IPv6協議產生的背景、過程和現狀(2)

2019-11-03 09:07:50

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姜明

2.3 提案具有的共同點

2.3.1 更大的地址

　　所有的提案都為較長的地址字段做了準備，不僅增加了可尋址系統的數量，也方便了路由集聚的地址分級分配。

2.3.2 基本觀點

　　提案也起源于全球性的“路由實現”觀點，也就是說集中在網絡內的路由內部部件而不是集中在終端用戶或應用看得見的網絡服務上。提案中有一個內置的假設，就是同一網絡層協議將可用在同一局域網上的主機之間、主機和路由器之間、同一自治域的路由器之間和不同自治域的路由器之間。一個未進一步陳述的假設是體系結構的目標定在單個連接的主機。目前，要設計允許主機有多個接口，并和單個連接的主機相比，可從增加的帶寬和可靠性中獲益（是地址屬于接口而不屬于主機的緣故）的ipv4網絡很困難。正如這些文件中提到的，傾向于拓撲是否存在限制。已經認定不一定是PIP或TUBA提案的制約，但是相信這是一個議題，到現在為止還沒有出現在相當的準則中。

2.3.3 源路由

　　IPv4協議已經提供了源指定路由，但很少使用，其中的原因是由于需要了解路由器級的網絡內部結構。源路由通常是需要使用的，當用戶根據策略，要求源和目的地之間的業務傾向或強令通過特殊行政管理域時，源路由也可被行政管理域內的路由器用來指定通過特殊的邏輯拓撲。源指定的路由需要一些性質不同的部件：

●根據技術規范中源的策略來選擇路由。

●路由的選擇要與其策略相適應。

●由已經識別的路由對業務流做標記。

●為已加標記的業務流相應地選路由。

　　這些步驟不是完全獨立的。在這種方法中，第[3]步標識的路由可能會約束前面步驟中能被選擇的路由種類。目的地不可避免地、或者通過告知準備接受的策略，或者通過一個協商過程，加入到源路由的技術規范中去。

　　所有提案都是通過在每個包中加一串直接地址（或許部分地指定）來標記源路由。沒有規定一個主機取得指定這些直接地址所需信息的過程（這個階段不完全不合理，但期望有更多的信息）。這些決定的負面后果是：

●由于必須指定中間路由器地址，包頭會變得很長。

●如果某個指定的中間路由器不可達，源路由可能必須周期性地重新指定。

正面影響是：

●域間路由器不必了解策略，只是機械地跟隨源路由。

●路由器不必存儲標識路由的上下文，因為信息被指定在每個包頭中。

●路由服務器可定位在網絡的任何地方，只要主機知道如何找到它們。

2.3.4 封裝

　　封裝是將一個網絡層包封裝到另一個包中，以使有效的包能直接通過一條路徑，否則就不能到達能移去最外面包的路由器，并指引結果包到它的目的地。封裝需要：

●在包中有一指示位，以指示它包含另一個包。

●路由器具備這樣的功能，它能在收到一個包后，移去封裝并再啟動包轉發進程。

所有提案都支持封裝。由源進行的合適的封裝可能會獲得源選路的效果。

2.3.5 組播

　　所有提案都能協調在地址規范許可的多種范圍的組播，互聯網范圍內的組播是一個尚待進一步研究的領域。

2.3.6 分段

　　所有提案都支持中間路由器對包的分段。

2.3.7 包的生存期

　　IPv4中的“生存期”(TTL）字段在每種情況下，作為一個簡單的段計數被重新計算，很大程度上以實施方便為基礎。雖然老的TTL很大程度上以這種方式實現，但它以服務于體系結構為目的，在網絡中為一個包的生存期設置了一個上限。如果該字段作為一個跳計數而重新計算，那么必定對網絡中包的最大生存期有其他的技術規范，所以源主機能保證網絡層分段標識符和傳輸層序列號，當存在混淆危險時，從來不會有重用的危險。事實上，有三個分開的議題：

●避免路由形成回路（由跳計數解決）。

●限制網絡層包的生存期（至今尚未作規定），支持傳輸層的設想。

●允許源對包的生存期設置進一步限制（例如在擁塞情況下丟棄老的實時業務流，讓位給新的業務流，這是一個選項，到目前為止還沒作規定）。

2.4 提案的不同點

　　每個提案互不相同，正像不同于IPv4一樣，原理差別雖小，但會產生重大影響（地址規模的擴充，原理上僅是一個小的差別）。主要的特性差別是：

2.4.1 PIP

　　PIP有一個創新的包頭格式，從而簡化了分級、策略和虛電路路由。頭中有一個“模糊”的字段，它的語義在不同的管理域可以有不同的定義，它的使用和解釋在穿越邊界時協商解決，還沒有指定控制協議。PIP包頭包含了一個指令集，供路由器中的轉發處理器完成對包的某些動作。在傳統協議中，某些字段的內容隱含某些動作。PIP為源端編寫指引包通過網絡選路的小“程序”提供了靈活性。

