宽带无线移动通信的移动IPv6的新特性

　　20世纪90年代初，IETF就开始探讨下一代网络协议，提出过多个替代IPv4的协议，终IPv6协议得到广泛的认 同，被IETF选为下一代互联网络协议。

　　IPv6是“Internet Protocol Version 6”的缩写，也被称作下一代互联网协议。IPv6是为了解决IPv4所存在的 一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面做了改进，例如路由方面和自动配置方面。经过一个较长的IPv4 和IPv6共存的时期，IPv6终会完全取代IPv4，并在互联网上占据统治地位。对比IPv4和IPv6，IPv6有如下的特 点：简化的报头和灵活的扩展；层次化的地址结构；即插即用的联网方式；网络层的与加密；服务质量的满 足；对移动通信更好的支持，这些特点也可以称作是IPv6的优点。

　　（1）简化的报头和灵活的扩展

　　IPv6对数据报头作了简化，以减少处理器开销并节省网络带宽，如图1所示为IPv6的数据报头。IPv6的报头由一 个基本报头和多个扩展报头（extenslonheader）构成，基本报头具有固定的长度（40字节），放置所有路由器都 需要处理的信息。由于Interi；et上的绝大部分包都只是被路由器简单的转发，因此固定的报头长度有助于加快 路由速度。IPv4的报头有15个域，而IPv6的只有8个域；IPv4的报头长度是由IHL域来指定的，而IPv6的报头长度 是固定的（40个字节）。这就使得路由器在处理IPv6报头时显得更为轻松，与此同时，IPv6还定义了多种扩展报 头，这使得IPv6变得极其灵活，能提供对多种应用的强力支持，同时又为以后支持新的应用提供了可能。这些报 头被放置在IPv6报头和上层报头之间，每一个可以通过独特的“下一报头”的值来确认◇除了逐个路程段选项报 头（它携带了在传输路径上每一个节点都必须进行处理的信息）外，扩展报头只有在它到达了IPv6报头中所指定 的目标节点时才会得到处理（当多点播送时，则是所规定的每一个目标节点）。在那里，用IPv6的下一报头域中 所使用的标准解码方法调用相应的模块去处理个扩展报头（如果没有扩展报头，则处理上层报头），每一个 扩展报头的内容和语义决定了是否去处理下一个报头。因此，扩展报头必须按照它们在包中出现的次序依次处理 。一个完整的IPv6的实现包括下面这些扩展报头的实现：逐个路程段选项报头、目的选项报头、路由报头、分段 报头、身份报头、有效载荷安全封装报头、终目的报头。

　　（2）层次化的地址结构

　　IPv6将现有的IP地址长度扩大4倍，由当前IPv4的Oh位扩充到128位，以支持大规模数量的网络节点。这样IPv6的 地址总数大约有3.4×10E38个。平均到地球表面上来说，每平方米将获得6.5×1OE23个地址。IPv6支持更多级别 的地址层次，IPv6的设计者把IPv6的地址空间按照不同的地址前缀来划分，并采用了层次化的地址结构，以利于 骨干网路由器对数据包的怏速转发。

　　IPv6定义了三种不同的地址类型：单点传送地址（unlcast address）、多点传送地址（multicast address）和 任意点传送地址（anycast address）。所有类型的IPv6地址都是属于接口（interface）而不是节点（n。de）。 一个IPv6单点传送地址被赋给某一个接口，而一个接口又只能属于某一个特定的节点，因此一个节点的任意一个 接口的单点传送地址都可以用来表示该节点。

　　IPv6中的单点传送地址是连续的，以位为单位的掩码地址与带有CiDR（classless Inter domain router）的 IPv4地址很类似，一个标识符仅标识一个接口的情况。在IPv6中有多种单点传送地址形式，包括基于全局提供者 的单点传送地址、基于地理位置的单点传送地址、NSAP地址、IPX地址、节点本地地址、链路本地地址和兼容IPv4 的主机地址等。

