基于IPv6的网络协议分析

马志坚

云南电网有限责任公司文山供电局 云南文山 663000

摘要：在如今这个网络信息化时代，人们的工作、学习、生活都离不开互联网。而互联网要依赖于协议才能可靠地进行数据传输，IPv4作为一种网络协议，是互联网的核心，是目前应用最为广泛的网络协议。由于每个Internet上的主机和路由器都有一个唯一的IP地址，加之互联网用户越来越多，IPv4地址资源已出现紧缺。而IPv6作为下一代网络协议，用于替代IPv4协议，彻底解决IPv4地址不够用的问题，本文就IPv6网络协议进行分析论述。

关键词：互联网；协议；IPv6；分析

1. 网络协议背景分析

IPv4协议是目前应用最为广泛的网络协议，根据全球代理IP的官网统计，全球所有的IPv4地址总的有2的32次方个，估算约为43亿个，再减去一些特用的和不能用的IP，全球剩下可用的IPv4地址不到40亿。2019年11月26日欧洲IP资源协调中心宣布全球IPv4地址正式分配完毕。截止2021年03月04日，全球人口总数约为75亿，面对全球如此庞大的人口数量，以及科学技术的迅速发展，接入到Internet上的主机设备越来越多，有限的IPv4地址资源已无法满足无限增长的人口及主机设备。目前IPv4地址资源严重不足的问题已经成为全球最迫切的网络问题。

2. IPv6网络协议分析

1. 何为IPv6？

IPv6是英文Internet Protocol Version 6的缩写，是互联网协议的第6版，是IETF设计的用于替代IPv4的下一代互联网协议。可以产生2的128次方个IP地址，其地址资源可以说是无穷无尽的，为此IPv6被号称可为全世界的每一粒沙子都编上一个地址。

2. IPv6与IPv4的区别

IPv4与IPv6都是Internet的基础协议，但两者之间有很大的区别。

1. 地址长度不同：IPv4地址长度为32位，而IPv6的地址长度是128位，是IPv4的4倍。

2. 进制表示不同：IPv4采用的是十进制，而IPv6采用的是十六进制。

3. 地址类型不同：IPv4定义了单播地址、组播地址和广播地址三种类型。虽然IPv6也只定义了三种地址类型，但与IPv4不同的是IPv6定义了任播地址，用于取代广播地址，即：单播地址、组播地址、任播地址三种类型。

4. 通讯协议不同：IPv4使用的是地址解析通讯协议（ARP），而IPv6使用的是多点传播Neighbor Solicitation消息。

5. Payload 识别不同：IPv4中路由器不能识别用于服务质量的QoS处理的Payload，而IPv6中的路由器使用Flow Label 是可以进行识别的。

6. 回路地址不同：IPv4的回路地址为：127.0.0.1，而IPv6的回路地址为：0:0:0:0:0:0:0:1可简写成::1。

7. 群组管理协议不同：IPv4使用的是IGMP,IPv6使用的是MLD。

8. 内置安全性不同：IPSe作为确保信息安全穿越公共IP网的一种工业标准，对于IPv4是选择性的支持，而IPv6是全部支持的。

3. IPv6网络协议带来的优势

1. 海量的地址资源

IPv6地址为128位长，可以提供2的128次方个IP地址，比IPv4地址增大了2的96次方倍，地址远远大于IPv4，这样的地址空间大到无法想象，可为Internet用户提供足够的地址资源，且取之不尽用之不竭。哪怕为全世界的每一粒沙子都编上一个IP地址也是绰绰有余的。

2. 较快的网络速度

IPv6能够简化报文头部格式，从而来加快报文的转发，提高了网络吞吐量。其次，IPv6使用的是更小的路由表，在路由表中用一条记录就可表示一片子网，从而减小了路由器中路由表的长度，进而提高路由器转发数据包的速度。因此，用户能够快速的连接到网络，不需要进行人工配置，可即插即用。IPv6较快的网络速度不仅可以提高我们的办公效率，还可为游戏爱好者提供一种更好的用户体验，以及为无人机，无人汽车等物联网设备提供更好的远程控制操作。

3. 安全的数据传输

网络安全一直是人们比较关心的问题，继勒索病毒后，网络安全问题被提升到一个新的高度，人们对网络的安全性要求也更加严格。IPv6都集成了IPSec的安全功能，用户可对网络层数据进行加密传输，同时对IP报文进行校验，确保了分组的保密性和完整性，在很大程度上提高了网络的安全性。其次，IPv6不需要运用NAT来进行地址转换，能够直接建立点到点之间的连接，因此，是很容易追溯攻击源的。除此之外，IPv6采用NDP协议来取代IPv4中ICMP控制和ARP功能，NDP协议能够增强与SEND的安全性，保障了数据传输的安全性，为Internet用户提供了更可靠的网络安全服务。

