摘要：本文詳細地闡述了下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議IPv6產(chǎn)生的背景和過(guò)程，對IPv6協(xié)議的特點(diǎn)及現狀也做了簡(jiǎn)要的介紹。文中對下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議IPng的設計目標以及各種提案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。以使廣大讀者對IPv6協(xié)議的產(chǎn)生過(guò)程有個(gè)較為清晰的認識。
關(guān)鍵字：Internet、IPv4、IPng、IPv6
近十年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展速度正如尼爾·巴雷特在《信息國的狀態(tài)》一書(shū)的序言中所寫(xiě)的那樣，“要想預言互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，簡(jiǎn)直就像企圖用弓箭追趕飛行的子彈一樣。哪怕在你每一次用指尖敲擊鍵盤(pán)的同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)就已經(jīng)發(fā)生變化了”。這種發(fā)展不僅表現在互聯(lián)網(wǎng)上的主機數量以幾何級數增加，而且新的業(yè)務(wù)也在不斷的涌現，這一切使得互聯(lián)網(wǎng)呈現出新的特性。但也正是這種高速的增長(cháng)，使得當前的互聯(lián)網(wǎng)陷入了前所未有的困境。
IPv6協(xié)議產(chǎn)生的背景
1.1互聯(lián)網(wǎng)的起源和發(fā)展
因特網(wǎng)源于美國國防部的ARPANET。在上世紀60年代中期，正是冷戰的高峰，美國國防部希望有一個(gè)命令和控制網(wǎng)絡(luò )能夠在核戰爭的條件下幸免于難，而傳統的電路交換的電話(huà)網(wǎng)絡(luò )則顯得太脆弱。國防部指定其下屬的高級研究計劃局（ARPA）解決這個(gè)問(wèn)題，此后誕生的一個(gè)新型網(wǎng)絡(luò )便稱(chēng)為ARPANET。1983年，TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上唯一的正式協(xié)議以后，ARPANET上連接的網(wǎng)絡(luò )、機器和用戶(hù)得到了快速的增長(cháng)。當ARPANET與美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF）建成的NSFNET互聯(lián)以后，其上的用戶(hù)數以指數增長(cháng)，并且開(kāi)始與加拿大、歐洲和太平洋地區的網(wǎng)絡(luò )連接。到了80年代中期，人們開(kāi)始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )稱(chēng)為互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)在1994年進(jìn)入商業(yè)化應用后得到了飛速的發(fā)展，1998年，因特網(wǎng)全球用戶(hù)人數已激增到1.47億。
70年代中期，ARPA為了實(shí)現異種網(wǎng)之間的互聯(lián)與互通，開(kāi)始制定TCP/IP體系結構和協(xié)議規范。時(shí)至今日，TCP/IP協(xié)議也成為最流行的網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議。它不是國際標準化組織制定的，卻已成為網(wǎng)際互聯(lián)事實(shí)上的標準，并由單純的TCP/IP協(xié)議發(fā)展成為一系列以IP為基礎的TCP/IP協(xié)議簇。TCP／IP協(xié)議簇為互聯(lián)網(wǎng)提供了基本的通信機制。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的指數增長(cháng)，其體系結構也由ARPANET基于集中控制模型的網(wǎng)絡(luò )體系結構演變?yōu)橛蒊SP運營(yíng)的分散的基于自治系統（Autonomoussystems,AS）模型的體系結構?；ヂ?lián)網(wǎng)目前幾乎覆蓋了全球的每一個(gè)角落，其飛速發(fā)展充分說(shuō)明了TCP/IP協(xié)議取得了巨大的成功。
1.2網(wǎng)絡(luò )泰坦尼克危機
但是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度和規模，也遠遠出乎于二十多年前互聯(lián)網(wǎng)的先驅們制定TCP/IP協(xié)議時(shí)的意料之外，他們從未想過(guò)互聯(lián)網(wǎng)會(huì )發(fā)展到如此的規模，并且仍在飛速增長(cháng)。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò )同人們的生活和工作已經(jīng)密切相關(guān)。同時(shí)伴隨互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數膨脹所出現的問(wèn)題也越來(lái)越嚴重。據預測，現有的IP地址將在2005至2012年左右消耗殆盡，這個(gè)問(wèn)題被稱(chēng)為“網(wǎng)絡(luò )泰坦尼克危機”。
目前互聯(lián)網(wǎng)使用的是Internet協(xié)議第4版本即IPv4。IPv4協(xié)議規定，每個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的主機和路由器都有一個(gè)32位的IP地址，它包括網(wǎng)絡(luò )號和主機號，這一編碼組合是唯一的。把IP地址分成兩部分的優(yōu)點(diǎn)是使路由器中的路由表不會(huì )太大。路由器不必為每個(gè)目的主機維持一個(gè)路由選擇表項，而為每個(gè)網(wǎng)絡(luò )維護一個(gè)路由選擇表項，當進(jìn)行路由時(shí)，只檢查目的地址的網(wǎng)絡(luò )部分。