　　多点传送地址是一个地址标识符对应多个接口的情况（通常属于不同节点），IPv6多点传送地址用于表示一组节 点，一个节点可能会属于几个多点传送地址。在Internet上进行多播是在1988年随着D类IPv4地址的出现而发展起 来的，这个功能被多媒体应用程序所广泛使用，它们需要一个节点到多个节点的传输。RFC 2373对于多点传送地 址进行了更为详细的说明，并给出了一系列预先定义的多点传送地址。

　　任意点传送地址也是一个标识符对应多个接口的情况，如果一个报文要求被传送到一个任意点传送地址，则它将 被传送到由该地址标识的一组接口中近的一个（根据路由选择协议距离度量方式决定）。任意点传送地址是从 单点传送地址空间中划分出来的，因此它可以使用表示单点传送地址的任何形式。从语法上来看，它与单点传送 地址是没有差别的。当一个单点传送地址被指向多于一个接口时，该地址就成为任意点传送地址，并且被明确指 明。当用户发送一个数据包到这个任意点传送地址时，离用户近的一个服务器将响应用户，这对于一个经常移 动和变更的网络用户大有益处。

　　（3）即插即用的联网方式

　　IPv6把自动将IP地址分配给用户的功能作为标准功能。只要机器连接上网络便可自动设定地址。它有两个优点： 一是终用户用不着花精力进行地址设定；二是可以大大减轻网络管理者的负担。IPv6有两种自动设定功能：一 种是和IPv4自动设定功能一样的名为“全状态自动设定”功能；另一种是“无状态自动设定”功能。

　　在IPv4中，动态主机配置协议（dynamic hostconfiguration protocol，DHCP）实现了主机IP地址及其相关配 置的自动设置。一个DHCP服务器拥有一个IP地址池，主机从DHCP服务器租借IP地址并获得有关的配置信息（如缺 省网关、DNS服务器等），由此达到自动设置主机IP地址的目的。IPv6继承了IPv4的这种自动配置服务，并将其称 为全状态自动配置（stateful autoconfiguration）。

　　在无状态自动配置（stateless auto configuration）过程中，主机首先通过将它的网卡MAC地址附加在链接本 地地址前缀1111111010之后，产生一个链路本地单点传送地址。接着主机向该地址发出一个被称为邻居发现 （neighbor discovery）的请求，以验证地址的性。如果请求没有得到响应，则表明主机自我设置的链路本 地单点传送地址是的。否则，主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链路本地单点传送地址。然后 ，以该地址为源地址，主机向本地链路中所有路由器多点传送一个被称为路由器请求（r。uter solicitati。n） 的配置信息。路由器以一个包含一个可聚集单点传送地址前缀和其他相关配置信息的路由器公告响应该请求 。主机用它从路由器得到的地址前缀加上自己的接口ID，自动配置地址，然后就可以与Internet中的其 他主机通信了。使用无状态自动配置，无需手动干预就能够改变网络中所有主机的IP地址。例如，当企业更换了 联人Internet的TSP时，将从新ISP处得到一个新的可聚集地址前缀，ISP把这个地址前缀从它的路由器上传送 到企业路由器上。由于企业路由器将周期性地向本地链路中的所有主机多点传送路由器公告，因此企业网络中所 有主机都将通过路由器公告收到新的地址前缀，此后它们就会自动产生新的IP地址并覆盖旧的IP地址。

　　（4）网络层的与加密

　　安全问题始终是与Internet相关的一个重要话题。由于在IP协议设计之初没有考虑安全性，因而在早期的 Internet上时常发生诸如企业或机构网络遭到攻击、机密数据被窃取等事情。为了加强Internet的安全性，从 1995年开始，IETF着手研究制定了一套用于保护IP通信的IP安全（IPSec）协议。IPSec是IPv4的一个可选扩展协 议，是IPv6的一个必须组成部分。

