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摘 要：IPv6是IETF设计用于替换现行版本IP协议IPv4的下一代互联网协议。本文在介绍IPv6产生背景的基础上，详细阐述了IPv6的技术原理、特点及优势，并探讨了从IPv4到 IPv6的过渡技术。最后对 IPv6 的应用前景提出展望。
关键词：IPv4；IPv6；技术原理； 优势
自上世纪80年代起，互联网（Internet）技术发生了快速发展。根据有关数据显示，以当前因特网发展速度计算，所有IPv4地址将在2005～2020年间分配完毕。IP地址即将耗尽的事实引起了人们对因特网应用和发展前景的极大担忧。尽管目前相关网络工程师采取了一些措施，如CIDR、DHCP、NAT和Proxy等技术，可以在很大程度上减缓IPv4地址空间的耗尽。但从长远来看，这只是权宜之计。为了彻底解决IPv4存在的问题，必须研究开发下一代IP协议。IPv6 （Internet Protocol Version 6 的缩写，其中 Internet Protocol 译为“互联网协议”。）是 IETF（互联网工程任务组 ，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。随着全球互联网业务的快速发展，为根本解决IPv4 面临的危机，IPv6 技术的发展已经成为人们关注的焦点。
1 IPv6的特性
1.1 地址空间充裕
由于IPv6的地址结构、分配方案和地址表示方法，IPv6可以实现的128位地址分配方案（如表1所示）。IPv6的128位地址空间包含的地址数（2128）足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的IP地址，可见IPv6能使地址空间问题得到彻底的解决。
1.2 地址自动配置机制
IPv6具有自动配置主机地址的功能，通过采用有效的地址重计数技术，不但可使新地址的分配自动完成，而且简化了改变已有地址的方法。IPv6有两种地址自动配置方式：无状态和有状态方式。其中，无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。
1.3 具有较高的服务质量（服务质量（Quality of Service， QoS）是用来描述网络性能的）
IPv6之所以有高的QoS，主要是因为其报头中新增加了字段的“业务级别”（或优先权）和“流标记”。“业务级别”的设计是为了源端机器能够为不同的分组指定不同的优先级别。该值可以为两种类型：一种是源端主机提供拥塞控制（例如对分组丢失或拥塞情况的响应）流量的优先级；另一种是不响应拥塞流量的优先级，尽管目前这种优先权机制的好处还不是那么明显，但是对流量类型的区分随着更多更新的分组丢失（Packet-Drop）算法的提出会越来越显示出其优越性。
1.4 IPv6具有移动性
IPv6对移动性提供了内在的支持。一方面，移动IPv6能够通过简单的扩展，提供足够的地址空间，为在公共互联网上运行的每个移动终端分配一个全球唯一的IP地址，这样就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间的移动性问题。另一方面，IPv6对移动IP的支持，使得它可以提供无线和地面网络之间的路由。由于使用了带有该设备位置信息的辅助地址，对原有地址的改动就可以避免，这样移动设备就可保持其原有的地址。
1.5 安全性机制
IPv6的安全机制主要是利用数据包头的两个扩展部分，即认证报头（AH）和封闭安全头（ESP）来提供路由器级的安全性。认证报头（AH）用于保证数据的一致性，IPv6数据包的接收者可以要求发送者首先利用IPv6认证头进行“登录”，然后才接收数据包，这种登录是算法独立的，可以有效地阻止网络“黑客”的攻击。封闭安全头（ESP）用于保证数据的保密性和数据的一致性，利用封闭安全头来加密数据包。其中这种加密也是算法独立的，这意味着可以在Internet上安全地传输敏感数据，不用担心被第三方截取。
2 IPv4到IPv6的过渡技术
从IPv4向IPv6的过渡是Internet发展过程中不可逾越的一个过程，如何完成从IPv4向 IPv6的过渡，是IPv6发展需要解决的首要问题。大体分三个方面：IP层的过渡策略与技术、链路层对IPv6的支持、IPv6 对上层的影响。过渡过程需要解决的问题主要是IPv6之间的通信问题和IPv4与IPv6之间的通信问题，主要有以下三种解决方案：
