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1、基于IPv6的下一代互联网技术摘要：以IPV6为核心的下一代互联网已经兴起，因此开展相关的网络技术和业务研究已经成为国际和国内业界的热点。本文介绍了IPv6的诞生、历史，以及地址分配、网络安全、路由、应用等关键技术，并对相关的业务和应用的发展予以了展望。关键字：IPV6 IP安全性 移动IPV6引 言随着移动互联网、语音/数据的融合以及嵌入式互连设备的迅速发展，以IP协议味核心的未来通信模式正在形成。互联网的成功发展给人民的生活带来了重大变化，互联网的影响已经渗透到社会的各个方面。与此同时，互联网的发展也成为国家信息化和现代化建设的重要部分，并产生了巨大的经济效益和社会效益。但随着互联网应用的
2、发展，目前的基于IPV4的互联网在实际应用中越来越暴露出其不足之处，基于IPV6的下一代互联网的研究和建设日益受到世界各国的重视。IPV6协议的采用，不但解决了IPV4网中的地址缺乏问题，而且针对互联网应用的需求，提供了一些新的机制，从而改善网络移动性、安全性和多媒体传输性能，有利于更广泛地推广互联网应用。因此，下一代互联网的研究和建设是加速我国信息化发展的重要保证。正是在这一背景下，产生了以IPV6技术为基础的“中国下一代互联网示范工程（CNGI）”.我国互联网发展建设起步较晚，下一代IPV6互联网的建设将是我国实现跨越式发展，赶超世界先进国家的一次重要机遇。IPV4地址匮乏、庞大的人口基数
3、和互联网的迅速扩张使中国更容易首先接受IPV6，这将转化为一种优势：IPV6将首先在中国广泛应用，从而拖动IPV6研究、产品开发和引言的全面进步，使中国在下一代国际互联网的竞争中处于有利位置。在未来几年内，我国将建成世界上规模最大的信息通信网络。该文总结了IPV6互联网的研究与发展现状，从基本机理和基础理论上对各种IPV6协议和基数进行了详实的阐述。该文涵盖了IPV6的基础知识、基本协议、若干核心技术、网络构建及配置、及业务开发等。2目录第一章 IPV6的简介- 1 -1.1 IPV6诞生背景- 1 -1.1.1有限的地址空间- 1 -1.1.2.路由选择效率不高- 1 -1.1.3.缺乏服务
4、质量保证- 1 -1.1.4.IPV4的安全性- 2 -1.2 IPV6的历史- 3 -1.2.1 IPV6概念的产生- 3 -1.2.2 IPng- 3 -1.2.3 IPV6- 5 -1.3 国内外IPV6网络现状- 6 -第二章 IPV6基本介绍- 6 -2.1 IPV6的特点- 6 -2.2 IPV6的包头格式- 7 -2.3 IPV6 扩展头- 8 -2.4 IPV6数据包的长度- 9 -2.5 上层协议- 9 -2.6 IPV6地址- 11 -第三章 ICMPV6及其相关协议- 13 -3.1 ICMPV6概述- 13 -3.2 ICMPV6基本报文- 13 -3.3 组播监听者协
5、议- 14 -3.4 邻居发现协议- 14 -3.5 路由器重编号- 16 -3.6 结点信息查询- 16 -第四章 IPV6地址配置协议- 18 -4.1 IPV6地址配置概述- 18 -4.2 无状态自动发现- 18 -4.3 DHCPV6协议- 20 -第五章 IPV6关键技术- 22 -5.1 IPV6服务质量技术- 22 -5.2 IPV6多播技术- 23 -5.3 移动IPV6技术- 25 -5.4 IPV6安全技术- 26 -第6章 IPV4网络向IPV6网络的演进- 27 -6.1 互通技术出现的背景及现状- 27 -6.2 IPV4到IPV6的过渡策略- 27 -6.3 双协
