走進(jìn)理解“下一代因特網(wǎng)協(xié)議”IPv6

IPv6被稱為“下一代因特網(wǎng)協(xié)議“，最初開發(fā)它旨在解決IPv4面臨的地址耗盡危機(jī)。你可能知道IPv6的一些皮毛，但為提供靈活性、效率、容量和優(yōu)化的功能，開發(fā)人員一直在不斷改進(jìn)它，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。相比于IPv6， IPv4的容量太小了，這就是IPv4終將退出歷史舞臺(tái)的原因所在。

IPv6報(bào)頭和地址結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)了全面修改;在IPv6中，反思IPv4后補(bǔ)充的眾多功能已成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分。IPv6 整裝待發(fā)，為滿足龐大的因特網(wǎng)需求作好了充分準(zhǔn)備。我保證本章簡(jiǎn)單易懂;事實(shí)上，你可能發(fā)現(xiàn)閱讀本章是種享受一我在編寫時(shí) 就有這樣的感覺(jué)！

IPv6復(fù)雜而不失優(yōu)雅，擁有眾多新功能，它像一輛嶄新的蘭博基尼與一部引人入勝的未來(lái)主義小說(shuō)的新奇組合。但愿你閱讀本章的感受與我編寫時(shí)一樣。

為何需要IPv6

為何需要IPv6呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，是因?yàn)槲覀冃枰?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信，而當(dāng)前的系統(tǒng)無(wú)法真正滿足這種需求一就像快馬郵遞無(wú)法與航空郵遞比肩。只要看看為節(jié)省帶寬和IP地址投入了多少時(shí)間和精力，就能明白這一點(diǎn)。為避免地址耗盡，甚至發(fā)明了變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼（ VLSM ）。

連接到網(wǎng)絡(luò)的用戶和設(shè)備每天都在增加，這不是壞事，而是好事，它讓我們找到了隨時(shí)與更多人交流的新途徑。事實(shí)上，這是人類的基本需求。但前景并不樂(lè)觀，正如我在本章開頭指出的，我們當(dāng)前進(jìn)行通信依賴的是IPv4，而IPv4地址即將耗盡。從理論上說(shuō)，IPv4提供的地址只有43億左右，但并非每一個(gè)地址都可供我們使用。使用無(wú)類域間路由選擇（ CIDR ）和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT），確實(shí)可以推遲IPv4地址耗盡的時(shí)間，但這些地址也會(huì)在幾年內(nèi)耗盡。在中國(guó)，還存在大量個(gè)人和公司未連接到因特網(wǎng)上。有很多報(bào)告提供了各種數(shù)字，但只要想想全球當(dāng)前有大約68 億人口，而據(jù)估計(jì)大約只有10%多-點(diǎn)兒的人連接到了因特網(wǎng)，你就會(huì)相信我并非危言聳聽。

上述統(tǒng)計(jì)數(shù)字揭示了一個(gè)殘酷的事實(shí)，鑒于IPv4的容量，人均一臺(tái)電腦都不可能，更不用說(shuō)配備在電腦上的其他IP設(shè)備了。我就有幾臺(tái)計(jì)算機(jī)，別人很可能也是這樣。這還沒(méi)有包括電話、筆記本電腦、游戲控制臺(tái)、傳真機(jī)、路由器、交換機(jī)以及我們?nèi)粘Ｊ褂玫谋姸嗥渌O(shè)備！我應(yīng)該說(shuō)得很明白了，我們必須采取措施，以免地址被耗盡，最終人們無(wú)法彼此通信，而這種措施就是實(shí)現(xiàn)IPv6。

IPv6 的優(yōu)點(diǎn)和用途

那么，IPv6有何神奇之處呢？它真能讓我們脫離即將到來(lái)的困境嗎？真的值得從IPv4 升級(jí)到IPv6嗎？這些問(wèn)題都很好一你可能還想到了其他一些問(wèn)題。當(dāng)然，有那么一群人，他們患有久經(jīng)考驗(yàn)和眾所周知的“拒絕改變綜合征”，但絕不要聽他們的。倘若很多年前人們接受了這些人的觀點(diǎn)，那么現(xiàn)在還在用快馬遞信，人們需要等待數(shù)周甚至數(shù)月才能收到。相反，你只需知道答案絕對(duì)是肯定的。IPv6不僅提供了大量地址（3.4x10*8， 這絕對(duì)足夠了），還內(nèi)置了眾多其他的功能，值得花資金、時(shí)間和精力遷移到IPv6。

