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IPv6及相關(guān)RFC
本文檔的Copyleft歸yfydz所有,使用GPL發(fā)布,可以自由拷貝,轉載,轉載時(shí)請保持文檔的完整性,嚴禁用于任何商業(yè)用途。
msn: yfydz_no1@hotmail.com
來(lái)源:http://yfydz.cublog.cn

0. 概述
IPv6是下一代IP協(xié)議標準,雖然目前還都只是實(shí)驗階段,但IPv6取代IPv4是不可避免的。

Java代碼
 
  1. 1. IPv6中的“6”的由來(lái)   
  2. 說(shuō)法一:   
  3. 4:已經(jīng)被IPv4使用   
  4. 5:保留用于流協(xié)議 (STP, RFC 1819 / Internet Stream Protocol Version 2),但該協(xié)議從未正式應用,下一個(gè)空閑數即為 6  
  5. 說(shuō)法二:   
  6. 由于IPv4地址4個(gè)字節,版本號為“4”;IPv6地址是128位,即16字節,故版本號取其個(gè)位為“6”   
  7.     
  8. 2. IPv4與IPv6協(xié)議格式   
  9.     
  10. 2.1 RFC791定義的IPv4頭   
  11.     0                   1                   2                   3     
  12.     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1  
  13.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  14.    |Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |   
  15.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  16.    |         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |   
  17.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  18.    |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |   
  19.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  20.    |                       Source Address                          |   
  21.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  22.    |                    Destination Address                        |   
  23.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  24.    |                    Options                    |    Padding    |   
  25.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  26. IPv4的不足   
  27. 地址空間有限:32位地址只能支持42億多個(gè)地址的空間,以目前情況看根本不夠用;   
  28. 安全性:本身無(wú)安全性考慮,真正的安全性需要上層協(xié)議支持,IP層不支持;   
  29. 性能、QoS:自身支持不足,也需上層協(xié)議支持;   
  30. 自動(dòng)配置:BOOTP、DHCP等相對較煩瑣;   
  31. 另外IPv4頭部結構復雜,參數過(guò)多,而且IPv4選項部分對系統性能和安全性都有影響。   
  32.     
  33. 2.2 IPv6協(xié)議   
  34.     
  35. 2.2.1 RFC1883定義的IPv6頭   
  36.     0                   1                   2                   3     
  37.     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1  
  38.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  39.    |Version| Prio. |                   Flow Label                  |   
  40.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  41.    |         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |   
  42.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  43.    |                                                               |   
  44.    +                                                               +   
  45.    |                                                               |   
  46.    +                         Source Address                        +   
  47.    |                                                               |   
  48.    +                                                               +   
  49.    |                                                               |   
  50.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  51.    |                                                               |   
  52.    +                                                               +   
  53.    |                                                               |   
  54.    +                      Destination Address                      +   
  55.    |                                                               |   
  56.    +                                                               +   
  57.    |                                                               |   
  58.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  59. RFC1883說(shuō)明:   
  60. Version:          4位協(xié)議號,值為6  
  61. Prio.:            4位數據優(yōu)先級.   
  62. Flow Label:       24位,流標簽,主要用于QoS   
  63. Payload Length:   16位,載荷長(cháng)度   
  64. Next Header:      8位,下一個(gè)頭,類(lèi)似于IPv4的Protocol字段,但不完全相同   
  65. Hop Limit:        8位跳數限制,類(lèi)似IPv4中的TTL   
  66. Source Address:   128位源地址   
  67. Destination Address:  128位目的地址   
  68. RFC1883已經(jīng)被RFC2460取代,主要是RFC1883中Prio字段只有4位,而IPv4中的TOS字段為8位,兩者不能完全兼容。   
  69.     