6、议栈技术- 28 -6.4 隧道技术- 28 -6.5 翻译机制- 29 -第7章 IPV6应用系统及其开发- 30 -7.1 IPV6的域名系统及解析原理- 30 -7.2 IPV6网络管理系统- 31 -7.3 IPV6应用系统- 32 -7.4 IPV6主机配置- 33 -7.5 IPV6应用开发- 33 -参考文献- 36 -基于IPv6的下一代互联网技术第一章 IPV6的简介1.1 IPV6诞生背景互联网的成功发展给人们的生活带来了重大的变化，互联网的影响已经渗透到社会的各个方面。与此同时，互联网的发展也成为国家信息化和现代化建设的重要部分，并产生了重大的经济效益和社会效益。但随着互
7、联网引言的发展，目前基于IPV4的互联网在市级引言中越来越暴露出其不足之处。这些问题主要包括在以下几个方面。1.1.1有限的地址空间IPV4协议中每个网络接口由长度为32位IP地址标识，这决定了IPV4的地址空间在理论上大约可以容纳43亿个主机，这一地址空间难以满足未来移动设备和消费类电子设备对IP地址的巨大需求。20世纪90年代的研究人员已经意识到了IP地址空间以及分配存在的问题，并开发了一些新技术来改善地址分配和减缓对IP地址的需求，比如CIDR和NAT。这些技术在一定程度上缓减了地址空间被耗尽的危机，但给基于IP的网络增加了复杂性，并且破坏了一些IP协议的核心特性，如端到端的原则，因此不
8、能从根本上解决IPV4面临的困难。1.1.2.路由选择效率不高IPV4的地址由网络和主机地址两部分构成，以支持层次型的路由结构。子网和CIDR的引入提高了路由层次结构的灵活性。但由于历史原因，IPV4地址的层次结构缺乏统一的分配和管理，并且多数IP地址空间的拓扑结构只有两层或三层，这导致主干路由器中存在大量的路由表项。庞大的路由表增加了路由查找和存储的开销，成为目前影响提高互联网效率的一个瓶颈。同时，IPV4数据包的包头长度不固定，因此难以利用硬件来提取和分析路由信息，这对进一步提高路由器的带护具吞吐率都是不利的。1.1.3.缺乏服务质量保证IPV4遵循尽力而为的元宵，这一方面是一个优点，因为
9、它使IPV4简单、高效；另一方面，它对互联网上涌现的新业务类型缺乏有效的支持，如实时和多媒体应用，这些应用要求提供一定的服务质量保证，如宽带、延迟和抖动。研究人员提出了新的协议在IPV4网络中支持以上应用，如执行资源预留的RSVP协议和支持实时传输的RTP/RTCP协议。这些协议同样增加了规划和构造网络的成本及复杂性。1.1.4.IPV4的安全性很长时间以来，人们都认为安全性不是网络层的任务。在这种情况下，对净荷数据的加密、净荷的数字签名、密钥交换、实体的身份验证和资源的访问控制一般由较高层处理，通常是应用层，有时是传输层。例如，广泛应用的安全套接字层（SSL）协议由IP之上的传输层处理，而应
10、用的安全HTTP(HTTPS)则由应用层处理。最近，随着虚拟专用网（VPN）软件和硬件产品的引入，安全隧道协议和机制所有扩展。这些产品通常会对一个IP数据报流加密。IP数据包可想象为一个包装好的盒子，里面还包含着一个小盒子，在小盒子中又包含另一个盒子。最小的盒子中包含的是应用数据，下一个盒子中是传输层数据，而最外面的盒子包含IP数据。实际上隧道的工作方法就是把一个IP盒子放在不同地址信息的另一个IP盒子中。隧道协议，如微软的点到点隧道协议（PPTP），首先对IP数据包加密，然后打包，再发送到隧道上。所有这些关于IP安全性的办法都有问题。首先，在应用层进行加密使很多信息被公开。尽管应用层数据本身
