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什么是IPv6(二)
 
  来源:业余电脑 浏览次数:584 发布日期:2020-1-10

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使用协议


   地址配置协议

    IPv6使用两种地址自动配置协议,分别为无状态地址自动配置协议(SLAAC)和IPv6动态主机配置协议(DHCPv6)。SLAAC不需要服务器对地址进行管理,主机直接根据网络中的路由器通告信息与本机MAC地址结合计算出本机IPv6地址,实现地址自动配置;DHCPv6由DHCPv6服务器管理地址池,用户主机从服务器请求并获取IPv6地址及其他信息,达到地址自动配置的目的。

一、无状态地址自动配置
  无状态地址自动配置的核心是不需要额外的服务器管理地址状态,主机可自行计算地址进行地址自动配置,包括4个基本步骤:
  1. 链路本地地址配置。主机计算本地地址。
  2. 重复地址检测,确定当前地址唯一。
  3. 全局前缀获取,主机计算全局地址。
  4. 前缀重新编址,主机改变全局地址。

二、IPv6动态主机配置协议
  IPv6动态主机配置协议DHCPv6是由IPv4场景下的DHCP发展而来。客户端通过向DHCP服务器发出申请来获取本机IP地址并进行自动配置,DHCP服务器负责管理并维护地址池以及地址与客户端的映射信息。
  DHCPv6在DHCP的基础上,进行了一定的改进与扩充。其中包含3种角色:DHCPv6客户端,用于动态获取IPv6地址、IPv6前缀或其他网络配置参数;DHCPv6服务器,负责为DHCPv6客户端分配IPv6地址、IPv6前缀和其他配置参数;DHCPv6中继,它是一个转发设备。通常情况下。DHCPv6客户端可以通过本地链路范围内组播地址与DHCPv6服务器进行通信。若服务器和客户端不在同一链路范围内,则需要DHCPv6中继进行转发。DHCPv6中继的存在使得在每一个链路范围内都部署DHCPv6服务器不是必要的,节省成本,并便于集中管理。

     路由协议

      IPv4初期对IP地址规划的不合理,使得网络变得非常复杂,路由表条目繁多。尽管通过划分子网以及路由聚集一定程度上缓解了这个问题,但这个问题依旧存在。因此IPv6设计之初就把地址从用户拥有改成运营商拥有,并在此基础上,路由策略发生了一些变化,加之IPv6地址长度发生了变化,因此路由协议发生了相应的改变。

与IPv4相同,IPv6路由协议同样分成内部网关协议(IGP)与外部网关协议(EGP),其中IGP包括由RIP变化而来的RIPng,由OSPF变化而来的OSPFv3,以及IS-IS协议变化而来的IS-ISv6。EGP则主要是由BGP变化而来的BGP4+  。

一、RIPng
  下一代RIP协议(RIPng)是对原来的RIPv2的扩展。大多数RIP的概念都可以用于RIPng。为了在IPv6网络中应用,RIPng对原有的RIP协议进行了修改:
  UDP端口号:使用UDP的521端口发送和接收路由信息。
  组播地址:使用FF02::9作为链路本地范围内的RIPng路由器组播地址。
  路由前缀:使用128位的IPv6地址作为路由前缀。
  下一跳地址:使用128位的IPv6地址。

二、OSPFv3
  RFC 2740定义了OSPFv3,用于支持IPv6。OSPFv3与OSPFv2的主要区别如下:
  1. 修改了LSA的种类和格式,使其支持发布IPv6路由信息。
  2. 修改了部分协议流程。主要的修改包括用Router-lD来标识邻居,使用链路本地地址来发现邻居等,使得网络拓扑本身独立于网络协议,以便于将来扩展。
  3. 进一步理顺了拓扑与路由的关系。OSPFv3在LSA中将拓扑与路由信息相分离,在一、二类LSA中不再携带路由信息,而只是单纯的拓扑描述信息,另外增加了八、九类LSA,结合原有的三、五、七类LSA来发布路由前缀信息。
  4. 提高了协议适应性。通过引入LSA扩散范围的概念进一步明确了对未知LSA的处理流程,使得协议可以在不识别LSA的情况下根据需要做出恰当处理,提高了协议的可扩展性。

三、BGP 4+
  传统的BGP 4只能管理IPv4的路由信息,对于使用其他网络层协议(如IPv6等)的应用,在跨自治系统传播时会受到一定的限制。为了提供对多种网络层协议的支持,IETF发布的RFC2858文档对BGP 4进行了多协议扩展,形成了BGP4+。
  为了实现对IPv6协议的支持,BGP 4+必须将IPv6网络层协议的信息反映到NLRl(Network Layer Reachable Information)及下一跳(Next Hop)属性中。为此,在BGP4+中引入了下面两个NLRI属性。
  MP_REACH_NLRI:多协议可到达NLRI,用于发布可到达路由及下一跳信息。
  MP_UNREACH_NLRI:多协议不可达NLRI,用于撤销不可达路由。
  BGP 4+中的Next Hop属性用IPv6地址来表示,可以是IPv6全局单播地址或者下一跳的链路本地地址。BGP 4原有的消息机制和路由机制没有改变。

