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1、第 1 页 论 IPv6 地址表达方式寻址模型 特征码 cnwgWSLOsQDCuFMgleqw * 本章在介绍 IPv6 寻址之前，首先介绍一些与使用 IP 寻址 来标识和定位 IP 网络上的节点相关的问题。 多年以来， IP 地址被认为是可以在 IP 网络上最终唯一并 持久的节点标识符。近年中，尤其是随着下一代 IP 技术的发展， 对于 IP 地址的这种观点正在改变。如果我们仍像过去 2 0 年中 所使用的方法来分配网络和节点地址，那将是一种不必要和低 效的办法。 本章在介绍了 RFC 2373(IPv6 寻址体系结构)中描述的 IP 寻址体系结构之后，将首先介绍一些与 IP 寻址相关的议
2、题。然 后将介绍几种可能的地址分配方法。本章将 IPv6 寻址分成了以 下几个部分： 1 2 8 位地址的结构和命名及 IPv6 地址的不同 类型(单播、组播和泛播)。 IPv6 的设计者们可以只是简单地在 IPv4 寻址体系结构中 第 2 页 扩大地址空间。但是这样一来将使我们丧失一个改进 IP 的巨大 机会。对于整个寻址体系结构的修改所带来的巨大机会，不仅 体现在提高地址分配的效率上，同时也体现在提高 IP 选路性能 上。本章将介绍这些改进，第 8 章对于 IPv6 选路议题将有更加 详细的介绍。而地址分配、移动网络技术和自动配置将在第 11 章中有详细讲解。 RFC 2373 于 1 9
3、 9 8 年 7 月发表，并废弃了最早于 1 9 9 5 年 1 2 月发表的 RFC 1884(IPv6 寻址体系结构)。其中大部分 变化源自在最初的 R F C 发布后的两年半中被认为是必需要进 行澄清、更正和修改之处。 地址 IPv4 与 IPv6 地址之间最明显的差别在于长度： IPv4 地址 长度为 3 2 位，而 IPv6 地址长度为 1 2 8 位。RFC 2373 中不 仅解释了这些地址的表现方式，同时还介绍了不同的地址类型 及其结构。IPv4 地址可以被分为 2 至 3 个不同部分(网络标识 符、节点标识符，有时还有子网标识符)，IPv6 地址中拥有更 大的地址空间，可以支持
4、更多的字段。 IPv6 地址有三类、单播、组播和泛播地址。下一节将对此 第 3 页 作更详细的介绍。单播和组播地址与 IPv4 的地址非常类似；但 IPv6 中不再支持 IPv4 中的广播地址，而增加了一个泛播地址。 本节介绍的是 IPv6 的寻址模型、地址类型、地址表达方式以及 地址中的特例。 地址表达方式 IPv4 地址一般以 4 部分间点分的方法来表示，即 4 个数字 用点分隔。例如， 下面是一些合法的 IPv4 地址，都用十进制 整数表示： 10.5.3.1 127.0.0.1 201.199.244.101 IPv4 地址也时常以一组 4 个 2 位的十六进制整数或 4 个 8 位的
5、二进制整数表示，但后一种情况较少见。 IPv6 地址长度 4 倍于 IPv4 地址，表达起来的复杂程度也 是 IPv4 地址的 4 倍。IPv6 地址的基本表达方式是 第 4 页 X:X:X:X:X:X:X:X，其中 X 是一个 4 位十六进制整数( 16 位)。 每一个数字包含 4 位，每个整数包含 4 个数字，每个地址包括 8 个整数，共计 1 2 8 位( 448 = 128 )。例如，下面是一 些合法的 IPv6 地址： CDCD:910A:2222:5498:8475:1111:3900:2020 1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B 2000:0:0:0:0
6、:0:0:1 请注意这些整数是十六进制整数，其中 A 到 F 表示的是 1 0 到 1 5。地址中的每个整数都必须表示出来，但起始的 0 可以 不必表示。 这是一种比较标准的 IPv6 地址表达方式，此外还有另外两 种更加清楚和易于使用的方式。 某些 IPv6 地址中可能包含一长串的 0 (就像上面的第二和 第三个例子一样)。当出现这种情况时，标准中允许用“空隙” 来表示这一长串的 0。换句话说，地址 第 5 页 2000:0:0:0:0:0:0:1 可以被表示为： 2000:1 这两个冒号表示该地址可以扩展到一个完整的 1 2 8 位地 址。在这种方法中，只有当 1 6 位组全部为 0 时才
