2.3 路由协议

    IP网路由协议主要包括域内路由协议和域间路由协议。

    2.3.1域内路由协议

    目前IP网域内路由协议主要采用IS-IS和OSPF两种。其中OSPF用来交换IPv4路由信息的版本叫IS-IS用来交换IPv6路由信息的版本叫OSPFv3；IS-IS用来交换IPv4路由协议的版本叫IS-IS，用来交换IPv6路由协议的版本叫IS-ISv6。

    (1)OSPFv3与OSPFv2的区别

    OSPFv3(RFC2740)与OSPFv2(RFC2328)相比在原理上并没有根本的区别，OSPFv3仍采用链路状态LSA数据库，并保持邻接路由器之间的同步。但由于从IPv4到IPv6上地址长度的变化，为了支持IPv6地址格式，OSPFv3对OSPFv2协议进行了许多修改。从路由协议标准化进程看，OSPFv3协议已较为成熟，已有定型的RFC2740协议。OSPFv3提高了通用性，使网络可以适应不断变化的要求。这使复杂的网络得以简化，并且它采取了一些增强措施以保证升级方便地进行，OSPFv3还进行了优化并且安全性也得到了提高。

    OSPFv3的主要目的是“开发一种独立于任何具体网络层的路由协议”。为实现这一目的，C)St’FV3的内部路由器信息被重新进行了设计。与过去的版本不同，()SF·Fv3不向位于数据包和链路状态公告(LSA)起始位置的报头插入基于IP的数据。C)St’Fv3利用独立于网络协议的信息来执行过去需要IP报头数据的关键任务，如识别发布路由数据的LSA。

    除了改变报头数据外，OSPFv3还对LSA所发挥的作用进行了重新定义。在OSPFv3中，公告网络拓扑和IPv6数据的任务被分配到新的和已有的LSA中。

    OSPFv3增加了多种可选功能，如多播OSPFv3，以实现通用性。为了达到这一目的，OSPFv3扩展了网络设备用来公告使能的功能选项数据域。多数OSPFv3路由器间信息中都包含选项域，运行OSPFv3的设备可以支持多达24种可选功能，而以前的版本只能支持8种功能。

    为了简化复杂的容错网络的建设，OSPFv3引入了InstanceID和R-bit选项。作为每个OSPFv3包头的一个组件，InstanceID不再依赖于过去需要的复杂的认证方案或访问清单，就可以控制共享物理网络和OSPF域的路由器之间的通信。除了InstanceID外，OSPFv3还可以通过R-bit使服务器这类最终系统具有有效的冗余性。

    OSPFv3与过去的协议的不同之处在于它通过提供非本身固有的安全性来简化消息的结构。通过利用IPv6包的安全子包头的集成系统，OSPFv3消息可以被认证和加密，而这在以前是需要增加独立复杂的协议才能实现的功能。

    OSPFv3提供了更强的功能，并且它具有很大的通用性，从而可以很方便地支持新型网络协议。新的特性简化了网络设备和运行，在使用OSPFv3的情况下，升级将不再那么麻烦。

    (2)IS-ISv6与IS—ISv4的区别

    另一个被运营商广泛使用的连接状态协议是ISISforIPv6。我们知道ISIS是IS标准路由协议(ISO/IEC10589)，最初用于支持CLNS网络的动态协议。由于ISIS的设计非常有利于新功能的扩展，它首先扩展了IPv4路由协议的功能(RFC1195)，有人将这种既能为CLNS服务，也能为IP服务的协议叫做IntegratedISIS。

    依照类似的方法，ISIS也可以通过简单的扩展来处理IPv6的路由信息。支持IPv6的IS-IS协议标准草案已经经过多次讨论修改，目前，还未正式形成RFC标准，只有draft-ietf-isis-ipv6.txt标准草案。Draft-ietf-isis-ipv6.txt草案通过在IS-IS数据包(Hello、LSP和SNP)中引入以下可变长度的数据域(TLV)，从而使其支持IPV6路由功能，这一设计只需要对IS-IS路由协议进行少量的修改即可使它支持IPv6odraft-ietf-isis-ipv6.txt只增加了有关IPv6的TLV，在邻居数据库、拓扑数据库的建立和维护上基本保持了ISO10589和RFCl195的模式。因此，CLNSIFV4和IPv6具有相同的拓扑结构。也就是说，draft-ietf-isis-ipv6.txt要求IPv4和IPv6的网络是完全重合的。我们将这种实现称为ISISfor IPv6单一拓扑模式。

