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IPv6
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IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫，其中Internet Protocol譯為“互聯網協議”。IPv6是IETF（互聯網工程任務組，Internet Engineering Task Force）設計的用于替代現行版本IP協議（IPv4）的下一代IP協議，號稱可以為全世界的每一粒沙子編上一個網址[1]。
由于IPv4最大的問題在于網絡地址資源有限，嚴重制約了互聯網的應用和發展。IPv6的使用，不僅能解決網絡地址資源數量的問題，而且也解決了多種接入設備連入互聯網的障礙[1]。
地址配置協議
IPv6使用兩種地址自動配置協議，分別為無狀態地址自動配置協議（SLAAC）和IPv6動態主機配置協議（DHCPv6）。SLAAC不需要服務器對地址進行管理，主機直接根據網絡中的路由器通告信息與本機MAC地址結合計算出本機IPv6地址，實現地址自動配置；DHCPv6由DHCPv6服務器管理地址池，用戶主機從服務器請求并獲取IPv6地址及其他信息，達到地址自動配置的目的。
一、無狀態地址自動配置
無狀態地址自動配置的核心是不需要額外的服務器管理地址狀態，主機可自行計算地址進行地址自動配置，包括4個基本步驟：
1. 鏈路本地地址配置。主機計算本地地址。
2. 重復地址檢測，確定當前地址唯一。
3. 全局前綴獲取，主機計算全局地址。
4. 前綴重新編址，主機改變全局地址[8]。
無狀態地址自動配置的核心是不需要額外的服務器管理地址狀態，主機可自行計算地址進行地址自動配置，包括4個基本步驟：
1. 鏈路本地地址配置。主機計算本地地址。
2. 重復地址檢測，確定當前地址唯一。
3. 全局前綴獲取，主機計算全局地址。
4. 前綴重新編址，主機改變全局地址[8]。
二、IPv6動態主機配置協議
IPv6動態主機配置協議DHCPv6是由IPv4場景下的DHCP發展而來。客戶端通過向DHCP服務器發出申請來獲取本機IP地址并進行自動配置，DHCP服務器負責管理并維護地址池以及地址與客戶端的映射信息。
DHCPv6在DHCP的基礎上，進行了一定的改進與擴充。其中包含3種角色：DHCPv6客戶端，用于動態獲取IPv6地址、IPv6前綴或其他網絡配置參數；DHCPv6服務器，負責為DHCPv6客戶端分配IPv6地址、IPv6前綴和其他配置參數；DHCPv6中繼，它是一個轉發設備。通常情況下。DHCPv6客戶端可以通過本地鏈路范圍內組播地址與DHCPv6服務器進行通信。若服務器和客戶端不在同一鏈路范圍內，則需要DHCPv6中繼進行轉發。DHCPv6中繼的存在使得在每一個鏈路范圍內都部署DHCPv6服務器不是必要的，節省成本，并便于集中管理[9]。
IPv6動態主機配置協議DHCPv6是由IPv4場景下的DHCP發展而來。客戶端通過向DHCP服務器發出申請來獲取本機IP地址并進行自動配置，DHCP服務器負責管理并維護地址池以及地址與客戶端的映射信息。
DHCPv6在DHCP的基礎上，進行了一定的改進與擴充。其中包含3種角色：DHCPv6客戶端，用于動態獲取IPv6地址、IPv6前綴或其他網絡配置參數；DHCPv6服務器，負責為DHCPv6客戶端分配IPv6地址、IPv6前綴和其他配置參數；DHCPv6中繼，它是一個轉發設備。通常情況下。DHCPv6客戶端可以通過本地鏈路范圍內組播地址與DHCPv6服務器進行通信。若服務器和客戶端不在同一鏈路范圍內，則需要DHCPv6中繼進行轉發。DHCPv6中繼的存在使得在每一個鏈路范圍內都部署DHCPv6服務器不是必要的，節省成本，并便于集中管理[9]。
路由協議
IPv4初期對IP地址規劃的不合理，使得網絡變得非常復雜，路由表條目繁多。盡管通過劃分子網以及路由聚集一定程度上緩解了這個問題，但這個問題依舊存在。因此IPv6設計之初就把地址從用戶擁有改成運營商擁有，并在此基礎上，路由策略發生了一些變化，加之IPv6地址長度發生了變化，因此路由協議發生了相應的改變。
