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IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和不足而提出的，同時它還在許多方面提出了改進(jìn)，例如路由方面、自動配置方面。經(jīng)過一個較長的IPv4和IPv6共存的時期，IPv6最終會完全取代IPv4在互連網(wǎng)上占據(jù)統(tǒng)治地位。對比IPv4，IPv6有如下的特點，這些特點也可以稱作是IPv6的優(yōu)點：簡化的報頭和靈活的擴(kuò)展;層次化的地址結(jié)構(gòu);即插即用的連網(wǎng)方式;網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密;服務(wù)質(zhì)量的滿足;對移動通訊更好的支j持。
*簡化的報頭和靈活的擴(kuò)展
IPv6對數(shù)據(jù)報頭作了簡化，以減少處理器開銷并節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。IPv6的報頭由一個基本報頭和多個擴(kuò)展報頭(ExtensionHeader)構(gòu)成，基本報頭具有固定的長度(40字節(jié))，放置所有路由器都需要處理的信息。由于Internet上的絕大部分包都只是被路由器簡單的轉(zhuǎn)發(fā)，因此固定的報頭長度有助于加快路由速度。與此同時，IPv6還定義了多種擴(kuò)展報頭，這使得IPv6變得極其靈活，能提供對多種應(yīng)用的強(qiáng)力支持，同時又為以后支持新的應(yīng)用提供了可能。除了逐個路程段選項報頭(它攜帶了在傳輸路徑上每一個節(jié)點都必須進(jìn)行處理的信息)外，擴(kuò)展報頭只有在它到達(dá)了在IPv6的報頭中所指定的目標(biāo)節(jié)點時才會得到處理(當(dāng)多點播送時，則是所規(guī)定的每一個目標(biāo)節(jié)點)。一個完整的IPv6的實現(xiàn)包括下面這些擴(kuò)展報頭的實現(xiàn)：逐個路程段選項報頭，目的選項報頭，路由報頭，分段報頭，身份認(rèn)證報頭，有效載荷安全封裝報頭，最終目的報頭。
*層次化的地址結(jié)構(gòu)
IPv6將現(xiàn)有的IP地址長度擴(kuò)大4倍，由當(dāng)前IPv4的32位擴(kuò)充到128位，以支持大規(guī)模數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。這樣IPv6的地址總數(shù)就大約有3.4*10E38個。平均到地球表面上來說，每平方米將獲得6.5*10E23個地址。IPv6支持更多級別的地址層次，IPv6的設(shè)計者把IPv6的地址空間按照不同的地址前綴來劃分，并采用了層次化的地址結(jié)構(gòu)，以利于骨干網(wǎng)路由器對數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)。IPv6定義了三種不同的地址類型。分別為單點傳送地址(UnicastAddress)，多點傳送地址(MulticastAddress)和任意點傳送地址(AnycastAddress)。所有類型的IPv6地址都是屬于接口(Interface)而不是節(jié)點(node)。一個IPv6單點傳送地址被賦給某一個接口，而一個接口又只能屬于某一個特定的節(jié)點，因此一個節(jié)點的任意一個接口的單點傳送地址都可以用來標(biāo)示該節(jié)點。
IPv6中的單點傳送地址是連續(xù)的，以位為單位的可掩碼地址與CIDR格式的IPv4地址很類似，一個標(biāo)識符僅標(biāo)識一個接口的情況。
多點傳送地址是一個地址標(biāo)識符對應(yīng)多個接口的情況(通常屬于不同節(jié)點)。IPv6中沒有廣播(Broadcast)的概念，廣播只是組播(Multicast)的一個特例。
任意點傳送地址也是一個標(biāo)識符對應(yīng)多個接口的情況。如果一個報文要求被傳送到一個任意點傳送地址，則它將被傳送到由該地址標(biāo)識的一組接口中的最近一個(根據(jù)路由選擇協(xié)議距離度量方式?jīng)Q定)。任意點傳送地址是從單點傳送地址空間中劃分出來的，因此它可以使用表示單點傳送地址的任何形式。從語法上來看，它與單點傳送地址間是沒有差別的。當(dāng)一個單點傳送地址被指向多于一個接口時，該地址就成為任意點傳送地址，并且被明確指明。當(dāng)用戶發(fā)送一個數(shù)據(jù)包到這個任意點傳送地址時，離用戶最近的一個服務(wù)器將響應(yīng)用戶。這對于一個經(jīng)常移動和變更的網(wǎng)絡(luò)用戶大有益處。
*即插即用的連網(wǎng)方式
IPv6把自動將IP地址分配給用戶的功能作為標(biāo)準(zhǔn)功能。只要機(jī)器一連接上網(wǎng)絡(luò)便可自動設(shè)定地址。它有兩個優(yōu)點。一是最終用戶用不著花精力進(jìn)行地址設(shè)定，二是可以大大減輕網(wǎng)絡(luò)管理者的負(fù)擔(dān)。IPv6有兩種自動設(shè)定功能。一種是和IPv4自動設(shè)定功能一樣的名為“全狀態(tài)自動設(shè)定”功能。另一種是“無狀態(tài)自動設(shè)定”功能。
在IPv4中，動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DynamicHostConfigurationProtocol，DHCP)實現(xiàn)了主機(jī)IP地址及其相關(guān)配置的自動設(shè)置。IPv6繼承了IPv4的這種自動配置服務(wù)，并將其稱為全狀態(tài)自動配置(StatefulAutoconfiguration)。
在無狀態(tài)自動配置(StatelessAutoconfiguration)過程中，主機(jī)首先通過將它的網(wǎng)卡MAC地址附加在鏈接本地地址前綴1111111010之后，產(chǎn)生一個鏈路本地單點傳送地址。接著主機(jī)向該地址發(fā)出一個被稱為鄰居發(fā)現(xiàn)(neighbordiscovery)的請求，以驗證地址的唯一性。如果請求沒有得到響應(yīng)，則表明主機(jī)自我設(shè)置的鏈路本地單點傳送地址是唯一的。否則，主機(jī)將使用一個隨機(jī)產(chǎn)生的接口ID組成一個新的鏈路本地單點傳送地址。然后，以該地址為源地址，主機(jī)向本地鏈路中所有路由器多點傳送一個被稱為路由器請求(routersolicitation)的配置信息。路由器以一個包含一個可聚集全球單點傳送地址前綴和其它相關(guān)配置信息的路由器公告響應(yīng)該請求。主機(jī)用它從路由器得到的全球地址前綴加上自己的接口ID，自動配置全球地址，然后就可以與Internet中的其它主機(jī)通信了。使用無狀態(tài)自動配置，無需手動干預(yù)就能夠改變網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)的IP地址。
