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摘要：随着Internet技术的迅猛发展和规模的不断扩大，IPv4已经暴露出了许多问题，因此，IETF开发了新一代的IPv6协议，来取代IPv4协议。本文浅析了IPv6的技术优势和IPv4到IPv6的过渡技术，并分析了IPv6未来的发展前景。
关键词：IPv6 IPv4 NAT-PT
随着Internet技术的迅猛发展和规模的不断扩大，IPv4已经暴露出了许多问题，如：地址资源紧缺、路由表过于膨胀、服务质量不能保证和不支持内在的安全性、移动性等等，为了解决上述问题，Internet工程任务组IETF开发了IPv6（Internet Protocol Version 6）协议，弥补IPv4的缺陷。虽然目前还处于IPv4向IPv6的过渡阶段，但是IPv6代替IPv4已经成为Internet协议发展的必然趋势。
一、IPv6的技术优势
1、128位的地址空间
相对于IPv4的32位地址空间，IPv6的提供了4倍于IPv4的128位的地址空间，使得不再需要原来在IPv4中使用的如NAT（Network Address Translation）节约地址的地址转换技术，就足以提供几乎无限的地址资源，这将极大地满足伴随Internet的爆炸式增长和网络智能设备的出现而对地址增长的需求。
2、简化的报头和灵活的扩展
IPv6报头的设计原则是力图将报头开销降到最低，IPv6将报头分为基本报头（固定长度40字节）和多个扩展报头构成，从而，对IPv4的可变长数据报头作了简化，将一些非关键性字段和可选字段移出基本报头，置于基本报头之后的扩展报头中，因此，尽管IPv6地址长度是IPv4的4倍，但报头仅为IPv4的2倍。改进后的IPv6报头大大提高了路由器的处理能力和效率。而扩展报头则使IPv6变得极其灵活，能提供对多种应用的支持，为以后扩展提供了可能。
由于IPv4和IPv6的报头没有互操作性，且IPv6也不能向后兼容IPv4，因此，为了识别和处理这两种报头格式，必须在主机和路由器中分别实现IPv6和IPv4这两种协议。
3、改进的分级寻址结构
IPv6采用类似无类域间选路（CIDR）的地址聚类机制的寻址结构，其网络前缀可以进一步细分成多个级别的网络，其中包括13位的顶级聚合标识（TLA）、24位的次级聚合标识（NLA）和16位的站点级聚合标识（SLA）。这样不仅可以定义非常灵活的分级寻址结构，而且同一级上的多个网络在上一级路由器中表示为一个统一的网络前缀，从而有效的对地址进行聚合，减少路由器必须维护的路由表项。按照13位的TLA计算，一个核心主干路由器在理论上只需要维护不超过8192个表项，这明显降低了路由器的寻址和存储开销。
此外，IPv6采用更合理的分段方法，即只有源端主机才允许对数据报进行分段，途经的数据报并不进行分段处理。这大大提高了路由器的转发工作效率。
4、即插即用的地址配置方式
IPv6提供了两种地址配置方式：一种继承了IPv4协议的动态主机配置协议，即通过DHCP服务器进行配置的全状态地址配置，另一种是IPv6独有的，即没有DHCP服务器时的无状态地址配置。
在无状态地址配置中，在同一个链路上的主机会使用邻居发现协议自动地为自己配置一个适合于这条链路的IPv6地址（称为链路本地地址），或者由本地路由器公告的前缀所衍生出来的IPv6地址。在无状态地址配置中，链路本地地址的配置仅需1秒钟就能完成，因此同一链路上的节点的通信几乎是立即进行的。相比之下，一个使用DHCP的IPv4主机在DHCP发生故障的情况下，要先放弃DHCP的配置，然后自己配置一个IPv4地址，这个过程需要整整1分钟的时间。
5、内置的安全性
IPSec是IPv6内置于网络层的一种安全机制，IPSec在网络层对数据包提供认证和加密服务。认证机制使接收方能够确认发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否受到篡改。加密机制是对数据进行编码以保证数据的机密性。而在IPv4中网络层不提供这样的安全机制。
6、更高的QoS支持
在IPv6报头中包含一个8位的业务流等级和一个20位的流标记字段，以此来提供不同的服务质量。在传输过程中，中间的各个节点会先根据业务流等级字段的高低来转发数据包，然后根据流标记字段，将属于同一个流的数据包依次发完。而在IPv4中虽然有服务类型字段，但在实际的传输过程中，并没有真正用到这个字段。
