IPv6是网络层协议的第二代标准协议,它是IETF设计的一套规范,是IPv4的升级版本。
IPv4协议是目前广泛部署的互联网协议。在互联网发展初期,IPv4以其协议简单、易于实现、互操作性好的优势而得到快速的发展。但随着互联网的迅猛发展,IPv4 的不足也日益凸显,例如地址空间不足、处理报文头及报文选项的复杂度高、地址维护工作量大、路由聚合效率低、对安全/QoS/移动性等问题缺乏有效的解决方案等。
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IPv6的出现有针对性地解决了IPv4 的一些问题。在地址空间方面,IPv4地址采用32bit标识,理论上能够提供的地址数量约为43亿个。另外,IPv4 地址的分配也很不均衡,美国拥有的IPv4地址占全球地址空间的一半左右,欧洲则相对匮乏,亚太地区则更加匮乏。
与此同时,移动IP和宽带技术的发展需要更多的IP地址。目前IPv4地址已经消耗殆尽。针对IPv4地址短缺的问题,也曾先后出现过几种解决方案。比较有代表性的是CIDR和NAT。但是CIDR和NAT都有各自的缺点和不能解决的问题,由此推动了IPv6的发展。IPv6地址采用128 bit标识。128 bit的地址空间使IPv6理论上可以拥有约(43亿x43亿x43亿x43亿)个地址。近乎无限的地址空间是IPv6最大的优势。
在报文处理方面,IPv4 报文头包含Options(可选字段),内容涉及Security、Timestamp和Record Route等,这些Options可以将IPv4报文头长度从20 Byte扩充到60Byte。转发携带这些Options的IPv4报文往往需要中间路由转发设备通过软件处理,会产生很大的性能开销,因此实际中也很少使用。
IPv6和IPv4相比,报文头去除了Internet Header Length、Identifier、Flag、Fragment Offset、Header Checksum、Options 和Padding字段,只增加了流标签字段,因此IPv6相比IPv4极大地简化了对报文头的处理,提高了处理效率。另外,IPv6为了更好支持处理各种选项,提出了扩展报文头的概念,新增选项时不必修改IPv6报文头的结构,理论上可以扩展出无限多种选项,体现了优异的可扩展性。
在地址维护方面,由于IPv4地址只有32 bit, 并且地址分配不均衡,导致在网络扩容或重新部署时,经常需要重新分配IP地址,因此需要一种能够对IP地址进行自动配置和重新编址的机制,以减少维护工作量。目前IPv4的自动配置和重新编址机制主要依靠DHCP。IPv6协议内置了通过地址自动配置方式使主机自动发现网络并获取IPv6地址的机制,大大提高了内部网络的可管理性。
在路由聚合方面,由于IPv4发展初期的地址分配规划问题,造成许多已分配的IPv4地址不连续,不能有效聚合路由。日益庞大的路由表耗用大量内存,对设备容量和转发效率产生影响,这一问题促使设备制造商不断升级其产品,以提高路由寻址和转发性能。IPv6 巨大的地址空间使得IPv6可以方便地进行层次化网络部署。层次化的网络结构使路由聚合更为容易,提高了路由转发的效率。
在端到端安全方面,在制定IPv4协议时,缺乏针对安全性的系统设计,因此固有的框架结构并不能支持端到端的安全。IPv6中,网络层支持IPsec的认证和加密,支持端到端的安全。
在保障QoS方面,随着网络会议、网络电话、网络电视的迅速普及与使用,客户要求有更好的QoS来保障音视频业务实时转发,但IPv4并没有专门的手段保障QoS。IPv6新增了流标记字段,可以用于保障QoS。
在对移动性的支持方面,移动IPv4存在一些问题,例如三角路由、源地址过滤等。IPv6协议规定其必须支持移动性。与移动IPv4相比,移动IPv6使用邻居发现功能可直接发现外部网络并得到转交地址,而不必使用外部代理。同时,利用路由扩展报文头和目的选项扩展报文头,移动节点和对等节点之间可以直接通信,解决了移动IPv4三角路由、源地址过滤问题,使得移动通信处理效率更高,且对应用层透明。
来源:中科三方
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