與IPv4相同，IPv6路由協議同樣分成內部網關協議（IGP）與外部網關協議（EGP），其中IGP包括由RIP變化而來的RIPng，由OSPF變化而來的OSPFv3，以及IS-IS協議變化而來的IS-ISv6。EGP則主要是由BGP變化而來的BGP4+[11]。
一、RIPng
下一代RIP協議（RIPng）是對原來的RIPv2的擴展。大多數RIP的概念都可以用于RIPng。為了在IPv6網絡中應用，RIPng對原有的RIP協議進行了修改：
UDP端口號：使用UDP的521端口發送和接收路由信息。
組播地址：使用FF02::9作為鏈路本地范圍內的RIPng路由器組播地址。
路由前綴：使用128位的IPv6地址作為路由前綴。
下一跳地址：使用128位的IPv6地址。
下一代RIP協議（RIPng）是對原來的RIPv2的擴展。大多數RIP的概念都可以用于RIPng。為了在IPv6網絡中應用，RIPng對原有的RIP協議進行了修改：
UDP端口號：使用UDP的521端口發送和接收路由信息。
組播地址：使用FF02::9作為鏈路本地范圍內的RIPng路由器組播地址。
路由前綴：使用128位的IPv6地址作為路由前綴。
下一跳地址：使用128位的IPv6地址。
二、OSPFv3
RFC 2740定義了OSPFv3，用于支持IPv6。OSPFv3與OSPFv2的主要區別如下：
1. 修改了LSA的種類和格式，使其支持發布IPv6路由信息。
2. 修改了部分協議流程。主要的修改包括用Router-lD來標識鄰居，使用鏈路本地地址來發現鄰居等，使得網絡拓撲本身獨立于網絡協議，以便于將來擴展。
3. 進一步理順了拓撲與路由的關系。OSPFv3在LSA中將拓撲與路由信息相分離，在一、二類LSA中不再攜帶路由信息，而只是單純的拓撲描述信息，另外增加了八、九類LSA，結合原有的三、五、七類LSA來發布路由前綴信息。
4. 提高了協議適應性。通過引入LSA擴散范圍的概念進一步明確了對未知LSA的處理流程，使得協議可以在不識別LSA的情況下根據需要做出恰當處理，提高了協議的可擴展性。
RFC 2740定義了OSPFv3，用于支持IPv6。OSPFv3與OSPFv2的主要區別如下：
1. 修改了LSA的種類和格式，使其支持發布IPv6路由信息。
2. 修改了部分協議流程。主要的修改包括用Router-lD來標識鄰居，使用鏈路本地地址來發現鄰居等，使得網絡拓撲本身獨立于網絡協議，以便于將來擴展。
3. 進一步理順了拓撲與路由的關系。OSPFv3在LSA中將拓撲與路由信息相分離，在一、二類LSA中不再攜帶路由信息，而只是單純的拓撲描述信息，另外增加了八、九類LSA，結合原有的三、五、七類LSA來發布路由前綴信息。
4. 提高了協議適應性。通過引入LSA擴散范圍的概念進一步明確了對未知LSA的處理流程，使得協議可以在不識別LSA的情況下根據需要做出恰當處理，提高了協議的可擴展性。
三、BGP 4+
傳統的BGP 4只能管理IPv4的路由信息，對于使用其他網絡層協議（如IPv6等）的應用，在跨自治系統傳播時會受到一定的限制。為了提供對多種網絡層協議的支持，IETF發布的RFC2858文檔對BGP 4進行了多協議擴展，形成了BGP4+。
為了實現對IPv6協議的支持，BGP 4+必須將IPv6網絡層協議的信息反映到NLRl（Network Layer Reachable Information）及下一跳（Next Hop）屬性中。為此，在BGP4+中引入了下面兩個NLRI屬性。
MP_REACH_NLRI：多協議可到達NLRI，用于發布可到達路由及下一跳信息。
MP_UNREACH_NLRI：多協議不可達NLRI，用于撤銷不可達路由。
BGP 4+中的Next Hop屬性用IPv6地址來表示，可以是IPv6全球單播地址或者下一跳的鏈路本地地址。BGP 4原有的消息機制和路由機制沒有改變。
傳統的BGP 4只能管理IPv4的路由信息，對于使用其他網絡層協議（如IPv6等）的應用，在跨自治系統傳播時會受到一定的限制。為了提供對多種網絡層協議的支持，IETF發布的RFC2858文檔對BGP 4進行了多協議擴展，形成了BGP4+。
為了實現對IPv6協議的支持，BGP 4+必須將IPv6網絡層協議的信息反映到NLRl（Network Layer Reachable Information）及下一跳（Next Hop）屬性中。為此，在BGP4+中引入了下面兩個NLRI屬性。