    很快人们认识到单一拓扑模式对IPv4和IPv6网络完全重合的要求限制了IPv6网络的部署。显然IPv6的规模和覆盖范围都将大于老一代IPv4网络，部分网络将只具有IPv6属性，例如，部分网络只有IPv6地址而没有IPv4地址。这时ISISforIPv6单一拓扑模式就可能导致一些IPV4的数据报文错误地被转发到这部分IPv6网络，造成路由的混乱和麻烦，无法满足IPv4、IPV6不同扩展范围的需要。ISISfor IPv6多重拓扑模式(draft-ietf-isis-wg-multi-topology)是针对这一问题的解决方案，它通过使用IPv4 IPv6不同的拓扑去除了两个网络必须一致的限制。多重拓扑模式为IPv4和IPV6网络建立不同的拓扑数据库，分别进行spf最短路径优先算法的计算，为IPv4和IPv6提供相互独立的路由子系统，使IPv6网络的建设摆脱IPv4的限制，为IPv6网络的成长打开了发展空间。

    2.3.2域间路由协议

    BGP4(RFC1771)是目前被所有IS，运营商广泛使用的IPv4外部路由协议，BGP4是一个路径矢量协议，它的基本功能是在自治系统间自动交换无环路的路由信息，通过交换带有自治区域号(AS)序列属性的路由可达信息，来构造自治区域的拓扑图，从而消除路由环路并实施用户配置的策略。

    BGP特点：

•     距离矢量协议；


•     传输协议：TCP，端口号：17；


•     支持CIDR(无类别域间选路)；


•     路由更新只发送增量路由；


•     丰富的路由过滤和路由策略。

    支持IPV4的BGP经历了4个版本：RFC1105(BGPl)，RFC1163(BGP2)，RFC1267(BGP3)，和目前广泛使用的RFC1771(BGP4)。支持IPv6的域间路由协议是BGP4+，在BGP4+上支持IPv6的路由器必须符合RFC 2858和RFC2545。利用BGP4+实现ISP网络之间的互通。

    在IPV4环境中，BGP4是一种广泛使用的用于自治域之间路由传播的路径矢量路由协议。在随后定义的一系列标准中使得BGP4的功能更加强大，可以用于承载多种协议：MPLS-VPN、Multicast等协议均是通过BGP4进行工作的。在RFC2545(UseofBGP4 Multiprotocol Extensions for IPv6 Inter-Domain Routing)中描述了如何使用MP_REACH_NLRI来传达IPv6的可达信息。

    2.4 域名解析

    IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都是采用树型结构的域名空间。虽然IPv4协议与IPv6协议是存在着相当大区别的两套协议，但这并不意味着需要单独两套DNS体系，相反在DNS的体系和域名空间上两者必须是一致的，IPv4和IPv6共同拥有统一的域名空间。在IPv4到IPv6的过渡阶段，域名可以同时对应于多个IPv4和IPv6的地址。随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。

    可聚集全局单播地址是目前主要应用的IPv6地址，因IPv6可聚集全局单播地址是在全局范围内使用的地址，必须进行层次划分及地址聚集。下面就以IPv6DNS系统对这类地址的解析过程来介绍IPv6DNS系统的解析原理。

    IPv6全局单播地址的分配方式如下：顶级地址聚集机构TLA(即大的ISP或地址管理机构)获得大块地址，负责给次级地址聚集机构NLA(中小规模ISP)分配地址，NLA给站点级地址聚集机构SLA(子网)和网络用户分配地址。IPv6地址的层次性在DNS中通过地址链技术可以得到很好的支持。

    2.4.1正向解析

    IPv4的地址正向解析的资源记录是“A”，而IPv6地址的正向解析目前有两种资源记录，即“AAAA”和“A6”记录。其中“AAAA”较早提出，它是对IPv4协议“A”“录的简单扩展，由于IP地址由32bit扩展到128bit扩大了4倍，所以资源记录由“A”扩大成4个“A”。但“AAAA”用来表示域名和IPv6地址的对应关系，并不支持地址的层次性。

    AAAA资源记录类型用来将一个合法域名解析为IPv6地址，与IPv4所用的A资源记录类型相兼容。之所以给这新资源记录类型取名为AAAA，是因为128bit的IPv6地址正好是32bitIPv4地址的4倍。

    “A6”是在RFC2874基础上提出，它是把一个IPv6地址与多个“A6”记录建立联系，每个“A6”记录都只包含了IPv6地址的一部分，结合后拼装成一个完整的IPv6地址。“A6”记录支持一些“AAAA”所不具备的新特性，如地址聚集，地址更改(Renumber)等。