7、会被两个冒 号取代，且两个冒号在地址中只能出现一次。 在 IPv4 和 IPv6 的混合环境中可能有第三种方法。IPv6 地 址中的最低 3 2 位可以用于表示 IPv4 地址，该地址可以按照一 种混合方式表达，即 X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，其中 X 表示一个 1 6 位整数，而 d 表示一个 8 位十进制整数。例如，地址 0:0:0:0:0:0:10.0.0.1 就是一个合法的 IPv4 地址。把两种可能的表达方式组合在 一起，该地址也可以表示为： :10.0.0.1 第 6 页 由于 IPv6 地址被分成两个部分子网前缀和接口标识符， 因此人们期待一个 IP 节点地址可以按照
8、类似 CIDR 地址的方式 被表示为一个携带额外数值的地址，其中指出了地址中有多少 位是掩码。即，IPv6 节点地址中指出了前缀长度，该长度与 IPv6 地址间以斜杠区分，例如： 1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B/60 这个地址中用于选路的前缀长度为 6 0 位。 寻址模型 IPv6 寻址模型与 IPv4 很相似。每个单播地址标识一个单 独的网络接口。IP 地址被指定给网络接口而不是节点，因此一 个拥有多个网络接口的节点可以具备多个 IPv6 地址，其中任何 一个 IPv6 地址都可以代表该节点。尽管一个网络接口能与多个 单播地址相关联，但一个单播地址只能与一个网络
9、接口相关联。 每个网络接口必须至少具备一个单播地址。 这里有一个非常重要的声明和一个非常重要的例外。这个 声明与点到点链路的使用有关。在 IPv4 中，所有的网络接口， 其中包括连接一个节点与路由器的点到点链路(用许多拨号 第 7 页 Internet 连接中)，都需要一个专用的 IP 地址。随着许多机构 开始使用点到点链路来连接其分支机构，每条链路均需要其自 己的子网,这样一来消耗了许多地址空间。在 IPv6 中，如果点 到点链路的任何一个端点都不需要从非邻居节点接受和发送数 据的话，它们就可以不需要特殊的地址。即，如果两个节点主 要是传递业务流，则它们并不需要具备 IPv6 地址。 为每个
10、网络接口分配一个全球唯一的单播地址的要求阻碍 了 IPv4 地址的扩展。一个提供通用服务的服务器在高需求量的 情况下可能会崩溃。因此， IPv6 地址模型中又提出了一个重 要的例外：如果硬件有能力在多个网络接口上正确地共享其网 络负载的话，那么多个网络接口可以共享一个 IPv6 地址。这使 得从服务器扩展至负载分担的服务器群成为可能，而不再需要 在服务器的需求量上升时必须进行硬件升级。 下面将要讨论的组播和泛播地址也与网络接口有关。一个 网络接口可以具备任意类型的多个地址。 地址空间 RFC 2373 中包含了一个 IPv6 地址空间“图” ，其中显示了 地址空间是如何进行分配的，地址分配的不
11、同类型，前缀(地址 第 8 页 分配中前面的位值)和作为整个地址空间的一部分的地址分配的 长度。 在 IPv6 地址分配中需要注意几点。首先，在 RFC 1884 中， 地址空间的四分之一被用于两类不同地址：八分之一是基于供 应商的单播地址，而另八分之一是基于地理位置的单播地址。 人们希望地址的分配可以根据网络服务供应商或者用户所在网 络的物理位置进行。基于供应商的集聚，正如它最初的名字一 样，要求网络从提供 Internet 接入的供应商那里得到可集聚的 IP 地址。但是，这种方法对于具有距离较远的分支机构的大型 机构来说并不是一种完美的解决办法，因为其中许多分支机构 可能会使用不同的供应商
12、。基于供应商的集聚将为这些大单位 带来更多的 IP 地址管理问题。 Steve Deering 提议把基于地理位置的地址分配方法作为 SIP( SIPP 的前身，在第 4 章中有介绍)中的一种办法。这些地 址与基于供应商的地址不同，以一种非常类似 IPv4 的方法分配 地址。这些地址与地理位置有关，且供应商将不得不保留额外 的路由器来支持 IPv6 地址空间中可集聚部分外的这些网络。 ISP 实际上并不赞同这个解决方案，因为管理基于地理位 置的寻址将大大增加复杂性(和花费)。另一方面，难以对基于 第 9 页 供应商的地址进行配置和重配置也引起许多对基于供应商的分 配方案的反对。如果没有广泛使用基于 IPv4 自动配置方案(如 DHCP )，那么所有机构的网络将会存在巨大的管理问题。尽管 IPv6 对于自动配置功能有着更好的支持，但并没有将地理位置 的分配方法最终融合进去。 注意，绝大部分的地址空间并没有分配，地址分配的第一 部分被保留了下来。 *