　　IPSec的主要功能是在网络层对数据分组、提供加密和鉴别等安全服务。它提供了两种安全机制：和加密。 机制使IP通信的数据接收方能够确认数据发送方的真实身份以及数据在传输过程中是否遭到改动；加密机制 通过对数据进行编码来保证数据的机密性，以防数据在传输过程中被他人截获而失密。IPSec的报头 （authentication header，AH）协议定义了的应用方法，安全负载封装（encapsulating secunty payload ，ESP）协议定义了加密和可选的应用方法。在实际进行IP通信时，可以根据安全需求同时使用这两种协议或 选择使用其中的一种。AH和ESP都可以提供服务，不过AH提供的服务要强于ESP。

　　IPSec定义了两种类型的安全（SA）：传输模式SA和隧道模式SA。传输模式SA是在IP报头（以及任何可选的 扩展报头）之后和任何高层协议（如TOP或UDP）报头之前插入AH或ESP报头；隧道模式SA是将整个原始的IP数据包 放人一个新的IP数据包中。在采用隧道模式SA时，每一个IP数据包都有两个IP报头：外部IP报头和内部IP报头。 外部IP报头指定将对IP数据包进行IPSec处理的目的地址，内部IP报头指定原始IP数据包终的目的地址。传输模 式SA只能用于两个主机之间的IP通信，而隧道模式SA既可以用于两个主机之间的IP通信，还可以用于两个安全网 关之间或一个主机与一个安全网关之间的IP通信，安全网关可以是路由器、防火墙或VPN设备。

　　作为IPv6的一个组成部分，IPSec是一个网络层协议。它只负责其下层的网络安全，并不负责其上层应用的安全 ，如Web、电子邮件和文件传输等。也就是说，验证一个Web会话，依然需要使用SSL协议。不过，TCP/IPv6协议簇 中的协议可以从IPSec中受益，例如，用于IPv6的OSPFv6路由协议就去掉了用于IPv4的OSPF中的机制。作为 IPSec的一项重要应用，IPv6集成了虚拟专用网（VPN）的功能，使用IPv6可以更容易地、实现更为安全可靠的虚 拟专用网。

　　（5）服务质量的满足

　　基于IP涩的Internet在设计之初，只有一种简单的服务质量，即采用“尽努力”（best effort）传输，从 原理上讲服务质量QoS是无保证的。文本传输，静态图像等传输对QoS并无要求。随着IP网上多媒体业务增加，如 IP电话、VoD、电视会议等实时应用，对传输延时和延时抖动均有严格的要求。

　　IPv6数据包的格式包含一个8位的业务流类别（class）和一个新的20位的流标签（flow label）。早在RFC  1883中定义了4位的优先级字段，可以区分16个不同的优先级，后来在RFC 2460里改为8位的类别字段，其数值及 如何使用还没有定义，其目的是允许发送业务流的源节点和转发业务流的路由器在数据包上加上标记，并进行除 默认处理之外的不同处理。一般来说，在所选择的链路上，可以根据开销、带宽、延时或其他特性对数据包进行 特殊的处理。

　　一个流是以某种方式相关的一系列信息包，IP层必须以相关的方式对待它们。决定信息包属于同一流的参数包 括：源地址、目的地址、QoS、身份及安全性。IPv6中流的概念的引入仍然是在无连接协议的基础上的，一个 流可以包含几个TCP连接，一个流的目的地址可以是单个节点也可以是一组节点。IPv6的中间节点接收到一个信息 包时，通过验证它的流标签，就可以判断它属于哪个流，然后就可以知道信息包的QoS需求，进行快速的转发。

　　（6）对移动通信更好的支持

　　未来移动通信与互联网的结合将是网络发展的趋势之一，移动互联网将成为我们日常生活的一部分，改变我们生活的方方面面。移动互联网不仅仅是移动接人互联网9它还提供一系列以移动性为的多种增值业务，如查询本地化设计信息、远程控制工具、无限互动游戏、购物付款等。移动IPv6的设计汲取了移动IPv4的设计经验，并且利用了iPv6的许多新特征，所以提供了比移动IPv4更多的、更好的特点。移动IPv6成为IPv6协议不可分割的一部分。

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