2.1 双栈技术（Dual Stack）
双栈技术可以理解为在主机和路由器的下用户协议网络层同时支持IPv6 和 IPv4 两种协议，这样对于下层的网络接口层和上层的传输层都不必进行大的改动。具有双栈的主机和路由器既能够与IPv6系统通信，又能够与IPv4系统通信。通俗来讲，就是主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两套协议。因此，具有双栈的主机或路由器都要具有两个IP地址，相应地主机或路由器会根据目的地址的情况来决定到底采用IPv4协议还是IPv6协议。
2.2 隧道技术（Tunnel）
隧道技术是利用现有IPv4网络传送IPv6数据包的技术，它通过将 IPv6数据包封装在IPv4数据包中，实现在 IPv4网络中的数据传送。当IPv6分组在进入IPv4区域（隧道入口）时，IPv4将其封装成为IPv4数据包，整个IPv6数据分组变成了IPv4数据分组的数据部分。当 IPv4 数据包离开 IPv4 区域（隧道出口）时，再将其数据部分交给主机的 IPv6 协议栈，这就好像在 IPv4 区域中打通了一个 IPv6 隧道来传输 IPv6 数据分组。 2.3 网络地址/协议转换技术（NAT-PT）
NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）通过与SllT（Statelesslp /ICMP Translation，无状态 IP/ICMP 转换）协议转换和传统 IPv4 下的动态地址转换（NAT）以及适当的应用层网关（Application Layer Gateway，ALG）相结合，实现了 IPv4 和 IPv6 间的协议转换和地址映射，即当 IPv6 主机与 IPv4 主机进行通信时，NAT-PT会根据IPv4地址池动态地为这个IPv6主机分配一个IPv4地址，记录两者间的对映关系，并将IPv6数据包转换成IPv4数据包进行数据传输，反之亦然。这样就可以利用 NAT～PT实现纯 IPv4和纯IPv6主机间的相互通信。
3 IPv6发展前景展望
IPv6技术体系经历了十多年的发展，其技术关键应用体系已经初具雏形。近几年，具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也已加快了进度。 在这种趋势下，IPv6的关键应用将很快出现。
3.1 移动IP
随着移动设备功能的增强，以及应用的普及，移动计算已经得到了越来越多的关注。早期的移动IP研究一直是基于IPv4协议体系的，它虽然可以解决节点漫游的问题，但是其应用必将引发为大量的移动设备分配IP地址的需求。IPv4协议有限的地址空间显然无法满足这一需求，只有IPv6才能满足这种需要。
3.2 多种个人智能终端
经济的发展带动了个人电子设备的发展，由呼机、手机、PDA到智能手机的发展趋势看，有联网能力的集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快出现，经过2至4年的发展，其规模就会相当大。 由此将产生巨大的对IP地址的需求，这将是过渡IPv6的一个最大动因。
3.3 军事应用
IPv6相对IPv4可以提供更好的网络安全和质量更佳的传输服务，并大大增强了传输速度，非常适合军队的使用。通过使用护v6技术，对武器系统的响应速度以及指挥系统数据传输的保密性都将会有较大的提高。美国防部认为，IPv6对于美军来说至关重要，未来作战系统中各种武器系统、信息系统和指挥控制系统将通过网络实现联系，进行信息化立体战争，IPv6为其提供了实现的技术基础和可能。同时，IPv6具有IPv4所没有的绝对优势，它巨大的地址空间，高度的灵活性和安全性和可动态进行地址分配的特性以及完全的分布式结构有着巨大的军事价值和潜力。
IPv6 的优点显而易见，因此由IPv4向IPv6全面升级过渡是互联网发展的必然要求，过渡策略和方法也层出不穷并日益完善。随着IPv6的逐步试点和推广使用，它必将全面取代IPv4。展望未来，IPv6 在网络扩容、网络实名、网络安全和物联网等各个方面必将发挥越来越关键的作用。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络（第4 版）[M].北京：电子工业出版社，2003.
[2]杜雪莲.下一代互联网协议IPv6初探[J].中国高新技术企业，2010（8）：111-112.
[3]吴伟民.互联网协议（IPv6）的概念及原理[J].国土资源信息化，2012（6）：42-45.