7、更好的移动性支持
IPv4在设计之初并没有考虑到对移动性的支持问题，而是将其作为一种对IP协议附加的功能提出的，而IPv6的设计汲取了IPv4对移动支持的设计经验和教训，将对移动性的支持作为一个必需的协议内嵌在IP协议中的，而且充分利用了IPv6的一些优势，取消了异地代理，完全支持路由优化，解决了三角路由问题。
二、IPv4到IPv6的过渡技术
虽然IPv6相对于IPv4有很多技术上的优势，但由于目前Internet使用IPv4的路由器的数量太多，因此，要想让这些路由设备完全支持IPv6，完成IPv4向IPv6的过渡，还需要相当长的一段时间。目前，NGtrans（下一代网络演进工作组）已经提出了一些过渡策略和技术，概括起来可分为以下三类：
1、双栈技术，双栈技术可以简单的理解为在主机和路由器的TCP/IP协议的网络层同时支持IPv6和IPv4两种协议，这样对于下层的网络接口层和上层的传输层都不必进行大的改动。具有双栈的主机和路由器既能够与IPv6系统通信，又能够与IPv4系统通信。因此，具有双栈的主机或路由器都要具有两个IP地址：一个IPv6地址和一个IPv4地址。当与IPv4主机进行通信时，采用IPv4地址；当与IPv6主机进行通信时，则采用IPv6地址；然后相应的主机或路由器会根据目的地址的情况来决定到底采用IPv4协议还是IPv6协议。
2、隧道技术，隧道技术是一种利用现有IPv4网络传送IPv6数据包的技术，它通过将IPv6数据包封装在IPv4数据包中，实现在IPv4网络中的数据传送。当IPv6分组在进入IPv4区域（隧道入口）时，IPv4将其封装成为IPv4数据包，整个IPv6数据分组变成了IPv4数据分组的数据部分。当IPv4数据包离开IPv4区域（隧道出口）时，再将其数据部分交给主机的IPv6协议栈，这就好像在IPv4区域中打通了一个IPv6隧道来传输IPv6数据分组。
3、网络地址/协议转换技术，网络地址/协议转换技术NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）通过与SIIT（Stateless IP/ ICMP Translation，无状态IP/ICMP转换）协议转换和传统的IPv4下的动态地址转换（NAT）以及适当的应用层网关（ALG，Application Layer Gateway）相结合，实现IPv4和IPv6间的协议转换和地址映射。即当IPv6主机和IPv4主机进行通信时，NAT-PT会根据IPv4地址池动态地为这个IPv6主机分配一个IPv4地址，并记录两者间的映射关系，并将IPv6数据包转换成IPv4数据包进行数据传输，反之亦然。 这样就可以利用NAT-PT实现纯IPv4和纯IPv6主机间的相互通信。
三、IPv6的发展前景
IPv6所提供的巨大地址空间以及所具有的技术优势，使提供语音、数据、视频等高品质、多样化通信服务的下一代网络的实现成为可能。IPv6已经引起了各地区、各运营商的重视，在众多的设备提供商和运营商的努力下，IPv6协议己经从实验室走向了应用阶段。已有50多个国家和地区加入有关IPv6的研究。法、日、美、中国等国的研究机构，IBM、Sun、日立等公司，分别研制开发了不同平台上的IPv6系统软件和应用软件；美国思科、加拿大北电网络、Nokia、中国的华为等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路由器产品。操作系统方面，基于开放源码的Linux对IPv6提供了比较强的支持，Sun、IBM、康柏、惠普和微软的最新操作系统都提供了IPv6支持。相信在不久的将来，随着IPv6技术的不断发展，IPv6必将大大的改变世界，改变人类的生活方式，为技术和生活质量的提高，带来巨大的改变。
参考文献：
[1]HindenR.DeeringSIPVersion6AddressingArchitectureRFC23731998.07
[2](美)JosephDavies著张晓彤，晏国展，曾庆峰译理解IPv6[M]清华大学出版社2004.03
[3]周逊《IPv6-下一代互联网的核心》电子工业出版社2003.08
[4](美)PeteLoshin著沙斐，程莉，周立译IPv6详解[M]机械工业出版社，2000.04
