IPv4與IPv6協(xié)議的比較

IPv4IPv6協(xié)議的比較1、概述互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會信息根底設施的重要組成局部，在國民經(jīng)濟進展和社會進步中起著舉足輕重的作用，同時也成為當今高科技進展的重要支撐環(huán)境，互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功有目共睹?，F(xiàn)在被全球廣泛使用的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4是“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版”，已經(jīng)有30年的歷史。從技術上看，盡管IPv4在過去的應用具有輝煌的業(yè)績，但是現(xiàn)在看來已經(jīng)露出很多弊端。全球范圍內(nèi)WLAN、2.5G、3G無線移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的進展加快了以互聯(lián)網(wǎng)為核心的通信模式的形成，由于移動通信用戶的增長要比固定網(wǎng)用戶快得多，特別是各種具有聯(lián)網(wǎng)功能的移動終端的迅猛進展，考慮到隨時隨地的、任何形式、直接的個人多媒體通信的需要，現(xiàn)有的IPv4已經(jīng)遠遠不能滿足網(wǎng)絡市場對地址空間、端到端的IP連接、效勞質量、網(wǎng)絡安全和移動性能的要求。因此人們寄期望于一代的IPIPv6協(xié)議正是基于這一思想提出的，它是“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版”的縮寫。在設計IPv6時不僅僅擴大了IPv4的地址空間，而且對原IPv4協(xié)議各方面都進展了重考慮，做了大量改進。除了提出浩大的地址數(shù)量外，IPv6IPv4相比，還有很多的工作正在進展以期得到更高的安全性、更好的可治理性，對QoS和多播技術的支持也更為良好。下面的章節(jié)將從幾個主要的方面探討一下IPv6IPv4、IPv4IPv6報頭格式IPv4120bit+，1331IPv4IPv6報頭由根本報頭+擴展報頭鏈組成，其中根本報頭如表2所示，包含40bit，82IPv6IPv4IPv6IPv6報頭承受根本報頭+擴展報頭鏈組成的形式，這種設計可以更便利地增加選項以到達改善網(wǎng)絡性能、增加安全性或添加功能的目的。IPv6根本報頭IPv6根本報頭被固定為40bit，使路由器可以加快對數(shù)據(jù)包的處理速度，提高了轉發(fā)效率，從而提高網(wǎng)絡的整體吞吐量，使信息傳輸更加快速。IPv6根本報頭IPv6根本報頭中去掉了IPv4報頭中陰影局部的字段，其中段偏移和選項和填充字段被放到IPv6擴展報頭中進展處理。去掉報頭校驗(HeaderChecksum，中間路由器不再進展數(shù)據(jù)包校驗，去掉此字段的緣由有三：一是由于大局部二層鏈路層已經(jīng)對數(shù)據(jù)包進展了校驗和糾錯掌握，鏈路層的牢靠保證使得三層網(wǎng)絡層不必再進展報頭校驗；二是端到端的四層傳輸層協(xié)議也有校驗功能以覺察錯包；三是報頭校驗需隨著TTL增加包傳送的時延。IPv6根本報頭中去掉與IP分片相關的域，使得路由器無需再對數(shù)據(jù)包進展分片，而分片工作由源終端設備依據(jù)最大傳輸單元MTU路徑覺察來進展。這樣IPv6的數(shù)據(jù)包可以遠遠超過64kbit/sMTU更快、更牢靠的數(shù)據(jù)傳輸。IPv6IPv6協(xié)議不僅保存了IPv4報頭中的業(yè)務類別字段，而且增了流標記字段，使得業(yè)務可以依據(jù)不同的數(shù)據(jù)流進展更細的分類，實現(xiàn)優(yōu)先級掌握和QoSIPv6的效勞質量。IPv6128bit地址長度IPv4IPv6IPv432bit長度，理論上可以供給大約43IPIP地址似乎可以滿足網(wǎng)絡連接的需要，但事實上網(wǎng)絡中任意交換機和交換機任意端口均需一個獨立地址，為此網(wǎng)絡缺乏足夠地址滿足各種潛在的用戶。IPv6承受128bit長度，相對IPv4296倍的地址空間。按保守方法估算IPv6實際可安排的地址，整個地球的每平方米面積上仍可安排1000多個地址。這樣幾乎可以不受限制地供給IP地址，從而確保了端到端3IPv4IPv63IPv4IPv6IP地址安排IPv4地址安排初期承受基于類別的方式，有3A、BC2DE。