MP_REACH_NLRI：多協議可到達NLRI，用于發布可到達路由及下一跳信息。
MP_UNREACH_NLRI：多協議不可達NLRI，用于撤銷不可達路由。
BGP 4+中的Next Hop屬性用IPv6地址來表示，可以是IPv6全球單播地址或者下一跳的鏈路本地地址。BGP 4原有的消息機制和路由機制沒有改變。
四、ICMPv6協議
ICMPv6協議用于報告IPv6節點在數據包處理過程中出現的錯誤消息，并實現簡單的網絡診斷功能。ICMPv6新增加的鄰居發現功能代替了ARP協議的功能，所以在IPv6體系結構中已經沒有ARP協議了。除了支持IPv6地址格式之外，ICMPv6還為支持IPv6中的路由優化、IP組播、移動IP等增加了一些新的報文類型[12]。
ICMPv6協議用于報告IPv6節點在數據包處理過程中出現的錯誤消息，并實現簡單的網絡診斷功能。ICMPv6新增加的鄰居發現功能代替了ARP協議的功能，所以在IPv6體系結構中已經沒有ARP協議了。除了支持IPv6地址格式之外，ICMPv6還為支持IPv6中的路由優化、IP組播、移動IP等增加了一些新的報文類型[12]。
IPv6不可能立刻替代IPv4，因此在相當一段時間內IPv4和IPv6會共存在一個環境中。要提供平穩的轉換過程，使得對現有的使用者影響最小，就需要有良好的轉換機制。這個議題是IETF ngtrans工作小組的主要目標，有許多轉換機制被提出，部分已被用于6Bone上。IETF推薦了雙協議棧、隧道技術以及網絡地址轉換等轉換機制：
一、IPv6/IPv4雙協議棧技術?
雙棧機制就是使IPv6網絡節點具有一個IPv4棧和一個IPv6棧，同時支持IPv4和IPv6協議。IPv6和IPv4是功能相近的網絡層協議，兩者都應用于相同的物理平臺，并承載相同的傳輸層協議TCP或UDP，如果一臺主機同時支持IPv6和IPv4協議，那么該主機就可以和僅支持IPv4或IPv6協議的主機通信。
雙棧機制就是使IPv6網絡節點具有一個IPv4棧和一個IPv6棧，同時支持IPv4和IPv6協議。IPv6和IPv4是功能相近的網絡層協議，兩者都應用于相同的物理平臺，并承載相同的傳輸層協議TCP或UDP，如果一臺主機同時支持IPv6和IPv4協議，那么該主機就可以和僅支持IPv4或IPv6協議的主機通信。
二、隧道技術?
隧道機制就是必要時將IPv6數據包作為數據封裝在IPv4數據包里，使IPv6數據包能在已有的IPv4基礎設施（主要是指IPv4路由器）上傳輸的機制。隨著IPv6的發展，出現了一些被運行IPv4協議的骨干網絡隔離開的局部IPv6網絡，為了實現這些IPv6網絡之間的通信，必須采用隧道技術。隧道對于源站點和目的站點是透明的，在隧道的入口處，路由器將IPv6的數據分組封裝在IPv4中，該IPv4分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址，在隧道出口處，再將IPv6分組取出轉發給目的站點。隧道技術的優點在于隧道的透明性，IPv6主機之間的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起到物理通道的作用。隧道技術在IPv4向IPv6演進的初期應用非常廣泛。但是，隧道技術不能實現IPv4主機和IPv6主機之間的通信。
隧道機制就是必要時將IPv6數據包作為數據封裝在IPv4數據包里，使IPv6數據包能在已有的IPv4基礎設施（主要是指IPv4路由器）上傳輸的機制。隨著IPv6的發展，出現了一些被運行IPv4協議的骨干網絡隔離開的局部IPv6網絡，為了實現這些IPv6網絡之間的通信，必須采用隧道技術。隧道對于源站點和目的站點是透明的，在隧道的入口處，路由器將IPv6的數據分組封裝在IPv4中，該IPv4分組的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址，在隧道出口處，再將IPv6分組取出轉發給目的站點。隧道技術的優點在于隧道的透明性，IPv6主機之間的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起到物理通道的作用。隧道技術在IPv4向IPv6演進的初期應用非常廣泛。但是，隧道技術不能實現IPv4主機和IPv6主機之間的通信。
三、網絡地址轉換技術?