　　PIP地址長度實際上不受限制：網絡拓撲分級的每一級成為地址的一部分，同時地址隨網絡拓撲改變而改變。在完全分級的網絡拓撲中，每級所需的選路信息數量可以非常小。因而在實際上，分級的級數將更多地由商界和實用因素來決定，而不是受任何特定的路由協議的制約。一個明顯的優點是地址的高位部分在本地交換時可以省略，低位部分在源路由中可以省略，減少了主機系統需要知道的拓撲信息數量。

　　PIP最復雜的部分莫過于某些包頭字段的意義是由特定域中相互之間的協定來確定的。專門處理設施的語義（如排隊優先級）是全球登記的，但實際使用和在包頭中為這些設施申請的編碼在不同的域中可以是不同的。在兩個域之間用不同編碼的邊界路由器必須從一種編碼映射成另一種。因為路由器和其他域在物理上不一定是相鄰的，而是通過“隧道”，因此一個路由器必須了解的潛在編碼規則數十分大。相對于更熟悉的“選項”而言，雖然用這樣的方案可以節省包頭的空間，但是協商這些設施使用和編碼的復雜性導致成本增加，以及在每個域邊界上對包的再編碼。雖然主機為它們的本地域有可能“預編譯”編碼規則，還是存在許多潛在的實施上的困難。

　　雖然PIP在幾個提案中提供了最大的靈活性，但對于在使其潛在的優點和缺點都暴露的更具體的情況下使用還需進行更多工作，

2.4.2 SIP

　　SIP提供了“最低限度要求”的方法－從IPv4包頭中移去了所有不常用的字段，并將地址長度擴展到64位?？刂茀f議基于對ICMP的修改。該提案的優點是處理效率高和易于熟悉。SIP是一個簡單而具有較大地址和較少選項的IP，它甚至比IPv4更容易處理。

它的主要缺點是：

●如果32位地址不夠的話，那么64位地址在可預見的未來是否就夠了？這一點還不很清楚。

●雖然在頭字段中有少量“保留”位，但SIP支持新特性的擴展不明顯。

2.4.3 TUBA

　　TUBA是基于CLNP（ISO 8473）和ES-IS（ISO 9542）的控制協議，使得TCP和UDP能在CLNP網絡上運行。贊同TUBA的主要論點是認為能處理網絡層協議的路由器已經存在，可擴展的地址提供了寬范圍的可供“未來驗證”的余量，同時是一個標準和產品靠攏的機會。反對TUBA的主要爭論在于TUBA太像IPv4了。除了更大、更靈活的地址外，并沒有什么其他貢獻。采樣試驗證明路由器能高效地處理非常長的地址，但同時長的包頭容易給網絡帶寬帶來負面影響。

3、IPv6協議

　　1994年7月，IETF決定以SIPP作為IPng地基礎，同時把地址數由64位增加到128位。新的IP協議稱為IPv6。其版本是在1994年由IETF批準的RFC1752，在RFC1884中介紹了IPv6的地址結構?，F在RFC1884已經被RFC2373所替代。

　　制定IPv6的專家們充分總結了早期制定IPv4的經驗以及互聯網的發展和市場需求，認為下一代互聯網協議應側重于網絡的容量和網絡的性能。IPv6繼承了IPv4的優點，摒棄了它的缺點。IPv6與IPv4是不兼容的，但它同所有其他的TCP/IP協議簇中的協議兼容。即IPv6完全可以取代IPv4。同IPv4相比較，IPv6在地址容量、安全性、網絡管理、移動性以及服務質量等方面有明顯的改進，是下一代互聯網可采用的比較合理的協議。IPv6協議的主要特征如下：

　　[1]擴展地址：地址有16字節長，可以提供幾乎不受限的IP地址空間；另外，IPv6中取消了廣播地址而代之以任意播（anycast）地址。IPv4中用于指定一個網絡接口的單播地址和用于指定由一個或多個主機偵聽的組播地址基本不變。

　　[2]簡化包頭格式：IPv4有12個字段，且長度在沒有選項時為20字節，但在包含選項時可達60字節。IPv6包頭有8個字段，總長固定為40字節面；由于所有包頭長度統一，因此不再需要包頭長度字段。并且還去除了IPv4中一些其他過時的字段。這使得路由器可以更快的處理信息包；

