１．ＩＰｖ６及其目标
迅速发展中的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ将不再是仅仅连接计算机的网络，它将发展成能兼容
电话网、有线电视网的通信基础设施。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的广泛应用和用户数量的急
剧增加，只有３２位（地址数量为４．３×１０
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）的ＩＰｖ４（ＩＰｖ１～ＩＰｖ３从来没有被正式使
用过，ＩＰｖ５仅用来命名Ｉｎｔｅｒｎｅｔ面向连接的协议ＳＴＰ）地址危机已经展现在人们
的眼前。面对这一危机，１９９０年Ｉｎｔｅｒｎｅｔ工程任务组（ＩＥＴＦ，ＩｎｔｅｒｎｅｔＥｎｇｉｎｅｅｒＴａｓｋ
Ｆｏｒｃｅ）开始着手一个新的ＩＰ版本———ＩＰｎｇ（ＩＰＮｅｘｔ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，下一代ＩＰ协议），
其主要目标是：
�具有非常充分的地址空间；
�简化协议，允许路由器更好地处理ＩＰ分组；
�减少路由表大小；
�提供身份验证和保密等进一步的安全性能；
�更多地关注服务类型，特别是实时性服务；
�允许通过指定范围辅助多投点服务；
�允许主机ＩＰ地址与地理位置无关；
�可以承前启后，可以与ＩＰｖ４共存，又允许进一步演变。
１９９２年６月，ＩＥＴＦ公开征集对ＩＰｎｇ的设计方案，收到了若干提案，到１９９４
年形成最终方案，１９９５年１月“下一代ＩＰ建议书”———ＲＦＣ１７５２发表，这就是现
在的ＩＰｖ６。
ＩＰｖ６将ＩＰ地址扩充到１２８位，地址数增加到４．３×１０
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个。同时，ＩＰｖ６简化
了ＩＰ分组头，由ＩＰｖ４的１２个段减为８个段，从前的一些必要的段变为可选的
段，使路由器能快速地处理ＩＰ分组，改善路由器的吞吐率。它还使用地址空间
的扩充技术、使路由表减小地址构造和自动设定地址等技术。与ＩＰｖ４相比路由
数可以减少一个数量级，并能提高安全保密性。在主机数目大量增加，决定数据
传输路由的路由表不断加大，路由器的处理性能跟不上这种迅速增长的形势下，
这些技术的使用使Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接变得简单，而且使用容易。
ＩＰｖ６在路由技术上继承了ＩＰｖ４的有利方面，代表未来路由技术的发展方向，
许多路由器厂商目前已经投入很大力量来生产支持ＩＰｖ６的路由器。ＩＰｖ６也有一
些值得注意和效率不高的地方，因此ＩＰｖ４和ＩＰｖ６将会共存相当长的一段时间。
２．ＩＰｖ６分组结构
ＩＰｖ６协议数据单元（ＩＰ分组）如图６．１０所示，它的头由ＩＰｖ６头和扩展头两
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部分组成。
图６．１０　ＩＰｖ６的协议数据单元结构
带有可选扩展头是ＩＰｖ６的重要特色，即ＩＰｖ６头是必需的，而其他扩展头是
可选的，这些扩展头有：
�按跳段逐级处理的选项头，定义在每段都要予以处理的特别选项；
�路由选择头，提供扩展的路由选择信息，相当于ＩＰｖ４的源路由选择；
�分片头，包含分割与重组信息；
�身份验证头，提供ＩＰ分组完整性和身份验证；
�加密安全载荷头，提供保密性；
�目的地选项头，包含由目的节点查看的可选信息。
ＩＰｖ６分组固定头（即ＩＰｖ６类）是ＩＰｖ６分组所必需的，它具有固定的４０字节
长度，如图６．１１所示。ＩＰｖ６分组固定头由版本号、优先级、流标记、载荷长度、下
一个报头跳段限制、源和目的地址等８个段组成。
图６．１１　ＩＰｖ６固定头结构
· ０ ５ １ · 第２篇　计算机网络体系结构
下面分别介绍这些段。
（１）版本号（４位）
版本号的值为０１１０（６）。
（２）优先级（４位）
当一个源发出多个ＩＰ分组时，该段可以为每个ＩＰ分组指定一个独立的传
递和投递优先级。在指定时，首先区分ＩＰ分组是属于拥挤控制的交通，还是非