網絡地址轉換（Network Address Translator，NAT）技術是將IPv4地址和IPv6地址分別看作內部地址和全局地址，或者相反。例如，內部的IPv4主機要和外部的IPv6主機通信時，在NAT服務器中將IPv4地址（相當于內部地址）變換成IPv6地址（相當于全局地址），服務器維護一個IPv4與IPv6地址的映射表。反之，當內部的IPv6主機和外部的IPv4主機進行通信時，則IPv6主機映射成內部地址，IPv4主機映射成全局地址。NAT技術可以解決IPv4主機和IPv6主機之間的互通問題[13]。
網絡地址轉換（Network Address Translator，NAT）技術是將IPv4地址和IPv6地址分別看作內部地址和全局地址，或者相反。例如，內部的IPv4主機要和外部的IPv6主機通信時，在NAT服務器中將IPv4地址（相當于內部地址）變換成IPv6地址（相當于全局地址），服務器維護一個IPv4與IPv6地址的映射表。反之，當內部的IPv6主機和外部的IPv4主機進行通信時，則IPv6主機映射成內部地址，IPv4主機映射成全局地址。NAT技術可以解決IPv4主機和IPv6主機之間的互通問題[13]。
與IPV4相比，IPV6具有以下幾個優勢：
一、IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規定IP地址長度為32，最大地址個數為2^32；而IPv6中IP地址的長度為128，即最大地址個數為2^128。與32位地址空間相比，其地址空間增加了2^128-2^32個。
二、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網，大大減小了路由器中路由表的長度，提高了路由器轉發數據包的速度。
三、IPv6增加了增強的組播（Multicast）支持以及對流的控制（Flow Control），這使得網絡上的多媒體應用有了長足發展的機會，為服務質量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的網絡平臺。
四、IPv6加入了對自動配置（Auto Configuration）的支持。這是對DHCP協議的改進和擴展，使得網絡（尤其是局域網）的管理更加方便和快捷。
五、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網絡中用戶可以對網絡層的數據進行加密并對IP報文進行校驗，在IPV6中的加密與鑒別選項提供了分組的保密性與完整性。極大的增強了網絡的安全性。
六、允許擴充。如果新的技術或應用需要時，IPV6允許協議進行擴充。
七、更好的頭部格式。IPV6使用新的頭部格式，其選項與基本頭部分開，如果需要，可將選項插入到基本頭部與上層數據之間。這就簡化和加速了路由選擇過程，因為大多數的選項不需要由路由選擇。
八、新的選項。IPV6有一些新的選項來實現附加的功能[14]。
原來的Internet安全機制只建立于應用程序級，如E-mail加密、SNMPv2網絡管理安全、接入安全（HTTP、SSL）等，無法從IP層來保證Internet的安全。IP級的安全保證分組的鑒權和私密特性，其具體實現主要由IP的AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）標記來實現。IPv6實現了IP級的安全。
一、安全協議套：是發送者和接收者的雙向約定，只由目標地址和安全參數索引（SPI）確定。
二、包頭認證：提供了數據完整性和分組的鑒權。
三、安全包頭封裝：ESP根據用戶的不同需求，支持IP分組的私密和數據完整性。 它既可用于傳送層（如TCP、UDP、ICMP）的加密， 稱傳送層模式ESP，同時又可用于整個分組的加密，稱隧道模式ESP。
四、ESPDES-CBC方式：ESP處理一般必須執行DES-CBC加密算法，數據分為以64位為單位的塊進行處理，解密邏輯的輸入是現行數據和先前加密數據塊的與或。
五、鑒權加私密方式：根據不同的業務模式，兩種IP安全機制可以按一定的順序結合，從而達到分組傳送加密的目的。按順序的不同，分為鑒權之前加密和加密之前鑒權[15]。
![BZOJ 4710 [Jsoi2011]分特產 解題報告](http://pic.xiahunao.cn/BZOJ 4710 [Jsoi2011]分特產 解題報告)
