目前，因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族，IP则是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。当前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年。由于IPv4的地址位数为32位，也就是最多有2的32次方的电脑可以联到Internet上。近十年来由于互联网的蓬勃发展，IP位址的需求量愈来愈大，使得IP位址的发放愈趋严格，各项资料显示全球IPv4位址可能在2005至2008年间全部发完。

1995年12月，IETF工作组提出的RFC2460标准协议文档，标志着IPv6的诞生。到1998年，IPv6协议族得到了进一步的更新和完善，基本上形成了一个完整的协议体系。IPv6从根本上解决了IPv4地址即将枯竭的致命缺陷，并且在地址分类、报头格式、安全性、QoS、Plug&Play功能、移动性、寻径效率、ICMP等诸多方面进行了协议优化和更新，使之更加适应未来网络运行的发展需要。同时，也成为移动通信的协议核心，而且，对信息家电的诞生和发展起到了主流推动作用。

IPv6是对目前统治着互联网的IPv4协议的升级和优化，是下一代网络体系的核心。有专家预测，IPv4到IPv6的过渡，将产生10，000亿美元的商机。

1、IPv6简介

（1）什么是IPv6?

IPv6是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。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。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。

（2）IPv6与IPv4相比有什么特点和优点？

更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。
· 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。
· 增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(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)控制提供了良好的网络平台。
· 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。
· 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,这极大的增强了网络安全。
 

2、IPv6地址方案

和IPv4相比，IPv6的主要改变就是地址的长度为128位，也就是说可以有2的128次方的IP地址，相当于10的后面有38个零。这么庞大的地址空间，足以保证地球上的每个人拥有一个或多个IP地址。

（1）IPv6地址类型

在RFC1884中指出了三种类型的IPv6地址，他们分别占用不同的地址空间：
·单点传送：这种类型的地址是单个接口的地址。发送到一个单点传送地址的信息包只会送到地址为这个地址的接口。
·任意点传送：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个任意点传送地址的信息包只会发送到这组地址中的一个（根据路由距离的远近来选择）
·多点传送：这种类型的地址是一组接口的地址，发送到一个多点传送地址的信息包会发送到属于这个组的全部接口。

和IPv4不同的是，IPv6中出现了任意点传送地址，并以多点传送地址代替了IPv4中的广播地址。

（2）IPv6地址表示

我们知道，IPv4地址长度为32位（4个字节）。书写IPv4的地址是用一个字节来代表一个无符号十进制整数，四个字节写成由3个点分开的四个十进制数，例如：
10.1.123.56

对于128位的IPv6地址，定义相似的表示方法是必要的。 考虑到IPv6地址的长度是原来的四倍，RFC1884规定的标准语法建议把IPv6地址的128位（16个字节）写成8个16位的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，这些数之间用冒号（：）分开，例如：
3ffe:3201:1401:1:280:c8ff:fe4d:db39

从上面的例子我们看到了手工管理IPv6地址的难度，也看到了DHCP和DNS的必要性。为了进一步简化IPv6的地址表示，可以用0来表示0000，用1来表示0001，用20来表示0020， 用300来表示0300，只要保证数值不便，就可以将前面的0省略。比如：
1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A
0000:0000:0000:0000:0000:0000:0A00:0001

可以简写为：
1080:0:0:0:8:800:200C:417A
0:0:0:0:0:0:A00:1

另外，还规定可以用符号::表示一系列的0。那么上面的地址又可以简化为：
1080::0:8:800:200C:417A
::A00:1

IPv6地址的前缀（FP, Format Prefix）的表示和IPv4地址前缀在CIDR中的表示方法类似。比如 0020:0250:f002::/48表示一个前缀为48位的网络地址空间。

（3）IPv6地址分配

RFC1881规定， IPv6地址空间的管理必须符合Internet团体的利益，必须是通过一个中心权威机构来分配。目前这个权威机构就是IANA（Internet Assigned Numbers Authority，Internet分配号码权威机构）。 IANA会根据IAB（Internet Architecture Board）和IEGS的建议来进行IPv6地址的分配.

3、IPv6概述

现有Internet的基础是IPv4，到目前为止有近30年的历史了。由于Internet的迅猛发展，据统计平均每年Internet的规模就扩大一倍。IPv4的局限性就越来越明显。个人电脑市场的急剧扩大、还有个人移动计算设备的上网、网上娱乐服务的增加、多媒体数据流的加入、以及出于安全性等方面的需求都迫切要求新一代IP协议的出现。

因此，对新一代互联网络协议（Internet Protocol Next Generation - IPng）的研究和实践已经成为世界性的热点，其相关工作也早已展开。围绕IPng的基本设计目标，以业已建立的全球性试验系统为基础，对安全性、可移动性、服务质量的基本原理、理论和技术的探索已经展开。