拥挤控制的交通；然后将每一类分为８个优先级别。表６．３列出了优先级别类
别和等级的含义。
表６．３　优先级别类别和等级的含义
优先性 拥挤控制的交通 非拥挤控制的交通
低
高
级别 说　　明 级别 说　　明
０ 非特征化交通 ８ 愿最先丢弃的交通（如高保真视频）
１ 填充交通（如网络新闻） ９ 　　　　　⋯
２ 无人值守交通（如邮件） １０ 　　　　　⋯
３（保留） １１ 　　　　　⋯
４ 有人值守的大块数据传送（如ＦＴＰ） １２ 　　　　　⋯
５（保留） １３ 　　　　　⋯
６ 交互交通（如Ｔｅｌｎｅｔ） １４ 　　　　　⋯
７Ｉｎｔｅｒｎｅｔ控制交通（如路由协议） １５ 最不愿丢弃的交通（如低保真视频）
非拥挤控制的交通是实时性交通，如实时视频和声频，它们需要恒定的数据
速率和恒定的投递延迟，因此优先级别高于拥挤控制的交通。
（３）流标记（２４位）
流是主机为特别的源发往特别的目的地并希望中间路由器进行特别处理的
ＩＰ分组序列所作的标记。
（４）载荷长度（１６位）
载荷长度指明除ＩＰｖ６报头外其他部分（扩展头和传输层ＰＤＵ）的长度，单位
为字节数。
（５）下一个报头（８位）
下一个报头指明紧随该ＩＰｖ６报头的扩展头的类型。
（６）跳段限制（８位）
跳段限制相当于ＩＰｖ４的生存时间段，由源设置最大值，然后被所转发的节
点减１。如果跳段限制被减至０，该ＩＰ分组即被丢弃，这比ＩＰｖ４的生存时间段所
需的处理简单。
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（７）源地址（１２８位）和目的地地址（１２８位）
这两个地址要比ＩＰｖ４地址（３２位）长得多。
３．ＩＰｖ６地址
（１）三种基本ＩＰｖ６地址类型
在ＩＰｖ６中，地址不是赋给某个节点，而是赋给节点上的具体接口。一般来
讲，一个ＩＰｖ６报文可以归纳为以下三种类型的地址：
�单播（Ｕｎｉｃａｓｔ）地址，标识单个接口，ＩＰ分组将选择一条最短路径到达目
的接口。
�多播（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）地址，标识一组接口，ＩＰ分组将发送给使用该多投点地址
的所有接口。
�任播（Ｃｌｕｓｔｅｒ）地址，标识一组接口，ＩＰ分组只发送给其中的一个接口。
图６．１２所示为三种基本ＩＰｖ６地址的格式。
图６．１２　三种基本ＩＰｖ６地址格式
下面介绍有关字段的含义。
（ａ）单播地址中的有关字段
�注册ＩＤ：ｎ＝５，指出注册地址的机构。
�提供者ＩＤ：ｍ＝变长，标识，用户的ＩＳＰ。
�用户ＩＤ：ｏ＝变长，标识一个ＩＳＰ的某个用户。
�子网ＩＤ：ｐ＝变长，当用户可以有几个不同子网时，标识，其中某一子网。
�节点ＩＤ：定义连接到子网的单个节点接口。
（ｂ）多播地址中的有关字段
�标志：由３个０加一个Ｔ位组成。Ｔ＝０表示一个永久分配的地址；Ｔ＝１
表示一个非永久地址。
�范围：限制多播组的范围，即１———本地节点，２———本地链路，５———本地
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场点。
�组ＩＤ：标识给定范围内的一个多播组，可以是永久的，也可以是暂时的。
（２）本地地址
ＩＰｖ６还包括了本地范围的单播地址的前缀。它定义了两种类型：本地链路
（Ｌｉｎｋ－ＬｏｃａｌＡｄｄｒｅｓｓ）和本地场点地址（Ｓｉｔｅ－ＬｏｃａｌＡｄｄｒｅｓｓ）。前者限制为单个网
络，后者限制为单个站点。它们的格式如图６．１３所示。
图６．１３　本地地址格式
（３）地址的分级结构
ＩＰｖ６的地址格式与ＩＰｖ４相比，一个重要的变化是单播地址结构层次的变
化。ＩＰｖ４是两层次地址结构———网络地址和主机地址，而ＩＰｖ６的单播地址为图
６．１４所示的三层次地址结构。
图６．１４　ＩＰｖ６单播地址的分级结构
网点和网络接口指定了可以确认的实体：网点对应了一组计算机和网络，隐
含着邻近的物理连接以及拥有设备的单个组织；网络接口为最低层，对应附属于
计算机和网络的单个附件。公共拓扑（ＰｕｂｌｉｃＴｏｐｏｌｏｇｙ）是最高层，在ＩＰｖ６中没有
