新型IPv6网络中用于空时空频发射机基带处理的方法

新型IPv6网络中用于空时空频发射机基带处理的方法

本发明新型IPv6网络中用于空时空频发射机基带处理的方法属于网络应用领域。

我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美国。

它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址1600万个网络、40亿台主机。

但采用A、B、C三类编址方式后，可用的网络地址和主机地址的数目大打折扣，以至IP地址已于2011年2月3日分配完毕。

其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国截止2010年6月IPv4地址数量达到2.5亿，落后于4.2亿网民的需求。地址不足，严重地制约了中国及其他国家互联网的应用和发展。

一方面是地址资源数量的限制，另一方面是随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络将进入人们的日常生活，可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网。

在这样的环境下，IPv6应运而生。

单从数量级上来 说，IPv6所拥有的地址容量是IPv4的约8×10^28倍，达到2^128（算上全零的）个。

这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为除电脑外的设备连入互联网在数量限制上扫清了障碍。

但是与IPv4一样，IPv6一样会造成大量的IP地址浪费。准确的说，使用IPv6的网络并没有2^128个能充分利用的地址。

首先，要实现IP地址的自动配置，局域网所使用的子网的前缀必须等于64，但是很少有一个局域网能容纳2^64个网络终端；其次，由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则，地址的浪费在所难免。

但是，如果说IPv4实现的只是人机对话，而IPv6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大。

当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。

IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组，制定相应的国际标准。

特点

IPV6地址长度为128位，地址空间增大了2的9 

6次方倍；

灵活的IP报文头部格式。

使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。

IPV6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；IPV6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量；提高安全性。

身份认证和隐私权是IPV6的关键特性；

支持更多的服务类型；

允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展；

优势   

与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：

一：IPv6具有更大的地址空间。

IPv4中规定IP地址长度为32，最大地址个数为2^32；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为2^128。

与32位地址空间相比，其地址空间增加了2^128-2^32个。

二：IPv6使用更小的路由表。

IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

三：IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的控制（Flow Control），应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。

四：IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。

这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。

五：IPv6具有更高的安全性。在使用新型IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。

极大的增强了网络的安全性。

六：允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPV6允许协议进行扩充。

七：更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要，可将选项插入到基本头部与上层数据之间。

这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。

八：新的选项。

IPV6有一些新的选项来实现附加的功能。

操作方法

IPv6包由IPv6包头（40字节固定长度）、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成。

IPv6包扩展包头中的分段包头中指明了IPv6包的分段情况。其中不可分段部分包括：IPv6包头、Hop-by-Hop选项包头、目的地选项包头（适用于中转路由器）和路由包头；可分段部分包括：认证包头、ESP协议包头、目的地选项包头（适用于最终目的地）和上层协议数据单元。

但是需要注意的是，在IPv6中，只有源节点才能对负载进行分段，并且IPv6超大包不能使用该项服务。

下文还将简述IPv6寻址、路由以及自动配置的相关内容。

RFC2460对IPv6流标签的特征进行了说明：

一对源和目的之间有可能有多个激活的流，也可能有不属于任何一个流的流量，一个流流由源地址和流标签的组合唯一确定。

所携带的流标签值为 0 的数据包不属于任何一个流。

需要发送流的源节点赋给其流标签特定的值。流标签是一个随机数，目的是使所产生的流标签都能作为哈希关键字。对那些不支持流标签处理的设备节点和应用把流标签值赋值为 0，或者不对该字段处理。

一个流那些的所有数据包产生时必须具有相同的属性，包括源地址、目的地址、非 0 的流标签。

如果其中任何一个数据包包含逐跳选项报头，那么流的每一个包都必须包含相同的逐跳选项报头(逐跳选项报头的下一个报头字段除外)。

流路径中流处理状态的最大生命周期要在状态建立机制中说明。

当一个结点重启时，例如死机后的恢复运行，必须小心使用流标签，因为该流标签有可能在前面扔处于最大生存周期内的的流中使用。

不要求所有或至少大多数数据包属于某一个流，即都携带有非 0 的流标签。

IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。

通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。

仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。

但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。

RFC 2460中定义了以下6个IPv6扩展头：

Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头：

Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。

其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些选项有：

Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。

PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。

Jumbo Payload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。使用Jumbo Payload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。