90年代初，人们就开始讨论新的互联网络协议。IETF的IPng工作组在1994年9月提出了一个正式的草案"The Recommendation for the IP Next Generation Protocol"，1995年底确定了IPng的协议规范，并称为"IP版本6"（IPv6），同现在使用的版本4相区别；1998年作了较大的改动。IPv6在IPv4的基础上进行改进，它的一个重要的设计目标是与IPv4兼容，因为不可能要求立即将所有节点都演进到新的协议版本，如果没有一个过渡方案，再先进的协议也没有实用意义。IPv6面向高性能网络网络（如ATM），同时，它也可以在低带宽的网络(如无线网)上有效的运行。

在国际上，对IPv6的各项研究和实现已经展开。法国INRIA、日本KAME、美国NRL等研究机构，IBM、Sun Microsystems、Trumpet、Hitachi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；Cisco、Bay等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的路由器产品。1996年，一个以研究IPv6为目标的虚拟实验网络，国际IPv6试验床6Bone建立，欧洲、美洲、亚洲的许多国家和组织都已经加入了6BONE。1998年底，面向实用的全球性IPv6研究和教育网（6REN）开始启动。这期间以STAR TAP为依托的6TAP（IPv6 Transit Access Point）得以实施，建立了以ATM交换机为中心的IPv6洲际网络。今年，IETF确定IPv6进入实用阶段，并指定6Bone为对商用IPv6地址申请者进行评估的平台。

4、IPv6和域名服务

互联网域名系统的设计是同网络的传输体制无关的。所以，为IPv6网络建立的域名系统可以和传统的IPv4域名系统结合在一起，而不需要另外建立一套独立的IPv6域名系统。现在Internet上最通用的域名服务软件BIND版本9已经实现了对IPv6地址的支持，所以要解决IPv6地址和主机名之间的映射就很容易实现了。

要支持IPv6, 域名服务系统需要支持以下的新特性：
·解析IPv6地址的类型（type），即AAAA和A6类型
·为IPv6地址的逆向解析提供的反向域，即ip6.int.
·识别上述新特性的域名服务器就可以为IPv6的地址-名字解析提供服务。

（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32位扩展到128位，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128位的IPv6地址正好是32位IPv4地址的四倍，下面是一条AAAA资源记录实例：

host1.microsoft.com IN AAAA FEC0::2AA:FF:FE3F:2A1C

"A6"是在RFC2874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128位的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16进制数字格式（Nibble Format），低位地址在前，高位地址在后，域后缀是"IP6.INT."。另一种是二进制串（Bit-string）格式，以"\["开头，16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16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。

IP6.INT域用于为IPv6提供逆向地址到主机名解析服务。逆向检索也称为指针检索，根据IP地址来确定主机名。为了给逆向检索创建名字空间，在IP6.INT域中，IPv6地址中所有的32位十六进制数字都逆序分隔表示。例如，为地址FEC0::2AA:FF:FE3F:2A1C（完全表达式为：FEC0:0000:0000:0000:02AA:00FF:FE3F:2A1C）查找域名时，在IP6.INT域中是：C.1.A.2.F.3.E.F.F.F.0.0.A.A.2.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.C.E.F.IP6.INT.

总之，以地址链形式表示的IPv6地址体现了地址的层次性，支持地址聚集和地址更改。但是，由于一次完整的地址解析要分成多个步骤进行，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，并且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，在技术方面IPv6协议需要进一步改进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。

5、从IPv4到IPv6的过渡策略

如何完成从IPv4到IPv6的转换是IPv6发展需要解决的第一个问题。现有的几乎每个网络及其连接设备都支持IPv4，因此要想一夜间就完成从IPv4到IPv6的转换是不切实际的。IPv6必须能够支持和处理IPv4体系的遗留问题。可以预见，IPv4向IPv6的过渡需要相当长的时间才能完成。目前，IETF已经成立了专门的工作组，研究IPv4到IPv6的转换问题，并且已提出了很多方案，主要包括以下几个类型：

（1）双协议栈技术

IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议TCP和UDP又没有任何区别。如果一台主机同时支持IPv6和IPv4两种协议，那么该主机既能与支持IPv4协议的主机通信，又能与支持IPv6协议的主机通信，这就是双协议栈技术的工作机理。
 
（2）隧道技术

随着IPv6网络的发展，出现了许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连。将这些孤立的"IPv6岛"相互联通必须使用隧道技术。利用隧道技术可以通过现有的运行IPv4协议的Internet骨干网络（即隧道）将局部的IPv6网络连接起来，因而是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。

路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4，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。在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现IPv4主机与IPv6主机的直接通信。

（3）网络地址转换/协议转换技术

网络地址转换/协议转换技术NAT-PT(Network Address Translation - Protocol Translation)通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译（NAT）以及适当的应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装了IPv6的主机和只安装了IPv4机器的大部分应用的相互通信。