當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)有眾多創(chuàng)建IPv4時(shí)沒(méi)有預(yù)見到的需求;為滿足這些需求，我們使用了一些附加功能，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，倘若它們是標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，實(shí)現(xiàn)起來(lái)將容易得多。IPv6 對(duì)這些功能作了改進(jìn)，并將其納人標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)這方面的新標(biāo)準(zhǔn)是IPSec，它提供了端到端安全性。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)性。顧名思義，它允許設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)之間漫游，而不會(huì)中斷連接。但最令人震撼的是效率更高了。首先， IPv6分組報(bào)頭包含的字段減少了一半，且所有字段都與64位邊界對(duì)齊，這極大地提高了處理速度一相比于 IPv4， 查找速度要快得多！原來(lái)包含在IPv4報(bào)頭中的很多信息都刪除了，但可在基本報(bào)頭字段后面添加可選的擴(kuò)展報(bào)頭，將這些信息或其一部分加入報(bào)頭。

當(dāng)然，還有前面說(shuō)過(guò)的海量地址（3.4x10*），但這些地址來(lái)自何方呢？難道是魔術(shù)師變出來(lái)的？

我的意思是說(shuō)這么多的地址必須有出處！這是因?yàn)镮Pv6 提供的地址空間非常大，即地址很長(zhǎng)一比IPv4長(zhǎng)4倍。IPv6地址長(zhǎng)128 位，但不用擔(dān)心，在以后，我會(huì)剖析這種地址的各個(gè)部分，讓你知道它是什么樣的。新增的長(zhǎng)度讓地址空間可包含更多的層次，從而提供了更靈活的編址架構(gòu)。這還提高了路由選擇的效率和可擴(kuò)展性，因?yàn)榭梢愿行У?a href="http://www.ttokpm.com/article/zt/" target="_blank">聚合地址。IPv6還允許主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)地址，這對(duì)亟須改善可用性的企業(yè)來(lái)說(shuō)顯得尤其重要。另外，IPv6還更廣泛地使用了組播通信（一臺(tái)設(shè)備向很多主機(jī)或一組選 定的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)），這也將提高網(wǎng)絡(luò)的效率，因?yàn)橥ㄐ拍繕?biāo)方更具體了。

IPv4大量地使用廣播，這會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，其中最糟糕的是可怕的廣播風(fēng)暴不受控制地四處轉(zhuǎn)發(fā)廣播可能耗盡所有帶寬，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。廣播令人討厭的另一點(diǎn)是，它會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備都中斷。廣播發(fā)送后，每臺(tái)設(shè)備都必須停下手中的工作，對(duì)廣播作出響應(yīng)，而不管廣播是否是發(fā)送給它的。

令人欣喜的是，IPv6 沒(méi)有廣播的概念，它使用組播。IPv6 還支持另外兩種通信：?jiǎn)尾ズ腿我獠ィ渲袉尾ヅcIPv4中相同，而任意播是新增的。任意播可將同一個(gè)地址分配給多臺(tái)設(shè)備，而向該地址發(fā)送數(shù)據(jù)流時(shí)，它會(huì)被路由到共享該地址的最近主機(jī)。

IPv6地址及其表示

理解IPv4地址的結(jié)構(gòu)和用法至關(guān)重要，對(duì)IPv6地址來(lái)說(shuō)亦如此。你知道，IPv6 地址長(zhǎng)128位，這比IPv4地址長(zhǎng)得多，因此除了要以新方式使用IPv6地址外，IPv6 地址管理起來(lái)也更復(fù)雜。但不用擔(dān)心，這里將解釋IPv6 地址的組成部分、如何書寫及其眾多常見的用法。IPv6地址剛開始看起來(lái)可能有些神秘，但很快你就會(huì)掌握它！

