IPv6地址以及IPv6DNS的研究

随着信息技术的不断进步，互联网在我国得到了迅速的发展。据调查，我国上网人数突破5千万，达到世界第二。互联网上的计算机之间的通信采用IP技术，现在的IP版本是IPv4。但是，随着互联网络规模的迅速扩大，IPv4逐渐暴露出了一些缺陷。为了更好的适应互联网的发展，国际网络标准组织提出了新的IP版本IPv6，它弥补了IPv4的缺陷，是将取而代之的新技术。
IPv6协议具有很多优点。首先，它提供了巨大的地址空间，这实际上是推广IPv6的最大动力。其次，IPv6的地址结构和地址分配采用严格的层次结构，以便于进行地址聚合，从而大大减小了路由器中路由表的规模。再次，IPv6协议支持网络节点的地址自动配置，可以实现即插即用功能。而且， IPv6协议对主机移动性有较好的支持，适合于越来越多的互联网移动应用。另外，IPv6协议在安全性、对多媒体流的支持性等方面都具有超过IPv4的优势。
互联网上的应用很多，但大都离不开域名系统(DNS)的支持，域名系统的主要作用是用来进行域名与IP地址的转换，即域名解析，比如浏览网站、 Email、FTP等都需要先进行域名解析。IPv6网络中的DNS非常重要，一些IPv6的新特性和DNS的支持密不可分。下面从IPv6 DNS的体系结构、IPv6的地址解析、IPv6地址自动配置和即插即用、IPv4到IPv6的过渡等几方面对IPv6 DNS进行介绍。
(1)IPv6域名系统的体系结构
IPv6网络中的DNS与IPv4的DNS在体系结构上是一致的，都采用树型结构的域名空间。IPv4协议与IPv6协议的不同并不意味着需要单独两套IPv4 DNS体系和IPv6 DNS体系，相反的是，DNS的体系和域名空间必须是一致的，即，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。以后随着IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。
(2)DNS对IPv6地址层次性的支持
IPv6可聚合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合。IPv6全局单播地址的分配方式如下：顶级地址聚合机构 TLA(即大的ISP或地址治理机构)获得大块地址，负责给次级地址聚合机构NLA(中小规模ISP)分配地址，NLA给站点级地址聚合机构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。下面从DNS正向地址解析和反向地址解析两方面进行分析。
a. 正向解析
IPv4的地址正向解析的资源记录是“A”记录。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<4>，它是对“A”记录的简单扩展，由于IP地址由32位扩展到128位，扩大了4倍，所以资源记录由“A”扩大成4 个“A”。“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。
“A6”在RFC2874<5>中提出，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，如地址聚合，地址更改(Renumber)等。
首先，“A6”记录方式根据TLA、NLA和SLA的分配层次把128位的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，从而支持地址聚合。
其次，用户在改变ISP时，要随ISP改变而改变其拥有的IPv6地址。假如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。
b. 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16进制数字格式(Nibble Format)，低位地址在前，高位地址在后，域后缀是“IP6.INT.”。另一种是二进制串(Bit-string)格式，以“<”开头， 16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16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。
(3)IPv6中的即插即用与DNS
IPv6协议支持地址自动配置，这是一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，IPv6网络接口可以获得链路局部地址、站点局部地址和全局地址等，并且可以防止地址重复。IPv6支持无状态地址自动配置和有状态地址自动配置两种方式。
IPv6节点通过地址自动配置得到IPv6地址和网关地址。但是，地址自动配置中不包括DNS服务器的自动配置。如何自动发现提供解析服务的DNS服务器也是一个需要解决的问题。正在研究的DNS服务器的自动发现的解决方法可以分为无状态和有状态两类。
在无状态的方式下，需要为子网内部的DNS服务器配置站点范围内的任播地址。要进行自动配置的节点以该任播地址为目的地址发送服务器发现请求，询问DNS服务器地址、域名和搜索路径等DNS信息。这个请求到达距离最近的DNS服务器，服务器根据请求，回答DNS服务器单播地址、域名和搜索路径等 DNS信息。节点根据服务器的应答配置本机DNS信息，以后的DNS请求就直接用单播地址发送给DNS服务器。
另外，也可以不用站点范围内的任播地址，而采用站点范围内的多播地址或链路多播地址等。还可以一直用站点范围内的任播地址作为DNS服务器的地址，所有的DNS解析请求都发送给这个任播地址。距离最近的DNS服务器负责解析这个请求，得到解析结果后把结果返回请求节点，而不像上述做法是把DNS 服务器单播地址、域名和搜索路径等DNS信息告诉节点。从网络扩展性，安全性，实用性等多方面综合考虑，第一种采用站点范围内的任播地址作为DNS服务器地址的方式相对较好。
在有状态的DNS服务器发现方式下，是通过类似DHCP这样的服务器把DNS服务器地址、域名和搜索路径等DNS信息告诉节点。当然，这样做需要额外的服务器。
(4)IPv6过渡阶段与DNS
在IPv4到IPv6的过渡过程中，作为Internet基础架构的DNS服务也要支持这种网络协议的升级和转换。IPv4和IPv6的DNS记录格式等方面有所不同，为了实现IPv4网络和IPv6网络之间的DNS查询和响应，可以采用应用层网关DNS-ALG结合NAT－PT的方法，在 IPv4和IPv6网络之间起到一个翻译的作用。例如，IPv4的地址域名映射使用“A”记录，而IPv6使用“AAAA”或“A6”记录。那么， IPv4的节点发送到IPv6网络的DNS查询请求是“A”记录，DNS-ALG就把“A”改写成“AAAA”，并发送给IPv6网络中的DNS服务器。当服务器的回答到达DNS-ALG时，DNS-ALG修改回答，把“AAAA”改为“A”，把IPv6地址改成DNS-ALG地址池中的IPv4转换地址，把这个IPv4转换地址和IPv6地址之间的映射关系通知NAT－PT，并把这个IPv4转换地址作为解析结果返回IPv4主机。IPv4主机就以这个IPv4转换地址作为目的地址与实际的IPv6主机通过NAT－PT通信。
中国科学院和CNNIC一直致力于互联网络前沿性和基础性的研究，非常重视IPv6域名系统的研究，并设立专项课题对此进行研究。CNNIC承担了中国科学院知识创新工程重点项目“IPv6网络要害技术研究与城域示范系统”的子项目“基于IPv6 DNS服务器研究”以及863重大项目“新一代互联网技术综合实验环境”的子项目“IPv6域名系统研究”。CNNIC和科学院网络中心共同建立了 IPv6试验网，并已经成为全球最大的IPv6试验网络6Bone的骨干网络节点和顶级地址分配机构pTLA，以及APNIC的商用地址分配机构 sTLA。在此基础上，经过研究和试验，已经建立起了试验性的IPv6域名系统，可以向全球范围内的IPv6网络用户提供域名解析服务。同时，实现了 IPv6 下DNS的多语种域名，加入了国际性的IPv6DNS测试床。还研究了动态更新，DNSSec，负载均衡，分布式服务器系统等。这些都将为我国今后的互联网发展提供有力的支持。