IPv6协议产生的背景、过程及现状

1.3 IPv4地址匮乏暂时的解决方案－CIDR和NAT及其缺陷

为了缓解地址危机的发生，相应地产生了两种新的技术无类型网络区域路由技术CIDR和网络地址翻译技术NAT。

采用无类型网络区域路由（Classless Inter Domain Routing, CIDR）的目的是为了节省B类地址。我们知道目前B类地址严重缺乏，因此那些拥有数千个网络主机的企业只能采用多个C类网络号，而不采用单个B类网络号。尽管分配这些C类地址解决了B类地址的匮乏的问题，但它却带来了另一个问题：每个C类网络都需要一个路由表表项。CIDR是一个防止Internet路由表膨胀的方法。CIDR的基本观点是采用一种分配多个IP地址的方式，使其能够将路由表中的表项总和（summarization）成更少的数目。CIDR为那些拥有数千个网络主机的企业分配一个由一系列连续的C类地址组成的地址块，而不采用单个B类网络号。例如，假设某个企业网络有15 00个主机，那么可能为该企业分配8个连续的C类地址，如：192.56.0.0至192.56.7.0，并将子网掩码定为255.255.248.0，即地址的前21位标识网络，剩余的11位标识主机。这样，所有这8个C类地址可以参照Internet上的单个路由表表项。但是，要使用这种总和，必须满足以下三种特性：

●为进行路由要对多个IP地址进行总和时，这些IP地址必须具有相同的高地址位。

●路由表和路由算法必须扩展成根据32位IP地址和32 位掩码做出路由决策的。

●必须扩展路由协议使其除了32位地址外，还要有32 位掩码。OSPF和RIP-2都能够携带第BGPv4所提出的32 位掩码。

"无类型"的意思是现在的路由决策是基于整个32位IP地址的掩码操作，而不管其IP地址是A类、B类或是C类，都没有什么区别。CIDR的最初是针对新的C类地址提出的。这种变化将使互联网路由表增长的速度缓慢下来，但对于现存的路由则没有任何帮助。尽管通过采用CIDR，可以保护B类地址免遭无谓的消耗，但是依然无法从根本上解决IPv4面临的地址耗尽问题，这只是一个短期解决方案。

另一个延缓IPv4地址耗尽的方法是网络地址翻译（Network Address Translation，NAT）。简单的说，NAT就是在内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在边缘网关处，将内部地址替换成全局地址，从而在外部公共网上正常使用（如图所示）。所谓内部地址，是指在内部网络中分配给节点的私有IP地址，这个地址只能在内部网络中使用，不能被路由。虽然内部地址可以随机挑选，但是通常使用的是RFC 1918中定义的专用地址：10.0.0.0～10.255.255.255，172.16.0.0～172.16.255.255，192.168.0.0～192.168.255.255。NAT将这些无法在互联网上使用的保留IP地址翻译成可以在互联网上使用的合法IP地址。而全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC或者网络服务提供商ISP分配的地址，对外代表一个或多个内部局部地址，是全球统一的可寻址的地址。

NAT的主要作用是节约了地址空间，减少了对合法地址的需求，多个内部节点共享一个外部地址，使用端口进行区分（Network Address Port Translation，NAPT），这样就能更有效的节约合法地址。由于目前要想得到一个A类或B类地址十分困难，因此许多企业纷纷采用了NAT 。NAT使企业不必再为无法得到足够的合法IP地址而发愁了。然而，NAT也有其无法克服的弊端。首先，NAT会使网络吞吐量降低，由此影响网络的性能。其次，NAT必须对所有IP包进行地址转换，但是大多数NAT无法将转换后的地址信息传递给IP包负载，这个缺陷将导致某些必须将地址信息嵌在IP包负载中的高层应用如FTP和WINS注册等的失败。

图1：NAT示意图

2、下一代网络协议IPng|0">IPng的目标和提案

2.1 IPng的设计目标

为了解决这些问题，早在90年代初期，互联网工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）就开始着手下一代互联网协议IP-the next generation（IPng）的制定工作。IETF在RFC1550里进行了征求新的IP协议的呼吁，并公布了新的协议需实现的主要目标：

●支持几乎无限大的地址空间

●减小路由表的大小

●简化协议，使路由器能更快地处理数据包

●提供更好的安全性，实现IP级的安全

●支持多种服务类型，尤其是实时业务

●支持多目传送，即支持组播

●允许主机不更改地址实现异地漫游

●支持未来协议的演变

●允许新旧协议共存一段时间

●支持未来协议的演变以适应底层网络环境或上层应用环境的变化

●支持自动地址配置

●协议必须能扩展，它必须能通过扩展来满足将来因特网的服务需求；扩展必须是不需要网络软件升级就可实现的

●协议必须支持可移动主机和网络