    “A6”记录根据可聚集全局单播地址中的TLA、NLA和SLA项目的分配层次把128bit的IPv6的地址分解成为若干级的地址前缀和地址后缀，构成了一个地址链。每个地址前缀和地址后缀都是地址链上的一环，一个完整的地址链就组成一个IPv6地址。这种思想符合IPv6地址的层次结构，从而支持地址聚集。

    同时，用户在改变ISP时，要随ISP改变而改变其拥有的IPv6地址。如果手工修改用户子网中所有在DNS中注册的地址，是一件非常繁琐的事情。而在用“A6”记录表示的地址链中，只要改变地址前缀对应的ISP名字即可，可以大大减少DNS中资源记录的修改。并且在地址分配层次中越靠近底层，所需要改动的越少。

    2.4.2反向解析

    IPv6反向解析的记录和IPv4一样，是“PTR”，但地址表示形式有两种。一种是用“.”分隔的半字节十六进制数字格式(NibbleFormat)，低位地址在前，高位地址在后，域后缀是“IP6.INT.”。另一种是比特串(Bit–string)格式，以“＼[”开头，十六进制地址(无分隔符，高位在前，低位在后)居中，地址后加“]”，域后缀是“IP6.ARPA.”。半字节十六进制数字格式与“AAAA”对应，是对IPv4的简单扩展。二进制串格式与“A6”记录对应，地址也象“A6”一样，可以分成多级地址链表示，每一级的授权用“DNAME”记录。和“A6”一样，二进制串格式也支持地址层次特性。

    总之，以地址链形式表示的IPv6地址体现了地址的层次性，支持地址聚合和地址更改。但是，由于一次完整的地址解析分成多个步骤进行，需要按照地址的分配层次关系到不同的DNS服务器进行查询。所有的查询都成功才能得到完整的解析结果。这势必会延长解析时间，出错的机会也增加。因此，需要进一步改进DNS地址链功能，提高域名解析的速度才能为用户提供理想的服务。

    2.5 自动配置

    IPv6协议中引入了自动配置(“即插即用”)功能，一个主机进行Internet网络登记后，位置或配置发生变化时只需进行很少的改动即可进行工作，这样可大幅度降低网络管理者的配置和地址映射管理，移动工作者也可方便地在任何地方任何时间接入到Internet网络。

    IPv6协议中自动配置功能无需采用动态主机配置协议(DHCP，DynamicHostConfigurationProtoco1)。IPv6协议可为任意主机生成一个“本地IP地址”，这个地址内嵌一个以太网卡地址，由于MAC地址是全球唯一的，这样IP地址就不会重复，IPv6的自动配置功能正是基于这种唯一IP地址的概念。

    2.6 安全

    IPv4中存在一系列的安全性漏洞，应用程序只能通过本身的私有性和认证性操作机制完成安全性操作。IPv6协议给出两个备选项用于解决这个问题：一个是“安全性操作”选项，另一个是“IPv6加密安全头部”选项。由于不同的用户或不同应用环境有不同的安全性操作，IPv6协议允许分别或组合使用这两个备选项，以提供不同优先级别的网络服务性能。

    IPv6协议明确要求实现SECtarget=_blankclass=qqx_gjz>IPSec，从而从根本上保证了互联网通信的安全性，有望解决基于IPv4协议的互联网的安全性。IPSec可以在传输模式(TransportMode)和隧道模式(Tunnel Mode)两种模式下工作，满足不同类型的安全性的需求。它主要包括以下几个组成部分：

•     认证报头AH(AuthemicationHeader)：只用于认证。


•     安全净荷封装ESP(EnleapsulatingSecurityPayload):加密+认证。


•     互联网密钥交换IKE(InternetKeyExchange)：实现密钥的管理和交换，如ISAKMP和Oakley。

    由于IPv6数据包头的扩展包头中提供IPSEC加密功能，因此主机可以进行端到端的加密，以提供端到端的安全性。对于提供虚拟专网服务的运营商来说，可以提供IPSEC数据加密服务，提高数据的安全性。

    3、总结

    本文主要从IP报头格式、IP地址分配方式、路由协议、域名解析、自动配置和安全等几个主要方面对IPv4和IPv6进行了比较。

    综上所述，IPv4地址耗尽并不是部署和升级到IPv6的唯一理由，IPv6协议可满足下一个世纪的高性能、可扩展性的网络互联，并可解决IPv4协议中存在的许多问题。新技术支持新应用，新应用推动新技术的标准化和商业化，IPv6的商业应用将迎来明媚的曙光。