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IPv6技术白皮书
关键词：IPv6 ISATAP NAT-PT
摘 要：本文介绍了IPv6的产生背景和技术要点和组网策略
缩略语清单：
缩略语 英文全名 中文解释
ND Neighbour Discovery Protocol
邻居发现协议
PMTUD Path MTU Discovery Protocol
路径MTU发现协议
ISATAP
Intra-Site Automatic Tunnel Addressing
Protocol
站点内自动隧道地址协议
NAT-PT
Network Address Translation-Protocol
Translation
网络地址转换－协议转换
Teredo Tunneling IPv6 over UDP through NATs
IPv6 使用IPv4 UDP隧道穿越NAT
RIPng Route Information Protocol Next Generation
下一代RIP协议
OSPFv3 Open Short Path First Prtocol Version 3
开放最短路径优先协议版本3
BGP4+
Boarder Gateway Protocol 4＋ 边际网关协议4+
MLD Multicast Listener Discovery
组播侦听协议
PIM-SM Protocol Indepent Multicast-Sparse Mode
协议无关组播－稀疏模式
PIM-DM Protocol Indepent Multicast-Dense Mode
协议无关组播－密集模式
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目 录
1 概述 .......................................................................................................................................4
2 技术应用背景 .........................................................................................................................4
2.1 IPv6产生的背景 ...........................................................................................................4
2.2 技术优点 ......................................................................................................................6
3 特性介绍 ..............................................................................................................................11
3.1 IPv6报文格式 .............................................................................................................11
3.1.1 IPv6报文基本头格式 ........................................................................................11
3.1.2 IPv6报文扩展头格式 ........................................................................................13
3.1.3 IPv6 ICMP报文格式.........................................................................................15
3.2 IPv6地址结构定义......................................................................................................15
3.2.1 IPv6地址表示...................................................................................................15
3.2.2 IPv6地址前缀表示............................................................................................16
3.2.3 IPv6地址分类...................................................................................................16
3.2.4 IPv6单播地址...................................................................................................17
3.2.5 IPv6泛播地址...................................................................................................18
3.2.6 IPv6多播地址...................................................................................................19
3.2.7 嵌入IPv4地址的IPv6地址 .................................................................................21
3.2.8 IPv6中特殊的地址............................................................................................22
3.2.9 节点和路由器必须支持的IPv6地址...................................................................22
3.3 IPv6地址分配 .............................................................................................................23
3.3.1 全球单播地址空间分配.....................................................................................23
3.3.2 IPv6实验网络地址分配（6BONE） .................................................................24
4 IPv6基本功能 .......................................................................................................................24
4.1 IPv6邻居发现协议......................................................................................................24
4.1.1 邻居发现 ..........................................................................................................25
4.1.2 路由器发现 ......................................................................................................26
4.1.3 IPv6无状态地址自动配置 .................................................................................28
4.1.4 重定向..............................................................................................................28
4.2 IPv6路径MTU发现协议 ..............................................................................................28
4.3 IPv6域名解析 .............................................................................................................29
5 IPv4向IPv6过渡技术 ............................................................................................................30
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5.1 IPv6/IPv4双协议栈.....................................................................................................31
5.1.1 双栈 .................................................................................................................31
5.1.2 DSTM ..............................................................................................................31
5.2 IPv6穿越IPv4隧道技术...............................................................................................33
5.2.2 IPv6手工配置隧道............................................................................................34
