网功能的移动终端的迅猛进展，考虑到随时随地的、任何形式、直接
2、的个人多媒体通信的需要，现有的 IPv4 已经远远不能满足网络市场对地址空间、端到端的 IP 连接、效劳质量、网络安全和移动性能的要求。因此人们寄期望于一代的 IP 协议来解决以上问题。IPv6 协议正是基于这一思想提出的，它是“互联网协议第六版”的缩写。在设计 IPv6 时不仅仅扩大了 IPv4 的地址空间，而且对原 IPv4 协议各方面都进展了重考虑，做了大量改进。除了提出浩大的地址数量外， IPv6 与 IPv4 相比，还有很多的工作正在进展以期得到更高的安全性、更好的可治理性，对 QoS 和多播技术的支持也更为良好。下面的章节将从几个主要的方面探讨一下 IPv6 与 IPv4 的区分。
3、2 、IPv4 与 IPv6 协议的比较2.1 报头格式IPv4 报头如表 1 所示，包含 20bit+ 选项，13 个字段，包括 3 个指针。表 1 IPv4 报头IPv6 报头由根本报头+扩展报头链组成，其中根本报头如表 2 所示，包含 40bit ，8 个字段。表 2 IPv6 报头IPv4 和 IPv6 报头格式主要区分如下。IPv6 报头承受根本报头+扩展报头链组成的形式，这种设计可以更便利地增加选项以到达改善网络性能、增加安全性或添加功能的目的。2.1.1 固定的 IPv6 根本报头IPv6 根本报头被固定为 40bit ，使路由器可以加快对数据包的处理速度，提高了转发效率，从而提
4、高网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。2.1.2 简化的 IPv6 根本报头IPv6 根本报头中去掉了 IPv4 报头中阴影局部的字段，其中段偏移和选项和填充字段被放到 IPv6 扩展报头中进展处理。去掉报头校验(HeaderChecksum ，中间路由器不再进展数据包校验，去掉此字段的缘由有三：一是由于大局部二层链路层已经对数据包进展了校验和纠错把握，链路层的牢靠保证使得三层网络层不必再进展报头校验；二是端到端的四层传输层协议也有校验功能以觉察错包； 三是报头校验需随着 TTL 值的变化在每一跳重进展计算， 增加包传送的时延。IPv6 根本报头中去掉与 IP 分片相关的域，使得路由器无需再
5、对数据包进展分片，而分片工作由源终端设备依据最大传输单元 MTU 路径觉察来进展。这样 IPv6 的数据包可以远远超过 64kbit/s ，应用程序可以利用 MTU ，获得更快、更牢靠的数据传输。2.1.3 IPv6 报头增流标记宇段IPv6 协议不仅保存了 IPv4 报头中的业务类别字段，而且增了流标记字段，使得业务可以依据不同的数据流进展更细的分类，实现优先级把握和 QoS 保障，极大地改善了 IPv6 的效劳质量。2.1.4 IPv6 报头承受 128bit 地址长度这是 IPv4 与 IPv6 最主要的区分。IPv4 承受 32bit 长度，理论上可以供给大约 43 亿个 IP 地址，
6、这么多的IP 地址似乎可以满足网络连接的需要，但事实上网络中任意 交换机和交换机任意端口均需一个独立地址， 为此网络缺乏足够地址满足各种潜在的用户。IPv6 承受 128bit 长度，相对 IPv4 ，增加了 296 倍的地址空间。按保守方法估算 IPv6 实际可安排的地址， 整个地球的每平方米面积上仍可安排 1000 多个地址。这样几乎可以不受限制地供给 IP 地址，从而确保了端到端连接的可能性。表 3 给出 IPv4 和 IPv6 的可用地址空间。表 3 IPv4 和 IPv6 的可用地址空间2.2 IP 地址安排IPv4 地址安排初期承受基于类别的方式，有 3 类主要方式： A、B 和
7、C 以及 2 种特别的网络地址 D 和 E。* 类型 A 地址：其中前 7bit 用于网络标识，后 24bit 用于主机标识， A 类地址可容纳 128 个网络，任意 A 类网络中可包括 16777216 个主机。* 类型 B 地址：其中前 14bit 用于网络标识，后 16bit 用于主机标识，B 类地址可容纳 16384 个网络，任意 B类网络中可包括 16384 个主机。* 类型 C 地址：其中前 21bit 用于网络标识，后 8bit 用于主机标识， C 类地址可容纳 2097152 个网络，任意C 类网络中可包括 256 主机。A 、B、C 类地址用于标识某一网络节点的接口，称为单播
8、地址， D 类地址不是用于标识单一的接口，而是用于标识多个网络节点接口的集合。 E 类地址是预留地址。A 类网络地址是用于标识世界上最大型的网络，除了其中少量的预留和可重安排的地址， A 类地址目前已经安排完毕。B 类地址也将使用殆尽。IPv4 基于上述类别处理的治理方式限制了实际可使用的地址， 例如一个拥有 300 个用户的网络期望承受一个B 类地址，然而假照实际安排一个 B 类地址则用户拥有了 65536 个地址域，这远远超过用户需要的地址空间，造成地址的大量铺张。为解决这种地址安排方式的弱点， IETF 通过了无类域间路由选择(CIDR ，ClassInter-DomainRoutin)