  70. 2.2.2 RFC2460定義的IPv6頭   
  71.     0                   1                   2                   3     
  72.     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1  
  73.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  74.    |Version| Traffic Class |           Flow Label                  |   
  75.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  76.    |         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |   
  77.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  78.    |                                                               |   
  79.    +                                                               +   
  80.    |                                                               |   
  81.    +                         Source Address                        +   
  82.    |                                                               |   
  83.    +                                                               +   
  84.    |                                                               |   
  85.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  86.    |                                                               |   
  87.    +                                                               +   
  88.    |                                                               |   
  89.    +                      Destination Address                      +   
  90.    |                                                               |   
  91.    +                                                               +   
  92.    |                                                               |   
  93.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  94. RFC2460格式說(shuō)明:   
  95. Version:         4位協(xié)議號,值為6;   
  96. Traffic Class:   8位傳輸類(lèi)別,相對1883中的4位prio能更好支持QoS,在源端或中間轉發(fā)端用來(lái)區分不同類(lèi)型和優(yōu)先權的IPv6包,和IPv4的TOS字段一樣是8位,這樣有利于設計IPv4/IPv6兼容的QoS標準;   
  97. Flow Label:      20位流標簽,用于源端標記IPv6包順序,供路由器特別處理,用來(lái)滿(mǎn)足某些特殊服務(wù),如QoS和實(shí)時(shí)信息   
  98. Payload Length:  16位負載長(cháng)度;   
  99. Next Header:      8位,下一個(gè)頭,類(lèi)似于IPv4的Protocol字段,但不完全相同   
  100. Hop Limit:        8位跳數限制,類(lèi)似IPv4中的TTL   
  101. Source Address:   128位源地址   
  102. Destination Address:  128位目的地址   
  103. 其中Traffic Class字段在RFC 2460中未明確定義,后來(lái)在在RFC 2474中定義為:   
  104.         0   1   2   3   4   5   6   7  
  105.       +---+---+---+---+---+---+---+---+   
  106.       |         DSCP          |  CU   |   
  107.       +---+---+---+---+---+---+---+---+   
  108.         DSCP: differentiated services codepoint   
  109.         CU:   currently unused   
  110.     
  111. 2.2.3 IPv6的擴展頭類(lèi)型   
  112. IPv6中取消了IP選項,對于IPv4中需要IP選項完成的功能,在IPv6中使用IPv6擴展頭來(lái)實(shí)現:   
  113. Hop-by-Hop Options:nh=0,選項信息   
  114. Routing:nh=43,路由信息   
  115. Fragment:nh=44,分片信息   
  116. Destination Options:nh=60,目的端要檢查的特殊信息   
  117. Authentication:nh=51,AH協(xié)議頭,RFC4302   
  118. Encapsulating Security Payload:nh=50,ESP協(xié)議頭,RFC4303   
  119. Nh=59: No Next Header   
  120.     
  121. 舉例:一個(gè)最完整的IPv6頭包括IPv6頭和各種擴展頭:   
  122. IPv6 header (next header=0)   
  123. Hop-by-Hop Options header (next header=60)   
  124. Destination Options header (next header=43)   
  125. Routing header (next header=44)   
  126. Fragment header (next header=51)   
  127. Authentication header (next header=50)   
  128. Encapsulating Security Payload header (next header=60)   
  129. Destination Options header (next header=upper-layer protocol)   
  130. upper-layer header   
  131.     
  132. 多個(gè)擴展頭的使用從協(xié)議本身角度是方便性提高,但對于防火墻等設備來(lái)說(shuō)來(lái)說(shuō)就必須跟蹤到最后一個(gè)擴展頭才知道上層是什么協(xié)議,不象IPv4可以在固定位置處就能檢查協(xié)議。   
  133.     
  134. 2.2.4 上層協(xié)議計算校驗和時(shí)用到的偽IPv6頭   
  135.     
  136. 和IPv4一樣,在計算TCP、UDP等的校驗和時(shí)需要用到IP頭部部分信息,用到部分數據稱(chēng)為偽IP頭,除需要的字段外其他字段值置0。   
  137.     
  138. IPv6的偽頭格式:   
  139.     0                   1                   2                   3     
  140.     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1  
  141.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  142.    |                                                               |   
  143.    +                                                               +   
  144.    |                                                               |   
  145.    +                         Source Address                        +   
  146.    |                                                               |   
  147.    +                                                               +   
  148.    |                                                               |   
  149.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  150.    |                                                               |   
  151.    +                                                               +   
  152.    |                                                               |   
  153.    +                      Destination Address                      +   
  154.    |                                                               |   
  155.    +                                                               +   
  156.    |                                                               |   
  157.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  158.    |                   Upper-Layer Packet Length                   |   
  159.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  160.    |                      zero                     |  Next Header  |   
  161.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   
  162.     
  163. 2.3 IPv6相對IPv4優(yōu)點(diǎn)   
  164.     
  165. 地址范圍擴大:地址范圍從2^32擴大到2^128,基本可視為無(wú)限,可以不再需要NAT   
  166. 地址類(lèi)型強化和提高:簡(jiǎn)化了地址自動(dòng)配置,設備自己的硬件地址直接對應IPv6地址,可以不用配置;增強了多播路由功能;新增“anycast”(泛播)地址類(lèi)型,取消了廣播類(lèi)型以防止廣播風(fēng)暴;   
  167. 頭部格式簡(jiǎn)化:頭部長(cháng)度固定,數據項也精簡(jiǎn),路由設備處理起來(lái)更加容易;   
  168. 增強頭部的擴展和選項支持:通過(guò)“next header”項將各種擴展頭串起來(lái)   
  169. 性能提高:使用流標簽,使數據具備“流”的概念,而不僅僅是IPv4中的單獨的“包”的概念;   
  170. 認證和安全性提高:IPSec將不再是象IPv4那樣是“突?!钡夭迦隝P協(xié)議,而稱(chēng)為IP協(xié)議中自然的組成部分。   
  171.     