5.2.3 IPv4兼容自动隧道............................................................................................34
5.2.4 6to4自动隧道 ...................................................................................................35
5.2.5 ISATAP隧道 ....................................................................................................37
5.2.6 IPv6 over IPv4 GRE隧道 .................................................................................39
5.2.7 隧道代理 ..........................................................................................................39
5.2.8 6over4机制 ......................................................................................................40
5.2.9 6PE..................................................................................................................41
5.2.10 Teredo隧道....................................................................................................42
5.3 IPv6与IPv4互通技术 ..................................................................................................42
5.3.1 SIIT..................................................................................................................43
5.3.2 NAT-PT ...........................................................................................................44
5.3.3 BIS...................................................................................................................47
5.3.4 BIA...................................................................................................................48
5.3.5 TRT .................................................................................................................49
5.3.6 Socket IPv4/IPv6网关 ......................................................................................50
6 IPv6路由技术 .......................................................................................................................51
6.1 IPv6单播路由协议......................................................................................................51
6.1.1 RIPng ..............................................................................................................51
6.1.2 OSPFv3...........................................................................................................51
6.1.3 ISISv6..............................................................................................................52
6.1.4 BGP4+.............................................................................................................52
6.2 IPv6多播路由协议......................................................................................................53
6.2.1 MLDv1 Snooping.............................................................................................53
6.2.2 MLDv1.............................................................................................................53
6.2.3 PIM-SM ...........................................................................................................53
6.2.4 PIM-DM ...........................................................................................................53
7 IPv6部署策略 .......................................................................................................................53
8 相关协议标准 .......................................................................................................................55
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1 概述
IPv6（Internet Protocol Version 6，因特网协议版本6）是网络层协议的第二代标
准协议，也被称为IPng（ IP Next Generation，下一代因特网），它是IETF
（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）设计的一套规范，是
IPv4的升级版本。IPv6和IPv4之间最显著的区别为：IP地址的长度从32比特增加到
128比特。
2 技术应用背景
2.1 IPv6产生的背景
IPv6是IPv4的未来替代协议。
IPv4协议是目前广泛部署的因特网协议，从1981年最初定义（RFC791）到现在已
经有20多年的时间。IPv4协议简单、易于实现、互操作性好，IPv4网络规模也从最
初的单个网络扩展为全球范围的众多网络。
然而，随着因特网的迅猛发展，IPv4设计的不足也日益明显，主要有以下几点：
z IPv4 地址空间不足
IPv4地址采用32比特标识，理论上能够提供的地址数量是43亿。但由于地址分配
的原因，实际可使用的数量不到43亿。另外，IPv4地址的分配也很不均衡：美国占
全球地址空间的一半左右，而欧洲则相对匮乏；亚太地区则更加匮乏（有些国家分
配的地址还不到256个）。随着因特网发展，IPv4地址空间不足问题日益严重。
z 骨干路由器维护的路由表表项数量过大
由于IPv4发展初期的分配规划的问题，造成许多IPv4地址块分配不连续，不能有效
聚合路由。针对这一问题，采用CIDR以及回收并再分配IPv4地址，有效抑制了全
球IPv4 BGP路由表的线性增长。但目前全球IPv4 BGP路由表仍不断在增长，已经
达到17万多条，经过CIDR聚合以后的BGP也将近10万条。日益庞大的路由表耗用
内存较多，对设备成本和转发效率都有一定的影响，这一问题促使设备制造商不断
升级其路由器产品，提高其路由寻址和转发的性能。
z 不易进行自动配置和重新编址
由于IPv4地址只有32比特，地址分配也不均衡，经常在需要在网络扩容或重新部署
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时，需要重新分配IP地址，因此需要能够进行自动配置和重新编址以减少维护工作
量。
z 不能解决日益突出的安全问题
随着因特网的发展，安全问题越来越突出。IPv4协议制定时并没有仔细针对安全性
进行设计，因此固有的框架结构并不能支持端到端安全。因此，安全问题也是促使
新的IP协议出现的一到动因。
针对IPv4地址短缺问题，也出现了多种解决方案。比较有代表性的是CIDR和
NAT。
(1) CIDR
CIDR是无类域间路由的简称。IPv4设计之初是层次化的结构，分为A类（掩码长度
为8）、B类（掩码长度为16）、C类地址（掩码长度为24），地址利用效率不
高。CIDR支持任意长度的地址掩码，使ISP能够按需分配地址空间，提高了地址空
间利用率。
CIDR的出现大大缓解了地址紧张问题，但由于各种网络设备、主机的不断出现，
对IP地址的需求也越来越多，CIDR还是无法解决IPv4地址空间过小问题（32比
特）。
(2) NAT
NAT也是针对IPv4地址短缺问题提出的一种解决方案。其基本原理是在网络内部使
用私有地址，在NAT设备处完成私有地址和外部公有地址的翻译，达到减少公有地
址使用的目的。
NAT也是一种广泛部署的地址短缺问题解决方案。但NAT有以下缺点：
z NAT 破坏的 IP 的端到端模型
如果没有NAT，则使用IPv4只需要连接的端点负责维护连接，下层不需要处理任何
连接，整个网络模型清晰、简洁。使用NAT则NAT设备需要关心每条连接的状态，
增加了网络复杂性。
z NAT 存在单点失效问题
NAT必须进行地址和端口翻译、保存连接状态，当NAT设备失效或NAT设备附近链
路失效时，由于NAT中维护了状态，因此很难进行快速重路由，降低了网络的可靠
性。
z 非 NAT 友好应用支持问题