　　[3]更好地支持擴展和可選項：在IPv4中可以在IP頭的尾部加入選項，與此不同，IPv6中把選項加在單獨的擴展頭中。通過這種方法，選項頭只有在必要的時候才需要檢查和處理，從而加快了路由器處理包的時間；

　　[4]認證和加密：IPv6使用了兩種安全性擴展，IP身份認證頭（IP Authentication Header，AH，在RFC 1826中描述）和IP封裝安全性負荷（IP Encapsulating Security Payload，ESP，在RFC1827中描述）。

　　[5]增加了流標記；IPv6實現了流的概念，其定義如RFC1883中所述：流指的是從一個特定源發向一個特定（單播或者是組播）目的地的包序列，源點希望中間路由器對這些包進行特殊處理。

　　[6]IPv6更多的支持服務類型，如實時應用、IP電話等；

　　[7]IPv6支持未來協議的擴展。以適應底層網絡環境或上層應用環境的變化。

4、IPv6的發展現狀和總結

　　作為向下一代互聯網絡協議過渡的重要步驟，IETF于1996年建立了全球范圍的IPv6試驗床（Testbed）6Bone。6Bone是一個虛擬的網絡，以隧道（tunnel）的方式通過基于IPv4的網絡實現互聯。現在，6bone已經擴展到全球50多個國家和地區，超過400個網絡與6bone網相連，成為IPv6研究者、開發者和實踐者的主要平臺。1998年6月我國國家教育科研網CERNET也加入了6Bone，并于同年12月成為其骨干成員。在1999年下半年，諾基亞與CERNET（中國教育網）建立了Internet-6合作項目，在全國范圍內使用諾基亞的IP路由器和IPv6軟件建立試驗網絡。這一國內首個全國性的IPv6試驗網絡已經開始運行。1998年底，基于ATM的面向實用的全球性IPv6研究和教育網（6REN）開始啟動。

　　目前，國際上進行的IPv6實驗主要集中在以下幾個關鍵技術上：

　　[1]IPv6基本功能的實現：地址和路由機制，ICMPv6，主機自動配置，各種平臺的IPv6代碼和應用程序接口（API）已經實現，Cisco和Bay已經制造出支持IPv6的路由器，主要應用向支持IPv6的升級也正在進行。

　　[2]從IPv4向IPv6過渡的技術：IPv6和IPv4必然有一段較長的共存時間，在此期間，IPv4和IPv6的互通主要采用以下技術：雙協議棧，隧道（Tunnel）及隧道代理（Tunnel Broker），NAT-PT，無狀態IPv4-IPv6翻譯（Stateless IPv4-IPv6 Translator，SIIT），其中隧道技術和雙協議棧技術已經得到廣泛的使用。

　　[3]IPv6的安全性：不少研究開發項目是將IPv6同IPSec（IP Security）結合起來的，典型的，如KAME和NRL開發的IPv6協議棧，都包含IPSec的代碼。

　　[4]IPv6對服務質量（Quality of Service，QoS）的支持：包括對“綜合服務”（InteServ）特別是“區分服務”（DiffServ）的支持。

　　[5]IPv6支持移動性的能力：這一方面的研究同IPv4移動性的研究并列進行。然而，初步的研究和實踐傾向于選擇IPv6作為支撐移動計算的平臺；移動性的實現同安全、服務質量等方面的技術密切相關。

　　在操作系統方面，目前，OpenBSD 2.7、FreeBSD 4.0-RELEASE、BSD/OS 4.0、Solaris 8、OS/390等已經正式支持IPv6。linux從內核版本2.2以上也都提供了對IPv6的支持。Windows 2000和Windows NT 4目前還沒有內嵌對IPv6支持的代碼，但微軟為開發人員提供了一個支持IPv6的附加的軟件包。其他一些操作系統的IPv6版本也正在逐步開發中。

　　2000年，NTT多媒體通信實驗室宣布其San Jose數據中心提供一種商用IPv6因特網交換業務，并簽署服務級協議。除了NTT外，日本已經有多家ISP開始提供IPv6的業務。另外，已經有一些廠商嘗試應用IPv6開發新型應用軟件。

　　綜上所述，IPv6徹底解決了IPv4存在的地址空間耗盡和路由表爆炸等問題，并且在安全性、移動性以及QoS等方面提供了強有力得支持。此外，IPv6協議由于包頭設計得更加合理，使得路由器在處理數據包時更加快捷。國際著名ISP和權威人士估計，2003年以后IPv6網絡將進入大規模實施階段，之后IPv4和IPv6將保持長時間共存，并最終過渡到IPv6。

摘自　賽迪網

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