A7bit24bitA128A16777216個主機。B14bit用于網(wǎng)絡標識，后16bit用于主機標識，B類地址可容納16384個網(wǎng)絡，任意B類網(wǎng)絡中可包括16384個主機。C21bit用于網(wǎng)絡標識，后8bitC2097152個網(wǎng)絡，任意C256主機。AB、C類地址用于標識某一網(wǎng)絡節(jié)點的接口，稱為單播地址，D類地址不是用于標識單一的接口，而是用EA類網(wǎng)絡地址是用于標識世界上最大型的網(wǎng)絡，除了其中少量的預留和可重安排的地址，A類地址目前已經(jīng)安排完畢。BIPv4基于上述類別處理的治理方式限制了實際可使用的地址，例如一個擁有300個用戶的網(wǎng)絡期望承受一個B類地址，然而假照實際安排一個B類地址則用戶擁有了65536個地址域，這遠遠超過用戶需要的地址空間，造成地址的大量鋪張。為解決這種地址安排方式的弱點，IETF通過了無類域間路由選擇(CIDRClassInter-DomainRoutin)方案。CIDR方案取消了IPv4協(xié)議中地址類別安排方式，可以任意設定網(wǎng)絡號和地址號的邊界，即依據(jù)網(wǎng)絡規(guī)模的需要重定義地址掩碼，這樣可為用戶供給聚合多個C類的地址。但是CIDR方案的缺乏之處是必需在知道網(wǎng)絡掩碼后才能確定地址中網(wǎng)絡編號和主機編號。IPv6協(xié)議可依據(jù)用戶的需要進展層狀地址安排，這和IPv4承受塊狀地址安排是不同的，后者方式導致某些地址無法使用。在IPv6的分層地址安排方式中，高級網(wǎng)絡治理部門可為下級網(wǎng)絡治理部門劃分地址安排區(qū)域，下級網(wǎng)絡治理部門則可為更下層的治理部門進一步劃分地址安排區(qū)域。IPv63使用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡和Internet目前使用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡，將來可能會用到Internet：通過家庭、飛機場、旅館以及其他地方的線和Internet網(wǎng)絡互聯(lián)。IPv6協(xié)議為這些用戶供給了不同地址安排方式。4種類型的點到點通信/單播地址；用于標識單一網(wǎng)絡設備接口，單播通信傳播的分組可傳送到地址標識的接口。改進的多播地址格式；用于標識歸屬于不同節(jié)點的設備接口集合，多播通信傳送的分組可發(fā)送到地址標識的全部接口，這種地址方式是格外有用的。例如，可將網(wǎng)絡中發(fā)送的消息傳送給全部登記的用戶。特別的多播地址可限制在特定網(wǎng)絡鏈路或特定的系統(tǒng)組中進展通信。IPv6協(xié)議沒有定義播送地址，但可使用多播地址替代。的任意播(Anycast)IPV6任意播傳送的分組可發(fā)送到地址標識的某一接口，接收到信息的接口通常是最近距離的網(wǎng)絡節(jié)點，這種方式可提高路由選擇的效率，網(wǎng)絡節(jié)點可通過地址表示通信過程傳輸路由可經(jīng)過的中間跳數(shù)，即信息傳輸路由可不必由路由器打算。路由協(xié)議IP網(wǎng)路由協(xié)議主要包括域內(nèi)路由協(xié)議和域間路由協(xié)議。域內(nèi)路由協(xié)議IPIS-IS和OSPFOSPFIPv4IS-IS用IPv6OSPFv3IS-ISIPv4IS-ISIPv6路由協(xié)議IS-ISv6OSPFv3與OSPFv2OSPFv3(RFC2740)與OSPFv2(RFC2328)OSPFv3仍承受鏈路狀態(tài)LSA數(shù)據(jù)庫，并保持鄰接路由器之間的同步。但由于從IPv4到IPv6上地址長度的變化，為了支持IPv6OSPFv3對OSPFv2協(xié)議進展了很多修改。從路由協(xié)議標準化進程看，OSPFv3協(xié)議已較為成熟，已有定型的RFC2740協(xié)議。OSPFv3提高了通用性，使網(wǎng)絡可以適應不斷變化的要求。這使簡單的網(wǎng)絡得以簡化，并且它實行了一些增加措施OSPFv3還進展了優(yōu)化并且安全性也得到了提高。OSPFv3的主要目的是“開發(fā)一種獨立于任何具體網(wǎng)絡層的路由協(xié)議”。為實現(xiàn)這一目的，C)St’FV3的內(nèi)部SF·Fv3不向位于數(shù)據(jù)包和鏈路狀態(tài)公告(LSA)報頭插入基于IP的數(shù)據(jù)。