IPv6

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导读:欢迎你来到站长在线的站长百科栏目,你正在学习的是IPv6的定义,IPv6的发展历史,IPv6表示方法,IPv6报文内容,IPv6地址类型,IPv6的优势特点,IPv6的安全性能等。

IPv6的定义

IPv6是英文“Internet Protocol Version 6”(互联网协议第6版)的缩写,是互联网工程任务组(IETF)设计的用于替代IPv4的下一代IP协议,其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址。

由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限,严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用,不仅能解决网络地址资源数量的问题,而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍 。

互联网数字分配机构(IANA)在2016年已向国际互联网工程任务组(IETF)提出建议,要求新制定的国际互联网标准只支持IPv6,不再兼容IPv4。

IPv6的发展历史

1992年初,一些关于互联网地址系统的建议在IETF(互联网工程任务组)上提出,并于1992年底形成白皮书。

1993年9月,IETF建立了一个临时的ad-hoc下一代IP(IPng)领域来专门解决下一代IP的问题。这个新领域由Allison Mankin和Scott Bradner领导,成员由15名来自不同工作背景的工程师组成。

1994年7月25日,IETF采纳了IPng模型,并形成几个IPng工作组。

1996年开始,一系列用于定义IPv6的RFC发表出来,最初的版本为RFC1883。

2003年1月22日,IETF发布了IPv6测试性网络,即6bone网络。

截至2009年6月,6bone网络技术已经支持了39个国家的260个组织机构。

从2011年开始,主要用在个人计算机和服务器系统上的操作系统基本上都支持高质量IPv6配置产品。

2012年6月6日,国际互联网协会举行了世界IPv6启动纪念日,这一天,全球IPv6网络正式启动。多家知名网站,如Google、Facebook和Yahoo等,于当天全球标准时间0点(北京时间8点整)开始永久性支持IPv6访问。

截至2013年9月,互联网318个顶级域名中的283个支持IPv6接入它们的DNS。约占89.0%,其中276个域名包含IPv6黏附记录,共5,138,365个域名在各自的域内拥有IPv6地址记录。

2017年11月26日,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》。

2018年6月,三大运营商联合阿里云宣布,将全面对外提供IPv6服务,并计划在2025年前助推中国互联网真正实现“IPv6 Only”。7月,百度云制定了中国的IPv6改造方案。8月3日,工信部通信司在北京召开IPv6规模部署及专项督查工作全国电视电话会议,中国将分阶段有序推进规模建设IPv6网络,实现下一代互联网在经济社会各领域深度融合。11月,国家下一代互联网产业技术创新战略联盟在北京发布了中国首份IPv6业务用户体验监测报告显示,移动宽带IPv6普及率为6.16%,IPv6覆盖用户数为7017万户,IPv6活跃用户数仅有718万户,与国家规划部署的目标还有较大距离。

2019年4月16日,工业和信息化部发布《关于开展2019年IPv6网络就绪专项行动的通知》。 5月,中国工信部称计划于2019年末,完成13个互联网骨干直联点IPv6的改造。

2020年3月23日,工业和信息化部发布《关于开展2020年IPv6端到端贯通能力提升专项行动的通知》,要求到2020年末,IPv6活跃连接数达到11.5 亿,较2019年8亿连接数的目标提高了43%。


IPv6组成结构


IPv6表示方法

IPv6的地址长度为128位,是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用,采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。

1、冒分十六进制表示法

格式为X:X:X:X:X:X:X:X,其中每个X表示地址中的16b,以十六进制表示,例如:

ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789

这种表示法中,每个X的前导0是可以省略的,例如:

2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A


2、0位压缩表示法

在某些情况下,一个IPv6地址中间可能包含很长的一段0,可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性,地址中”::”只能出现一次,例如:

FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101

0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1

0:0:0:0:0:0:0:0 → ::


3、内嵌IPv4地址表示法

为了实现IPv4-IPv6互通,IPv4地址会嵌入IPv6地址中,此时地址常表示为:X:X:X:X:X:X:d.d.d.d,前96b采用冒分十六进制表示,而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示,例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例子,注意在前96b中,压缩0位的方法依旧适用。


IPv6报文内容

IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据3部分。IPv6报头是必选报文头部,长度固定为40B,包含该报文的基本信息;扩展报头是可选报头,可能存在0个、1个或多个,IPv6协议通过扩展报头实现各种丰富的功能;上层协议数据是该IPv6报文携带的上层数据,可能是ICMPv6报文、TCP报文、UDP报文或其他可能报文。


IPv6地址类型

IPv6协议主要定义了三种地址类型:单播地址(Unicast Address)、组播地址(Multicast Address)和任播地址(Anycast Address)。与原来在IPv4地址相比,新增了“任播地址”类型,取消了原来IPv4地址中的广播地址,因为在IPv6中的广播功能是通过组播来完成的。

单播地址:用来唯一标识一个接口,类似于IPv4中的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地址所标识的一个接口。

组播地址:用来标识一组接口(通常这组接口属于不同的节点),类似于IPv4中的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。

任播地址:用来标识一组接口(通常这组接口属于不同的节点)。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近(根据使用的路由协议进行度量)的一个接口。


IPv6的优势特点

与IPV4相比,IPV6具有以下几个优势:

一、IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,最大地址个数为2^32;而IPv6中IP地址的长度为128,即最大地址个数为2^128。与32位地址空间相比,其地址空间增加了2^128-2^32个。

二、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。

三、IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的控制(Flow Control),这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会,为服务质量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的网络平台。

四、IPv6加入了对自动配置(Auto Configuration)的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。

五、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。

六、允许扩充。如果新的技术或应用需要时,IPV6允许协议进行扩充。

七、更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式,其选项与基本头部分开,如果需要,可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程,因为大多数的选项不需要由路由选择。

八、新的选项。IPV6有一些新的选项来实现附加的功能。



IPv6的安全性能

原来的Internet安全机制只建立于应用程序级,如E-mail加密、SNMPv2网络管理安全、接入安全(HTTP、SSL)等,无法从IP层来保证Internet的安全。IP级的安全保证分组的鉴权和私密特性,其具体实现主要由IP的AH(Authentication Header)和ESP(Encapsulating Security Payload)标记来实现。IPv6实现了IP级的安全。

一、安全协议套:是发送者和接收者的双向约定,只由目标地址和安全参数索引(SPI)确定。

二、包头认证:提供了数据完整性和分组的鉴权。

三、安全包头封装:ESP根据用户的不同需求,支持IP分组的私密和数据完整性。 它既可用于传送层(如TCP、UDP、ICMP)的加密, 称传送层模式ESP,同时又可用于整个分组的加密,称隧道模式ESP。

四、ESPDES-CBC方式:ESP处理一般必须执行DES-CBC加密算法,数据分为以64位为单位的块进行处理,解密逻辑的输入是现行数据和先前加密数据块的与或。

五、鉴权加私密方式:根据不同的业务模式,两种IP安全机制可以按一定的顺序结合,从而达到分组传送加密的目的。按顺序的不同,分为鉴权之前加密和加密之前鉴权。

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