具体定义，现在仅预想了两种类型———ＩＳＰ（提供远程服务）和交换（Ｅｘｃｈａｎｇｅ），与
主ＩＳＰ相连，并在它们之间传递通信量，也为单个订户（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ）服务，为订户
分配一个地址。
（４）ＩＰｖ６地址的冒分十六进制表示
一个１２８位的ＩＰｖ６地址，即使用点分十进制写，也是相当长的。例如：
１０．２２０．１３６．１００．２５５．２５５．２５５．２５５．０．０．１８．１２８．１４０．１０．２５５．２５５
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为了减少地址的书写长度，便于记忆，ＩＰｖ６的设计者们建议使用一种更紧凑
的书写格式———冒分十六进制表示法（ｃｏｌｏｎｈｅｘａｄｅｃｉｍａｌｎｏｔａｔｉｏｎ）。这样，上述地
址就可以记为
６９ＤＣ：８８６４：ＦＦＦＦ：ＦＦＦＦ：０：１２８０：８Ｃ０Ａ：ＦＦＦＦ
在此基础上，人们又提出压缩零（ｚｅｒｏｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）表示法。例如地址
６９ＤＣ：０：０：０：０：０：０：Ｂ１
可以压缩地表示为
６９ＤＣ：：Ｂ１
４．从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６的过渡
随着ＩＰｖ４地址即将枯竭（估计在２００５～２０１０年间将分配完毕），如何从ＩＰｖ４
转向ＩＰｖ６，即从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡的问题越来越突出。但是由于ＩＰｖ６与ＩＰｖ４不
兼容，这一转换过程有许多困难。目前，ＩＥＴＦ的研究从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡的专门
工作组已经提出了许多方案，这些方案主要有以下几类。
图６．１５　ＩＰｖ４／ｖ６双协议栈的协议结构
（１）双协议栈技术
如图６．１５所示，ＩＰｖ６与ＩＰｖ４虽然格
式不兼容，但它们具有功能相近的网络层
协议，都基于相同的物理平台，而且加载
于其上的ＴＣＰ和ＵＤＰ完全相同。因此，如
果一台主机能同时运行ＩＰｖ４和ＩＰｖ６，就有
可能逐渐实现从ＩＰｖ４向ＩＰｖ６过渡。
（２）网络地址转换—协议转换（ＮＡＴ－ＰＴ）技术
ＮＡＴ－ＰＴ（ＮｅｔｗｏｒｋＡｄｄｒｅｓｓＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎ－ＰｒｏｔｏｃｏｌＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）技术通过与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，实现只安装了ＩＰｖ６的主机与只安装了ＩＰｖ４的主机间大部分应用的相互通信。
（３）６ｏｖｅｒ４隧道技术
随着ＩＰｖ６标准的推广，ＩＰｖ６的实验网络已经遍布全球。隧道技术就是设法
在现有的ＩＰｖ４网络上开辟一些“隧道”将这些局部的ＩＰｖ６网络连接起来。具体
方案是，将ＩＰｖ６数据分组封装入ＩＰｖ４，送入隧道，ＩＰｖ４分组的源地址是隧道入
口，ＩＰｖ４分组的目的地址是隧道出口。ＩＰｖ４分组穿过隧道后，在出口处再取出
ＩＰｖ６分组转发给目的站点。由于隧道技术只在隧道入口和出口处进行修改，因
此实现起来比较容易。但无法实现ＩＰｖ６主机与ＩＰｖ４主机间的直接通信。
（４）６ｔｏ４隧道技术
６ｔｏ４隧道技术简称６ｔｏ４技术，它是一种自动构造隧道的技术。它在ＩＰｖ４
ＮＡＴ协议中加入对ＩＰｖ６和６ｔｏ４的支持，成为一个非常吸引人的方案。６ｔｏ４的
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关键是它可以自动从ＩＰｖ６地址的前缀中提取一个ＩＰｖ４地址。这样，当用隧道将
一个ＩＰｖ６的出口路由器与其他ＩＰｖ６域建立连接时，ＩＰｖ４隧道的末端就能从ＩＰｖ６
的地址中自动提取出来，从而在ＩＰｖ４的海洋中将各个ＩＰｖ６孤岛相互连接。