C)St’Fv3利用獨立于網(wǎng)絡協(xié)議的信息來執(zhí)行過去需要IP報頭數(shù)據(jù)的關鍵任務，如識LSAOSPFv3還對LSA所發(fā)揮的作用進展了重定義。在OSPFv3中，公告網(wǎng)絡拓撲和IPv6數(shù)據(jù)的任務被安排到的和已有的LSA中。OSPFv3增加了多種可選功能，如多播OSPFv3OSPFv3擴展了網(wǎng)絡設備用來公告使能的功能選項數(shù)據(jù)域。多數(shù)OSPFv3路由器間信息中都包含選項域，運行OSPFv3的設備可以支持多達248OSPFv3引入了InstanceID和R-bitOSPFv3包頭的一個組件，InstanceID不再依靠于過去需要的簡單的認證方案或訪問清單，就可以掌握共享物理網(wǎng)絡和OSPF域的路由器之間的通信。除了InstanceID外，OSPFv3R-bit使效勞器這類最終系統(tǒng)具有有效的冗余性。OSPFv3與過去的協(xié)議的不同之處在于它通過供給非本身固有的安全性來簡化消息的構造。通過利用 全子包頭的集成系統(tǒng)，OSPFv3消息可以被認證和加密，而這在以前是需要增加獨立簡單的協(xié)議才能實現(xiàn)的功能。OSPFv3供給了更強的功能，并且它具有很大的通用性，從而可以很便利地支持型網(wǎng)絡協(xié)議。的特性簡化了網(wǎng)絡設備和運行，在使用OSPFv3的狀況下，升級將不再那么麻煩。IS-ISv6與IS—ISv4另一個被運營商廣泛使用的連接狀態(tài)協(xié)議是ISISforIPv6ISIS是IS標準路由協(xié)議(ISO/IEC10589)，最初用于支持CLNS網(wǎng)絡的動態(tài)協(xié)議。由于ISISIPv4路由協(xié)議的功能(RFC1195)CLNS效勞，也能為IP效勞的協(xié)議叫做IntegratedISIS。依照類似的方法，ISIS也可以通過簡潔的擴展來處理IPv6的路由信息。支持IPv6的IS-IS協(xié)議標準草案已經(jīng)經(jīng)過屢次爭論修改，目前，還未正式形成RFCdraft-ietf-isis-ipv6.txt標準草案。Draft-ietf-isis-ipv6.txt草案通過在IS-IS數(shù)據(jù)包(HelloLSPSNP)(TLV)，IPV6路由功能，這一設計只需要對IS-IS路由協(xié)議進展少量的修改即可使它支持IPv6odraft-ietf-isis-ipv6.txt只增加了有關IPv6的TLVISO10589RFCl195CLNSIFV4IPv6draft-ietf-isis-ipv6.txtIPv4IPv6的網(wǎng)絡是完全重合的。我們將這種實現(xiàn)稱為ISISforIPv6單一拓撲模式。很快人們生疏到單一拓撲模式對IPv4和IPv6網(wǎng)絡完全重合的要求限制了IPv6IPv6的規(guī)模和掩蓋范圍都將大于老一代IPv4網(wǎng)絡，局部網(wǎng)絡將只具有IPv6屬性，例如，局部網(wǎng)絡只有IPv6地址而沒有IPv4地址。這時ISISforIPv6單一拓撲模式就可能導致一些IPV4的數(shù)據(jù)報文錯誤地被轉發(fā)到這局部IPv6網(wǎng)絡，造成路由的混亂和麻煩，無法滿足IPv4IPV6ISISforIPv6多重拓撲模式(draft-ietf-isis-wg-multi-topology)是針對這一問題的解決方案，它通過使用IPv4IPv6不同的拓撲去除了兩個網(wǎng)絡必需全都的限制。多重拓撲模式為IPv4和IPV6網(wǎng)絡建立不同的拓撲數(shù)據(jù)庫，分別進展spf最短路徑優(yōu)先算法的計算，為IPv4和IPv6供給相互獨立的路由子系統(tǒng)，使IPv6網(wǎng)絡的建設擺脫IPv4IPv6網(wǎng)絡的成長翻開了進展空間。域間路由協(xié)議BGP4(RFC1771)IS，運營商廣泛使用的IPv4BGP4是一個路徑矢量協(xié)議，它的根本功能是在自治系統(tǒng)間自動交換無環(huán)路的路由信息，通過交換帶有自治區(qū)域號(AS)來構造自治區(qū)域的拓撲圖，從而消退路由環(huán)路并實施用戶配置的策略。BGP距離矢量協(xié)議；傳輸協(xié)議：TCP17支持CIDR(路由更只發(fā)送增量路由；豐富的路由過濾和路由策略。IPV4BGP4RFC1105(BGPl)RFC1163(BGP2)，RFC1267(BGP3)RFC1771(BGP4)IPv6BGP4+BGP4+IPv6RFC2858和RFC2545BGP4+ISP在IPV4環(huán)境中，BGP4是一種廣泛使用的用于自治域之間路由傳播的路徑矢量路由協(xié)議。