  172. 3. IPv6地址   
  173.     
  174. 3.1 書(shū)寫(xiě)格式   
  175. 基本格式:X:X:X:X:X:X:X:X,X:16位數   
  176. 縮寫(xiě)格式:對于連續的0,可以用“::”代替,但只能代替一次   
  177. 兼容V4格式:X:X:X:X:X:X:a.b.c.d   
  178.     
  179. 3.2 IPv4到IPv6的格式轉換:   
  180. IPv4-compatible IPv6 address, v6的低32位地址同v4,高96位地址為0  
  181. |        80 bits        | 16 |   32 bits    |   
  182. |0000...............0000|0000| IPv4 address |   
  183.     
  184. IPv4-mapped IPv6 address,v6的低32位地址同v4,33-48位為1,高80位地址為0  
  185. |        80 bits        | 16 |   32 bits    |   
  186. |0000...............0000|FFFF| IPv4 address |   
  187.     
  188. 3.3 IPv6地址空間和類(lèi)型   
  189.     
  190. 3.3.1 地址空間分配   
  191. Unspecified        00...0 (128 bits) ::/128  
  192. Loopback           00...1 (128 bits) ::1/128  
  193. Multicast          11111111          FF00::/8  
  194. Link-local unicast 1111111010        FE80::/10  
  195. Site-local unicast 1111111011        FEC0::/10  
  196. Global unicast (everything else)   
  197.     
  198. 3.3.2 地址類(lèi)型(廣播類(lèi)型地址不再存在):   
  199.     
  200. 單播:unicast,每個(gè)設備的ID號成為地址的一部分,包括以下三類(lèi):   
  201. Link local:用于單一連接,不可路由   
  202. |  10bits  |     54 bits      |      64 bits       |   
  203. |1111111010|       0          |   interface ID     |   
  204.     
  205. Site local:用于內部網(wǎng)絡(luò ),網(wǎng)絡(luò )外不可路由   
  206. |  10bits  |     54 bits      |      64 bits       |   
  207. |1111111011|    subnet ID     |   interface ID     |   
  208.     
  209. Global unicast:全局地址   
  210. |        n bits         |   m bits  | 128-n-m bits |   
  211. | global routing prefix | subnet ID | interface ID |   
  212.     
  213. 組播:multicast, FF00::/8,v4中的廣播在v6中用組播代替。   
  214.     
  215. 泛播:anycast,地址空間和單播地址空間相同,一個(gè)unicast地址設置到多個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口后就可成為anycast地址,需要指明anycast屬性。泛播包只被路由到最近的具有該地址的網(wǎng)絡(luò )接口,通常用于DNS等服務(wù)。   
  216.     
  217. 4. 從IPv4到IPv6升級需要修改的協(xié)議   
  218. 鏈路層:以太網(wǎng)相對修改較小,IPv6協(xié)議號0x86DD,比較大的修改部分應該是為MTU發(fā)現處理;對于A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )可能修改量較大   
  219. ARP/RARP:需要支持v6地址到MAC的變換   
  220. 網(wǎng)絡(luò )層:ICMPv4需要升級為ICMPv6, IGMP也需要升級   
  221. 傳輸層:需要網(wǎng)絡(luò )層信息的所有協(xié)議都必須修改,如TCP/UDP的校驗和計算都用到了IP偽頭信息   
  222. 應用層:所有使用IP地址信息的協(xié)議都需要修改,特別是有子連接的協(xié)議   
  223. 路由協(xié)議:RIP、OSPF、…全部需要更新   
  224. 文本地址表示協(xié)議:如FTP、SIP等,修改相對簡(jiǎn)單   
  225. 數值地址表示協(xié)議:如DNS、DHCP、BOOTP、H.323等,修改相對復雜   
  226. 用戶(hù)界面:要支持IPv6地址格式   
  227. 簡(jiǎn)化部分:IPSec,在IPv6中實(shí)現IPSec相對比較簡(jiǎn)單,因為在設計IPv6時(shí)就把IPSec作為一個(gè)部分考慮進(jìn)去了,而設計IPv4時(shí)根本還不存在IPSec概念,IPSec是后來(lái)硬塞進(jìn)IPv4中的。   
  228.     
  229. 5. IPv4與IPv6共存方式   
  230. V6 over V4:IPv6包封裝在IPv4包中傳輸   
  231. V4 over V6:IPv4包封裝在IPv6包中傳輸   
  232. 對于網(wǎng)絡(luò )中的服務(wù)器,路由交換設備,都需要支持同時(shí)IPv4、IPv6,因此需要實(shí)現雙棧。   
  233.     