*網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證與加密
安全問題始終是與Internet相關(guān)的一個重要話題。由于在IP協(xié)議設(shè)計之初沒有考慮安全性，因而在早期的Internet上時常發(fā)生諸如企業(yè)或機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)遭到攻擊、機(jī)密數(shù)據(jù)被竊取等不幸的事情。為了加強(qiáng)Internet的安全性，從1995年開始，IETF著手研究制定了一套用于保護(hù)IP通信的IP安全(IPSec)協(xié)議。IPSec是IPv4的一個可選擴(kuò)展協(xié)議，是IPv6的一個必須組成部分。IPSec的主要功能是在網(wǎng)絡(luò)層對數(shù)據(jù)分組提供加密和鑒別等安全服務(wù)，它提供了兩種安全機(jī)制：認(rèn)證和加密。認(rèn)證機(jī)制使IP通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實身份以及數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否遭到改動。加密機(jī)制通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，以防數(shù)據(jù)在傳輸過程中被他人截獲而失密。IPSec的認(rèn)證報頭(AuthenticationHeader，AH)協(xié)議定義了認(rèn)證的應(yīng)用方法，安全負(fù)載封裝(EncapsulatingSecurityPayload，ESP)協(xié)議定義了加密和可選認(rèn)證的應(yīng)用方法。在實際進(jìn)行IP通信時，可以根據(jù)安全需求同時使用這兩種協(xié)議或選擇使用其中的一種。AH和ESP都可以提供認(rèn)證服務(wù)，不過，AH提供的認(rèn)證服務(wù)要強(qiáng)于ESP。
做為IPv6的一個組成部分，IPSec是一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。它只負(fù)責(zé)其下層的網(wǎng)絡(luò)安全，并不負(fù)責(zé)其上層應(yīng)用的安全，如Web、電子郵件和文件傳輸?shù)?。也就是說，驗證一個Web會話，依然需要使用SSL協(xié)議。不過，TCP/IPv6協(xié)議簇中的協(xié)議可以從IPSec中受益，例如，用于IPv6的OSPFv6路由協(xié)議就去掉了用于IPv4的OSPF中的認(rèn)證機(jī)制。
作為IPSec的一項重要應(yīng)用，IPv6集成了虛擬專用網(wǎng)(VPN)的功能，使用IPv6可以更容易地、實現(xiàn)更為安全可靠的虛擬專用網(wǎng)。
*服務(wù)質(zhì)量的滿足
基于IPv4的Internet在設(shè)計之初，只有一種簡單的服務(wù)質(zhì)量，即采用“盡最大努力”(Besteffort)傳輸，從原理上講服務(wù)質(zhì)量QoS是無保證的。隨著IP網(wǎng)上多媒體業(yè)務(wù)增加，如IP電話、VoD、電視會議等實時應(yīng)用，對傳輸延時和延時抖動均有嚴(yán)格的要求。
IPv6數(shù)據(jù)包的格式包含一個8位的業(yè)務(wù)流類別(Class)和一個新的20位的流標(biāo)簽(FlowLabel)。最早在RFC1883中定義了4位的優(yōu)先級字段，可以區(qū)分16個不同的優(yōu)先級。后來在RFC2460里改為8位的類別字段。其數(shù)值及如何使用還沒有定義，其目的是允許發(fā)送業(yè)務(wù)流的源節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流的路由器在數(shù)據(jù)包上加上標(biāo)記，并進(jìn)行除默認(rèn)處理之外的不同處理。
一個流是以某種方式相關(guān)的一系列信息包，IP層必須以相關(guān)的方式對待它們。決定信息包屬于同一流的參數(shù)包括：源地址，目的地址，QoS，身份認(rèn)證及安全性。IPv6中流的概念的引入仍然是在無連接協(xié)議的基礎(chǔ)上的，一個流可以包含幾個TCP連接，一個流的目的地址可以是單個節(jié)點也可以是一組節(jié)點。IPv6的中間節(jié)點接收到一個信息包時，通過驗證他的流標(biāo)簽，就可以判斷它屬于哪個流，然后就可以知道信息包的QoS需求，進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)發(fā)。
*對移動通訊更好的支持
未來移動通信與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合將是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大趨勢之一。移動互聯(lián)網(wǎng)將成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，改變我們生活的方方面面。?quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)計，到2005年，全球?qū)⒂?4億移動電話用戶，其中10億為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶。移動互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是移動接入互聯(lián)網(wǎng)，它還提供一系列以移動性為核心的多種增值業(yè)務(wù)：查詢本地化設(shè)計信息、遠(yuǎn)程控制工具、無限互動游戲、購物付款等。移動IPv6的設(shè)計汲取了移動IPv4的設(shè)計經(jīng)驗，并且利用了IPv6的許多新的特征，所以提供了比移動IPv4更多的、更好的特點。