[5]StephenE.Deering,RobertM.HindenInternetProtocolVersion6(IPv6)SpecificationRFC2460[S]1998.12
关键词：IPv6 IPv4 NAT-PT
随着Internet技术的迅猛发展和规模的不断扩大，IPv4已经暴露出了许多问题，如：地址资源紧缺、路由表过于膨胀、服务质量不能保证和不支持内在的安全性、移动性等等，为了解决上述问题，Internet工程任务组IETF开发了IPv6（Internet Protocol Version 6）协议，弥补IPv4的缺陷。虽然目前还处于IPv4向IPv6的过渡阶段，但是IPv6代替IPv4已经成为Internet协议发展的必然趋势。
一、IPv6的技术优势
1、128位的地址空间
相对于IPv4的32位地址空间，IPv6的提供了4倍于IPv4的128位的地址空间，使得不再需要原来在IPv4中使用的如NAT（Network Address Translation）节约地址的地址转换技术，就足以提供几乎无限的地址资源，这将极大地满足伴随Internet的爆炸式增长和网络智能设备的出现而对地址增长的需求。
2、简化的报头和灵活的扩展
IPv6报头的设计原则是力图将报头开销降到最低，IPv6将报头分为基本报头（固定长度40字节）和多个扩展报头构成，从而，对IPv4的可变长数据报头作了简化，将一些非关键性字段和可选字段移出基本报头，置于基本报头之后的扩展报头中，因此，尽管IPv6地址长度是IPv4的4倍，但报头仅为IPv4的2倍。改进后的IPv6报头大大提高了路由器的处理能力和效率。而扩展报头则使IPv6变得极其灵活，能提供对多种应用的支持，为以后扩展提供了可能。
由于IPv4和IPv6的报头没有互操作性，且IPv6也不能向后兼容IPv4，因此，为了识别和处理这两种报头格式，必须在主机和路由器中分别实现IPv6和IPv4这两种协议。
3、改进的分级寻址结构
IPv6采用类似无类域间选路（CIDR）的地址聚类机制的寻址结构，其网络前缀可以进一步细分成多个级别的网络，其中包括13位的顶级聚合标识（TLA）、24位的次级聚合标识（NLA）和16位的站点级聚合标识（SLA）。这样不仅可以定义非常灵活的分级寻址结构，而且同一级上的多个网络在上一级路由器中表示为一个统一的网络前缀，从而有效的对地址进行聚合，减少路由器必须维护的路由表项。按照13位的TLA计算，一个核心主干路由器在理论上只需要维护不超过8192个表项，这明显降低了路由器的寻址和存储开销。
此外，IPv6采用更合理的分段方法，即只有源端主机才允许对数据报进行分段，途经的数据报并不进行分段处理。这大大提高了路由器的转发工作效率。
4、即插即用的地址配置方式
IPv6提供了两种地址配置方式：一种继承了IPv4协议的动态主机配置协议，即通过DHCP服务器进行配置的全状态地址配置，另一种是IPv6独有的，即没有DHCP服务器时的无状态地址配置。
在无状态地址配置中，在同一个链路上的主机会使用邻居发现协议自动地为自己配置一个适合于这条链路的IPv6地址（称为链路本地地址），或者由本地路由器公告的前缀所衍生出来的IPv6地址。在无状态地址配置中，链路本地地址的配置仅需1秒钟就能完成，因此同一链路上的节点的通信几乎是立即进行的。相比之下，一个使用DHCP的IPv4主机在DHCP发生故障的情况下，要先放弃DHCP的配置，然后自己配置一个IPv4地址，这个过程需要整整1分钟的时间。
5、内置的安全性
IPSec是IPv6内置于网络层的一种安全机制，IPSec在网络层对数据包提供认证和加密服务。认证机制使接收方能够确认发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否受到篡改。加密机制是对数据进行编码以保证数据的机密性。而在IPv4中网络层不提供这样的安全机制。
6、更高的QoS支持
在IPv6报头中包含一个8位的业务流等级和一个20位的流标记字段，以此来提供不同的服务质量。在传输过程中，中间的各个节点会先根据业务流等级字段的高低来转发数据包，然后根据流标记字段，将属于同一个流的数据包依次发完。而在IPv4中虽然有服务类型字段，但在实际的传输过程中，并没有真正用到这个字段。
7、更好的移动性支持