四、ICMPv6协议
  ICMPv6协议用于报告IPv6节点在数据包处理过程中出现的错误消息,并实现简单的网络诊断功能。ICMPv6新增加的邻居发现功能代替了ARP协议的功能,所以在IPv6体系结构中已经没有ARP协议了。除了支持IPv6地址格式之外,ICMPv6还为支持IPv6中的路由优化、IP组播、移动IP等增加了一些新的报文类型 。


过渡技术


    IPv6不可能立刻替代IPv4,因此在相当一段时间内IPv4和IPv6会共存在一个环境中。要提供平稳的转换过程,使得对现有的使用者影响最小,就需要有良好的转换机制。这个议题是IETF ngtrans工作小组的主要目标,有许多转换机制被提出,部分已被用于6Bone上。IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及网络地址转换等转换机制:

一、IPv6/IPv4双协议栈技术 
  双栈机制就是使IPv6网络节点具有一个IPv4栈和一个IPv6栈,同时支持IPv4和IPv6协议。IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议,两者都应用于相同的物理平台,并承载相同的传输层协议TCP或UDP,如果一台主机同时支持IPv6和IPv4协议,那么该主机就可以和仅支持IPv4或IPv6协议的主机通信。

二、隧道技术 

     隧道机制就是必要时将IPv6数据包作为数据封装在IPv4数据包里,使IPv6数据包能在已有的IPv4基础设施(主要是指IPv4路由器)上传输的机制。随着IPv6的发展,出现了一些运行IPv4协议的骨干网络隔离开的局部IPv6网络,为了实现这些IPv6网络之间的通信,必须采用隧道技术。隧道对于源站点和目的站点是透明的,在隧道的入口处,路由器将IPv6的数据分组封装在IPv4中,该IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址,在隧道出口处,再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术的优点在于隧道的透明性,IPv6主机之间的通信可以忽略隧道的存在,隧道只起到物理通道的作用。隧道技术在IPv4向IPv6演进的初期应用非常广泛。但是,隧道技术不能实现IPv4主机和IPv6主机之间的通信。

三、网络地址转换技术 
  网络地址转换(Network Address Translator,NAT)技术是将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和全局地址,或者相反。例如,内部的IPv4主机要和外部的IPv6主机通信时,在NAT服务器中将IPv4地址(相当于内部地址)变换成IPv6地址(相当于全局地址),服务器维护一个IPv4与IPv6地址的映射表。反之,当内部的IPv6主机和外部的IPv4主机进行通信时,则IPv6主机映射成内部地址,IPv4主机映射成全局地址。NAT技术可以解决IPv4主机和IPv6主机之间的互通问题。


优势特点


    与IPV4相比,IPV6具有以下几个优势:

一、IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,最大地址个数为2^32;而IPv6中IP地址的长度为128,即最大地址个数为2^128。与32位地址空间相比,其地址空间增加了2^128-2^32个。

二、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。

三、IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的控制(Flow Control),这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会,为服务质量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的网络平台。

四、IPv6加入了对自动配置(Auto Configuration)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、允许扩充。如果新的技术或应用需要时,IPV6允许协议进行扩充。

七、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。

八、新的选项。IPV6有一些新的选项来实现附加的功能 。


安全性能


    原来的Internet安全机制只建立于应用程序级,如E-mail加密、SNMPv2网络管理安全、接入安全(HTTP、SSL)等,无法从IP层来保证Internet的安全。IP级的安全保证分组的鉴权和私密特性,其具体实现主要由IP的AH(Authentication Header)和ESP(Encapsulating Security Payload)标记来实现。IPv6实现了IP级的安全。

一、安全协议套:是发送者和接收者的双向约定,只由目标地址和安全参数索引(SPI)确定。

二、包头认证:提供了数据完整性和分组的鉴权。

三、安全包头封装:ESP根据用户的不同需求,支持IP分组的私密和数据完整性。 它既可用于传送层(如TCP、UDP、ICMP)的加密, 称传送层模式ESP,同时又可用于整个分组的加密,称隧道模式ESP。

四、ESPDES-CBC方式:ESP处理一般必须执行DES-CBC加密算法,数据分为以64位为单位的块进行处理,解密逻辑的输入是现行数据和先前加密数据块的与或。

五、鉴权加私密方式:根据不同的业务模式,两种IP安全机制可以按一定的顺序结合,从而达到分组传送加密的目的。按顺序的不同,分为鉴权之前加密和加密之前鉴权 


应用前景


    虽然IPv6在全球范围内还仅仅处于研究阶段,许多技术问题还有待于进一步解决,并且支持IPv6的设备也非常有限。但总体来说,全球IPv6技术的发展不断进行着,并且随着IPv4消耗殆尽,许多国家已经意识到了IPv6技术所带来的优势,特别是中国,通过一些国家级的项目,推动了IPv6下一代互联网全面部署和大规模商用。随着IPv6的各项技术日趋完美,IPv6成本过高、发展缓慢、支持度不够等问题将很快淡出人们的视野 。

  (本文作者:老喻)
 
 
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