负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。

路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。

路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。

目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。

有两种用法：

如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。

如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。

路由包头

类似于IPv4的松散源路由。IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。

分段包头

提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。

认证包头

提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。

ESP协议包头

提供加密服务。

IPv6中有足够的地址为地球上每一平方英寸的地方分配一个独一无二的IP地址。

虽然这实际上能够使你能想到的任何设备都分配一个IP地址，但是，这对于管理地址分配的管理员来说却是一个恶梦。幸运的是IPv6包含一种“节点自动配置”功能。

这实际上是在所有的新型IPv6网络中替代DHCP（动态主机配置协议）和ARP（地址解析协议）的下一代技术，能够让你不进行任何设置就可以把新设备连接到网络。

如果你更换了ISP（因此被分配一个不同的全球路由前缀），这个功能可以使你的网络重新分配IP地址的过程更简单，因为你所要做的一切只是改变你的路由器的设置，你的网络将重新获得一个使用新的前缀的新地址。这将减少网络管理的巨大负担。

随着IPv6功能的增加，又出现一些潜在的管理问题。

IPv6本身提供了安全支持功能，这种功能称作“IPsec”。根据VPN建立的方式，加密也许包括也许不包括某些头信息。VPN可以减少客户机和服务器之间通信管理的工作量。

管理端点（IKE，互连网密钥交换）之间的安全策略也是很复杂的，如果你要亲自做这项工作的话。这是基于IPsec和VPN提供的主要功能之一。

当然，IPsec可以很强大，但是，在某些远程接入的情况下是很脆弱的，例如使用一个移动设备访问一个企业网络。IT部门要提供这种服务将进一步增加管理的负担。

（三）定义及应用

IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。

IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。

目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。

全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。

IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。

（四）应用

IPv6的普及一个重要的应用是网络实名制下的互联网身份证/VIeID，基于IPv4的网络之所以难以实现网络实名制，一个重要原因就是因为IP资源的共用，因为IP资源不够，所以不同的人在不同的时间段共用一个IP，IP和上网用户无法实现一一对应。

在IPv4下，根据IP查人也比较麻烦，电信局要保留一段时间的上网日志才行，通常因为数据量很大，运营商只保留三个月左右的上网日志，比如查前年某个IP发帖子的用户就不能实现。

IPv6的出现可以从技术上一劳永逸地解决实名制这个问题，因为那时IP资源将不再紧张，运营商有足够多的IP资源，那时候，运营商在受理入网申请的时候，可以直接给该用户分配一个固定IP地址，这样实际就实现了实名制，也就是一个真实用户和一个IP地址的一一对应。

当一个上网用户的IP固定了之后，你任何时间做的任何事情都和一个唯一IP绑定，你在网络上做的任何事情在任何时间段内都有据可查，并且无法否认。

但是，实际情况是，每个路由器只负责几个网段的路由，而不会为某个特定IP进行路由，否则信息量之大会使对一个数据包的计算成本高到崩溃。受路由器吞吐量限制，通过每人一个固定IP的实名制方式在很长一段时间内将只是一种理论。

在多种IPv6应用中，物联网应用覆盖了智慧农业、智能环保、智能建筑、智能交通等广泛领域，提供“无所不在的连接和在线服务”，包括在线监测、定位追溯、报警联动、指挥调度、远程维保等服务。

实际应用

从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。

RFC 2373 和RFC 2374定义的IPv6地址，就像下面章节所描述的，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

IPv6中可能的地址有3.4×10^38个。也可以想象为16个因为32位地址每位可以取16个不同的值。

在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）。

IPv6地址为128位长，但通常写作8组，每组为四个十六进制数的形式。

要是嫌这个地址看起来还是太长，这里还有种办法来缩减其长度，叫做零压缩法。

如果几个连续段位的值都是0，那么这些0就可以简单的以::来表示，上述地址就可以写成FE80::AAAA:0000:00C2:0002。

这里要注意的是只能简化连续的段位的0，其前后的0都要保留，比如FE80的最后的这个0，不能被简化。

还有这个只能用一次，在上例中的AAAA后面的0000就不能再次简化。

当然也可以在AAAA后面使用::，这样的话前面的12个0就不能压缩了。这个限制的目的是为了能准确还原被压缩的0.不然就无法确定每个::代表了多少个0.

IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。

其中的各个字段分别为：

Version（版本号）：4位，IP协议版本号，值= 6。

Traffic Class（通信类别）：8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。

Flow Label（流标记）：20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。

在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。

Payload Length（负载长度）：16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65535字节负载长度。

超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。

Next Header（下一包头）：8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。

Hop Limit（跳段数限制）：8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段，用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。

包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。

Source Address（源地址）：128位，发送方主机地址。

Destination Address（目的地址）：128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。

IPv6数据包：上层协议数据单元。上层数据单元即PDU，全称为Protocol Data Unit。

PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允许的最大字节数为65535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的Jumbo Payload选项进行发送。