  234. 6. 實(shí)施IPv6障礙   
  235. 目前實(shí)施IPv6有以下幾個(gè)障礙,第一,目前沒(méi)有一項應用是必須使用IPv6才能完成的,所有協(xié)議IPv4均能完成;第二,由于NAT和 CIDR的使用,使IPv4地址分配速度減慢,使得IPv6需求不是那么迫切;第三,IPv6標準的不成熟性,表現在新RFC不斷廢除老RFC,這樣抑制了廠(chǎng)商的生產(chǎn)積極性,使得相關(guān)產(chǎn)品總是屬于實(shí)驗室產(chǎn)品。   
  236.     
  237. 7. 結論   
  238.     
  239. 第一,IPv4升級到IPv6是大勢所趨,因為IPv4地址總會(huì )在可見(jiàn)時(shí)間內分配完,為了支持IPv6,需要從底層到應用層的協(xié)議進(jìn)行全面修改;第二,IPv4即使在地址分配完后仍然會(huì )存在,IPv4和IPv6會(huì )共存相當長(cháng)時(shí)間,單純只支持IPv6的網(wǎng)絡(luò )設備是沒(méi)有市場(chǎng)的。   
  240.     
  241. 8. IPv6相關(guān)網(wǎng)站   
  242. http://www.ipv6.org   
  243. http://www.6bone.net   
  244. http://www.freenet6.net/   
  245. http://playground.sun.com/pub/ipng/html   
  246. http://www.6ren.net   
  247. http://www.ipv6forum.com   
  248. http://hs247.com/   
  249. http://www.ipv6.net.cn   
  250.   
  251. 9. IPv6相關(guān)RFC   
  252. 以下是我整理的和IPv6相關(guān)的RFC,同時(shí)也是本文的相關(guān)參考文獻,括號表示新RFC取代老RFC,可看到有些協(xié)議標準的RFC甚至被廢除了兩次。   
  253.     
  254. 協(xié)議標準:   
  255. IPv6: 1883(2460)   
  256. Addressing Architecture: 1884(2373(3513))   
  257. testing address: 1897(2471(3701))   
  258. address format: 2073(2374(3587))   
  259. multicast address: 23753307  
  260. Unicast-Prefix-based IPv6 Multicast Addresses: 33063956  
  261. reserved subnet anycast: 2526  
  262. literal address in URL: 2396/2732(3986)   
  263. Flow Label: 35953697  
  264. Mobility: 37753776  
  265. Scoped address architecture: 4007  
  266. unique local ipv6 unicast address: 4193  
  267.     
  268. 物理層:   
  269. ipv6 over ethernet: 1972(2464)   
  270. ipv6 over fddi: 2019(2467)   
  271. ipv6 over token ring: 2470  
  272. ipv6 over PPP: 2472  
  273. ipv6 over NBMA: 2491  
  274. ipv6 over ATM: 2492  
  275. ipv6 over ARCnet: 2497,1201  
  276. ipv6 over frame relay: 2590  
  277. ipv6 over IEEE 1394 Networks: 3146  
  278. ipv6 over fibre channel: 3831  
  279. 3G: 4215  
  280.     
  281. 網(wǎng)絡(luò )傳輸層:   
  282. neight discovery: 1970(2461), 3122  
  283. address autoconfig: 1971(2462), 3041  
  284. DHCPv6: 33153633364637363898  
  285. ipv6 over ipv4: 2529  
  286. IPv6 Domains via IPv4 Clouds: 3056  
  287. ICMP6: 1885(2463)   
  288. IGMP: 2236(3376)   
  289. TCP/UDP: 2147(2675)   
  290. tunneling:2473  
  291. DiffServ: 1455/1349(2474,3168,3260)   
  292. Multicast Listener Discovery (MLD) for IPv6: 271035903810  
  293. Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers: 1933(2893(4213))   
  294.     
  295. 應用層:   
  296. SNTPv4: 2030  
  297. RIPng: 2080  
  298. MIB for ipv6: 24652466  
  299. BGP-4 for ipv6: 2545  
  300. OSPF: 23282740  
  301. FTP: 2428  
  302. DNS: 25352874315232263363336435963901403340344035  
  303. Router renumbering: 2894  
  304. Service Location Protocol Modifications for IPv6: 3111  
  305. Radius: 3162  
  306. RSVP: 3175  
  307. SDP: 23273266  
  308. MLDv2: 27103810  
  309. HMIPv6: 4140  
  310.     
  311. 編程接口:   
  312. socket interface extension: 2133 (2553 (3493) )   
  313. socket api: 2292(3542)  
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