請(qǐng)看圖15-1其中晶示了一個(gè)IPv6地址及其組成部分。

正如你看到的，IPv6地址確實(shí)長(zhǎng)得多，但除此之外，還有什么不同呢？首先，注意到它包含8組（而不是4組）數(shù)字，且用冒號(hào)而不是句點(diǎn)分隔。且慢，地址中還有字母！與MAC地址一樣， IPv6地址是用十六進(jìn)制表示的，因此可以這樣說(shuō)： IPv6 地址包含8個(gè)用冒號(hào)分隔的編組，每組16位，并用十六進(jìn)制表示。這已經(jīng)很拗口了，而你可能還未嘗試大聲朗讀！

你肯定想組建測(cè)試IPv6的網(wǎng)絡(luò)，因此這里指出另外一點(diǎn)： 使用Web 瀏覽器連接到IPv6設(shè)備的HtTP連接時(shí)，必須將IPv6地址用方括號(hào)括起。為什么呢？因?yàn)槊疤?hào)已被瀏覽器用來(lái)指定端口號(hào)。如果不用方括號(hào)將地址括起，瀏覽器將無(wú)法識(shí)別地址。

下面是一個(gè)這樣的例子： 。

http://［2001 ： 0db8： 3c4d:0012 ：0000:0000:1234： 56ab］/default .htm1

顯然，在可能的情況下，你更愿意使用名稱來(lái)指定目的地（如www.lammle.com），但必須接受這樣的事實(shí)：有時(shí)候，不得不咬緊牙關(guān)，輸人地址，雖然這樣做無(wú)疑很痛苦。顯然，實(shí)現(xiàn)IPv6時(shí)，DNS也極其重要。

注意：在IPv6地址中，每個(gè)字段包含4個(gè)十六進(jìn)制字母（16位），字段之間用冒號(hào)分隔。

簡(jiǎn)化表示

好消息是，書寫這些大型地址時(shí)，有很多簡(jiǎn)寫方式。其中之一是可省略地址的某些部分，但必須遵守一些規(guī)則。首先，可省略各個(gè)字段中的前導(dǎo)零。這樣做后，前面的示例地址將變成下面這樣：

2001 ： db8： 3c4d： 12 ：0:0：1234： 56ab

這顯然要好得多一至少無(wú)需書寫所有多余的零了！但對(duì)于只包含零的字段，該如何辦呢？也可將它們省略一至少是其中的一部分。還是以前面的地址為例，可省略兩個(gè)只包含零的相鄰字段，并用兩個(gè)冒號(hào)替代它們，如下所示：

2001 ： db8： 3c4d:12 ：：1234： 56ab

很好一使用兩個(gè)冒號(hào)替代了相連的全零字段。這樣做時(shí)必須遵守如下規(guī)則：只能替換相連的全零字段一次。因此，如果地址中有4個(gè)全零的字段，但它們彼此不相鄰，則不能全部替換它們;請(qǐng)記住，這里的規(guī)則是只能替換相連的全零字段一次。請(qǐng)看下面的地址：

2001 ：0000:0000:0012 ： 0000： 0000:1234:56ab

不能將其簡(jiǎn)化成下面這樣：2001： ：12：：1234： 56ab

相反，最多只能將其簡(jiǎn)化成這樣：2001： ：12:0：0:1234:56ab

為什么呢？因?yàn)槿绻鎿Q兩次，設(shè)備見到該地址后，將無(wú)法判斷每對(duì)臂號(hào)代表多少個(gè)字段。路由器見到這個(gè)錯(cuò)誤的地址后，將發(fā)出這樣的疑問(wèn)：我是將每對(duì)冒號(hào)都替換為兩個(gè)全零字段呢，還是將第一對(duì)冒號(hào)替換為3個(gè)全零字段，并將第二對(duì)冒號(hào)替換為1個(gè)全零字段？路由器無(wú)法回答這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗鼪](méi)有所需的信息。

