现代通信技术期末论文

摘要：

大家都知道，IPv4是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，现在的互联网大多数应用的是IPv4协议。1981年 Jon Postel 在RFC791中定义了IP，Ipv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路，局域网中的是以太网等等。但IPv4协议已经使用了20多年，目前面临着地址匮乏等一系列问题。使得人们不得不想办法解决这个问题，于是IPv6这个解决方案就顺理成章的被提出来了。IPv6是\"Internet Protocol Version 6\"的缩写，也被称作下一代互联网协议，它是由IETF设计的用来替代现行的IPv4协议的一种新的IP协议。IPv6则能从根本上解决这些问题。如今IPv6已经渐渐进入过度阶段。所以我们来谈谈他们的异同和IPv6存在的优势。

本文主要从IP地址分配方式、域名解析、IP报头格式、路由协议、自动配置和安全等几个主要方面对IPv4和IPv6进行了比较。 一．从IP地址分配谈起

IPv4地址分配初期采用基于类别的方式，有3类主要方式：A、B和C以及2种特殊的网络地址D和E。

A类地址：其中前7bit用于网络标识，后24bit用于主机标识，可容纳128个网络，任意A类网络中可包括16777216个主机。B类地址：其中前14bit用于网络标识，后16bit用于主机标识，可容纳16384个网络，任意B类网络中可包括16384个主机。C类地址：其中前21bit用于网络标识，后8bit用于主机标识，可容纳2097152个网络，任意C类网络中可包括256主机。A、B、C类地址用于标识某一网络节点的接口，称为单播地址，D类地址不是用于标识单一的接口，而是用于标识多个网络节点接口的集合。E类地址是预留地址。A类网络地址是用于标识世界上最大型的网络，除了其中少量的预留和可重新分配的地址，A类地址目前已经分配完毕。B类地址也将使用殆尽。IPv4基于上述类别处理的管理方式了实际可使用的地址，例如一个拥有300个用户的网络期望采用一个B类地址，然而如果实际分配一个B类地址则用户拥有了65536个地址域，这远远超过用户需要的地址空间，造成地址的大量浪费。

IPv6协议可根据用户的需要进行层状地址分配，这和IPv4采用块状地址分配是不同的，后者方式导致某些地址无法使用。在IPv6的分层地址分配方式中，高级网络管理部门可为下级网络管理部门划分地址分配区域，下级网络管理部门则可为更下层的管理部门进一步划分地址分配区域。

IPv6将用户划分成3种类型。 (1)使用企业内部网络和Internet；

(2)目前使用企业内部网络，将来可能会用到Internet：

(3)通过家庭、飞机场、旅馆以及其他地方的电话线和Internet网络互联。 IPv6协议为这些用户提供了不同地址分配方式。

(1)4种类型的点到点通信/单播地址；用于标识单一网络设备接口，单播通信传播的分组可传送到地址标识的接口。

(2)改进的多播地址格式；用于标识归属于不同节点的设备接口集合，多播通信传送的分组可发送到地址标识的所有接口，这种地址方式是非常有用的。例如，可将网络中发送的新消息传送给所有登记的用户。特殊的多播地址可在特定网络链路或特定的系统组中进行通信。IPv6协议没有定义广播地址，但可使用多播地址替代。

(3)新的任意播(Anycast)地址格式；IPV6协议中引入了任意播地址，用于标识属于不同节点的设备接口集合，任意播传送的分组可发送到地址标识的某一接口，接收到信息的接口通常是最近距离的网络节点，这种方式可提高路由选择的效率，网络节点可通过地址表示通信过程传输路由可经过的中间跳数，即信息传输路由可不必由路由器决定。

二．域名解析的差异

IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都是采用树型结构的域名空间。虽然IPv4协议与IPv6协议是存在着相当大区别的两套协议，但这并不意味着需要单独两套DNS体系，相反在DNS的体系和域名空间上两者必须是一致的，IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。IPv6全局单播地址的分配方式如下：顶级地址聚集机构TLA(即大的ISP或地址管理机构)获得大块地址，负责给次级地址聚集机构NLA(中小规模ISP)分配地址，NLA给站点级地址聚集机构SLA(子网)和网络用户分配地址。IPv6地址的层次性在DNS中通过地址链技术可以得到很好的支持。 （1）正向解析

IPv4的地址正向解析的资源记录是“A”，而IPv6地址的正向解析目前有两种资源记录，即“AAAA”和“A6”记录。其中“AAAA”较早提出，它是对IPv4协议“A”“录的简单扩展，由于IP地址由32bit扩展到128bit扩大了4倍，所以资源记录由“A”扩大成4个“A”。但“AAAA”用来表示域名和IPv6地址的对应关系，并不支持地址的层次性。AAAA资源记录类型用来将一个合法域名解析为IPv6地址，与IPv4所用的A资源记录类型相兼容。之所以给这新资源记录类型取名为AAAA，是因为128bit的IPv6地址正好是32bit IPv4地址的4倍。