11、是加密的，但携带它的IP数据仍会泄露参与处理的进程和系统的信息。在传输层加密要好一些，并且SSL为Web的安全性工作做的很好，但它要求客户和服务器应用程序都要重写，以支持SSL。隧道协议也工作得不错，但被缺乏标准的问题所困扰。IETF的IP安全性（IPsecIPsec）工作组一直致力于设计一种机制和协议来保证IP业务流的安全性。虽然已有一些基于IP选项的关于IPV4安全性的机制，但在实际应用中并不成功。IPsecIPsec的目标是使这些工具可用，并在IPV6中集成更加完整的安全性。其他问题如配置复杂，对移动性支持不好，很难开展端到端的业务。这些问题已经成为制约互联网发展的重要障碍，只有通过下一
12、代互联网的建设才能彻底、有效地解决上述问题。1.2 IPV6的历史1.2.1 IPV6概念的产生20世纪90年代初期，Internet显然已经超出了协议所能控制的范围。1991年12月发布的RFC1287，其标题是“未来的Internet体系结构”，其中 列出了1991年1月的Internet Activities Board(后来被称为Internet Architecture Board,IAB)和Internet Engineering Steering Group (IESG)会议上确定的发展方向，其中包括对于Internet 将来的基本估计和Internet 协议中需要改进的重要的领
13、域。1.2.2 IPngTUBA到1994年为止，已经出现了一些可以作为IPV4继承者的提案。IEFE在1994年考虑的三个主要提案其实在1992年便已开始成形。RFC1347含有更多地址的TCP和UDP（TUBA）是其中之一。TUBA是一个简单的Internet寻址和选路协议，可以认为是简单地用OSI网络互连协议和无连接网络协议（CLNP）替换了IP；CLNP中使用了网络服务访问点（NSAP）地址，该地址可以是任意长度，但通常为20个字节，从而提供了足够的地址空间。除此之外，使用CLNP还可以帮助IP和OSI间进行会聚，同时也消除了建立一个完整 的新协议的要求。TP/IX另一个提案在1992
14、年以IPV7出现，并在1993年的RFC1475中有更加详细的描述，其标题为“TP/IX：下一代的Internet”。根据Christian Huitema 在IPV6：The New Internet Protocol （Prentice Hall PTR，1998）一书中的解释，该名字主要是为了表达该RFC的作者，Robert Ullman ,在修改IP的同时升级TCP的愿望。TP/IX使用64为地址，8字节地址中有3字节用于管理域，3字节用于各单位的网络，另2字节用于标识主机。包头在对IPV4的包头进行简化的同时，也加入了转发路由标识符，使得中介路由器可以根据它来决定如何处理数据包。例如
15、，可以根据在转发路由标识符中与该路由相关的值（如吞吐量或价值）来选择特定的路由，也可以根据它把数据放在特定的业务流中或把数据与一台移动的主机联系起来-这意味着，一台主机可以在从一个网络搬到另一个网络上的同时保持其TCP连接。TP/IX不仅对TCP和UDP协议做了修改，它同时还包括了一个叫做RAP的新的选路协议。TP/IX后来演变成了RFC1707中定义的另一个协议-CATNIP：Internet通用体系结构。CATNIP保持了IPV6的设计理念，为了提供一个通用的体系结构，CATNIP标准中允许三种应用最广泛的体系结构：TCP/IP、OSI和IPX的使用，并讨论了如何为下一代IP集成一个更具有竞争力的标准。它的目标是使用得所有行业已存在的系统在各个主机中均无须修改、地址无须变化和软件无须升级的情况下可以继续互通。通过允许使用的不同的网络体系，CATNIP将对实际基础设施的影响降到最小。但是，这也意味着需要通过增加一层的复杂性来实现真正的互联互通。简单增强IP协议第三种提案某些时候被称为IP中的IP，或IP Encaps（IP封装）。在这个提案中，IP包含两层，其中一层用于全球骨干网络，而另一层用于