在隨后定義的一系列標準BGP4的功能更加強大，可以用于承載多種協(xié)議：MPLS-VPN、Multicast等協(xié)議均是通過BGP4進展工作的RFC2545(UseofBGP4MultiprotocolExtensionsforIPv6Inter-DomainRouting)MP_REACH_NLRIIPv6域名解析IPv6網(wǎng)絡中的DNSIPv4DNSIPv4協(xié)議與IPv6協(xié)議是存在著相當大區(qū)分的兩套協(xié)議，但這并不意味著需要單獨兩套DNS體系，相反在DNS的體系和域名空IPv4和IPv6共同擁有統(tǒng)一的域名空間。在IPv4到IPv6的過渡階段，域名可以同時對IPv4IPv6IPv6IPv6IPv4地址?？删蹟n全局單播地址是目前主要應用的IPv6IPv6可聚攏全局單播地址是在全局范圍內(nèi)使用的地址，必需進展層次劃分及地址聚攏。下面就以IPv6DNS系統(tǒng)對這類地址的解析過程來介紹IPv6DNS系統(tǒng)的解析原理。IPv6全局單播地址的安排方式如下：頂級地址聚攏機構TLA(ISP或地址治理機構)獲得大塊地址，負責給次級地址聚攏機構NLA(中小規(guī)模ISP)NLA給站點級地址聚攏機構SLA(IPv6DNS正向解析IPv4的地址正向解析的資源記錄是“A”，而IPv6地址的正向解析目前有兩種資源記錄，即“AAAA”和“A6”“AAAA”IPv4協(xié)議“A”“IP32bit128bit4“A”擴大成4“A”。但“AAAA”用來表示域名和IPv6地址的對應關系，并不支持地址的層次性。AAAA資源記錄類型用來將一個合法域名解析為IPv6地址，與IPv4所用的A這資源記錄類型取名為AAAA128bitIPv632bitIPv44“A6”RFC2874根底上提出，它是把一個IPv6地址與多個“A6”記錄建立聯(lián)系，每個“A6”記錄都只IPv6地址的一局部，結合后拼裝成一個完整的IPv6地址?！癆6”記錄支持一些“AAAA”所不具備的特(Renumber)“A6”記錄依據(jù)可聚攏全局單播地址中的TLANLASLA128bit的IPv6的地址分解成為假設干級的地址前綴和地址后綴，構成了一個地址鏈。每個地址前綴和地址后綴都是地址鏈上的一環(huán)，一個完整的地址鏈就組成一個IPv6IPv6地址的層次構造，從而支持地址聚攏。同時，用戶在轉變ISP時，要隨ISP轉變而轉變其擁有的IPv6地址。假設手工修改用戶子網(wǎng)中全部在DNS中注冊的地址，是一件格外繁瑣的事情。而在用“A6”記錄表示的地址鏈中，只要轉變地址前綴對應的 ISP名字即可，可以大大削減DNS中資源記錄的修改。并且在地址安排層次中越靠近底層，所需要改動的越少。反向解析IPv6反向解析的記錄和IPv4一樣，是“PTR”，但地址表示形式有兩種。一種是用“.”分隔的半字節(jié)十六進制數(shù)字格式(NibbleFormat)，低位地址在前，高位地址在后，域后綴是“IP6.INT.”。另一種是比特串(Bit--string)格式，以“＼[”開頭，十六進制地址(無分隔符，高位在前，低位在后)居中，地址后加“]”，域后綴是“IP6.ARPA.”。半字節(jié)十六進制數(shù)字格式與“AAAA”對應，是對IPv4的簡潔擴展。二進制串格式與“A6”記錄對應，地址也象“A6”一樣，可以分成多級地址鏈表示，每一級的授權用“DNAME”記錄。和“A6”一樣，二進制串格式也支持地址層次特性?？傊?，以地址鏈形式表示的IPv6地址表達了地址的層次性，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個步驟進展，需要依據(jù)地址的安排層次關系到不同的DNS效勞器進展查詢。全部的查詢都成功才能得到完整的解析結果。這勢必會延長解析時間，出錯的時機也增加。因此，需要進一步改進 DNS地址鏈功能，提高域名解析的速度才能為用戶供給抱負的效勞。自動配置IPv6協(xié)議中引入了自動配置(“即插即用”)功能，一個主機進展Internet網(wǎng)絡登記后，位置或配置發(fā)生變化時只需進展很少的改動即可進展工作，這樣可大幅度降低網(wǎng)絡治理者的配置和地址映射治理，移開工作者也可便利地在任何地方任何時間接入到Internet網(wǎng)絡。IPv6協(xié)議中自動配置功能無需承受動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP，DynamicHostConfigurationProtoco1)。IPv6協(xié)議可為任意主機生成一個“本地IP地址”，這個地址內(nèi)嵌一個