“A6”是在RFC 2874基础上提出，它是把一个IPv6地址与多个“A6”记录建立联系，每个“A6”记录都只包含了IPv6地址的一部分，结合后拼装成一个完整的IPv6地址。“A6”记录支持一些“AAAA”所不具备的新特性，如地址聚集，地址更改(Renumber)等。“A6”记录根据可聚集全局单播地址中的TLA、NLA和SLA项目的分配层次把128bit的IPv6的地址分解成为若干级的地址前缀和地址后缀，构成了一个地址链。每个地址前缀和地址后缀都是地址链上的一环，一个完整的地址链就组成一个IPv6地址。这种思想符合IPv6地址的层次结构，从而支持地址聚集。

同时，用户在改变ISP时，要随ISP改变而改变其拥有的IPv6地址。如果手工修改用户子网中所有在DNS中注册的地址，是一件非常繁琐的事情。而在用“A6”记录表示的地址链中，只要改变地址前缀对应的ISP名字即可，可以大大减少DNS中资源记录的修改。并且在地址分配层次中越靠近底层，所需要改动的越少。 （2）反向解析

IPv6反向解析的记录和IPv4一样，是“PTR”，但地址表示形式有两种。一种是用“.”分隔的半字节十六进制数字格式，低位地址在前，高位地址在后，域后缀是“IP6.INT.”。另一种是比特串格式，以“＼[”开头，十六进制地址(无分隔符，高位在前，低位在后)居中，地址后加“]”，域后缀是“IP6.ARPA.”。半字节十六进制数字格式与“AAAA”对应，是对IPv4的简单扩展。二进制串格式与“A6”记录对应，地址也象“A6”一样，可以分成多级地址链表示，每一级的授权用“DNAME”记录。和“A6”一样，二进制串格式也支持地址层次特性。

总之，以地址链形式表示的IPv6地址体现了地址的层次性，支持地址聚合和地址更改。但是，由于一次完整的地址解析分成多个步骤进行，需要按照地址的分配层次关系到不同的DNS服务器进行查询。所有的查询都成功才能得到完整的解析结果。这势必会延长解析时间，出错的机会也增加。因此，需要进一步改进DNS地址链功能，提高域名解析的速度才

能为用户提供理想的服务。

三．报头格式的不同

IPv4报头包含20bit+选项，13个字段，包括3个指针。IPv6报头由基本报头+扩展报头链组成，包含40bit，8个字段。IPv6基本报头被固定为40bit，使路由器可以加快对数据包的处理速度，提高了转发效率，从而提高网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。IPv6基本报头中去掉了IPv4报头中阴影部分的字段，其中段偏移和选项和填充字段被放到IPv6扩展报头中进行处理。IPv6基本报头中去掉与IP分片相关的域，使得路由器无需再对数据包进行分片，而分片工作由源终端设备根据最大传输单元MTU路径发现来进行。这样IPv6的数据包可以远远超过kbit/s，应用程序可以利用MTU，获得更快、更可靠的数据传输。IPv6协议不仅保存了IPv4报头中的业务类别字段，而且新增了流标记字段，使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类，实现优先级控制和QoS保障，极大地改善了IPv6的服务质量。

其实，IPv6报头采用128bit地址长度这才是IPv4与IPv6最主要的区别。IPv4采用32bit长度，理论上可以提供大约43亿个IP地址，这么多的IP地址似乎可以满足网络连接的需要，但事实上网络中任意交换机和交换机任意端口均需一个地址，为此网络缺乏足够地址满足各种潜在的用户。相对IPv4，IPv6增加了296倍的地址空间。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。这样几乎可以不受地提供IP地址，从而确保了端到端连接的可能性。

四．路由协议比较

IP网路由协议主要包括域内路由协议和域间路由协议。目前IP网域内路由协议主要采用IS-IS和OSPF两种。其中OSPF用来交换IPv4路由信息的版本叫IS-IS用来交换IPv6路由信息的版本叫OSPFv3；IS-IS用来交换IPv4路由协议的版本叫IS-IS，用来交换IPv6路由协议的版本叫IS-ISv6。

OSPFv3与OSPFv2的区别。OSPFv3(RFC 2740)与OSPFv2(RFC 2328)相比在原理上并没有根本的区别，OSPFv3仍采用链路状态LSA数据库，并保持邻接路由器之间的同步。但由于从IPv4到IPv6上地址长度的变化，为了支持IPv6地址格式，OSPFv3对OSPFv2协议进行了许多修改。从路由协议标准化进程看，OSPFv3协议已较为成熟，已有定型的RFC2740协议。OSPFv3 提高了通用性，使网络可以适应不断变化的要求。这使复杂的网络得以简化，