4. 更多的服务支持

IPv6不需要DNS服务器解析就可以完成地址自动配置，支持无状态自动地址配置。IPv6在早期设计的时候就融入了支持更多移动设备的思想，允许移动终端在切换接入点时保留原来的IP地址。IPv6支持IP-SAN形式，可通过iSCSI协议将云硬盘输出给前端服务器，最终实现云硬盘的挂载使用。IPv6还支持NAS协议访问，可实现块存储在windows客户端上的共享。IPv6支持更多的服务类型，也就意味着其具有更多的服务功能。

5. 可溯的网络行为

由于IPv4网络协议IP地址资源严重不足，也就存在着一个IP地址在不同时刻可能被多人使用的情况，无法实现IP地址与用户的一一对应，在某些特殊情况下，如果需要追踪查询某一IP地址的活跃情况及上网行为时，就很难定位到具体的用户。而IPv6网络协议在解决IP地址资源紧缺问题的同时，也实现了网络实名制，可将每一个用户与IP地址进行一一对应，可为今后某些用户的违规操作提供可追溯依据。

6. 可演变的网络协议

IPv6网络协议具有高扩展性，在今后的发展过程中用户若有其它新的需求，可以通过增加新的功能来满足用户需求，以适应未来的发展变化。

7. 更方便的网络管理

IPv6是对DHCP协议的扩展使用，支持网络自动化配置，不需要网络或者终端管理员对入网设备进行一一配置，节省了大量的时间，在网络管理上更加方便快捷。

4. IPv6使用面临的挑战

IPv6网络协议已推出有一段时间了，但目前绝大部分人还在用IPv4网络协议，虽然IPv6网络协议给我们带来了很多的优势，但大面积推广使用还是存在一定的难度。IPv6网络协议的普及使用存在以下问题：

1. 部署困难

IPv6的部署不可能一次全部完成，IPv6与IPv4之间的兼容性很差，很难实现IPv6与IPv4之间的互联互通，双方要进行通信都需要经过隧道，而这种网络隧道技术是很复杂的，需要将不同协议的数据帧或包重新进行封装，然后在新的包头中发送传输，待数据包到达目的地后又要进行解包。整个隧道技术包括了数据的封装、传输、解包的整个过程，所以在一定程度上增加了IPv6网络协议的部署成本，因此，IPv6网络协议的部署是比较困难的。

2. 网络地址转换（NAT）

网络地址转换技术是指将IPv6和IPv4地址进行相互转换，将一个看做为内部地址，将另一个看作是外部地址，内部主机和外部主机要进行通信时，就需要用到NAT服务器，将内部地址转换为外部地址，因此，NAT服务器相当于一个中转设备，起到统一地址格式的作用，在NAT服务器内部都存在着一个IPv6和IPv4地址映射表，为IPv6与IPv4地址转换提供映射依据。

3. 难以控制

IPv6使用的IPSec在增加数据传输安全性的同时，会导致DNS防污染机制失效。海量的IP 地址需要封装，但很难封装得过来，所以很难进行控制。

4. 防火墙的防护滞后

由于IPv6是新一代网络协议，目前市面上在用的网络安全防火墙只能对IPv4的地址进行识别防护，当发现有网络攻击时，能进行及时有效拦截。而对IPv6地址缺乏有效的防护机制，在对IPv6地址的安全防护问题上存在一定的滞后性。

5. 低端设备积累过多

随着IPv4协议的广泛使用，市面上积累的IPv4低端设备较多，且这些设备都不支持IPv6协议传输，各网络通信运营商很难将这些已积累的IPv4低端设备进行处理，在一定程度上阻碍了IPv6的普及应用。

5. 结语

随着科学技术的迅速发展以及新时代物联网技术的发展成熟，接入Internet的主机设备越来越多，IPv6作为新一代网络协议，可为Internet用户提供足够多的IP地址资源，彻底解决了IP地址资源紧缺的问题。虽然IPv6的全面普及使用具有一定的挑战性，但其给我们带来的优势是很可观的，可为全球的科学技术发展提供源源不断的地址资源。

参考文献：

[1]孙净昕.基于IPv6网络协议的应用 [J].电脑迷，2016（02）.

[2]边倩，王振铎，张慧娥.IPv6协议在现代网络工程中的运用探析[J].电子技术与软件工程，2016（16）.

[3]吴功才，蒋国松，杨乃如.IPv4/IPv6协议分析与研究[J].网络安全技术与应用，2014（09）.