[4]朱莹莹.下一代IP技术--Ipv6[J].民营科技，2009（5）：38.
关键词：IPv4；IPv6；技术原理； 优势
自上世纪80年代起，互联网（Internet）技术发生了快速发展。根据有关数据显示，以当前因特网发展速度计算，所有IPv4地址将在2005～2020年间分配完毕。IP地址即将耗尽的事实引起了人们对因特网应用和发展前景的极大担忧。尽管目前相关网络工程师采取了一些措施，如CIDR、DHCP、NAT和Proxy等技术，可以在很大程度上减缓IPv4地址空间的耗尽。但从长远来看，这只是权宜之计。为了彻底解决IPv4存在的问题，必须研究开发下一代IP协议。IPv6 （Internet Protocol Version 6 的缩写，其中 Internet Protocol 译为“互联网协议”。）是 IETF（互联网工程任务组 ，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。随着全球互联网业务的快速发展，为根本解决IPv4 面临的危机，IPv6 技术的发展已经成为人们关注的焦点。
1 IPv6的特性
1.1 地址空间充裕
由于IPv6的地址结构、分配方案和地址表示方法，IPv6可以实现的128位地址分配方案（如表1所示）。IPv6的128位地址空间包含的地址数（2128）足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的IP地址，可见IPv6能使地址空间问题得到彻底的解决。
1.2 地址自动配置机制
IPv6具有自动配置主机地址的功能，通过采用有效的地址重计数技术，不但可使新地址的分配自动完成，而且简化了改变已有地址的方法。IPv6有两种地址自动配置方式：无状态和有状态方式。其中，无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球唯一的路由地址。
1.3 具有较高的服务质量（服务质量（Quality of Service， QoS）是用来描述网络性能的）
IPv6之所以有高的QoS，主要是因为其报头中新增加了字段的“业务级别”（或优先权）和“流标记”。“业务级别”的设计是为了源端机器能够为不同的分组指定不同的优先级别。该值可以为两种类型：一种是源端主机提供拥塞控制（例如对分组丢失或拥塞情况的响应）流量的优先级；另一种是不响应拥塞流量的优先级，尽管目前这种优先权机制的好处还不是那么明显，但是对流量类型的区分随着更多更新的分组丢失（Packet-Drop）算法的提出会越来越显示出其优越性。
1.4 IPv6具有移动性
IPv6对移动性提供了内在的支持。一方面，移动IPv6能够通过简单的扩展，提供足够的地址空间，为在公共互联网上运行的每个移动终端分配一个全球唯一的IP地址，这样就能在全球范围内解决有关网络和访问技术之间的移动性问题。另一方面，IPv6对移动IP的支持，使得它可以提供无线和地面网络之间的路由。由于使用了带有该设备位置信息的辅助地址，对原有地址的改动就可以避免，这样移动设备就可保持其原有的地址。
1.5 安全性机制
IPv6的安全机制主要是利用数据包头的两个扩展部分，即认证报头（AH）和封闭安全头（ESP）来提供路由器级的安全性。认证报头（AH）用于保证数据的一致性，IPv6数据包的接收者可以要求发送者首先利用IPv6认证头进行“登录”，然后才接收数据包，这种登录是算法独立的，可以有效地阻止网络“黑客”的攻击。封闭安全头（ESP）用于保证数据的保密性和数据的一致性，利用封闭安全头来加密数据包。其中这种加密也是算法独立的，这意味着可以在Internet上安全地传输敏感数据，不用担心被第三方截取。
2 IPv4到IPv6的过渡技术
从IPv4向IPv6的过渡是Internet发展过程中不可逾越的一个过程，如何完成从IPv4向 IPv6的过渡，是IPv6发展需要解决的首要问题。大体分三个方面：IP层的过渡策略与技术、链路层对IPv6的支持、IPv6 对上层的影响。过渡过程需要解决的问题主要是IPv6之间的通信问题和IPv4与IPv6之间的通信问题，主要有以下三种解决方案：
2.1 双栈技术（Dual Stack）