9、 方案。CIDR 方案取消了 IPv4 协议中地址类别安排方式，可以任意设定网络号和地址号的边界，即依据网络规模的需要重定义地址掩码，这样可为用户供给聚合多个 C 类的地址。但是 CIDR 方案的缺乏之处是必需在知道网络掩码后才能确定地址中网络编号和主机编号。IPv6 协议可依据用户的需要进展层状地址安排，这和 IPv4 承受块状地址安排是不同的，后者方式导致某些地址无法使用。在 IPv6 的分层地址安排方式中，高级网络治理部门可为下级网络治理部门划分地址安排区域， 下级网络治理部门则可为更下层的治理部门进一步划分地址安排区域。IPv6 将用户划分成 3 种类型。(1) 使用企业内部网络和 I
10、nternet ；(2) 目前使用企业内部网络，将来可能会用到 Internet ：(3) 通过家庭、飞机场、旅馆以及其他地方的 线和 Internet 网络互联。IPv6 协议为这些用户供给了不同地址安排方式。(1) 4 种类型的点到点通信/单播地址；用于标识单一网络设备接口，单播通信传播的分组可传送到地址标识的接口。(2) 改进的多播地址格式；用于标识归属于不同节点的设备接口集合，多播通信传送的分组可发送到地址标 识的全部接口，这种地址方式是格外有用的。例如，可将网络中发送的消息传送给全部登记的用户。特别的多播地址可限制在特定网络链路或特定的系统组中进展通信。 IPv6 协议没有定义播送地
11、址，但可使用多播地址替代。(3) 的任意播(Anycast) 地址格式；IPV6 协议中引入了任意播地址，用于标识属于不同节点的设备接口集合，任意播传送的分组可发送到地址标识的某一接口，接收到信息的接口通常是最近距离的网络节点，这种方式可提高路由选择的效率，网络节点可通过地址表示通信过程传输路由可经过的中间跳数，即信息传输路由可不必由路由器打算。2.3 路由协议IP 网路由协议主要包括域内路由协议和域间路由协议。2.3.1 域内路由协议目前 IP 网域内路由协议主要承受 IS-IS 和 OSPF 两种。其中 OSPF 用来交换 IPv4 路由信息的版本叫 IS-IS 用来交换 IPv6 路由信
12、息的版本叫 OSPFv3 ；IS-IS 用来交换 IPv4 路由协议的版本叫 IS-IS ，用来交换 IPv6 路由协议的版本叫 IS-ISv6 。(1) OSPFv3 与OSPFv2 的区分OSPFv3(RFC2740) 与 OSPFv2(RFC2328) 相比在原理上并没有根本的区分， OSPFv3 仍承受链路状态 LSA 数据库， 并保持邻接路由器之间的同步。但由于从 IPv4 到 IPv6 上地址长度的变化，为了支持 IPv6 地址格式， OSPFv3 对OSPFv2 协议进展了很多修改。从路由协议标准化进程看， OSPFv3 协议已较为成熟，已有定型的 RFC2740 协议。OSPF
13、v3 提高了通用性，使网络可以适应不断变化的要求。这使简洁的网络得以简化，并且它实行了一些增加措施 以保证升级便利地进展， OSPFv3 还进展了优化并且安全性也得到了提高。OSPFv3 的主要目的是“开发一种独立于任何具体网络层的路由协议 ”。为实现这一目的，C)StFV3 的内部路由器信息被重进展了设计。 与过去的版本不同，SFFv3 不向位于数据包和链路状态公告 (LSA) 起始位置的报头插入基于 IP 的数据。C)StFv3 利用独立于网络协议的信息来执行过去需要 IP 报头数据的关键任务，如识别公布路由数据的 LSA 。除了转变报头数据外， OSPFv3 还对 LSA 所发挥的作用进
14、展了重定义。在 OSPFv3 中，公告网络拓扑和 IPv6数据的任务被安排到的和已有的 LSA 中。OSPFv3 增加了多种可选功能，如多播 OSPFv3 ，以实现通用性。为了到达这一目的， OSPFv3 扩展了网络设备用来公告使能的功能选项数据域。多数 OSPFv3 路由器间信息中都包含选项域，运行 OSPFv3 的设备可以支持多达24 种可选功能，而以前的版本只能支持 8 种功能。为了简化简洁的容错网络的建设， OSPFv3 引入了 InstanceID 和 R-bit 选项。作为每个 OSPFv3 包头的一个组件，InstanceID 不再依靠于过去需要的简洁的认证方案或访问清单，就可以
15、把握共享物理网络和 OSPF 域的路由器之间的通信。除了 InstanceID 外，OSPFv3 还可以通过 R-bit 使效劳器这类最终系统具有有效的冗余性。OSPFv3 与过去的协议的不同之处在于它通过供给非本身固有的安全性来简化消息的构造。通过利用IPv6 包的安全子包头的集成系统， OSPFv3 消息可以被认证和加密，而这在以前是需要增加独立简洁的协议才能实现的功能。OSPFv3 供给了更强的功能，并且它具有很大的通用性，从而可以很便利地支持型网络协议。的特性简化了网络设备和运行，在使用 OSPFv3 的状况下，升级将不再那么麻烦。(2) IS-ISv6 与 ISISv4 的区分另一个被运营商广泛使用的连接状态协议是 ISISforIPv6 。我们知道 ISIS 是 IS 标准路由协议(ISO/IEC10589) ，最初用于支持 CLNS 网络的动态协议。由于 ISIS 的设计格外有利于功能的扩展，它首先扩展了 IPv4 路由协议的功能(RF