地址類型

我們熟悉IPv4單播地址、廣播地址和組播地址，它們指定了要與哪臺(tái)設(shè)備（ 至少是多少臺(tái)設(shè)備）通信。但前面說(shuō)過(guò)，IPv6 改變了這種三重唱局面，新增了任意播;另外，由于廣播效率低下，IPv6不再支持它。

下面介紹這些IPv6地址類型和通信方法的功能。

單播地址目標(biāo)地址為單播 地址的分組被傳輸?shù)絾蝹€(gè)接口。為均衡負(fù)載，位于多臺(tái)設(shè)備中的多個(gè)接口可使用相同的地址，但這種地址被稱為任意播地址。單播地址分多種，但這里不詳細(xì)介紹。

全局單播地址這是典型的可路由的公有地址，與IPv4 中的單播地址相同。全局地址以200:/3打頭。

鏈路本地地址類似于 IPv4私有地址，也是不可路由的，它們以FE80:/10打頭?？蓪⑺鼈円暈橐环N便利的工具，讓你能夠?yàn)檎匍_會(huì)議而組建臨時(shí)LAN，或創(chuàng)建小型LAN，這些LAN不與因特網(wǎng)相連，但需要在本地共享文件和服務(wù)。

唯一的本地地址這些 地址也是不可在因特網(wǎng)路由的，但也基本上是全局唯一的， 因此不太可能重復(fù)使用它們。唯一的本地地址設(shè)計(jì)用于替代場(chǎng)點(diǎn)本地地址，因此它們的功能幾乎與IPv4私有地址相同：支持在整個(gè)場(chǎng)點(diǎn)內(nèi)通信，可路由到多個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)。場(chǎng)點(diǎn)本地地址已于2004年9月廢除。

組播地址與 IPv4中一樣，目標(biāo)地址為組播地址的分組被傳輸?shù)皆摻M播地址表示的所有接口。

這種地址有時(shí)也被稱為一對(duì)多地址。IPv6組播地址很容易識(shí)別，它們總是以FF打頭。

任意播地址與組播地址一樣，任意播地址也標(biāo)識(shí)多個(gè)設(shè)備的多個(gè)接口，但有一個(gè)很大的差別：任意播分組只被傳輸?shù)揭粋€(gè)接口一根據(jù)路由 選擇距離確定的最近接口。這種地址的特殊之處在于，可將單個(gè)任意播地址分配給多個(gè)接口。這種地址被稱為“一對(duì)最近”地址。

你可能會(huì)問(wèn)，在IPv6中，是否有保留的特殊地址，因?yàn)镮Pv4有這樣的地址。答案是很多，下面就介紹它們！

特殊地址

下面列出一些絕對(duì)應(yīng)該牢記的地址范圍，因?yàn)槲覀兛偸菚?huì)用到它們。它們都是特殊地址或保留用于特定目的的地址，但不同于IPv4， IPv6提供的地址非常多，因此保留一些不會(huì)有任何害處。

0:0：0:0：0:0：0:0 （：：）相當(dāng)于IPv4地址0.0.0.0，通常在使用有狀態(tài)DHCP配置時(shí)，用作主機(jī)的源地址。

0:0：0:0：0:0：0:1 （：：1）相當(dāng)于 IPv4地址127.0.0.1。

00:0：0:0：0:0：192.168.100.1在同時(shí)支持 IP4和IPv6的網(wǎng)絡(luò)中，從IPv4地址轉(zhuǎn)換而來(lái)的IPv6地址通常這樣書寫。

2000:/3全局單播地址范圍。

FCO0：：/7唯一的本地單播 地址范圍。

FE80:/10鏈路本地單播地址范圍。

FF00：：/8組播地址范圍。

3F:F：：/32保留舉例和編寫文檔時(shí)使用。

2001:0DB8：：/32保留舉例和編寫文檔時(shí)使用。

2002：：/16保留供6to4隧道技術(shù)使用。6to4 隧道技術(shù)是一種從IPv4遷移到IPv6的方法，讓IPv6分組能夠通過(guò)IPv4網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，而無(wú)需配置顯式的隧道。
責(zé)編AJX