双栈技术可以理解为在主机和路由器的下用户协议网络层同时支持IPv6 和 IPv4 两种协议，这样对于下层的网络接口层和上层的传输层都不必进行大的改动。具有双栈的主机和路由器既能够与IPv6系统通信，又能够与IPv4系统通信。通俗来讲，就是主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两套协议。因此，具有双栈的主机或路由器都要具有两个IP地址，相应地主机或路由器会根据目的地址的情况来决定到底采用IPv4协议还是IPv6协议。
2.2 隧道技术（Tunnel）
隧道技术是利用现有IPv4网络传送IPv6数据包的技术，它通过将 IPv6数据包封装在IPv4数据包中，实现在 IPv4网络中的数据传送。当IPv6分组在进入IPv4区域（隧道入口）时，IPv4将其封装成为IPv4数据包，整个IPv6数据分组变成了IPv4数据分组的数据部分。当 IPv4 数据包离开 IPv4 区域（隧道出口）时，再将其数据部分交给主机的 IPv6 协议栈，这就好像在 IPv4 区域中打通了一个 IPv6 隧道来传输 IPv6 数据分组。 2.3 网络地址/协议转换技术（NAT-PT）
NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）通过与SllT（Statelesslp /ICMP Translation，无状态 IP/ICMP 转换）协议转换和传统 IPv4 下的动态地址转换（NAT）以及适当的应用层网关（Application Layer Gateway，ALG）相结合，实现了 IPv4 和 IPv6 间的协议转换和地址映射，即当 IPv6 主机与 IPv4 主机进行通信时，NAT-PT会根据IPv4地址池动态地为这个IPv6主机分配一个IPv4地址，记录两者间的对映关系，并将IPv6数据包转换成IPv4数据包进行数据传输，反之亦然。这样就可以利用 NAT～PT实现纯 IPv4和纯IPv6主机间的相互通信。
3 IPv6发展前景展望
IPv6技术体系经历了十多年的发展，其技术关键应用体系已经初具雏形。近几年，具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也已加快了进度。 在这种趋势下，IPv6的关键应用将很快出现。
3.1 移动IP
随着移动设备功能的增强，以及应用的普及，移动计算已经得到了越来越多的关注。早期的移动IP研究一直是基于IPv4协议体系的，它虽然可以解决节点漫游的问题，但是其应用必将引发为大量的移动设备分配IP地址的需求。IPv4协议有限的地址空间显然无法满足这一需求，只有IPv6才能满足这种需要。
3.2 多种个人智能终端
经济的发展带动了个人电子设备的发展，由呼机、手机、PDA到智能手机的发展趋势看，有联网能力的集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快出现，经过2至4年的发展，其规模就会相当大。 由此将产生巨大的对IP地址的需求，这将是过渡IPv6的一个最大动因。
3.3 军事应用
IPv6相对IPv4可以提供更好的网络安全和质量更佳的传输服务，并大大增强了传输速度，非常适合军队的使用。通过使用护v6技术，对武器系统的响应速度以及指挥系统数据传输的保密性都将会有较大的提高。美国防部认为，IPv6对于美军来说至关重要，未来作战系统中各种武器系统、信息系统和指挥控制系统将通过网络实现联系，进行信息化立体战争，IPv6为其提供了实现的技术基础和可能。同时，IPv6具有IPv4所没有的绝对优势，它巨大的地址空间，高度的灵活性和安全性和可动态进行地址分配的特性以及完全的分布式结构有着巨大的军事价值和潜力。
IPv6 的优点显而易见，因此由IPv4向IPv6全面升级过渡是互联网发展的必然要求，过渡策略和方法也层出不穷并日益完善。随着IPv6的逐步试点和推广使用，它必将全面取代IPv4。展望未来，IPv6 在网络扩容、网络实名、网络安全和物联网等各个方面必将发挥越来越关键的作用。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络（第4 版）[M].北京：电子工业出版社，2003.
[2]杜雪莲.下一代互联网协议IPv6初探[J].中国高新技术企业，2010（8）：111-112.
[3]吴伟民.互联网协议（IPv6）的概念及原理[J].国土资源信息化，2012（6）：42-45.
[4]朱莹莹.下一代IP技术--Ipv6[J].民营科技，2009（5）：38.