IPv4地址結構分為A、B和C三類(lèi)。A類(lèi)地址可用作126個(gè)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )可容納1600萬(wàn)個(gè)主機節點(diǎn)。B類(lèi)地址可用作16000個(gè)網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )可容納65000個(gè)主機節點(diǎn)。C類(lèi)地址可用作2百萬(wàn)左右的網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )可容納254個(gè)主機節點(diǎn)。為何當前的IP地址不足，ROAD小組研究后認為主要原因是IPv4 B類(lèi)地址空間耗盡和地址分配的非分級結構導致平面的路由空間。
當1981年9月TCP/IP協(xié)議開(kāi)始發(fā)布時(shí)，當時(shí)互聯(lián)網(wǎng)上大約只有1000臺主機，并且幾乎所有的主機都是基于時(shí)分系統的大型機，為單個(gè)用戶(hù)設計的計算機幾乎不存在。因此在當時(shí)IPv4所擁有的40億個(gè)地址簡(jiǎn)直就是天文數字，在分配IP地址時(shí)也就沒(méi)必要太保守，從而導致早期的地址分配方案不盡合理，浪費比較嚴重。例如，申請到一個(gè)B類(lèi)地址的用戶(hù)單位，理論上可以用約65000個(gè)IP地址，但實(shí)際上接入的沒(méi)有這么多主機。這也就意味著(zhù)相當一部分IP地址被閑置，并且不能被再分配。另外由于歷史的原因，美國一些大學(xué)和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM和AT&T分別占用了1600多萬(wàn)，1700多萬(wàn)和1900多萬(wàn)個(gè)IP地址，而分配給象中國這么大國家所用的地址量還不如美國一個(gè)大學(xué)。由此導致一方面大量的IP地址被浪費，另一方面在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的國家如歐洲、日本和中國得不到足夠的IP地址。最后導致互聯(lián)網(wǎng)地址耗盡和路由表爆炸。到目前為止，A類(lèi)和B類(lèi)地址已經(jīng)用完，只有C類(lèi)地址還有余量。
另外，目前占有互聯(lián)網(wǎng)地址的主要設備早已由20年前的大型機變?yōu)镻C機，并且在將來(lái)，越來(lái)越多的其他設備也會(huì )連接到互聯(lián)網(wǎng)上，包括PDA、汽車(chē)、手記、各種家用電器等。特別是手機，為了向第三代移動(dòng)通信標準靠攏，幾乎所有的手記廠(chǎng)商都在向國際因特網(wǎng)地址管理機構ICANN申請，要給他們生產(chǎn)的每一臺手機都分配一個(gè)IP地址。而競爭激烈的家電企業(yè)也要給每一臺帶有聯(lián)網(wǎng)功能的電視、空調、微波爐等設置一個(gè)IP地址。IPv4顯然已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這些要求。
1.3 IPv4地址匱乏暫時(shí)的解決方案－CIDR和NAT及其缺陷
為了緩解地址危機的發(fā)生，相應地產(chǎn)生了兩種新的技術(shù)無(wú)類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )區域路由技術(shù)CIDR和網(wǎng)絡(luò )地址翻譯技術(shù)NAT。
采用無(wú)類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )區域路由（Classless Inter Domain Routing,CIDR）的目的是為了節省B類(lèi)地址。我們知道目前B類(lèi)地址嚴重缺乏，因此那些擁有數千個(gè)網(wǎng)絡(luò )主機的企業(yè)只能采用多個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò )號，而不采用單個(gè)B類(lèi)網(wǎng)絡(luò )號。盡管分配這些C類(lèi)地址解決了B類(lèi)地址的匱乏的問(wèn)題，但它卻帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題：每個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò )都需要一個(gè)路由表表項。CIDR是一個(gè)防止Internet路由表膨脹的方法。CIDR的基本觀(guān)點(diǎn)是采用一種分配多個(gè)IP地址的方式，使其能夠將路由表中的表項總和（summarization）成更少的數目。CIDR為那些擁有數千個(gè)網(wǎng)絡(luò )主機的企業(yè)分配一個(gè)由一系列連續的C類(lèi)地址組成的地址塊，而不采用單個(gè)B類(lèi)網(wǎng)絡(luò )號。例如，假設某個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò )有1500個(gè)主機，那么可能為該企業(yè)分配8個(gè)連續的C類(lèi)地址，如：192.56.0.0至192.56.7.0，并將子網(wǎng)掩碼定為255.255.248.0，即地址的前21位標識網(wǎng)絡(luò )，剩余的11位標識主機。這樣，所有這8個(gè)C類(lèi)地址可以參照Internet上的單個(gè)路由表表項。但是，要使用這種總和，必須滿(mǎn)足以下三種特性：
●為進(jìn)行路由要對多個(gè)IP地址進(jìn)行總和時(shí)，這些IP地址必須具有相同的高地址位。
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