IPv4在设计之初并没有考虑到对移动性的支持问题，而是将其作为一种对IP协议附加的功能提出的，而IPv6的设计汲取了IPv4对移动支持的设计经验和教训，将对移动性的支持作为一个必需的协议内嵌在IP协议中的，而且充分利用了IPv6的一些优势，取消了异地代理，完全支持路由优化，解决了三角路由问题。
二、IPv4到IPv6的过渡技术
虽然IPv6相对于IPv4有很多技术上的优势，但由于目前Internet使用IPv4的路由器的数量太多，因此，要想让这些路由设备完全支持IPv6，完成IPv4向IPv6的过渡，还需要相当长的一段时间。目前，NGtrans（下一代网络演进工作组）已经提出了一些过渡策略和技术，概括起来可分为以下三类：
1、双栈技术，双栈技术可以简单的理解为在主机和路由器的TCP/IP协议的网络层同时支持IPv6和IPv4两种协议，这样对于下层的网络接口层和上层的传输层都不必进行大的改动。具有双栈的主机和路由器既能够与IPv6系统通信，又能够与IPv4系统通信。因此，具有双栈的主机或路由器都要具有两个IP地址：一个IPv6地址和一个IPv4地址。当与IPv4主机进行通信时，采用IPv4地址；当与IPv6主机进行通信时，则采用IPv6地址；然后相应的主机或路由器会根据目的地址的情况来决定到底采用IPv4协议还是IPv6协议。
2、隧道技术，隧道技术是一种利用现有IPv4网络传送IPv6数据包的技术，它通过将IPv6数据包封装在IPv4数据包中，实现在IPv4网络中的数据传送。当IPv6分组在进入IPv4区域（隧道入口）时，IPv4将其封装成为IPv4数据包，整个IPv6数据分组变成了IPv4数据分组的数据部分。当IPv4数据包离开IPv4区域（隧道出口）时，再将其数据部分交给主机的IPv6协议栈，这就好像在IPv4区域中打通了一个IPv6隧道来传输IPv6数据分组。
3、网络地址/协议转换技术，网络地址/协议转换技术NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）通过与SIIT（Stateless IP/ ICMP Translation，无状态IP/ICMP转换）协议转换和传统的IPv4下的动态地址转换（NAT）以及适当的应用层网关（ALG，Application Layer Gateway）相结合，实现IPv4和IPv6间的协议转换和地址映射。即当IPv6主机和IPv4主机进行通信时，NAT-PT会根据IPv4地址池动态地为这个IPv6主机分配一个IPv4地址，并记录两者间的映射关系，并将IPv6数据包转换成IPv4数据包进行数据传输，反之亦然。 这样就可以利用NAT-PT实现纯IPv4和纯IPv6主机间的相互通信。
三、IPv6的发展前景
IPv6所提供的巨大地址空间以及所具有的技术优势，使提供语音、数据、视频等高品质、多样化通信服务的下一代网络的实现成为可能。IPv6已经引起了各地区、各运营商的重视，在众多的设备提供商和运营商的努力下，IPv6协议己经从实验室走向了应用阶段。已有50多个国家和地区加入有关IPv6的研究。法、日、美、中国等国的研究机构，IBM、Sun、日立等公司，分别研制开发了不同平台上的IPv6系统软件和应用软件；美国思科、加拿大北电网络、Nokia、中国的华为等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路由器产品。操作系统方面，基于开放源码的Linux对IPv6提供了比较强的支持，Sun、IBM、康柏、惠普和微软的最新操作系统都提供了IPv6支持。相信在不久的将来，随着IPv6技术的不断发展，IPv6必将大大的改变世界，改变人类的生活方式，为技术和生活质量的提高，带来巨大的改变。
参考文献：
[1]HindenR.DeeringSIPVersion6AddressingArchitectureRFC23731998.07
[2](美)JosephDavies著张晓彤，晏国展，曾庆峰译理解IPv6[M]清华大学出版社2004.03
[3]周逊《IPv6-下一代互联网的核心》电子工业出版社2003.08
[4](美)PeteLoshin著沙斐，程莉，周立译IPv6详解[M]机械工业出版社，2000.04
[5]StephenE.Deering,RobertM.HindenInternetProtocolVersion6(IPv6)SpecificationRFC2460[S]1998.12