并且它采取了一些增强措施以保证升级方便地进行，OSPFv3还进行了优化并且安全性也得到了提高。除了改变报头数据外，OSPFv3 还对LSA所发挥的作用进行了重新定义。在OSPFv3中，公告网络拓扑和IPv6数据的任务被分配到新的和已有的LSA中。OSPFv3增加了多种可选功能，如多播OSPFv3，以实现通用性。为了达到这一目的，OSPFv3扩展了网络设备用来公告使能的功能选项数据域。多数OSPFv3路由器间信息中都包含选项域，运行OSPFv3的设备可以支持多达24种可选功能，而以前的版本只能支持8种功能。OSPFv3提供了更强的功能，并且它具有很大的通用性，从而可以很方便地支持新型网络协议。新的特性简化了网络设备和运行，在使用OSPFv3的情况下，升级将不再那么麻烦。

(2)IS-ISv6与IS—ISv4的区别。另一个被运营商广泛使用的连接状态协议是ISISforIPv6。我们知道ISIS是IS标准路由协议(ISO/IEC105)，最初用于支持CLNS网络的动态协议。由于ISIS的设计非常有利于新功能的扩展，它首先扩展了IPv4路由协议的功能(RFC1195)，有人将这种既能为CLNS服务，也能为IP服务的协议叫做Integrated ISIS。依照类似的方法，ISIS也可以通过简单的扩展来处理IPv6的路由信息。支持IPv6的IS-IS协议标准草案已经经过多次讨论修改，目前，还未正式形成RFC标准，只有draft-ietf-isis-ipv6.txt标准草案。通过在IS-IS数据包(Hello、LSP和SNP)中引入以下可变长度的数据域(TLV)，从而使其支持IPV6路由功能，这一设计只需要对IS-IS路由协议进行少量的修改即可使它支持IPv6 ，只增加了有关IPv6的TLV，在邻居数据库、拓扑数据库的建立和维护上基本保持了ISO105和RFCl195的模式。因此，CLNS IFV4和IPv6具有相同的拓扑结构。也就是说IPv4和IPv6的网络是完全重合的。我们将这种实现称为ISIS for IPv6单一拓扑模式。

五．自动配置功能

IPv6协议中引入了自动配置(“即插即用”)功能，一个主机进行Internet网络登记后，位置或配置发生变化时只需进行很少的改动即可进行工作，这样可大幅度降低网络管理者的配置和地址映射管理，移动工作者也可方便地在任何地方任何时间接入到Internet网络。

IPv6协议中自动配置功能无需采用动态主机配置协议。IPv6协议可为任意主机生成一个“本地IP地址”，这个地址内嵌一个以太网卡地址，由于MAC地址是全球唯一的，这样IP地址就不会重复，IPv6的自动配置功能正是基于这种唯一IP地址的概念。

六．安全方面

IPv4中存在一系列的安全性漏洞，应用程序只能通过本身的私有性和认证性操作机制

完成安全性操作。IPv6协议给出两个备选项用于解决这个问题：一个是“安全性操作”选项，另一个是“IPv6加密安全头部”选项。由于不同的用户或不同应用环境有不同的安全性操作，IPv6协议允许分别或组合使用这两个备选项，以提供不同优先级别的网络服务性能。

IPv6协议明确要求实现SEC target=_blank class=qqx_gjz>IPSec，从而从根本上保证了互联网通信的安全性，有望解决基于IPv4协议的互联网的安全性。IPSec可以在传输模式(Transport Mode)和隧道模式(Tunnel Mode)两种模式下工作，满足不同类型的安全性的需求。它主要包括以下几个组成部分：

a.认证报头AH(Authemication Header)：只用于认证。

b.安全净荷封装ESP(Enleapsulating Security Payload):加密+认证。

c.互联网密钥交换IKE(Internet Key Exchange)：实现密钥的管理和交换，如ISAKMP和Oakley。

由于IPv6数据包头的扩展包头中提供IPSEC加密功能，因此主机可以进行端到端的加密，以提供端到端的安全性。对于提供虚拟专网服务的运营商来说，可以提供IPSEC数据加密服务，提高数据的安全性。

七．总结

综上所述，我们可以总结出IPV6具有以下几个特点： 一：IPv6具有更大的地址空间。 二：IPv6使用更小的路由表。

三：IPv6增加了增强的组播以支持对流的支持，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会。

四：IPv6加入了对自动配置的支持。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：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。

对于我们学通信专业的人，这些基本的，基础的知识是必须要掌握的，IPv6代替IPv4是一个必然趋势，所以我相信未来IPv6会有着广阔的应用前景，我们应该好好学习这方面的知识，将来一定有用得着的时候，投身于通信事业，让我们一起来加快新一代互联网的建设吧。